一種酒精復合酶在酒精發酵中的應用研究

薛寶 劉鉞 劉坤 白玉川 俞峰 康新凱

（1.河南天冠企業集團有限公司，河南 南陽 473000；2.甘肅白銀賽諾生物科技有限公司，甘肅 白銀 730913）

一種酒精復合酶在酒精發酵中的應用研究

薛寶1劉鉞1劉坤1白玉川2俞峰2康新凱1

（1.河南天冠企業集團有限公司，河南 南陽 473000；2.甘肅白銀賽諾生物科技有限公司，甘肅 白銀 730913）

本文闡述了一種新的酒精復合酶，這種酒精復合酶相對于酸性蛋白酶，可以更加充分地利用原料的特點以及各種酶的協同作用，使酒精用酶量大幅降低，減少用酶的成本，提高酒精產品的競爭力。研究表明添加量為0.3‰酸性蛋白酶與添加量為0.1‰酒精復合酶能夠取得一樣的效果，如果適當延長發酵時間，酒精復合酶的添加成本相對酸性蛋白酶可以更低，添加量為0.1‰的酸性蛋白酶對酒精發酵的促進效果要小于添加量為0.03‰的酒精復合酶對酒精發酵的促進效果。研究結果為酒精生產提供了一種新的選擇。

酒精；酒精復合酶；酸性蛋白酶

在現代酒精發酵工藝中一般會加入酸性蛋白酶，這樣做可起到縮短發酵周期和提高原料出酒率的作用[1]，一般可提高原料出酒率1%～2%，提高發酵醪中酵母細胞數10%～30%，提高發酵速率，縮短發酵周期12 h～20 h[2]，主要原理是酸性蛋白酶對原料中的蛋白分解，使原料顆粒溶解，為淀粉酶的糖化作用創造了條件。但是在使用酸性蛋白酶的過程中也存在一些問題，比如如果加入的量比較大，額外的成本就會較高，降低了酒精產品的競爭力，而且發酵過程中由于酸性蛋白酶的作用會直接水解蛋白質，如果酸性蛋白酶的質量不好含有大量的雜菌，這樣就會影響發酵效果，甚至給生產造成損失[2]，因此需要考慮避免單一過度依靠酸性蛋白酶來改善酒精發酵的效果。

由于淀粉質原料中除了含有淀粉顆粒外，還含有蛋白質、纖維素、半纖維素、果膠和植酸等物質，因此淀粉顆粒的釋放、液化、糖化過程可以是淀粉酶、糖化酶、酸性蛋白酶、果膠酶、纖維素酶和半纖維素酶等各種酶的協同作用的效果[3]。這種協同作用的作用機理是這種復合酶可以水解淀粉質原料中的蛋白質和纖維素等物質，一方面可以破壞淀粉顆粒結構，使其利于糖化作用，增加了可發酵性單糖，從而提高原酒出酒率；另一方面從原料中分解出更多可利用的氨基酸，促進酵母生長發育、減輕酵母氨基酸合成代謝負荷的同時可以降低額外添加氮源的成本[4]，提高發酵速度，縮短發酵周期，同時由于原料中膠質等成分的分解，降低了醪液的黏度，使得過濾速度明顯加快[5]。

本文闡述了一種酒精復合酶，這種酶在酸性蛋白酶的基礎上額外復配了其他類型的酶，使得在酒精發酵工藝中酶的添加量大幅度降低，而所起到的作用能夠達到至少相當的程度，有效地降低了用酶的成本，大幅度提高了酒精產品的競爭力。

1 材料與方法

1.1 主要原輔材料

1.1.1 原料：玉米粉，淀粉含量68%，市售。

1.1.2 酶制劑：糖化酶15萬u／mL，甘肅白銀賽諾生物科技有限公司；耐高溫α-淀粉酶2萬u／mL，甘肅白銀賽諾生物科技有限公司；酸性蛋白酶5萬u／mL，甘肅白銀賽諾生物科技有限公司；酒精復合酶，甘肅白銀賽諾生物科技有限公司。

1.1.3 菌種：耐高溫活性干酵母，湖北安琪酵母股份有限公司產。

1.2 試驗方法

準確稱取玉米原料50 g，置于250mL三角瓶中，加水130 mL，耐高溫α-淀粉酶10 u／g淀粉，沸水浴下維持1h液化，冷卻醪液至30℃左右加入糖化酶200 u／g淀粉和1‰活性干酵母，置于32℃培養箱靜置培養60～70 h，發酵結束。

其中酸性蛋白酶和酒精復合酶與糖化酶一起加入。

1.3 分析方法

1.3.1 酒度與淀粉利用率

取100mL成熟發酵醪移入蒸餾瓶中，再用100mL蒸餾水，蒸餾接餾出液100mL，用酒精計和溫度計同時測定酒精度和溫度，并查表換算成20℃時的酒精度。

測定發酵成熟醪的殘總糖含量D（%，g／100g）和發酵成熟醪的重量G（g）

1-（D×G）／（100×1.1×50×0.68）式中：50-原料重量，g 0.68-原料淀粉含量

1.1-淀粉與糖的換算系數

1.3.2 還原糖和總糖

取成熟發酵醪液用濾紙過濾，吸取上清液用DNS法測定還原糖；總糖則先取10 g成熟發酵醪樣品，加入三角瓶，同時加入30mL 6mol／L鹽酸和100mL蒸餾水，沸水浴水解2 h，中和至中性定容于250mL容量瓶，過濾取上清液用DNS法測定總糖[6]。

