啤酒中浑浊活性蛋白与泡沫蛋白及其相关性研究

高飞等

摘要 以啤酒中的蛋白质为研究对象，综述了啤酒中浑浊活性蛋白、泡沫蛋白的生化性质、结构特点，并初步分析了浑浊活性蛋白与泡沫蛋白之间的相关性，为提高啤酒的品质和营养价值提供理论依据与技术参考。

关键词 啤酒；浑浊活性蛋白；泡沫蛋白；相关性

中图分类号 S609.9 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）13-04041-02

Abstract With protein in beer as study object， the biochemical properties and structure characteristics of hazeactive protein and foam protein were summarized， the correlation between hazeactive protein and foam protein was analyzed， which will provide theoretical basis and technique reference for improving quality and nutrients of beer.

Key words Beer； Hazeactive protein； Foam protein； Correlation

啤酒是一种有丰富营养成分的酒精饮料，又被称为“液体面包”，深受消费者欢迎。作为一种复杂的胶体溶液，啤酒中含有多达1 000多种成分，如蛋白质、糊精、多酚等[1]。其蛋白质主要来自酿造用大麦，这些蛋白质在制麦和酿造过程中发生了一系列复杂的化学反应和酶解而最终留在啤酒中，并最终影响啤酒的非生物稳定性（该研究中主要指与蛋白质有关的浑浊）和泡沫稳定性[2]。蛋白质是引起啤酒浑浊的主要因素之一，又是呈现啤酒口感、构成啤酒泡沫、泡持性、挂杯等特性的不可或缺的物质[3]，当啤酒中多酚含量在90～100 mg/L，蛋白质含量在105～120 mg/L时，其口感和非生物稳定性可得到良好的平衡[4]。如果其蛋白质含量过低，会显著降低啤酒的口感，影响啤酒泡沫的形成及其品质；而蛋白质含量过高，又可能引起蛋白质-多酚互作作用而导致啤酒出现浑浊，影响啤酒胶体溶液的非生物稳定性。笔者曾对模式浑浊活性蛋白与多酚的互作进行了初步探讨，也验证了蛋白质浓度及其与多酚互作对溶液非生物稳定性的影响[5]。

有文献报道，导致啤酒浑浊的主要原因是由富含高含量脯氨酸的蛋白质与具有高度聚合度的多酚物质互作引起的[6]。另一方面，啤酒泡沫已成为评价啤酒质量的一个重要指标而受到众多消费者的关注。而啤酒中的蛋白质会直接影响到啤酒泡沫的起泡性、稳定性及其质量[7]。在此，笔者主要对能引起啤酒浑浊的浑浊活性蛋白和形成泡沫的泡沫蛋白的性质及其相关关系进行综述。

1 啤酒中浑浊活性蛋白

易与多酚物质互作形成浑浊的浑浊活性蛋白主要为2类：一类是富含脯氨酸或羟脯氨酸的蛋白或多肽，如大麦醇溶蛋白等；一类是富含组氨酸、甘氨酸、精氨酸和谷氨酸残基的蛋白[8-10]。研究表明，由于与脯氨酸或羟脯氨酸相连的肽键存在空间障碍，无法自由旋转并形成有序螺旋，氨基酸链中高含量的脯氨酸或羟脯氨酸使蛋白质高级结构变得无序和松散，并呈现出最大的疏水性结合表面，从而使这类蛋白质与多酚互作强烈，形成大量浑浊，甚至沉淀。蛋白质中的组氨酸、甘氨酸和精氨酸等碱性氨基酸比例高，也易使蛋白质变疏松，大量碱性氨基酸暴露在外，使得结构变松散，高度无序，易与多酚的芳香环发生作用而产生浑浊。而普通的球蛋白，由于结构紧凑有序，在溶液中疏水性氨基酸侧链位于球蛋白内部，暴露在外的、能与多酚结合的位点少，因而引起的浑浊能力亦弱[8]。

Mtsumawa指出，等电点在3～5的蛋白质易引起浑浊；Mussche还指出，分子量大的蛋白更易引发浑浊[11]。相关学者研究指出，啤酒浑浊活性蛋白是一类分子量在1～40 kU，等电点为4.0～4.2的多肽，其中分子量为5～12 kU的蛋白质对浑浊的形成有极为重要的作用[12]。Robinson等采用硅胶吸附富集和酶联免疫技术对170个澳大利亚和国际大麦品种酿造的啤酒进行分析，发现分子量为5 kU和12 kU的2个蛋白与啤酒浑浊形成密切相关。同时发现存在分子量为12 kU蛋白的啤酒中形成的浑浊较多，未检测到分子量为12 kU的蛋白的啤酒中形成的浑浊较少。分子量为12kU的蛋白是大麦醇溶蛋白的衍生物，含33.2%的脯氨酸，32.7%的谷氨酸或谷氨酰胺[8]。

