酶制劑在啤酒澄清方面的研究進(jìn)展

付博，段杉，齊明

（1.佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東佛山528137；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東廣州510642）

酶制劑在啤酒澄清方面的研究進(jìn)展

付博1，段杉2，齊明1

（1.佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東佛山528137；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東廣州510642）

啤酒生產(chǎn)中添加合適的酶，可以穩(wěn)定或提高啤酒的質(zhì)量，這使得越來越多的企業(yè)在啤酒生產(chǎn)過程中添加各種酶制劑。該文主要綜述了酶制劑在啤酒澄清方面的應(yīng)用效果，為今后利用酶制劑解決啤酒非生物性渾濁現(xiàn)象及啤酒酶澄清劑研發(fā)提供思路和參考。關(guān)鍵詞：酶制劑；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)

當(dāng)前啤酒市場競爭日趨激烈，企業(yè)要在競爭中生存、發(fā)展，最重要的還是提高啤酒質(zhì)量，增強(qiáng)產(chǎn)品的貨架穩(wěn)定性。啤酒穩(wěn)定性的研究是啤酒行業(yè)多年來的重要課題?，F(xiàn)時(shí)，啤酒穩(wěn)定性質(zhì)量問題主要表現(xiàn)為渾濁、沉淀的現(xiàn)象。因此，渾濁、沉淀是啤酒生產(chǎn)或保存過程中需解決的關(guān)鍵質(zhì)量問題之一。引起啤酒渾濁、沉淀的原因很多，種類也不同，一般可以分為生物渾濁和非生物渾濁兩大類[1-3]。生物渾濁包括酵母渾濁和細(xì)菌渾濁；非生物渾濁包括：蛋白質(zhì)-多酚引起的渾濁，如冷渾濁、熱渾濁、氧化渾濁、糊精渾濁（由α-葡聚糖和β-葡聚糖引起）、酒花樹脂渾濁、無機(jī)鹽引起的渾濁（如草酸鈣結(jié)晶沉淀、硅氧化物和硅酸鹽渾濁以及重金屬離子如銅、鐵、鉛等）[4-5]。此外，麥芽、啤酒花中含有的蛋白質(zhì)在制麥和釀造過程中經(jīng)歷化學(xué)變化、酶解，其產(chǎn)物最終存留在啤酒中，也影響啤酒的穩(wěn)定性，甚至?xí)?dǎo)致渾濁、沉淀[6-9]。這些渾濁、沉淀的產(chǎn)生，嚴(yán)重地?fù)p壞了啤酒的質(zhì)量，導(dǎo)致了經(jīng)濟(jì)上的重大損失。而且，當(dāng)前國內(nèi)外都有不少企業(yè)在研究開發(fā)果汁類的啤酒，主要是在啤酒發(fā)酵過程中加入一種或多種果汁，使啤酒風(fēng)味、營養(yǎng)更加豐富，而在加入果汁后成品啤酒澄清度會(huì)有不同程度的下降，所以提高這類啤酒的澄清度又保持其原有的風(fēng)味和營養(yǎng)是個(gè)十分緊迫的任務(wù)。因此，本文主要從酶制劑在啤酒澄清方面的應(yīng)用效果、果膠酶應(yīng)用于果酒與果汁澄清的現(xiàn)狀及效果中探討其應(yīng)用于啤酒澄清的有效性兩方面進(jìn)行綜述，為今后利用酶制劑解決啤酒非生物性渾濁現(xiàn)象及啤酒酶澄清劑研發(fā)提供思路和參考。

1 酶制劑作為啤酒澄清劑的應(yīng)用原理

啤酒是一種穩(wěn)定性不強(qiáng)的膠體溶液，其中的蛋白質(zhì)和醛糖、酒花中多酚和膠體等物質(zhì)能夠形成絮狀物，這些物質(zhì)會(huì)影響啤酒的穩(wěn)定性、透明度，在保存過程中易使啤酒產(chǎn)生渾濁沉淀現(xiàn)象。采用各種方法增強(qiáng)啤酒質(zhì)量的穩(wěn)定性是啤酒生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，而應(yīng)用酶制劑解決啤酒渾濁、沉淀是啤酒生產(chǎn)技術(shù)的研究方向之一。生產(chǎn)中常用于解決啤酒非生物性渾濁的酶類主要有蛋白酶類、葡萄糖氧化酶、β-葡聚糖酶、淀粉酶、漆酶等[10]。

