酶制剂在啤酒澄清方面的研究进展

2017-06-01付博段杉齐明

中国酿造 2017年5期

关键词：酶制剂啤酒

付博，段杉，齐明

（1.佛山职业技术学院，广东佛山528137；2.华南农业大学食品学院，广东广州510642）

酶制剂在啤酒澄清方面的研究进展

付博1，段杉2，齐明1

（1.佛山职业技术学院，广东佛山528137；2.华南农业大学食品学院，广东广州510642）

啤酒生产中添加合适的酶，可以稳定或提高啤酒的质量，这使得越来越多的企业在啤酒生产过程中添加各种酶制剂。该文主要综述了酶制剂在啤酒澄清方面的应用效果，为今后利用酶制剂解决啤酒非生物性浑浊现象及啤酒酶澄清剂研发提供思路和参考。关键词：酶制剂；啤酒；澄清

FU Bo1,DUAN Shan2,QI Ming1
(1.Foshan Polytechnic Institute,Foshan 528137,China;2.College of Food Science,South China Agricultural University, Guangzhou 510642,China)

当前啤酒市场竞争日趋激烈，企业要在竞争中生存、发展，最重要的还是提高啤酒质量，增强产品的货架稳定性。啤酒稳定性的研究是啤酒行业多年来的重要课题。现时，啤酒稳定性质量问题主要表现为浑浊、沉淀的现象。因此，浑浊、沉淀是啤酒生产或保存过程中需解决的关键质量问题之一。引起啤酒浑浊、沉淀的原因很多，种类也不同，一般可以分为生物浑浊和非生物浑浊两大类[1-3]。生物浑浊包括酵母浑浊和细菌浑浊；非生物浑浊包括：蛋白质-多酚引起的浑浊，如冷浑浊、热浑浊、氧化浑浊、糊精浑浊（由α-葡聚糖和β-葡聚糖引起）、酒花树脂浑浊、无机盐引起的浑浊（如草酸钙结晶沉淀、硅氧化物和硅酸盐浑浊以及重金属离子如铜、铁、铅等）[4-5]。此外，麦芽、啤酒花中含有的蛋白质在制麦和酿造过程中经历化学变化、酶解，其产物最终存留在啤酒中，也影响啤酒的稳定性，甚至会导致浑浊、沉淀[6-9]。这些浑浊、沉淀的产生，严重地损坏了啤酒的质量，导致了经济上的重大损失。而且，当前国内外都有不少企业在研究开发果汁类的啤酒，主要是在啤酒发酵过程中加入一种或多种果汁，使啤酒风味、营养更加丰富，而在加入果汁后成品啤酒澄清度会有不同程度的下降，所以提高这类啤酒的澄清度又保持其原有的风味和营养是个十分紧迫的任务。因此，本文主要从酶制剂在啤酒澄清方面的应用效果、果胶酶应用于果酒与果汁澄清的现状及效果中探讨其应用于啤酒澄清的有效性两方面进行综述，为今后利用酶制剂解决啤酒非生物性浑浊现象及啤酒酶澄清剂研发提供思路和参考。

1 酶制剂作为啤酒澄清剂的应用原理

啤酒是一种稳定性不强的胶体溶液，其中的蛋白质和醛糖、酒花中多酚和胶体等物质能够形成絮状物，这些物质会影响啤酒的稳定性、透明度，在保存过程中易使啤酒产生浑浊沉淀现象。采用各种方法增强啤酒质量的稳定性是啤酒生产的关键技术，而应用酶制剂解决啤酒浑浊、沉淀是啤酒生产技术的研究方向之一。生产中常用于解决啤酒非生物性浑浊的酶类主要有蛋白酶类、葡萄糖氧化酶、β-葡聚糖酶、淀粉酶、漆酶等[10]。

1.1 蛋白酶类

研究表明，啤酒内出现浑浊和沉淀的原因较多，从沉淀物成分看主要为高分子蛋白质类浑浊[11-12]。外加蛋白酶可以将这些物质分解为小肽和氨基酸，解决由于蛋白质引起的啤酒浑浊，从而提高啤酒的质量稳定性。

1.2 葡萄糖氧化酶

葡萄糖氧化酶可以使氧与啤酒中的葡萄糖生成葡萄糖酸内酯而消耗溶解氧，从而阻止了啤酒的氧化变质，防止浑浊物、沉淀物产生。而且产生的葡萄糖酸内酯稳定性较好，不具有氧化能力，没有酸味、无毒副作用，对啤酒的质量没有任何不利影响。

