啤酒专用复合酶技术手册

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1、啤酒专用复合酶技术手册一、概述 1、大麦 大麦是酿造啤酒的主要原料 大麦之所以适合酿造啤酒是由于： 大麦便于发芽， 并在发芽过程中产生大量水解酶类； 大麦的化学成分适合酿造啤酒；大麦的种植普遍广泛；大麦非人类食用主粮。 大麦的化学组成： (1)淀粉 淀粉是大麦的主要贮藏物，存于胚乳细胞内，淀粉颗粒中大约含 97%的化学纯淀粉， 0.05-0.15%的含氮化合物，0.2-0.7%的无机盐，0.6%的高级脂肪酸。 (2)纤维素、半纤维素和麦胶物质 构成大麦胚乳细胞壁的主要物质是纤维素、 半纤维素和麦胶物质， 在大麦发芽过程中合 成的纤维素酶、半纤维素酶、 -葡萄糖酶及其它酶类将细胞壁破解后，其它水

2、解酶类方能进 入细胞分解淀粉等大分子物质。 纤维素、半纤维素和麦胶物质约占大麦质量的 10-11%，它们的化学成份相似。麦胶物 质是多糖混合物，能溶于热水，在 40-80范围内，温度越高，溶解度越大，半纤维素不溶 于热水，而溶于稀碱溶液，谷皮中的半纤维素主要含有戊聚糖和少量 -葡聚糖及糖醛，胚 乳中的半纤维素主要含 -葡聚糖及少量戊聚糖。 纤维素是以 -1.4 键结合的葡萄糖大分子，它在大麦中含量不大，但因其与淀粉大分子以交 织状存在而固定淀粉分子的作用却很大。麦胶物质包括 -葡聚糖，戊聚糖及微量的半乳糖、 甘露糖和糖醛酸，在麦胶物质中以日-葡聚糖的性状对啤酒酿造最为重要。它是由大约 70%

3、的 -1.4 键和 30%的 -1.3 键结合的大分子多糖。 大麦发芽过程中， 不溶性的 -葡聚糖开始 分解， 变成可溶性物质， 其水溶液粘度很高， 溶解良好的麦芽中， 此种物质大部分已被分解， 溶解不良的麦芽，该物质分解不完全，会造成麦汁甚至成品啤酒过滤的困难，影响麦汁得率 和啤酒质量。 -葡聚糖也是啤酒非生物混浊的成分之一，它是啤酒工艺中公认的有害成份， 是否适量的 -葡聚糖对啤酒泡沫和口味的丰满感有益，目前尚无统一认识。 (3)蛋白质 大麦中蛋白质含量高低及其类型直接影响制麦和酿造工艺及啤酒质量。 按其在不同溶剂中的溶解度和沉淀性，大麦中的蛋白质可分为以下四组： a：清蛋白，溶于水和中性

4、盐溶液及酸碱溶液中，从 52开始，清蛋白从溶液中凝固析 出，随着温度的升高，凝固速度加快。 b：球蛋白，不溶于纯水，溶于稀酸和稀碱，有空气存在时，球蛋白是造成啤酒混浊的 原因之一。 c：醇溶蛋白，不溶于水，是构成麦糟蛋白的主要成分。 d：谷蛋白：不溶于水，溶于稀碱，是构成麦糟蛋白的主要成分 (4)多酚类物质 大麦中含有许多简单酚类和多酚类物质，约占其干重的 0.1-0.3%，这些多酚类物质对 啤酒质量和口味的影响目前没有形成统一认识。 (5)其它 除上述四项主要含量物质外，大麦中尚含有一些如无机盐，核酸等其它微量物质。 2、辅料在我国的啤酒酿造工艺中，除大麦芽外，常配合使用大麦、小麦、玉米、大

