酶制剂在白酒发酵中应用的研究进展

郭建华，蒋海娇，刘晓兰，郭宏文，邹东恢

齐齐哈尔大学食品与生物工程学院（齐齐哈尔 161006）

白酒的生产一般采用传统的酿造技术，它的生产在很大程度上依赖于生产环境中大量微生物的协同作用。在白酒生产过程中，酒曲以及酒醅为微生物提供营养物质，发酵体系中各种菌种经历复杂的生长代谢。白酒成品中占酒体总量的98%是水和乙醇，它们是白酒的大量组分，而包括各种风味物质在内的微量物质约占酒体总量的2%。白酒中微量的香味组分种类、浓度、相互比例及各种组分之间缔合程度差异，可使白酒呈现出多样的特色。随着微生物技术的发展，通过向白酒酿造体系中添加酶制剂来改善白酒品质，提高出酒率及增强白酒某方面独特的风格的研究与应用越来越广泛。

1 酶制剂在白酒发酵过程中的应用

1.1 纤维素酶及半纤维酶在白酒发酵中的应用

白酒发酵一般采用固态发酵工艺，酒醅中添加了大量的填充料，这些填充料含有大量的纤维素物质，因此白酒原料中纤维素类物质成分含量很高。酒醅发酵过程对酸度、黏度要求较高，原料要有适当的粉碎度，粉碎颗粒不宜过细或过粗，并需要添加起疏松作用的物料，但由此造成淀粉质被包藏在颗粒皮壳内，降低糖化和代谢功能，使酒糟中残留很高。在酒醅中添加糖化酶，只能将酒醅中的淀粉类物质降解，而不能降解酒醅中的纤维素物质。而在酒醅中添加纤维素酶可将酒醅中少部分的纤维素类物质降解成糖，经发酵产生酒精，增加白酒出酒率；同时在酒醅中添加纤维素酶能够破坏胞壁，游离出内含物质，使酶催化效果增强，由此增加酒醅中营养物质的利用效果。刘丽等[1]探索了纤维素酶对白酒发酵出产率的影响，结果显示，纤维素酶可以在不同程度上增加成品出产率，最高可提高产率达8%。尚维等[2]的研究表明，在酒醅中加入纤维素酶可使出酒率最大增加13%。邢晓晰等[3]研究表明，向酒醅内加入适量的纤维素酶，不仅可以提高成品率，还能增加成品中酯类物质的含量。丁友昉等[4]研究结果显示，在小型实验发酵中，酒醅中添加0.1%~0.5%的纤维素酶，可增加成品率8.9%~24.4%；窖池发酵实验时，添加0.25%纤维素酶，可增加产出率5%以上。田胜艳等[5]将纤维素酶按池投粮的0.25%加入到白酒酒醅中，其出酒率最高可提高9.05%。风味组分乙酸乙酯和乳酸乙酯数量均有所下降，下降幅度差别不大，两者比例变化也不大，正丙醇含量由原来的187.47 mg/100 mL下降至88.37 mg/100 mL，白酒中甲醇和乙醛含量下降。李旭晖等[6]研究显示，在每千克酒醅内加入10 FPU的纤维素酶，出酒率可提高1倍；检测结果显示成品酒的醛类和杂醇油浓度降低很大，而主要酯类物质在酒中含量有所提高；有机酸中乙酸及乳酸数量有所降低，丙酸及己酸数量有所增加；每千克酒醅内纤维素酶加入量增至30~50 FPU后，出产的成品风味显著改善。

半纤维素酶在白酒发酵中也具有较强的应用潜力。禾本科谷物高粱、小麦分别是白酒酿制中糟醅、大曲的主要原料，均具有较高的阿拉伯木聚糖（AX）含量[7]。徐曼等[8]研究了木聚糖酶在液态法白酒生产中的应用，研究表明在接种前向玉米发酵培养基中添加170 U/g木聚糖酶，发酵48 h后，试验组的酒精度可提高至对照组的1.3倍，残糖含量是后者的7.4%。李旭辉等[9]将高活力的木聚糖酶与大曲一并添加至原料糟酒醅中，可明显提升出酒率和酒体乳酸乙酯的含量，降低醛类物质和杂醇油含量。

