真菌淀粉酶的酶學(xué)特性及其在酒類釀造中的運用研究

田莉

真菌淀粉酶又名真菌α-淀粉酶（1，4-α-D-葡聚糖水解酶），是由米曲霉瓦爾經(jīng)深層培養(yǎng)、提取等工序精制而成。近年來，我國進出口貿(mào)易環(huán)境不斷改善，釀酒需求呈現(xiàn)了明顯的上升趨勢，探究真菌淀粉酶的酶學(xué)特性及其在酒類釀造中的運用，有助于優(yōu)化酒類釀造環(huán)境，打破傳統(tǒng)的酒類釀造框架限制，提高釀酒速度和成品酒的質(zhì)量。

一、真菌淀粉酶的酶學(xué)特性

1.真菌淀粉酶的性狀。真菌淀粉酶外觀呈粉末狀，主要應(yīng)用于食品行業(yè)，溫度適應(yīng)范圍為45℃-65℃，最適溫度為45℃-55℃，酶活為3000u/ml-100000u/ml，無異味。真菌淀粉酶為內(nèi)切淀粉酶，可以迅速水解膠凝淀粉、直鏈淀粉和支鏈淀粉水溶液內(nèi)部的α-1，4葡萄糖苷鍵，產(chǎn)生可溶性糊精及少數(shù)麥芽糖和葡萄糖。真菌淀粉酶的性狀決定了其在酒類釀造中的優(yōu)良應(yīng)用前景，長時間反應(yīng)會產(chǎn)生大量麥芽糖和少量葡萄糖的糖漿，這是真菌淀粉酶在啤酒釀造中應(yīng)用的關(guān)鍵；在紅曲黃酒釀造過程中，真菌淀粉酶能夠起到糖化作用，全面優(yōu)化釀造工藝，提高成品酒的質(zhì)量，改善成品酒的口味，降低釀酒成本。真菌淀粉酶的溫度感應(yīng)性較高，不同溫度條件下的活力具有明顯的差異性，因此，將真菌淀粉酶應(yīng)用于食品行業(yè)時要結(jié)合實際生產(chǎn)條件和生產(chǎn)需求，對酶的作用溫度進行合理控制。另外，pH值也將直接影響真菌淀粉酶的作用效果，相關(guān)金屬離子則對真菌淀粉酶具有較強的抑制作用和激活作用，其中具有較強抑制作用的金屬離子主要包括Fe3+、Ba2+、Cu2+、Mn2+和Fe2+，具有較強激活作用的金屬離子主要為Ca2+。

2.真菌淀粉酶的分類。按照酶學(xué)性質(zhì)，可將真菌淀粉酶分為中性真菌淀粉酶、耐熱或耐酸性真菌α-淀粉酶、具有生淀粉酶活力的真菌α-淀粉酶，其中，生淀粉酶能將未經(jīng)蒸煮糊化的生淀粉直接轉(zhuǎn)化成葡萄糖等發(fā)酵型糖供微生物生長和代謝，比傳統(tǒng)的高溫蒸煮糖化節(jié)約25%- 30%的能耗。目前，真菌淀粉酶主要應(yīng)用于食品行業(yè)，主要生產(chǎn)方式包括微生物發(fā)酵、枯草桿菌地衣、芽孢桿菌產(chǎn)生以及真菌（黑曲霉、米曲霉和根霉等）發(fā)酵。