5、米等辅料， 使用这些辅料，有重要意义，主要表现在： (1)降低生产成本 从大麦制成麦芽，价格约增加 70-100%，漫出物含量减少 10%。因此，麦芽的价格高、 工艺利用率低于不发芽的大麦、小麦、玉米、大米等，所以增加辅料用量具有经济性。 (2)降低麦汁含氮，抗高啤酒稳定性 大多数辅料可溶性氮很少，在工艺上，几乎只提供浸出物中的糖类，不给麦汁的含氮组 分带来太多的变化，因此，可相对减少麦汁中高分子含氮化合物的比例，提高啤酒的非生物 稳定性。 (3)调整麦汁组分，增强啤酒的某些特性 如提高啤酒非生物稳定性，降低啤酒色泽，提高持泡性或使啤酒口味淡爽等。 3、大麦内源酶 现已发现大麦中的酶达数百种，

6、发芽的大麦中所含的酶量和种类大大增加。其中，水解 酶的形成是大麦转变成麦芽的关键所在，对啤酒酿造工艺有重要作用的几种酶大致是： (1) -淀粉酶 大麦中原来不含或很少含有 -淀粉酶，发芽后，在糊粉层内形成大量的此种酶，在水 溶液中 -淀粉酶能使淀粉分子迅速液化，产生较小分子的糊精。 (2) -淀粉酶 未发芽的大麦中本身就含有相当数量的 -淀粉酶，它作用于淀粉分子的非还原性末端 依次分解淀粉为麦芽糖分子单位，但作用速度慢，只有与 -淀粉酶协同作用，才能达到快 速糖化的目的。 (3)其它淀粉水解酶类 如：支链淀粉酶，这些酶类与 -淀粉酶、 -淀粉酶协同作用，使麦汁中的淀粉得以糖 化。 (4)蛋白分

7、解酶 这是分解蛋白质肽键等一类酶的总称， 它们将复杂的蛋白质大分子分解为寡肽， 二肽和 氨基酸。 (5)半纤维素酶类 半纤维素是乳胚细胞壁的主要成分， 细胞壁在制麦过程中的分解是大麦胚乳分解的主要 内容。所以，半纤维素酶在工艺上的重要性虽然不如淀粉酶和蛋白酶，但它是麦芽溶解的先 躯，也是在目前的工艺条件和大量使用淀粉酶的情况下提高麦汁得率的有效点。 半纤维素酶类中包括很多酶种，主要有内一木聚糖酶，外一木聚糖酶，木二糖酶，阿拉 伯糖苷酶，纤维二糖酶，甘露聚糖酶等。 主要由 -葡聚糖构成的麦胶物质在化学性质上相似于半纤维素，因此也经常将 -葡聚 糖在啤酒工艺中列入半纤维素范畴，分解 -葡聚糖的主要

8、酶类有内一 -葡聚糖酶、外 -葡 聚糖酶和二糖苷酶等。 麦汁中必须含有上述酶类足够的酶活，才能充分降解胚乳细胞壁，释放淀粉、蛋白质等 物质使其它酶类产生作用，增加麦汁得率，提高啤酒质量。半纤维酶和 -葡聚糖酶类在大 麦的发芽过程中酶活力有数十倍的增长， 这些酶活力可以破坏胚乳细胞壁， 使其它水解酶类 进入其中水解淀粉和蛋白质等。自然选择的生物进化法则限定了半纤维素酶和 -葡聚糖酶 的酶活，使得其仅够在细胞壁上破几个缺口，而不足以充分分解这些物质为啤酒工艺利用， 并且在制麦中，对麦芽的烘干使这二种酶系的活力至少损失 50%以上，这就是我们所认为 的麦芽内源酶不足的根本原因。 4、麦汁制备麦汁制备

9、就是用经济的手段，将原辅材料中的干物质充分浸提、糖化的过程。在麦汁制 备工艺中所采用的工艺方法要充分考虑其实施的经济性， 所得麦汁的质量和材料利用率。 出 于经济性的考虑促成了对加大辅料用量或采用低等级麦芽的追求。 而质量， 得率又直接与经 济性考虑发生冲突， 由此引发了在啤酒工艺中对酶制剂的兴趣和研究， 也引出了啤酒工艺矛 盾的酶制剂解决方案。 二、酶制剂解决方案 一般的认为是如果利用纯麦芽酿制啤酒， 并且麦芽质量好的话， 麦芽的内源酶已足够在 麦汁制备中使麦汁充分糖化，制出得率高、质量好的啤酒。但此方法成本高。为降低成本， 在法律及产品标准允许的情况下， 就要采用大量辅料替代麦芽， 或采用