林英辉等指出，分子量44 kU的蛋白质参与了浑浊的形成[13]。金蓓等进一步指出，参与啤酒浑浊的组分中蛋白成分含量较少，其分子量分布在40 kU左右、25～29 kU以及6.5～17.0 kU 3个区段，可能来源于麦芽中的水溶蛋白，另有一小部分来自麦芽醇溶蛋白。BEICMe[2，14]、germin E（Hordeum vulgare）和蛋白质Z 3种组分是啤酒浑浊形成的重要促进因子[2，15]。Elisabeth等指出，分子量在25～28 kU的多肽会增加啤酒浑浊的形成量[16]。

与啤酒中形成浑浊最为密切的蛋白质来源于富含脯氨酸和谷氨酸的大麦醇溶蛋白[17]。有文献报道，来源于大麦清蛋白和球蛋白的酸性蛋白也会形成浑浊[18]。Outtrup指出，脯氨酸的含量及其在蛋白质分子中的具体分布情况均能影响啤酒浑浊的形成，且其所含氨基酸残基的疏水性越强，其形成浑浊的能力越强[17]。

Asano和他的同事研究指出，浑浊活性蛋白除来源于富含脯氨酸的大麦的醇溶蛋白外，清蛋白和球蛋白衍生的多肽也会在大麦醇溶蛋白的衍生物之后作为冷浑浊从溶液中析出。而随着时间的推移，啤酒中的泡沫蛋白也会逐渐从溶液中析出产生浑浊[13]。有文献报道，硅胶能够有效吸附啤酒中的浑浊活性蛋白，却几乎不能吸附泡沫活性蛋白，从而将被硅胶吸附的蛋白认定为啤酒浑浊活性蛋白。但啤酒浑浊活性蛋白的具体成分、各种成分含量及其来源等仍无法准确知晓[2]。JIN Bei等指出，对热稳定的大麦醇溶蛋白B和γ3在浑浊活性蛋白中的含量并不大，但却是形成冷浑浊的核心物质[19]。此外，啤酒中的含巯基蛋白质若被氧化而以二硫键形成更大的分子，就可与聚多酚结合，形成浑浊[3]。

2 啤酒中泡沫蛋白

啤酒泡沫主要是由蛋白质、异律草酮、二氧化碳等成分构成[20]，泡沫蛋白质的疏水性越强其泡沫的稳定性越好。目前疏水性蛋白中的蛋白质Z和脂转移蛋白1（LTP1）被广泛研究，亦有报道指出从谷物中分离出的脂转移蛋白1的泡沫活性伴随煮沸过程会显著增加。蛋白质Z4对提升泡沫性能作用明显，而Z7的作用恰好相反。此外，来源于酵母的硫氧蛋白却可能对泡沫有不利影响[17]。

一些研究人员指出，形成泡沫蛋白的有分子量10 kU的LTP1、分子量40 kU的蛋白质Z以及分子量在15～30 kU的大麦醇溶蛋白[16]。

Picariello 等通过免疫方法证实了泡沫中的蛋白质来自醇溶蛋白及球蛋白的多肽，且蛋白与多糖结合更利于维持泡沫的稳定[21]。此外，泡沫的稳定还需要醇溶蛋白多肽、球蛋白多肽Z和LTP1处于合适的比例才可。谷物中含有小麦，其小麦多肽对泡沫的稳定性十分有利[17]。

Michel Lopez等指出，泡沫蛋白中脯氨酸的含量较低[22]。Okada等发现，大麦α淀粉酶抑制剂二聚体1（BDAI1）也是泡沫蛋白的一种。这是一组疏水性蛋白质，它们具有相同的分子量，但等电点有所不同，其含量与泡沫的稳定性呈正相关[23]。

3 啤酒中浑浊活性蛋白与泡沫蛋白的相关性

一直以来，人们以为浑浊活性蛋白来自醇溶蛋白，泡沫蛋白主要来自白蛋白，从而认定泡沫蛋白不参与浑浊反应。Mussche则认为，易引发浑浊的蛋白与形成泡沫的蛋白的等电点不同。直到Asano和他的同事所开展的试验发现在啤酒的贮酒阶段随着泡沫功能的逐渐减弱，其析出的泡沫蛋白能引起浑浊，从而证实浑浊活性蛋白与泡沫蛋白之间无明显的界限[11]。Ishibashi等的抗体试验也证明，浑浊活性蛋白与泡沫蛋白之间存在一定的交叉性[24]。需要注意的是，如果一种物质不是引起浑浊的核心物质，也能偶然在浑浊颗粒表面上堆积[11]。

Outtrup指出，浑浊活性蛋白与泡沫蛋白之间没有绝对的区分，但泡沫蛋白的疏水性较前者更为突出[17]。Ishibashi等曾使用抗体来区分浑浊活性蛋白与泡沫蛋白，结果表明，对泡沫蛋白其抗体反应是专一的，而对浑浊活性蛋白的抗体却可以同时作用于泡沫蛋白和浑浊活性蛋白，表现出一定交叉性[24]。