二、真菌淀粉酶在啤酒釀造中的運用

1.麥芽糖生成中真菌淀粉酶的處理。研究表明，真菌淀粉酶在啤酒釀造過程中具有多樣性優(yōu)勢。麥芽糖是啤酒釀造中重要的原材料，通過對真菌淀粉酶采取相關(guān)處理措施，能夠有效提高麥芽糖生成量，處理手段主要包括液化手段和糖化工藝。在液化處理中，主要是對還原糖總量占試樣中干物質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進行控制，不同的液化程度所得到的麥芽糖含量具有較大的差異性。研究表明，淀粉乳濃度對液化具有明顯影響，淀粉乳濃度分別為20%、25%、30%、35%和40%條件下，相同加酶量所得到的液化值分別為19.4、19.5、20.6、20.7和21.8，其中，淀粉乳濃度為20%、25%、30%條件下的液化外觀為清亮透明、流動性好，而35%和40%淀粉乳濃度下的液化外觀分別為有部分結(jié)塊和有大量淀粉結(jié)塊。除此之外，淀粉酶用量也對液化具有明顯影響，當(dāng)加酶量為3（u/g淀粉）、6（u/g淀粉）、10（u/g淀粉）、20（u/g淀粉）的情況下，液化值分別為7.2、11.6、20.6、29.1；液化外觀分別為有較多結(jié)塊，渾濁、有少量結(jié)塊、清亮透明，流動性好、清亮透明，流動性好；碘液顯色分別為藍色、棕紅色、淺紅色和無色。

在啤酒釀造過程中，還應(yīng)進行糖化處理，影響糖化過程的因素主要包括糖化時間、pH值、加酶量和糖化溫度。就糖化時間而言，在糖化處理中，前10小時液化值升速較快，然后趨于平穩(wěn)；就pH值而言，達到最大液化值所用時間約為40小時，但pH值為4.5時，酶活性大大降低；就加酶量而言，隨著加酶量的增加，達到最大液化值所用的時間有所縮短，相同情況下，加酶量為0.4FAU/g淀粉和0.8FAU/g淀粉所得最大液化值的差距較??；就糖化溫度對糖化過程的影響而言，筆者在50℃、55℃和60℃三個溫度條件下進行了糖化實驗研究，結(jié)果表明，50℃-60℃溫度環(huán)境內(nèi)，糖化值基本一致。

2.真菌淀粉酶在啤酒釀造中的運用條件。通過合理設(shè)置真菌淀粉酶的應(yīng)用條件，可提高啤酒釀造過程中麥芽糖的生成量。具體條件主要包括：液化處理中的淀粉乳濃度、淀粉酶用量和液化時間，淀粉乳濃度、淀粉酶用量和液化時間分別為30%、10（u/g淀粉）和20h；糖化處理中的pH值、溫度，pH值為5.5、溫度為55℃。生產(chǎn)啤酒專用麥芽糖漿，應(yīng)控制液化值在20左右，真菌淀粉酶的添加量為0.4FAU/g淀粉，控制糖化pH值為5.5，溫度為55℃。

三、真菌淀粉酶在紅曲黃酒釀造中的運用

1.原材料及配比。紅曲黃酒在我國具有較長的釀造歷史，原材料主要包括糯米、紅曲和水。為進一步發(fā)揮真菌淀粉酶在紅曲黃酒釀造中的運用優(yōu)勢，筆者運用控制變量法開展了對照實驗，試驗代號分別為A組和B組，其中A組原材料糯米、紅曲、水、真菌淀粉酶、活性干酵母的配比分別為150千克、13.5千克、160千克、0毫升和0克；B組原材料配比分別為150千克、10.5千克、160千克、85毫升和70克。

2.工藝流程。B組真菌淀粉酶在紅曲黃酒釀造中應(yīng)用的工藝流程如下。對紅曲進行浸泡，在浸曲的同階段中，用水對糯米進行浸漬和洗米，接著將洗干凈的糯米蒸熟攤涼。浸曲結(jié)束后，將糯米、水、真菌淀粉酶以及活化后的活性干酵母在落缸前進行綜合發(fā)酵，并在灌壇后進行二次發(fā)酵，發(fā)酵后壓縮得到生酒和酒糟，對生酒進行澄清處理和煎酒之后即可獲得最終的紅曲黃酒成品。作為對照組，A組按傳統(tǒng)的紅曲黃酒釀造工藝進行釀造。值得一提的是，在紅曲黃酒釀造過程中需掌握相關(guān)工藝控制要點，糯米浸漬時間為20-24小時，紅曲浸曲時間為12小時；糯米米飯在入缸前必須進行冷卻，在干酵母活化中需要將干酵母置于38℃-40℃的糖度為4BX的1.5千克糖液中，自然降溫至32℃，然后保溫4小時。