1.1 蛋白酶類

研究表明，啤酒內(nèi)出現(xiàn)渾濁和沉淀的原因較多，從沉淀物成分看主要為高分子蛋白質(zhì)類渾濁[11-12]。外加蛋白酶可以將這些物質(zhì)分解為小肽和氨基酸，解決由于蛋白質(zhì)引起的啤酒渾濁，從而提高啤酒的質(zhì)量穩(wěn)定性。

1.2 葡萄糖氧化酶

葡萄糖氧化酶可以使氧與啤酒中的葡萄糖生成葡萄糖酸內(nèi)酯而消耗溶解氧，從而阻止了啤酒的氧化變質(zhì)，防止渾濁物、沉淀物產(chǎn)生。而且產(chǎn)生的葡萄糖酸內(nèi)酯穩(wěn)定性較好，不具有氧化能力，沒有酸味、無毒副作用，對啤酒的質(zhì)量沒有任何不利影響。

1.3 β-葡聚糖酶

β-葡聚糖水溶液黏度高，是啤酒非生物渾濁的主要成分之一，它是由70%的β-1,4鍵，β-1,3鍵結(jié)合的葡萄糖鏈構(gòu)成的大分子多糖。麥芽汁中含β-葡聚糖量過高會(huì)造成麥汁渾濁，影響啤酒的非生物穩(wěn)定性。

β-葡聚糖酶是內(nèi)切β-1,3、β-1,4葡聚糖酶和外切β-1,4、β-1,3葡聚糖酶的總稱。它主要作用于β-葡聚糖的β-1,3、β-1,4糖苷鍵，使β-葡聚糖分解成還原糖和寡糖。β-葡聚糖酶應(yīng)用于啤酒工業(yè)，能專一地分解黏度很高的各種大麥β-葡聚糖，使麥芽汁黏度降低，改善啤酒的質(zhì)量。

1.4 淀粉酶

啤酒生產(chǎn)過程中常出現(xiàn)麥芽糖含量偏低，致使發(fā)酵后期出現(xiàn)糖度下降，發(fā)酵度偏低，渾濁加大現(xiàn)象。淀粉酶可以水解直鏈淀粉和支鏈淀粉中的葡萄糖糖苷鍵，將未分解的部分淀粉和糊精分解成低聚糖和麥芽糖，從而彌補(bǔ)了由于麥汁組成不佳帶來的缺陷，降低了渾濁度，提高了成品啤酒的質(zhì)量。

1.5 漆酶

漆酶是一種含銅的多酚氧化酶。它能夠氧化多酚類、含甲氧基的取代酚類、二胺和其他一些化合物。在啤酒中自然產(chǎn)生的少量花色素前體多酚類可使蛋白質(zhì)產(chǎn)生沉淀，這種現(xiàn)象常常表現(xiàn)為冷渾濁。在啤酒生產(chǎn)的最后階段加入漆酶可以除去過多的氧氣從而增加啤酒穩(wěn)定性，同時(shí)漆酶可與多酚形成的復(fù)合物，可采用過濾分離方法除去，以達(dá)到去除啤酒中多酚類物質(zhì)的目的。

1.6 果膠酶

啤酒生產(chǎn)中添加了果汁也容易使啤酒產(chǎn)生渾濁：水果經(jīng)破碎后的果汁中含有果膠、纖維素等固形物。而果膠在果汁中起到植物纖維的作用，具有很高的黏度，能阻礙固體粒子的沉降，使固體粒子保持懸浮、汁液處于渾濁狀態(tài)，且不易濾清，最終影響了啤酒的澄清度。因此，這類啤酒可考慮用果膠酶將果膠降解。果膠酶作用于果膠中D-半乳糖醛酸殘基之間的糖苷鍵，使高分子的半乳糖醛酸降解為半乳糖醛酸和果膠酸小分子物質(zhì)，并且果膠的多糖鏈也被降解，果膠分子的這種連續(xù)降解使原來存在啤酒中的固形物失去依托而沉降下來，啤酒經(jīng)過濾后可增強(qiáng)澄清效果或達(dá)到澄清的要求。因此，蛋白酶類和果膠酶是解決啤酒冷渾濁的主要酶類。

2 酶制劑應(yīng)用于啤酒澄清的現(xiàn)狀及效果

啤酒生產(chǎn)與酶有緊密的聯(lián)系。一方面，隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展，酶制劑品種也越來越豐富，并越來越廣泛地運(yùn)用于食品行業(yè)，啤酒行業(yè)亦不例外；另一方面，隨著啤酒種類的增多、市場的逐漸飽和，消費(fèi)者對啤酒的質(zhì)量要求也越來越高。在這種形勢下，通過技術(shù)創(chuàng)新縮短生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本、提高啤酒質(zhì)量對于各生產(chǎn)企業(yè)來說，就變得越來越重要，這使得酶在啤酒中的運(yùn)用越來越廣。