4 结论

国内外众多学者对与多酚形成浑浊的浑浊活性蛋白开展了大量的理论研究与结构探讨，对其分子量、等电点、氨基酸组成等生化特征进行了广泛的研究与验证；亦有对泡沫蛋白的分子量、泡沫稳定性等进行了分析研究。但对啤酒中浑浊活性蛋白与泡沫蛋白之间的相关性研究鲜有涉及，依然有许多具体信息和未解问题值得去进一步探究，尤其是进一步厘清浑浊活性蛋白与泡沫蛋白之间的相关性，为生产上解决浑浊问题的同时，做到最低限度甚至不损害泡沫稳定性及啤酒品质提供理论依据与技术参考。

参考文献

[1] 刘捷，乔雨轩，祝忠付，等.啤酒胶体稳定性及稳定助剂的研究进展[J].中国酿造，2013，32（6）：1-4，20.

[2] 金蓓，李琳，李冰，等.啤酒混浊蛋白组分的分离鉴定[J].食品科学，2011，32（3）：86-90.

[3] 张兰威.发酵食品工艺学[M].北京：中国轻工业出版社，2011：177.

[4] 吴晓伟.Chapon模式在控制啤酒非生物稳定性中的应用[J].啤酒科技，2012（6）：35-36，38.

[5] 杨红，张凌云，汪志君.浑浊活性多酚与蛋白的结合反应研究[J].食品工业科技，2007，28（9）：110-113.

[6] SIEBERT K J.Effects of proteinpolyphenol interactions on beverage haze，stabilization and analysis[J].Journal of agricultural and food chemistry，1999，47（2）：353-362.

[7] 董建军，贾仕儒.啤酒泡沫研究之现状[J].酿酒，2004，31（1）：42-46.

[8] 董占波，陆建良，孙庆磊，等.饮料浑浊活性蛋白研究进展[J].食品与发酵工业，2009，35（5）：136-139.

[9] 王家林，林琳.啤酒中的多酚物质[J].中国酿造，2010（2）：3-6.

[10] 李志华，陈宁，仇昌明，等.由多酚、蛋白质引起啤酒非生物混浊的研究[J].啤酒科技，2004（5）：16-19.

[11] 王成红，郝俊光，和强.国外啤酒混浊及其预测方法[J].酿酒科技，2000（6）：86-88.

[12] SIEBERT K J，CARRASCO A，LYNN P Y.Formation of proteinpolyphenol haze in beverages[J].Journal of agricultural and food chemistry，1996，44：1997-2005 .

[13] 林英辉，郭瑞涵，翁益平.论啤酒主要浑浊的形成机理[J].啤酒科技，2003（10）：10-11.

[14] YE L Z，DAI F， QIU L，et al.Allelic diversity of a beer haze active protein gene in cultibated and Tibetan wild barley and development of allelic specific markers[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2011，59：7218-7223.

[15] JIN B，LI L，FENG Z C，et al.Investigation of the relationship of malt protein and beer haze by proteome analysis[J].Journal of Food Processing and Preservation，2012，36：169-175.

[16] ELISABETH STEINER，ELKEK ARENDT，MARTINA GASTL，et al.Influence of the malting parameters on the haze formation of beer after filtration[J].Europen Food Research and Technology，2011，233：587-597.

[17] BAMFORTH C W.125th Anniversary Review：the non-biological instability of beer[J].Journal of the Institute of Brewing，2011，117（4）：488-497.

[18] STEINER E，BECKER T，GASTL M.Turbidity and haze formation in beer--insights and overview[J].Journal of the Institute of Brewing，2010，116（4）：360-368.

[19] JIN B，LI L，FENG Z C，et al.Investigation of hordeins during brewing and their influence on beer haze by proteome analysis[J].Journal of Food Biochemistry，2011，35：1522-1527.

[20] 河成日，房侃，饶胜其，等.啤酒泡沫稳定性研究概述[J].扬州大学烹饪学报，2012（2）：57-60.

[21] PICARIELLO G， BONOMI F， IAMETTI S， et al.Proteomic and peptidomic characterization of beer：immunological and technological implications[J].Food Chemistry，2011，124：1718-1726.

[22] LOPEZ M，EDENS L.Effective prevention of chillhaze in beer using an acid prolinespecific endoprotease from aspergillus niger[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2005，53：7944-7949.

[23] OKADA Y， IIMURE T，TAKOI K，et al.The influence of barley malt protein in modification on beer foam stability and their relationship to the barley dimeric αanylase inhibitor（BDAII） as a possible foampromoting protein[J].Journal of agricultural and food chemistry，2008，56：1458-1464.

[24] ISHIBASHI Y，TERANO Y，FUKUI N，et al.Development of a new method for determining beer foam and haze proteins by using the immunochemical method ELISA[J].Journal of the American society of brewing chemists，1996，54：177-182.