中国传统白酒生产用酶的研究动态

酿酒科技 2006年第9期(总第147期)·LIQUOR-MAKINGSCIENCE&TECHNOLOGY 2006No.9(Tol.147) 中国传统白酒生产用酶的研究动态 收稿日期:2006-05-29 作者简介：余有贵（1964-），男，湖南湘阴人，教授，硕士，主要研究方向为酿酒技术。 余有贵 1,杨志龙 2,罗 俊 2,熊 翔 2 (1.邵阳学院生物与化学工程系,湖南 邵阳 422001;2.湖南湘窖酒业有限公司,湖南 邵阳 422004) 摘 要: 白酒工业中使用的酶主要是 α-淀粉酶、糖化酶、纤维素酶、蛋白酶、酯化酶等,广泛应 用于白酒的制曲、发酵、蒸粮蒸酒、勾兑和丢糟利用等生产环节,对提高出酒率和改善酒的品质及 增加浓香型白酒主体香成分发挥了重要作用。白酒的发酵是多种微生物形成的多酶体系,目前对 白酒发酵酶和酶系统的深入认识还比较少,对外加酶作用的最适工艺条件和提高酶制剂的协同 作用效率仍然方兴未艾,复合酶制剂的应用是发展的主要方向。(孙悟) 关键词: 酶及酶制剂; 传统白酒; 应用效果; 研究动态 中图分类号：TS262.3；TS261.4；Q814 文献标识码：A 文章编号：1001-9286（2006）09-0074-04 EnzymeUseStatusintheProductionofTraditionalLiquorinChina YUYou-gui1,YANGZhi-long2,LUOJun2andXIONGXiang2 (1Bio-chemicalEngineeringDepartmentofShaoyangCollege,Shaoyang422001; 2Hun'anXiangjiaoLiquorIndustryCo.Ltd.,Shaoyang,Hu'nan422004,China) Abstract:Theenzymeusedinliquor-makingindustrymainlyincludeα-amylase,saccharifyingenzyme,cellulose,pro- teaseandesterifyingenzymeetc.Thoseenzymesarewidelyusedineveryproductionproceduressuchasstarter-making, fermentation,grainssteamingandliquorsteaming,blending,andreuseofdistiller'sgrainsetc.,whichplayimportantroles inincreasingliquoryieldandimprovingliquorqualityandaddingmainflavoringcomponentsinLuzhou-flavorliquor. Liquorfermentationisamultiple-enzymesactionsystemanditsmechanismisstillunclear.Theresearchontheoptimal technicalconditionsforenzymeadditionandthetechniquestoadvancezyminfunctionsisbooming.Theapplicationof complexzyminisconsideredasthemaindevelopmenttrendinthefuture.(Tran.byYUEYang) Keywords:enzymeandzymin;traditionalliquor;applicationeffects;researchtrend 白酒产业是我国的传统民族工业,它在带动农产品 转化升值,缓解就业压力,化解“三农”问题,满足人民群 众的消费要求等诸多方面做出了较大贡献。在新的发展 形势下,传统产业必须与现代科学技术紧密结合,与时 俱进的继承、创新和发展,才能使具有悠久历史和丰富 文化的民族传统产业插上腾飞的翅膀。近10年来,生物 技术特别是酶制剂工业的发展,极大地推动了传统产业 的发展,已渗入白酒产业的各个环节,提高了我国白酒 生产的科学技术水平。