2.1 啤酒生產(chǎn)中常用的酶制劑

啤酒生產(chǎn)添加酶制劑能穩(wěn)定或提升啤酒質(zhì)量。將現(xiàn)代酶技術(shù)與傳統(tǒng)啤酒釀造技術(shù)相結(jié)合，不僅對穩(wěn)定和提高啤酒質(zhì)量有益，而且對降低生產(chǎn)成本、彌補(bǔ)原料質(zhì)量缺陷、增加花色品種、增加企業(yè)效益都大有好處[13]。酶制劑工業(yè)的發(fā)展，使啤酒工業(yè)在一定程度上減輕了對麥芽品質(zhì)及啤酒花品質(zhì)的依賴性，使的越來越多的企業(yè)在啤酒生產(chǎn)過程中添加各種酶制劑。目前，具有多酶系、多用途的酶制劑越來越受到關(guān)注和重視[14]。在啤酒釀造中，在使用較多輔料或低質(zhì)全麥芽釀造啤酒時(shí)，通常會(huì)添加一些輔助酶制劑。而在實(shí)際生產(chǎn)中，從輔料糖化、發(fā)酵、殺菌等整個(gè)啤酒生產(chǎn)過程都涉及到酶。目前在啤酒生產(chǎn)中常用的酶制劑有淀粉分解酶（如耐高溫α-淀粉酶、真菌淀粉酶、葡萄糖淀粉酶）；纖維素酶、半纖維素分解酶（如纖維素酶、β-葡聚糖酶和木聚糖酶等）；此外還有中性蛋白酶、α-乙酰乳酸脫羧酶等[15]。

當(dāng)前，酶制劑被廣泛應(yīng)用于啤酒生產(chǎn)，這方面的研究報(bào)道也比較多。劉捷等[16]認(rèn)為酶制劑在提高啤酒質(zhì)量包括膠體穩(wěn)定性方面應(yīng)用較為突出，蛋白質(zhì)水解酶、淀粉酶、葡萄糖氧化酶、α-乙酰乳酸脫羧酶、β-葡聚糖酶、乙醇脫氫酶、LLS催代酶、漆酶等是啤酒生產(chǎn)上常用的酶類。另外，溶菌酶應(yīng)用于啤酒生產(chǎn)，賀國華[17]認(rèn)為啤酒加入溶菌酶，對啤酒風(fēng)味沒有任何不良影響，其可作為有效添加劑，用于抑制未經(jīng)巴氏滅菌啤酒微生物的活動(dòng)，提高啤酒的穩(wěn)定性。

2.2 蛋白酶制劑應(yīng)用于啤酒澄清的現(xiàn)狀及效果

目前，酶制劑越來越多地應(yīng)用于啤酒工業(yè)中，應(yīng)用于啤酒澄清方面的蛋白酶制劑主要以生姜蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、中性蛋白酶的研究報(bào)道相對較多。如唐曉珍等[18]在啤酒中加入生姜蛋白酶作為啤酒澄清劑，發(fā)現(xiàn)生姜蛋白酶對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，不僅能提高啤酒澄清度、色度質(zhì)量、蛋白質(zhì)含量，而且能較長時(shí)間保持其澄清效果及各指標(biāo)的穩(wěn)定性。木瓜蛋白酶作為啤酒澄清劑應(yīng)用也十分廣泛：乙引等[19]在利用木瓜蛋白酶改良啤酒品質(zhì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)加入0.08 mg/100 mL木瓜蛋白酶能有效地澄清啤酒，提高游離氨基酸含量，使啤酒渾濁度降低68.75%；梁德模等[20]在啤酒中添加木瓜蛋白酶發(fā)現(xiàn)其對于提高啤酒非生物穩(wěn)定性、抗冷渾濁、延長啤酒保質(zhì)期效果顯著，而且成本大幅降低；魏曉琨等[21]在研究木瓜蛋白酶對啤酒過濾影響時(shí)也發(fā)現(xiàn)木瓜蛋白酶有助于啤酒的非生物穩(wěn)定性；丁海濤等[22]為降低黑啤渾濁度，同時(shí)盡可能保留營養(yǎng)成分，向黑啤中添加木瓜蛋白酶分解蛋白質(zhì)，在添加酶質(zhì)量濃度為0.12mg/100mL的木瓜蛋白酶、反應(yīng)溫度為50℃、反應(yīng)時(shí)間12 h的條件下，發(fā)現(xiàn)其渾濁度可降10.80%，蛋白質(zhì)的濃度下降30.23%，啤酒感官評價(jià)可接受，達(dá)到了澄清的效果。另外，菠蘿蛋白酶和中性蛋白酶在啤酒中的運(yùn)用也有報(bào)道：李乃成等[23]也敘述菠蘿蛋白酶常用于啤酒澄清；韓華等[24]在研究啤酒非生物穩(wěn)定性時(shí)以中性蛋白酶作為酶制劑，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在糖化階段添加中性蛋白酶后，提高了麥汁中總氮的含量，降低了高分子蛋白質(zhì)的含量，有效地提高了啤酒的非生物穩(wěn)定性；并且中性蛋白酶添加劑量為300 U/g原料時(shí)，啤酒的非生物穩(wěn)定性相對較好。