1.3 β-葡聚糖酶

β-葡聚糖水溶液黏度高，是啤酒非生物浑浊的主要成分之一，它是由70%的β-1,4键，β-1,3键结合的葡萄糖链构成的大分子多糖。麦芽汁中含β-葡聚糖量过高会造成麦汁浑浊，影响啤酒的非生物稳定性。

β-葡聚糖酶是内切β-1,3、β-1,4葡聚糖酶和外切β-1,4、β-1,3葡聚糖酶的总称。它主要作用于β-葡聚糖的β-1,3、β-1,4糖苷键，使β-葡聚糖分解成还原糖和寡糖。β-葡聚糖酶应用于啤酒工业，能专一地分解黏度很高的各种大麦β-葡聚糖，使麦芽汁黏度降低，改善啤酒的质量。

1.4 淀粉酶

啤酒生产过程中常出现麦芽糖含量偏低，致使发酵后期出现糖度下降，发酵度偏低，浑浊加大现象。淀粉酶可以水解直链淀粉和支链淀粉中的葡萄糖糖苷键，将未分解的部分淀粉和糊精分解成低聚糖和麦芽糖，从而弥补了由于麦汁组成不佳带来的缺陷，降低了浑浊度，提高了成品啤酒的质量。

1.5 漆酶

漆酶是一种含铜的多酚氧化酶。它能够氧化多酚类、含甲氧基的取代酚类、二胺和其他一些化合物。在啤酒中自然产生的少量花色素前体多酚类可使蛋白质产生沉淀，这种现象常常表现为冷浑浊。在啤酒生产的最后阶段加入漆酶可以除去过多的氧气从而增加啤酒稳定性，同时漆酶可与多酚形成的复合物，可采用过滤分离方法除去，以达到去除啤酒中多酚类物质的目的。

1.6 果胶酶

啤酒生产中添加了果汁也容易使啤酒产生浑浊：水果经破碎后的果汁中含有果胶、纤维素等固形物。而果胶在果汁中起到植物纤维的作用，具有很高的黏度，能阻碍固体粒子的沉降，使固体粒子保持悬浮、汁液处于浑浊状态，且不易滤清，最终影响了啤酒的澄清度。因此，这类啤酒可考虑用果胶酶将果胶降解。果胶酶作用于果胶中D-半乳糖醛酸残基之间的糖苷键，使高分子的半乳糖醛酸降解为半乳糖醛酸和果胶酸小分子物质，并且果胶的多糖链也被降解，果胶分子的这种连续降解使原来存在啤酒中的固形物失去依托而沉降下来，啤酒经过滤后可增强澄清效果或达到澄清的要求。因此，蛋白酶类和果胶酶是解决啤酒冷浑浊的主要酶类。

2 酶制剂应用于啤酒澄清的现状及效果

啤酒生产与酶有紧密的联系。一方面，随着生物技术的快速发展，酶制剂品种也越来越丰富，并越来越广泛地运用于食品行业，啤酒行业亦不例外；另一方面，随着啤酒种类的增多、市场的逐渐饱和，消费者对啤酒的质量要求也越来越高。在这种形势下，通过技术创新缩短生产周期、降低生产成本、提高啤酒质量对于各生产企业来说，就变得越来越重要，这使得酶在啤酒中的运用越来越广。

2.1 啤酒生产中常用的酶制剂

啤酒生产添加酶制剂能稳定或提升啤酒质量。将现代酶技术与传统啤酒酿造技术相结合，不仅对稳定和提高啤酒质量有益，而且对降低生产成本、弥补原料质量缺陷、增加花色品种、增加企业效益都大有好处[13]。酶制剂工业的发展，使啤酒工业在一定程度上减轻了对麦芽品质及啤酒花品质的依赖性，使的越来越多的企业在啤酒生产过程中添加各种酶制剂。目前，具有多酶系、多用途的酶制剂越来越受到关注和重视[14]。在啤酒酿造中，在使用较多辅料或低质全麦芽酿造啤酒时，通常会添加一些辅助酶制剂。而在实际生产中，从辅料糖化、发酵、杀菌等整个啤酒生产过程都涉及到酶。目前在啤酒生产中常用的酶制剂有淀粉分解酶（如耐高温α-淀粉酶、真菌淀粉酶、葡萄糖淀粉酶）；纤维素酶、半纤维素分解酶（如纤维素酶、β-葡聚糖酶和木聚糖酶等）；此外还有中性蛋白酶、α-乙酰乳酸脱羧酶等[15]。