3.發(fā)酵中的物質(zhì)變化及釀造對比。在真菌淀粉酶運用于紅曲黃酒釀造的過程中，筆者按照上述工藝進行了投料，并對整個過程中的基本情況進行跟蹤檢測，以明確真菌淀粉酶在釀酒中的應(yīng)用價值，以下對發(fā)酵過程中主要物質(zhì)的變化情況進行介紹。開始發(fā)酵的第1天至發(fā)酵結(jié)束的第30天，A組的酒精度分別為4.3%、7.9%、10.8%、14.9%、 15.7%、16.5%、17.0%、17.3%、17.4%、17.4%，酸度分別為0.35g/100ml、0.43g/100ml、0.51g/100ml、0.59g/100ml、0.58g/100ml、0.57g/100ml、0.59g/100ml、0.61g/100ml、0.60g/100ml、0.62g/100ml，還原糖分別為6.1g/100ml、7.6g/100ml、2.7g/100ml、2.2g/100ml、1.5g/100ml、1.8g/100ml、2.7g/100ml、2.1g/100ml、2.4g/100ml、1.8g/100ml；B組的酒精度分別為5.2%、9.4%、12.7%、16.1%、17.2%、17.6%、18.4%、18.6%、18.7%、18.9%，酸度分別為0.33g/100ml、0.43g/100ml、0.45g/100ml、0.49g/100ml、0.48g/100ml、0.50g/100ml、0.53g/100ml、0.52g/100ml、0.54g/100ml和0.53g/100ml，還原糖分別為7.3g/100ml、6.6g/100ml、2.1g/100ml、1.3g/100ml、1.5g/100ml、2.0g/100ml、3.3g/100ml、2.3g/100ml、1.9g/100ml和1.2g/100ml。

為了明確真菌淀粉酶在紅曲黃酒釀造過程中的作用優(yōu)勢，筆者對A組和B組的成品酒質(zhì)量進行了對比，對比內(nèi)容主要包括感觀、酒精度、酸度、還原糖、氨基酸態(tài)氮、固形物、揮發(fā)酯和pH。A組的上述指標(biāo)分別為正常略感酸味、16.5、0.58、1.8、0.059、5.36、0.0129和3.95，B組的上述指標(biāo)分別為正常色澤稍淺、16.5、0.48、1.9、0.053、4.89、0.011和4.16。

除此之外，筆者還進行了新工藝與傳統(tǒng)工藝釀酒制造成本的對比，成本項目主要包括糯米、紅曲、活性干酵母、真菌淀粉酶。A組上述成本項目的金額分別為1403.5元、105.2元、0元、0元，B組上述成本項目的成本金額分別為1234.4元、72.6元、86.1元、47.0元。

通過整合上述內(nèi)容可知，在釀酒過程中加入真菌淀粉酶23小時左右，酒缸中心溫度可達到35℃，而傳統(tǒng)工藝達到35℃的時長為32小時，可見加入真菌淀粉酶有助于縮短酒齡。同時，傳統(tǒng)紅曲黃酒的口味偏酸，加入真菌淀粉酶后成品紅曲黃酒的酸度較低，口味協(xié)調(diào)。最后通過總結(jié)新工藝與傳統(tǒng)工藝釀酒制造成本可知，即使在進口酶價格較為昂貴的情況下，釀酒總體成本還是下降了137.0元，經(jīng)濟效益較為明顯。

綜上，基于真菌淀粉酶的酶學(xué)特性，可通過設(shè)置外部條件將其有效運用于啤酒釀造和紅曲黃酒釀造中，進一步提高釀酒效率，提高成品酒的質(zhì)量，打破傳統(tǒng)釀酒方法框架的限制，進一步提高我國的釀酒技術(shù)水平。