2.3 從果膠酶應(yīng)用于果酒、果汁澄清的現(xiàn)狀及效果中探討

其應(yīng)用于啤酒澄清的有效性

當(dāng)前國內(nèi)外不少啤酒企業(yè)在研究開發(fā)果汁類啤酒，國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產(chǎn)品，而國內(nèi)現(xiàn)時(shí)主要有燕京、藍(lán)寶、惠宜、珠江也有果汁啤酒在生產(chǎn)。果汁啤酒主要是在啤酒發(fā)酵過程中加入一種或多種果汁。從種類上看，添加較多的果汁有櫻桃、菠蘿、檸檬、蘋果、水蜜桃、枸杞等。這些果汁的加入使啤酒風(fēng)味、營養(yǎng)更加豐富，但加入果汁后成品啤酒澄清度會(huì)有不同程度的下降。因此，提高這類啤酒的澄清度又保持其原有的風(fēng)味和營養(yǎng)是個(gè)十分緊迫的任務(wù)。目前，酶制劑運(yùn)用于果汁、果酒飲料已有不少報(bào)道。柴麗娟等[25]用生姜蛋白酶對紅葡萄酒進(jìn)行澄清試驗(yàn)，通過分析紅葡萄酒的pH、蛋白質(zhì)含量、色度、色調(diào)和多酚指數(shù)等理化指標(biāo)并結(jié)合感官評價(jià)，綜合各指標(biāo)得出結(jié)論：生姜蛋白酶作用于紅葡萄酒有明顯的澄清作用，酒樣的澄清度隨著生姜蛋白酶質(zhì)量濃度的增加而增加，最適質(zhì)量濃度為0.25 μg/mL；喬園園[26]也曾研究過將生姜蛋白酶用于葡萄酒澄清，發(fā)現(xiàn)紅葡萄酒中添加生姜蛋白酶后，澄清度顯著提高，其最適質(zhì)量濃度為0.25 μg/mL，最佳作用時(shí)間是12～30 d。此外，果膠酶作為澄清劑應(yīng)用于具有果汁的酒類或果汁飲料亦有不少的報(bào)道，這對果汁類啤酒澄清的研究提供了有價(jià)值的參考。如阿衣滿古力·哈力哈拜等[27]利用果膠酶對和田紅葡萄汁進(jìn)行了澄清處理，在果膠酶用量0.4 g/L，溫度45℃，澄清時(shí)間為150 min條件下，澄清汁透光率為94.5%，取得了很好的澄清效果，而且基本上保留了新鮮葡萄汁的營養(yǎng)成分；楊輝等[28]在研究蘋果酒澄清時(shí)發(fā)現(xiàn)果膠酶處理有利于果汁澄清度的提高；丘雁臨等[29]在研究山楂酒澄清時(shí)發(fā)現(xiàn)在作用溫度為50℃，pH值為4.0，果膠酶添加量為3‰時(shí)果膠酶對山楂酒有明顯的澄清作用，且在發(fā)酵前加酶比發(fā)酵后加酶的澄清效果好；李艷敏等[30]認(rèn)為果膠酶可常用于果酒發(fā)酵前果汁的澄清，不但能保持原果的芳香與滋味，并且能降低果汁中總酚、總氨的含量。根據(jù)果汁清與濁的程度來決定用量，通常為0.5%～0.8%；范作卿等[31]還利用單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)對影響果膠酶澄清桑椹酒的各單因素進(jìn)行優(yōu)化，確定利用果膠酶澄清桑椹酒的最佳使用條件為果膠酶劑量35 mg/L，澄清酒液溫度45℃，酒液pH值4.0，在此最佳使用條件下桑椹酒的透光率可達(dá)92.5%，達(dá)到理想的澄清效果。劉延林等[32]用6種澄清劑對葡萄汁的澄清效果進(jìn)行了對比試驗(yàn)，結(jié)果表明，果膠酶有顯著澄清效果，添加量以40 mg/L最佳。此外，果膠酶還常用于其他一些果酒、果汁的澄清：應(yīng)用果膠酶澄清甘蔗汁[33]、西番蓮果汁[34]、橙汁[35]、蘋果酒[36]、果蔬飲料[37]等。由此可見，現(xiàn)時(shí)酶制劑作為澄清劑應(yīng)用于具有果汁的酒類或果汁飲料有不少的報(bào)道，但對運(yùn)用于果汁類啤酒的研究報(bào)道還很少，因此，果膠酶運(yùn)用于果汁類啤酒澄清會(huì)是啤酒澄清研究的一個(gè)重要方向。

