酶制劑在啤酒澄清方面的研究進展

付博，段杉，齊明

（1.佛山職業(yè)技術學院，廣東佛山528137；2.華南農業(yè)大學食品學院，廣東廣州510642）

酶制劑在啤酒澄清方面的研究進展

付博1，段杉2，齊明1

（1.佛山職業(yè)技術學院，廣東佛山528137；2.華南農業(yè)大學食品學院，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量，增強產(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。現(xiàn)時，啤酒穩(wěn)定性質量問題主要表現(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鍵質量問題之一。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菌渾濁；非生物渾濁包括：蛋白質-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、無機鹽引起的渾濁（如草酸鈣結晶沉淀、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在制麥和釀造過程中經(jīng)歷化學變化、酶解，其產(chǎn)物最終存留在啤酒中，也影響啤酒的穩(wěn)定性，甚至會導致渾濁、沉淀[6-9]。這些渾濁、沉淀的產(chǎn)生，嚴重地損壞了啤酒的質量，導致了經(jīng)濟上的重大損失。而且，當前國內外都有不少企業(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，使啤酒風味、營養(yǎng)更加豐富，而在加入果汁后成品啤酒澄清度會有不同程度的下降，所以提高這類啤酒的澄清度又保持其原有的風味和營養(yǎng)是個十分緊迫的任務。因此，本文主要從酶制劑在啤酒澄清方面的應用效果、果膠酶應用于果酒與果汁澄清的現(xiàn)狀及效果中探討其應用于啤酒澄清的有效性兩方面進行綜述，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用原理

啤酒是一種穩(wěn)定性不強的膠體溶液，其中的蛋白質和醛糖、酒花中多酚和膠體等物質能夠形成絮狀物，這些物質會影響啤酒的穩(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。采用各種方法增強啤酒質量的穩(wěn)定性是啤酒生產(chǎn)的關鍵技術，而應用酶制劑解決啤酒渾濁、沉淀是啤酒生產(chǎn)技術的研究方向之一。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類渾濁[11-12]。外加蛋白酶可以將這些物質分解為小肽和氨基酸，解決由于蛋白質引起的啤酒渾濁，從而提高啤酒的質量穩(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酯而消耗溶解氧，從而阻止了啤酒的氧化變質，防止渾濁物、沉淀物產(chǎn)生。而且產(chǎn)生的葡萄糖酸內酯穩(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鍵結合的葡萄糖鏈構成的大分子多糖。麥芽汁中含β-葡聚糖量過高會造成麥汁渾濁，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，同時漆酶可與多酚形成的復合物，可采用過濾分離方法除去，以達到去除啤酒中多酚類物質的目的。

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，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)過濾后可增強澄清效果或達到澄清的要求。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，消費者對啤酒的質量要求也越來越高。在這種形勢下，通過技術創(chuàng)新縮短生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本、提高啤酒質量對于各生產(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)定或提升啤酒質量。將現(xiàn)代酶技術與傳統(tǒng)啤酒釀造技術相結合，不僅對穩(wěn)定和提高啤酒質量有益，而且對降低生產(chǎn)成本、彌補原料質量缺陷、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及啤酒花品質的依賴性，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注和重視[14]。在啤酒釀造中，在使用較多輔料或低質全麥芽釀造啤酒時，通常會添加一些輔助酶制劑。而在實際生產(chǎn)中，從輔料糖化、發(fā)酵、殺菌等整個啤酒生產(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]。

當前，酶制劑被廣泛應用于啤酒生產(chǎn)，這方面的研究報道也比較多。劉捷等[16]認為酶制劑在提高啤酒質量包括膠體穩(wěn)定性方面應用較為突出，蛋白質水解酶、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，溶菌酶應用于啤酒生產(chǎn)，賀國華[17]認為啤酒加入溶菌酶，對啤酒風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，提高啤酒的穩(wěn)定性。