本文拟就酶制剂在传统白酒产业 中的应用进行简要概述。 1 酶的应用种类与范围 酶是生物细胞合成的具有高度催化活性物质的特 殊蛋白质,是一种生物催化剂,具有活力强、用量少、使 用方便等优点。酿酒工业中使用的酶主要是α-淀粉酶、 糖化酶、纤维素酶、蛋白酶、酯化酶等,广泛应用于白酒 的制曲、发酵、蒸粮蒸酒、勾兑和丢糟利用等生产环节 (见表1),对提高出酒率和改善酒的品质发挥了重要作 用。 2 酶的作用机理 2.1 糖化酶 糖化酶即α-1,4-葡萄糖水解淀粉酶,是一种从淀粉 的非还原性末端开始依次水解 α-1,4-葡萄糖苷键生成 葡萄糖的酶,其作用条件为40～65℃,pH3.0～5.5。应 用于酿酒生产,不仅保持原酒的风味特色,而且提高出 酒率、简化操作[1～3]。 2.2 耐高温α-淀粉酶 该酶制剂是一种内切淀粉酶,能在较高温度下随机 水解淀粉、可溶性糊精及低聚糖中的 α-1,4-葡萄糖苷 74 键,酶作用后可使糊化淀粉的粘度迅速降低,变成液体 淀粉,水解生成糊精和少量葡萄糖、麦芽糖。其适用条件 为85～97℃,pH5.5～7.0[4,5]。 2.3 中温α-淀粉酶 中温α-淀粉酶在作用淀粉时,能以随机的方式从 淀粉分子内部切开 α-1,4-葡萄糖苷键,使淀粉分解成 长短不一的短链糊精和少量的低分子量糖类,从而使淀 粉醪液的粘度显著下降,达到液化淀粉的作用,故又称 为液化酶。其作用条件为60～70℃,pH6.0～7.0[1,3,6]。 2.4 淀粉酶 生淀粉酶所涉及的酶有α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄 糖淀粉酶,都有对生淀粉酶作用的成分,只有含GAⅠ较 高的根霉和黑曲霉的淀粉酶系才具有较强的水解生淀 粉的能力。GAⅠ是一种既能水解支链淀粉 α-1,4糖苷 键,又能水解 α-1,6糖苷键的淀粉酶,而 GAⅡ对 α-1,6 糖苷键的水解能力明显低于它对 α-1,4糖苷键的水解 能力。生淀粉酶能在常温下将淀粉直接糖化,使传统工 艺的糊化、液化和糖化合而为一[7～9]。 2.5 纤维素酶 纤维素酶是一个多组分的酶系,它是水解纤维素 β-1,4-葡萄糖苷键成为纤维二糖和葡萄糖的一组酶的 总称。一个完整的纤维素酶系通常由3类酶组成:内切 葡萄糖苷酶(简称 EG),这类酶作用于纤维素分子内部 的非结晶区,随机水解 β-1,4糖苷键,将长链纤维素分 子截短,产生大量带非还原性末端的小分子纤维素;外 切葡萄糖苷酶(EC3.2.1.91)又称纤维二糖水解酶(简称 CBH),这类酶作用于纤维素线状分子末端,水解 β- 1,4-糖苷键,每次切下一个纤维二糖分子;β-葡萄糖苷 酶(简称BG),这类酶将纤维二糖水解成葡萄糖分子。其 作用条件为40～60℃,pH4.0～6.0[1,3]。 2.6 酸性蛋白酶 酸性蛋白酶在酸性环境下催化水解 植物蛋白质分子内的酰氨键,将蛋白质 分解为多肽、小分子肽和氨基酸。其作用 条件为40℃,pH2.5～4.0。在白酒生产过 程中添加适量酸性蛋白酶能水解发酵原 料和菌体的蛋白质,促进产酒和生香,降 低杂醇油含量[1,10,11]。 2.7 酯化酶 酯化酶是将酿酒大曲中分离到的红 曲霉、根霉和球拟酵母菌种,应用遗传工 程等手段加以改造,利用纯培养技术生 产的一类粗酶制剂,具有很强的酯化能 力。酯化酶的理论基础为酶在有机溶剂 中作用,在窖外直接将酸与醇催化合成 酯类,包括同时合成己酸乙酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯、丁 酸乙酯等酯类物质[12～14]。 2.8 阿米诺酶 阿米诺酶是含有多种微生物的复合酶,其中含有根 霉、曲霉、毛霉及多种优良酵母菌株,是在继承和我 国传统酿酒工艺和微生物培养技术的基础上,应用现代 生物工程技术研制而成的新一代糖化发酵剂。这种新型 的酿酒催化剂对淀粉原料具有糖化、发酵作用,抗温、耐 酸性能优异。 2.9 高活性复合生物酶 高活性复合生物酶是指将纯天然植物原料进行细 胞破壁处理,加入微生物发酵,经提取而得的一种生物 酶。