1.2 脂肪酶与酯化酶在白酒发酵中的应用

酯化反应是酯类物质重要的来源途径。脂肪酶能够对水相和非水相中的酯化反应有催化功能[10-13]，由于对风味组分具有重要作用，脂肪酶在白酒生产中利用广泛。某些来源的脂肪酶可以很好地对白酒中的风味化合物进行拆分。如：李小路等[14]研究表明来源于华根霉的脂肪酶对属于风味化合物的2-甲基丁酸及其酯具有很好的拆分效果；吴华昌等[15]筛选脂肪酶用于缩短白酒陈化时间，在成品中加入不同类型的脂肪酶，结果发现白酒中总酯浓度发生显著改变，说明脂肪酶能够缩短白酒的陈化时间。

通过研究发现，很多种微生物均可产酯化酶，目前在白酒发酵过程中已经发现红曲霉、根霉中许多菌株有较强的己酸乙酯合成能力。利用这些菌株生产的酯化酶制剂在白酒发酵中进行有效的应用。贾超英等[16]在泰山特曲生产中应用红曲酯酶粗酶制剂，用量为0.2%~0.3%，结果表明，己酸乙酯含量提高11.3%，使优质酒率提高6.1%。樊琪[17]在山东三株阁老贡酒生产中应用复合酯化酶生态菌剂技术，当用量为2%，大曲用量为20%，发酵周期为45 d时，平均出酒率达43%，使出酒率提高5%，优质酒率为41.2%。武建国等[18]在酒醅中加入红曲酯化酶等材料，发酵后优质酒率提高7.2%~14%，己酸乙酯增幅达124.8~162.5 mg/100 mL。王述荣等[19]从大曲和酒醅中分离得到根霉菌、红曲霉和酵母菌，将这3种菌株按比例4∶4∶2混合研制成的粗酶制剂应用于洋河大曲酒的生产，出酒率提高7.21%，优质酒率提高19.55%。方跃进[20]研究了酯化红曲在浓香型白酒中应用，结果表明其可以大幅度提高浓香型酒基酒中己酸乙酯的含量，使酒的优级品率提高10%以上。王晓丹等[21]从浓香型大曲筛选出一株产酯酶的紫色红曲霉FBKL3.0018，运用该菌株制得的粗酶制剂应用于浓香型白酒中的生产，可大大减少用曲量，提高原酒的产量与质量。刘雪等[22]利用一株产酯酶华根霉，将其制得麸曲的粗酶制剂添加到老窖泥富集液与无水乙醇（添加有3%的己酸）的酯化体系中，在25 ℃下反应25 d，合成的己酸乙酯产量可达2 302 mg/100 mL。综上表明，利用产酯化酶菌株得到的酶制剂在白酒酿造过程中应用广泛且效果较好。

1.3 蛋白酶在白酒发酵中的应用

酸性蛋白酶对酒醅原料物质降解性非常强，为白酒酿造提供了优势条件；同时该酶对菌种生长代谢起到重要作用，它催化生成的L-氨基酸能被菌种很容易地吸收。白酒中有许多风味物质成分也来源于某些蛋白质，而这些蛋白质是需要靠酸性蛋白酶的作用。高级醇的重要来源是蛋白质降解生成的氨基酸，这种物质及其衍生出来的物质都是重要的风味物质成分[23]。发酵体系中的蛋白酶活性高低直接影响白酒风味物质含量及比例，当其活力为2~5 U/g时，会降低醛类物质和杂醇油的含量而提高主要酯类物质的含量，同时这些酯类物质相对应的有机酸含量也会提高，感官评价表明，酒醅中蛋白酶活力在2~5 U/g的条件下，所产白酒风格突出、口感好、香味谐调[24]。添加蛋白酶可使酒醅中氨基酸含量升高，有利于酒醅中各种菌类的生长繁殖，且能促使微生物分泌酶，从而使乙醇代谢活跃，增加酯化反应，提高各种酯类在酒体中的含量。蛋白酶能够降低成品中杂醇油浓度，使酒的口味得到改善，同时对酒中乳酸乙酯也间接起到控制作用。添加蛋白酶同时可以增强酒醅中微生物的代谢活动，提高出酒率[25]。孙金旭等[26]研究了蛋白酶添加量对杂油醇生成的影响，结果表明蛋白酶添加量对杂油醇的生成有一定的影响，在0~20 U/g范围内杂油醇生成量随酶添加量的增加而降低，当蛋白酶为20 U/g时，杂油醇生成量最低，为0.231 g/L，比对照降低60.52%；当添加量超过20 U/g时，杂油醇生成量随酶添加量的增加而增加。由此说明，蛋白酶对白酒中杂油醇生成的影响是复杂的，利用蛋白酶来改进白酒发酵需进行更深入的研究。向双全等[27]利用响应面试验设计优化了蛋白酶在大曲中的添加水平，结果表明，当在大曲中添加酸性蛋白酶使得大曲蛋白酶活达到14.37 U/g时，最佳条件下出酒率最高达到48.1%。