2.2 蛋白酶制劑應用于啤酒澄清的現(xiàn)狀及效果

目前，酶制劑越來越多地應用于啤酒工業(yè)中，應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、色度質量、蛋白質含量，而且能較長時間保持其澄清效果及各指標的穩(wěn)定性。木瓜蛋白酶作為啤酒澄清劑應用也十分廣泛：乙引等[19]在利用木瓜蛋白酶改良啤酒品質時，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，在添加酶質量濃度為0.12mg/100mL的木瓜蛋白酶、反應溫度為50℃、反應時間12 h的條件下，發(fā)現(xiàn)其渾濁度可降10.80%，蛋白質的濃度下降30.23%，啤酒感官評價可接受，達到了澄清的效果。另外，菠蘿蛋白酶和中性蛋白酶在啤酒中的運用也有報道：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)定性時以中性蛋白酶作為酶制劑，其實驗結果表明，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，啤酒的非生物穩(wěn)定性相對較好。

2.3 從果膠酶應用于果酒、果汁澄清的現(xiàn)狀及效果中探討

其應用于啤酒澄清的有效性

當前國內外不少啤酒企業(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，而國內現(xiàn)時主要有燕京、藍寶、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味、營養(yǎng)更加豐富，但加入果汁后成品啤酒澄清度會有不同程度的下降。因此，提高這類啤酒的澄清度又保持其原有的風味和營養(yǎng)是個十分緊迫的任務。目前，酶制劑運用于果汁、果酒飲料已有不少報道。柴麗娟等[25]用生姜蛋白酶對紅葡萄酒進行澄清試驗，通過分析紅葡萄酒的pH、蛋白質含量、色度、色調和多酚指數(shù)等理化指標并結合感官評價，綜合各指標得出結論：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量濃度的增加而增加，最適質量濃度為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，其最適質量濃度為0.25 μg/mL，最佳作用時間是12～30 d。此外，果膠酶作為澄清劑應用于具有果汁的酒類或果汁飲料亦有不少的報道，這對果汁類啤酒澄清的研究提供了有價值的參考。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行了澄清處理，在果膠酶用量0.4 g/L，溫度45℃，澄清時間為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]還利用單因素試驗及正交試驗對影響果膠酶澄清桑椹酒的各單因素進行優(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92.5%，達到理想的澄清效果。劉延林等[32]用6種澄清劑對葡萄汁的澄清效果進行了對比試驗，結果表明，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)時酶制劑作為澄清劑應用于具有果汁的酒類或果汁飲料有不少的報道，但對運用于果汁類啤酒的研究報道還很少，因此，果膠酶運用于果汁類啤酒澄清會是啤酒澄清研究的一個重要方向。

2.4 啤酒澄清酶制劑的局限性及應用原則

酶制劑應用于啤酒澄清雖然已經(jīng)取得了不少研究成果，但是其應用還存在一些局限性。啤酒生產(chǎn)原料質量和性質、生產(chǎn)工藝的各種參數(shù)、產(chǎn)品風格不同，選用的酶制劑也就存在差異，如澳洲麥芽與國產(chǎn)麥芽蛋白質含量不一樣，蛋白酶使用量就會有差別。這不利于酶制劑的推廣，而且酶制劑的添加也會增加啤酒企業(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為生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)工藝、儲存溫度、環(huán)境濕度等因素的影響，造成酶制劑的純度、衛(wèi)生指標及活力指標的差異，這樣就影響了企業(yè)對啤酒澄清時的添加量，甚至會影響到成品啤酒的質量，如中性蛋白酶，諾維信生物技術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。澄清時添加的酶制劑為避免其殘留一般是在成品酒殺菌時使其失活，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，應注意遵循符合生產(chǎn)原料的質量和性質、不影響生產(chǎn)工藝的各種參數(shù)的原則，同時，還應選擇品質穩(wěn)定、純度較高、衛(wèi)生指標及活力指標均達標、適合于生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品風格并且殺菌時能使其失活，避免殘留酶制劑，用盡可能少的添加量達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、基因工程、細胞固定化等技術來不斷擴充酶的種類、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因酶的專一性帶來一定的局限性，而將單一酶制劑制成復合酶制劑則可彌補各種酶的缺點，得到較好的效果。但當前將多種酶復合起來使用于啤酒澄清，并研究其互補協(xié)同作用的報道還不多見。因此，啤酒復合酶澄清劑將是啤酒澄清劑研發(fā)的重要方向，具有很高的研究價值。

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TS262.5；TS261.4

0254-5071（2017）05-0005-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.05.002

2017-03-16

2015年廣東省質量工程項目（201504002）；佛山職業(yè)技術學院2015年科研項目（KY2015Y06）

付博（1983-），男，工程師，碩士，研究方向為食品檢驗與釀造技術。