由于黄水是粮食酒发酵过程中渗于窖池底部的黄色 液体,富含经长期驯化的有益微生物和糖类、含氮化合 物、醇类、酸类、醛类、酯类等物质,是构成白酒风味的重 要呈香呈味物质。在一套专用的装置中加入一定量的高 活性复合生物酶对黄水进行催化热裂,获得馏出液——— 黄水调味液,用于白酒的勾兑调味以改善酒质、赋予白 酒自然感[15]。 3 酶的应用效果 3.1 糖化酶提高出酒率与改善酒质 糖化酶与曲、酵母或酶制剂联用酿酒,一般可提高 出酒率2%～10%、优质品率6%～9%。在浓香型大曲 酒生产中使用糖化酶,申朝兴报道可提高出酒率2.6%, 提高优质品率7%～9%[16];郭本跃的研究结果为提高出 酒率 5.26%,优质品率 6.35%[17];喇录忠结果显示出酒 率提高了 8%左右[18];而纪志军等认为出酒率可提高 2 %～4.5%,但对产品质量有一定影响[19]。俞峰民将糖化 余有贵,杨志龙,罗 俊,熊 翔·中国传统白酒生产用酶的研究动态 ! "##$%&’()*+,-./0# !"#$!" #! $%&! ’(! )*+,! -./0! 12, 32,45*! 6789 :789! ;2,45*! <789! 12,45*=>5*! 89! ?! @A$! B2,C5*! 89 -D89! E!FGH I!JK$! 32,45*! 1LMD! N!OH I!JK$! B2,C5*! -D89! P!-JK$! B2,C5*! -D89! Q!RST)$! B2,C5*! 89! U!VWX$! 12,45*=>5*! 89! Y!ZA$! 32,! %5 89 [L! 32,45*! 89! ;2,45*! :789! \2,45*! ]^_89! B2,C5*! 89! ‘! ! ! ! ! aBb$cde$f! ! ! ! ! 32,>5*! 89! g!GhSde-i$! 32,45*=j,)*! klcmno-pqrstuf! 75 酿酒科技 2006年第9期(总第147期)·LIQUOR-MAKINGSCIENCE&TECHNOLOGY 2006No.9(Tol.147) 酶用于全酶固态法白酒生产,提高出酒率 8.51%以上 [20];刘和荣使用糖化酶生产普通大曲酒,出酒率达到 60.1%[21]。在米香型的小曲白酒或生料酿酒中添加糖化 酶,王传荣的实验结果为出酒率提高 6%,酒质亦有较 大提高[22];王涛的实验结果表明平均出酒率达 84.85% [23]。邹立贵等利用产酒酵母AS2019制作的麸曲和一定 比例的糖化酶处理茅台酒丢糟,每吨鲜丢糟可生产 56 度的翻沙酒55kg[24]。姜岩等将耐高温α-淀粉酶和酒类 专用糖化酶联合用于清蒸清烧法的固态白酒生产,提高 出酒率9.82%[25]。 3.2 阿米诺酶提高出酒率和优质酒率 阿米诺酶适用于小曲酒、大曲白酒和麸曲白酒等的 生产,提高出酒率和优质酒率的效果显著。陈家键报道, 用于全液法小曲酒生产可提高出酒率5%～6%;用于 半固半液态小曲酒生产可提高出酒率5%～7%;用于 固态小曲生产可提高出酒率3%～5%;用于麸曲酒生 产可提高出酒率5%～6%;用于浓香型大曲酒生产可 提高出酒率5%～8%;用于生料酿酒,100kg玉米可产 50度白酒7lkg[26]。周建平使用0.125%阿米诺酶用于酱 香型回糟发酵,出酒率平均提高 4.18%[27]。崔如生将 0.06%阿米诺酶应用于洋河大曲酒的第一排生产中,出 酒率平均提高7.67%,优质酒率平均提高41.2%[28]。刘 和荣添加森普林阿米诺酶发酵生产普通大曲酒,出酒率 达61.2%[21]。董友新利用阿米诺酶强化白云边酒酿造的 后轮次发酵,提高出酒率2%[29]。 3.3 酯化酶显著增加浓香型白酒主体香成分 酯化酶白酒增香技术是 20世纪 90年代创新的一 项生物技术,这项新技术是利用酯酶作用催化己酸合成 己酸乙酯,达到提高浓香型酒的酒质与优质品率,实现 普通白酒向优质酒转化。