2.4 啤酒澄清酶制劑的局限性及應(yīng)用原則

酶制劑應(yīng)用于啤酒澄清雖然已經(jīng)取得了不少研究成果，但是其應(yīng)用還存在一些局限性。啤酒生產(chǎn)原料質(zhì)量和性質(zhì)、生產(chǎn)工藝的各種參數(shù)、產(chǎn)品風(fēng)格不同，選用的酶制劑也就存在差異，如澳洲麥芽與國產(chǎn)麥芽蛋白質(zhì)含量不一樣，蛋白酶使用量就會(huì)有差別。這不利于酶制劑的推廣，而且酶制劑的添加也會(huì)增加啤酒企業(yè)的生產(chǎn)成本。對啤酒企業(yè)而言，即使使用同一種酶制劑也可能因?yàn)樯a(chǎn)廠家、生產(chǎn)工藝、儲(chǔ)存溫度、環(huán)境濕度等因素的影響，造成酶制劑的純度、衛(wèi)生指標(biāo)及活力指標(biāo)的差異，這樣就影響了企業(yè)對啤酒澄清時(shí)的添加量，甚至?xí)绊懙匠善菲【频馁|(zhì)量，如中性蛋白酶，諾維信生物技術(shù)有限公司與鄭州萬博化工產(chǎn)品有限公司生產(chǎn)的中性蛋白酶在活性上存在不同，衡量酶活力的單位也不一樣。另外，用于啤酒澄清的酶制劑容易殘留于啤酒中。澄清時(shí)添加的酶制劑為避免其殘留一般是在成品酒殺菌時(shí)使其失活，但因不同的酶其失活溫度不同，為了加熱滅酶，啤酒固有殺菌溫度受到了外加酶制劑的影響，而對于非巴氏殺菌的啤酒，如純生啤酒、鮮啤酒，很難通過非加熱手段消除酶制劑殘留對啤酒的影響。此外，啤酒澄清的酶制劑受酶高度專一特性的限制，單一的酶難以解決啤酒因不同原因產(chǎn)生的渾濁問題。因此，在使用酶制劑對啤酒澄清時(shí)，應(yīng)注意遵循符合生產(chǎn)原料的質(zhì)量和性質(zhì)、不影響生產(chǎn)工藝的各種參數(shù)的原則，同時(shí)，還應(yīng)選擇品質(zhì)穩(wěn)定、純度較高、衛(wèi)生指標(biāo)及活力指標(biāo)均達(dá)標(biāo)、適合于生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品風(fēng)格并且殺菌時(shí)能使其失活，避免殘留酶制劑，用盡可能少的添加量達(dá)到所需的目的或澄清效果。

3 啤酒澄清酶制劑的研究展望

在啤酒中添加一些能促進(jìn)啤酒澄清的酶制劑能提高啤酒企業(yè)的效益，而采用分子生物學(xué)、基因工程、細(xì)胞固定化等技術(shù)來不斷擴(kuò)充酶的種類、提高酶的純度及利用率，這將是啤酒澄清酶制劑的未來發(fā)展方向。此外，用單一的酶來提高啤酒澄清度會(huì)因酶的專一性帶來一定的局限性，而將單一酶制劑制成復(fù)合酶制劑則可彌補(bǔ)各種酶的缺點(diǎn)，得到較好的效果。但當(dāng)前將多種酶復(fù)合起來使用于啤酒澄清，并研究其互補(bǔ)協(xié)同作用的報(bào)道還不多見。因此，啤酒復(fù)合酶澄清劑將是啤酒澄清劑研發(fā)的重要方向，具有很高的研究價(jià)值。

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0254-5071（2017）05-0005-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.05.002

2017-03-16

2015年廣東省質(zhì)量工程項(xiàng)目（201504002）；佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院2015年科研項(xiàng)目（KY2015Y06）

付博（1983-），男，工程師，碩士，研究方向?yàn)槭称窓z驗(yàn)與釀造技術(shù)。