当前，酶制剂被广泛应用于啤酒生产，这方面的研究报道也比较多。刘捷等[16]认为酶制剂在提高啤酒质量包括胶体稳定性方面应用较为突出，蛋白质水解酶、淀粉酶、葡萄糖氧化酶、α-乙酰乳酸脱羧酶、β-葡聚糖酶、乙醇脱氢酶、LLS催代酶、漆酶等是啤酒生产上常用的酶类。另外，溶菌酶应用于啤酒生产，贺国华[17]认为啤酒加入溶菌酶，对啤酒风味没有任何不良影响，其可作为有效添加剂，用于抑制未经巴氏灭菌啤酒微生物的活动，提高啤酒的稳定性。

2.2 蛋白酶制剂应用于啤酒澄清的现状及效果

目前，酶制剂越来越多地应用于啤酒工业中，应用于啤酒澄清方面的蛋白酶制剂主要以生姜蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、中性蛋白酶的研究报道相对较多。如唐晓珍等[18]在啤酒中加入生姜蛋白酶作为啤酒澄清剂，发现生姜蛋白酶对啤酒具有良好的澄清效果，用量一般在0.05～50 mg/L，其中用量0.05 mg/L效果最好，不仅能提高啤酒澄清度、色度质量、蛋白质含量，而且能较长时间保持其澄清效果及各指标的稳定性。木瓜蛋白酶作为啤酒澄清剂应用也十分广泛：乙引等[19]在利用木瓜蛋白酶改良啤酒品质时，发现加入0.08 mg/100 mL木瓜蛋白酶能有效地澄清啤酒，提高游离氨基酸含量，使啤酒浑浊度降低68.75%；梁德模等[20]在啤酒中添加木瓜蛋白酶发现其对于提高啤酒非生物稳定性、抗冷浑浊、延长啤酒保质期效果显著，而且成本大幅降低；魏晓琨等[21]在研究木瓜蛋白酶对啤酒过滤影响时也发现木瓜蛋白酶有助于啤酒的非生物稳定性；丁海涛等[22]为降低黑啤浑浊度，同时尽可能保留营养成分，向黑啤中添加木瓜蛋白酶分解蛋白质，在添加酶质量浓度为0.12mg/100mL的木瓜蛋白酶、反应温度为50℃、反应时间12 h的条件下，发现其浑浊度可降10.80%，蛋白质的浓度下降30.23%，啤酒感官评价可接受，达到了澄清的效果。另外，菠萝蛋白酶和中性蛋白酶在啤酒中的运用也有报道：李乃成等[23]也叙述菠萝蛋白酶常用于啤酒澄清；韩华等[24]在研究啤酒非生物稳定性时以中性蛋白酶作为酶制剂，其实验结果表明，在糖化阶段添加中性蛋白酶后，提高了麦汁中总氮的含量，降低了高分子蛋白质的含量，有效地提高了啤酒的非生物稳定性；并且中性蛋白酶添加剂量为300 U/g原料时，啤酒的非生物稳定性相对较好。