1.3.3 總糖中單糖組分的測定HPLC

2 結果與分析

2.1酒用酸性蛋白酶不同添加量的酒精發酵試驗

在發酵開始前添加不同量的酸性蛋白酶，試驗結果見表1，表中數據是平行樣的平均值（下同）。

表 1 酒用酸性蛋白酶不同添加量的酒精發酵試驗

從結果來看，不添加酸性蛋白酶的樣品與添加0.03‰酸性蛋白酶的樣品發酵結果相比，淀粉利用率和殘總糖都相差不大，其發酵效果相當；添加0.06‰酸性蛋白酶的樣品與添加0.03‰酸性蛋白酶的樣品發酵結果相比，其淀粉利用率提高了8.81%，殘總糖下降16.6%，而且相對于0.03‰的添加量發酵結束時間提前了9小時，提高了發酵的效率和原料的利用率；酸性蛋白酶添加量達到0.09‰，與添加量為0.06‰酸性蛋白酶的樣品比，淀粉利用率和殘總糖都相當，只是發酵結束時間又提前了5小時。

2.2 酒精復合酶不同添加量的酒精發酵試驗

同2.1一樣在發酵前加入不同量的酒精復合酶，試驗結果見表2。

表 2 酒精復合酶不同添加量的酒精發酵試驗

從結果來看，添加了復合酶的樣品與不添加復合酶的樣品比，發酵結果均提高了淀粉利用率和降低了殘總糖，但是從添加復合酶的幾個樣品來看，幾個樣品在淀粉利用率與殘總糖的發酵數據相當，只是發酵結束的時間和添加量的多少有一定的關系，0.03‰復合酶添加量的樣品相對于不添加復合酶的樣品發酵結束時間提前了15小時，0.06‰復合酶添加量的樣品相對于0.03‰復合酶添加量的樣品發酵結束時間又提前了5小時，0.09‰復合酶添加量的樣品相對于0.06‰復合酶添加量的樣品發酵結束時間提前了4小時。

2.3 酸性蛋白酶和酒精復合酶酒精發酵曲線對比試驗

2.3.1 0.3‰酸性蛋白酶添加量與0.1‰酒精復合酶添加量酒精發酵曲線對比試驗

對兩種酶的添加對比發酵曲線進行跟蹤，測定失重、酒度和殘總糖中的葡萄糖，以此判斷兩者之間的對酒精發酵的促進效果的對比，試驗結果見下圖。

從酒度、失重和殘總糖中葡萄糖的跟蹤測定的結果看，這兩個樣品的發酵情況相當，而且均在47-51小時內基本結束發酵，因此在要求發酵結束時間為50小時左右時，酒精復合酶的添加量是酸性蛋白酶添加量的三分之一，大幅降低了用酶的成本。

2.3.2 0.1‰酸性蛋白酶添加量和0.03‰酒精復合酶添加量酒精發酵曲線對比試驗

由于酒精復合酶對酒精發酵效果的影響相對于酸性蛋白酶而言更有邊際遞減效應，因此如果要求的發酵結束時間適當延長，更能體現酒精復合酶的添加效果。

對0.03‰酒精復合酶添加量與0.1‰酸性蛋白酶添加量進行對比發酵曲線跟蹤測定，測定失重、酒度和殘總糖中的葡萄糖，以此判斷兩者之間的對酒精發酵的效果的對比，試驗結果見圖1。

從圖中可以看出，添加了0.03‰酒精復合酶的酒精發酵的效率要高于添加了0.1‰酸性蛋白酶的酒精發酵效率。

圖 1 0.3‰酸性蛋白酶添加量與0.1‰酒精復合酶添加量酒精發酵曲線對比

圖 2 0.1‰酸性蛋白酶添加量和0.03‰酒精復合酶添加量酒精發酵曲線對比

3 結論

3.1 在以玉米為原料的酒精發酵工藝中適當添加酸性蛋白酶和酒精復合酶可以提高發酵效率，縮短發酵時間。

3.2 酒精復合酶的添加對酒精發酵的促進效果相較于酸性蛋白酶的添加效果而言更加具有邊際遞減效應。

3.3 0.3‰酸性蛋白酶添加量的酒精發酵效率與0.1‰酒精復合酶添加量的酒精發酵相當，而0.1‰酸性蛋白酶添加量的酒精發酵效率比0.03‰酒精復合酶添加量酒精發酵效率低。

3.4 與酸性蛋白酶效率相比，酒精復合酶的添加量更低，有效地降低了酒精發酵的用酶成本，提高了酒精產品的競爭力。

[1]肖冬華、趙華等.酒用酸性蛋白酶在酒精生產中應用技術的研究[J].釀酒科技，2000（3）：35-38.

[2]王彥榮、孟祥春等.酸性蛋白酶生產與應用的研究[J].釀酒，2003（3）：16-18.

[3]周恒剛.酸性蛋白酶在釀酒上的功能[J].釀酒科技，1998（6）：15.

[4]蔣錫瑞等.酶制劑應用技術問答[M].北京：中國輕工業出版社，2008.130-132.

[5]李樹俊.酒用復合酶在酒精生產中的使用[J].釀酒，2011（2）.

[6]蔡定域.釀酒工業分析手冊[M].北京：中國輕工業出版社，198.

TS262

A

1671-0037（2014）04-70-2

薛寶（1981-），男，本科，助理工程師，研究方向：燃料乙醇的生產和技術研究，生物能源發酵工藝及技術裝備。