1.4 糖化酶在白酒发酵中的应用

酒醅中添加糖化酶具有加速原料糖化，提高出酒率，并且具有控制高级醇生成的作用。申朝兴[28]的研究表明，使用活性干酵母和糖化酶代替部分大曲酿造白酒，可使平均出酒率达到55.85%。高级醇是在发酵过程中由蛋白质、氨基酸和糖类等物质等通过复杂的生物化学反应生成的产物。高级醇是白酒的主要呈香物质之一，适合的高级醇含量可赋予白酒芳香气味，但其含量过高会影响白酒的质量，使白酒口感苦涩。控制高级醇的浓度，可使香味组分具有和谐的配比，能够使白酒品质得以有效改良。罗惠波等[29]的研究显示，在酒醅中添加750 U/g的糖化酶，可使白酒中高级醇含量降低11.4%。孙金旭[30]研究显示，糖化酶能够使酒体中正丁醇含量降低57.22%，正丙醇的含量降低43.92%，2-丁醇的含量降低72.38%，异戊醇的含量降低44.38%，异丁醇的含量降低90.75%，杂油醇总量降低48.28%，由此说明糖化酶能够在很大程度上抑制白酒发酵中杂油醇的合成。

1.5 复合酶制剂在白酒发酵中的应用

在酒醅中添加一种酶，功能单一，对白酒发酵过程的影响作用有限，采用复合酶制剂改善白酒发酵品质是白酒添加酶制剂的趋势。王述荣等[31]利用从酒曲酒醅中筛选到的酵母菌、根霉菌和红曲霉生产复合酶制剂，并用于白酒生产中，结果显示复合酶制剂可提高出酒率7.21%。董友新[32]将具有复合功能的阿米诺酶与中温曲一起加入发酵体系，可提高2%~3%对淀粉的利用，提高2%出酒率，效果明显且对酒质无影响。崔如生[33]研究表明，将阿米诺酶应用于白酒生产，两排以后试验窖与对照窖相比，成品产量及成品中总酸、总酯等理化指标明显提高，且主要酯类物质及其他微量成分比例和谐。王海英等[34]将白酒复合酶加入到清香型制酒发酵中，结果表明添加复合酶制剂可以提高酒醅中的淀粉利用率，同时还能提高甲级酒产量、总产量和优质酒率，复合酶能有效抑制杂醇油的产生。张静等[35]研究了复合酶制剂在十里香白酒酿造中的应用，结果表明：复合酶制剂用量2.0 kg/t主粮时，正常发酵时出酒率提高2.07%，总酯提高9.2%，总酸提高7.8%；压排发酵时出酒率提高1.97%，总酸提高2.7%，总酯提高16.8%。

2 结语与展望

传统白酒生产主要依靠酒曲和酒醅中的菌群合成大量酶进行生物代谢，具有原料用量大、利用不充分、成品率低等诸多缺点，因此人们开始用先进技术手段逐步部分地改善酿酒过程。从20世纪90年代开始，在白酒的各个生产阶段，如制作酒曲、酒醅发酵、蒸馏勾兑和酒糟的废物利用等广泛应用酶制剂。酶制剂对提高成品率、提高成品质量及提高成品风味物质具有重要影响。白酒酒醅酿造体系是由大量微生物分泌的多种酶构成的复杂酶体系，至今还没有对这个复杂的代谢体系进行深层次的研究，添加酶制剂对白酒发酵影响的研究仍然需要继续深入探讨。随着分子生物学、云计算、宏基因组学、代谢组学、转录组学等技术的发展，利用大数据分析等，阐明白酒发酵过程中酶与白酒发酵指标之间的关系，定向调控白酒发酵指标成为一种具有现实意义的研究方向。