吴衍庸等开发的多功能复合香 酯酶技术在河南仰韶酒上的应用,使用1t由香酯酶生 产的香酯液可多出优质酒10t[30];甘肃泷西渭水酒业集 团2003年末引进酯化酶技术生产酯香液用于中、低档 成品酒的勾调,效果明显好于外购香料[31];用于串香酒 生产上,酒中己酸乙酯含量比对照组高出 52.5mg/100 mL,口感上达到近似于发酵酒水平[32]。王述荣等研制的 粗酶制剂YH-AM用于洋河大曲酒的生产,结果提高出 酒率7.21%,优质酒率19.55%[33]。在浓香型大曲酒生产 中添加复合酯化酶,信春晖等将扳倒井大曲酒的平均出 酒率提高 6.7%,优质酒率提高 7.3%[34];贾超英使泰山 特曲优质酒率提高6.1%[35];樊琪使出酒率提高 5%,优 质酒率为41.2%[36];束成忠等研究为第一轮发酵后的优 质酒率提高16.5%,第二轮发酵后的优质酒率提高6.2 %[37]。武建国等以香醅为载体,加入红曲酯化酶等材料, 提高优质酒率 7.2%～14%,己酸乙酯增幅在 124.8～ 162.5mg/100mL[38]。 3.4 黄水调味液勾兑的酒质具有自然感 利用高活性生物酶在窖外生产的黄水调味液,用于 浓香型白酒勾兑能增强窖香,赋予白酒自然感。张宿义 等用70%的黄水和30%的酒尾在高活性生物酶的作用 下,经催化热裂后的馏出液用作白酒调味液,其添加量 为0.16%时能改善酒质,赋予白酒自然感[15]。赫江华将 黄水粗滤后,添加高活性生物酶进行催化热裂处理,制 得黄水调味液用于新型白酒的勾调,用量为3/万左右, 可改善闻香,增加窖香,增强新型白酒的自然协调感[39]。 3.5 纤维素酶提高出酒率 纤维素酶在清香型酒中应用,可提高出酒率,不影 响酒质而使酒质稍有改善。尚维等研究纤维素酶在清香 型优质白酒中的应用,出酒率可提高13%,而且不影响 酒的感官品质 [40];邢晓晰等在河南宝丰酒的生产中发 现,在二米查中添加 0.015%纤维素酶,出酒率提高了 2.53%,总酯、乙酸乙酯也有所提高[41];田胜艳等在清香 型麸曲白酒生产中添加投粮量0.25%的纤维素酶,最高 出酒率提高9.05%,酒质有所改善[42]。 3.6 酸性蛋白酶增香、改善酒质 白酒生产是多种微生物共酵,酸性蛋白质加入白酒 生产的料醅中,可分解其中的蛋白质,促进白酒生产菌 群的生长,促进产酒和增香[43,44]。阎致远等报道,酸性蛋 白酶的添加可丰富酒醅中氨基酸的含量,促进微生物的 生长及酶的形成,强化酵母菌等的酒精代谢,使酯化作 用增强,酯类物质增加[45]。 3.7 生淀粉酶等复合酶将熟料酿酒变成生料酿酒 以生淀粉酶为主的复合酶改变传统的熟料酿酒方 式,实现生料在自然条件下产酒,不仅出酒率高,而且节 能、环保好。卢世明采用卢氏神曲(内有酶制剂、产酯和 增香的多种微生物和前体物质)进行生料酿酒,可提高 出酒率20%左右,节约燃料30%左右,减少劳动强度 50%左右,降低生产成本30%左右[46]。肖世政等用糖化 酶、生料曲和活性干酵母作糖化发酵剂进行生料酿酒, 若大米原料的淀粉含量为73%,则50%Vol白酒的原 料出酒率范围为79.20%～89.53%;若玉米原料的淀粉 含量为 67%,则 50%Vol白酒的原料出酒率范围为 69.53%～79.01%[47]。杨辉以 α-淀粉酶、糖化酶、蛋白 酶、纤维素酶与耐高温活性干酵母作糖化发酵剂,以玉 米为原料进行生料酿酒实验,原料出酒率达到59.33% (65%Vol)[48]。 4 酶在白酒工业中的应用展望 对于传统白酒的生产而言,我们一直都在致力于提 76 高出酒率、促进生香、降低能耗和治理“三废”等工作,以 实现经济效益、社会效益和环保效益的同步增长。酶制 剂在以上各方面都有不同程度的应用,并取得了一定的 成绩。但白酒的发酵是一个多种微生物形成的多酶体 系,目前对白酒发酵酶和酶系统的深入认识还比较少, 固态发酵机理有待应用微生物学和工程学的原理进一 步的深入研究,以期创造外加酶作用的最适工艺条件, 提高酶的协同作用效率。因此,传统白酒生产中添加酶 制剂仍然方兴未艾,复合酶制剂的应用是发展的主要方 向。 参考文献: [1] 章克昌.酒精与蒸馏酒工艺学[M].北京:中国轻工业出版社, 1998. 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