2.3 从果胶酶应用于果酒、果汁澄清的现状及效果中探讨

其应用于啤酒澄清的有效性

当前国内外不少啤酒企业在研究开发果汁类啤酒，国外一些著名啤酒品牌（如嘉士伯、喜力、Henninger、Holsten）都有自己的果汁啤酒产品，而国内现时主要有燕京、蓝宝、惠宜、珠江也有果汁啤酒在生产。果汁啤酒主要是在啤酒发酵过程中加入一种或多种果汁。从种类上看，添加较多的果汁有樱桃、菠萝、柠檬、苹果、水蜜桃、枸杞等。这些果汁的加入使啤酒风味、营养更加丰富，但加入果汁后成品啤酒澄清度会有不同程度的下降。因此，提高这类啤酒的澄清度又保持其原有的风味和营养是个十分紧迫的任务。目前，酶制剂运用于果汁、果酒饮料已有不少报道。柴丽娟等[25]用生姜蛋白酶对红葡萄酒进行澄清试验，通过分析红葡萄酒的pH、蛋白质含量、色度、色调和多酚指数等理化指标并结合感官评价，综合各指标得出结论：生姜蛋白酶作用于红葡萄酒有明显的澄清作用，酒样的澄清度随着生姜蛋白酶质量浓度的增加而增加，最适质量浓度为0.25 μg/mL；乔园园[26]也曾研究过将生姜蛋白酶用于葡萄酒澄清，发现红葡萄酒中添加生姜蛋白酶后，澄清度显著提高，其最适质量浓度为0.25 μg/mL，最佳作用时间是12～30 d。此外，果胶酶作为澄清剂应用于具有果汁的酒类或果汁饮料亦有不少的报道，这对果汁类啤酒澄清的研究提供了有价值的参考。如阿衣满古力·哈力哈拜等[27]利用果胶酶对和田红葡萄汁进行了澄清处理，在果胶酶用量0.4 g/L，温度45℃，澄清时间为150 min条件下，澄清汁透光率为94.5%，取得了很好的澄清效果，而且基本上保留了新鲜葡萄汁的营养成分；杨辉等[28]在研究苹果酒澄清时发现果胶酶处理有利于果汁澄清度的提高；丘雁临等[29]在研究山楂酒澄清时发现在作用温度为50℃，pH值为4.0，果胶酶添加量为3‰时果胶酶对山楂酒有明显的澄清作用，且在发酵前加酶比发酵后加酶的澄清效果好；李艳敏等[30]认为果胶酶可常用于果酒发酵前果汁的澄清，不但能保持原果的芳香与滋味，并且能降低果汁中总酚、总氨的含量。根据果汁清与浊的程度来决定用量，通常为0.5%～0.8%；范作卿等[31]还利用单因素试验及正交试验对影响果胶酶澄清桑椹酒的各单因素进行优化，确定利用果胶酶澄清桑椹酒的最佳使用条件为果胶酶剂量35 mg/L，澄清酒液温度45℃，酒液pH值4.0，在此最佳使用条件下桑椹酒的透光率可达92.5%，达到理想的澄清效果。刘延林等[32]用6种澄清剂对葡萄汁的澄清效果进行了对比试验，结果表明，果胶酶有显著澄清效果，添加量以40 mg/L最佳。此外，果胶酶还常用于其他一些果酒、果汁的澄清：应用果胶酶澄清甘蔗汁[33]、西番莲果汁[34]、橙汁[35]、苹果酒[36]、果蔬饮料[37]等。由此可见，现时酶制剂作为澄清剂应用于具有果汁的酒类或果汁饮料有不少的报道，但对运用于果汁类啤酒的研究报道还很少，因此，果胶酶运用于果汁类啤酒澄清会是啤酒澄清研究的一个重要方向。

2.4 啤酒澄清酶制剂的局限性及应用原则

酶制剂应用于啤酒澄清虽然已经取得了不少研究成果，但是其应用还存在一些局限性。啤酒生产原料质量和性质、生产工艺的各种参数、产品风格不同，选用的酶制剂也就存在差异，如澳洲麦芽与国产麦芽蛋白质含量不一样，蛋白酶使用量就会有差别。这不利于酶制剂的推广，而且酶制剂的添加也会增加啤酒企业的生产成本。对啤酒企业而言，即使使用同一种酶制剂也可能因为生产厂家、生产工艺、储存温度、环境湿度等因素的影响，造成酶制剂的纯度、卫生指标及活力指标的差异，这样就影响了企业对啤酒澄清时的添加量，甚至会影响到成品啤酒的质量，如中性蛋白酶，诺维信生物技术有限公司与郑州万博化工产品有限公司生产的中性蛋白酶在活性上存在不同，衡量酶活力的单位也不一样。另外，用于啤酒澄清的酶制剂容易残留于啤酒中。澄清时添加的酶制剂为避免其残留一般是在成品酒杀菌时使其失活，但因不同的酶其失活温度不同，为了加热灭酶，啤酒固有杀菌温度受到了外加酶制剂的影响，而对于非巴氏杀菌的啤酒，如纯生啤酒、鲜啤酒，很难通过非加热手段消除酶制剂残留对啤酒的影响。此外，啤酒澄清的酶制剂受酶高度专一特性的限制，单一的酶难以解决啤酒因不同原因产生的浑浊问题。因此，在使用酶制剂对啤酒澄清时，应注意遵循符合生产原料的质量和性质、不影响生产工艺的各种参数的原则，同时，还应选择品质稳定、纯度较高、卫生指标及活力指标均达标、适合于生产工艺和产品风格并且杀菌时能使其失活，避免残留酶制剂，用尽可能少的添加量达到所需的目的或澄清效果。

3 啤酒澄清酶制剂的研究展望

在啤酒中添加一些能促进啤酒澄清的酶制剂能提高啤酒企业的效益，而采用分子生物学、基因工程、细胞固定化等技术来不断扩充酶的种类、提高酶的纯度及利用率，这将是啤酒澄清酶制剂的未来发展方向。此外，用单一的酶来提高啤酒澄清度会因酶的专一性带来一定的局限性，而将单一酶制剂制成复合酶制剂则可弥补各种酶的缺点，得到较好的效果。但当前将多种酶复合起来使用于啤酒澄清，并研究其互补协同作用的报道还不多见。因此，啤酒复合酶澄清剂将是啤酒澄清剂研发的重要方向，具有很高的研究价值。

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