10、质量等级较低的麦芽。 这样， 麦芽所提供的内源酶就显不足， 最早采用也是最成功的酶制剂解决方案是添加一定量 的淀粉酶和糖化酶， 这一工艺方法随着淀粉酶制剂酶活的提高和耐高温能力的提高越加完善 和有效，目前已成为固定的糖化处理工序，但正如前面所说到的一样，这远不是酶制剂解决 方案的全部内容。 对啤酒酿造工艺来说，一个完全的酶制剂解决方案应该包括以下内容。 1、有充分的纤维素、半纤维素、 -葡聚糖酶活力，以完全分解胚乳细胞壁，其作用是： a：充分利用原料中的糖类，提高原料直接利用率。 b：充分释放淀粉、蛋白质等工艺有效物质，进一步提高产品得率，提高啤酒质量。 这两个作用在工艺结果上的表现为： a：

11、增加麦汁得率(小试结果为增加 10%左右、工业化实验为增加 2%以上) b：降低麦汁粘度和浊度，提高过滤速度。 c：增加麦汁中 -AN 含量，使啤酒酵母发酵旺盛。 d：可以增加质量级别较低的麦芽或辅料使用量。 e：在清酒罐中适量添加可提高啤酒澄清度，提高非生物稳定性，延长啤酒保质期。 2、有充分的淀粉酶、糖化酶酶活以充分糖化原辅料中的淀粉。 3、有一定的蛋白酶酶活，以分解蛋白质大分子为 -AN，为啤酒酵母提供充分的氮源， 同时提高啤酒的非生物稳定性， 又不影响啤酒的其它品质指标， 如口味的醇厚感和持泡性等。 4、有一定的 -乙酰乳酸脱羧酶活，以降低双乙酰含量，缩短啤酒的成熟周期。 5、有一定的

12、葡萄糖氧化酶酶活，稳定啤酒风味 我公司的啤酒专用复合酶制剂具备上述解决方案中第 1 项和第 3 项功能，按照上述标 准，它还不是一个完善的酶制剂产品，但其与淀粉酶、糖化酶配合使用在现阶段是价格性能 比最好的产品。 三、啤酒专用复合酶制剂的特点 我公司的啤酒专用复合酶制剂， 是采用高效产酶菌经液体深层发酵， 超滤浓缩提取精制 而成的液体制剂。该制剂含有纤维素酶、半纤维素酶、 -葡聚糖酶，果胶酶等作用于植物细 胞壁的多种水解酶，其中： 1、纤维素酶包含的主要酶活组份为： CMC 酶：羧甲基纤维素酶(EC.3.2.1.4)，分为纤维素内切酶和纤维素外切酶.内切酶作 用于纤维素大分子，在大分子间随机切

13、开 -1.4 键.将聚合度很高的纤维分子水解成低聚合 度的纤维寡糖，外切酶作用于纤维分子的非还原性末端，依次切下葡萄糖单位，产物是葡萄 糖。该酶的专一性很强，它对经内切酶作用后的纤维寡糖具有很强的亲合力。 C1 酶：微晶纤维素酶(EC3.2.1.91)，该酶也分内切、外切二种酶系，作用于纤维素， 呐切酶的水解产物是纤维寡糖，外切酶的作用产物是纤维二糖和葡萄糖。 Cb 酶： -1.4 葡萄糖苷酶(EC.3 2.1.21)，能水解纤维二糖和纤维寡糖为葡萄糖。 2、半纤维素酶包含的主要酶组份为：木聚糖酶：(EC.3.2，1.51) 分内切酶系和外切酶系， 两种酶系的综合作用可将戊聚糖水解为木糖， 阿

14、拉伯糖等五碳 糖。 3、果胶酶包含的主要酶组份为： 果胶质解聚酶 对果胶作用的解聚酶，分为： a：聚甲基半乳糖醛酸酶(PMG)，有内切、外切二种酶系(EC3.2.1.41) b：聚甲基半乳糖醛酸裂解酶(PMGL)分内、外切两种(EC4.2.2.2) 果胶酸解聚酶 a：聚半乳糖醛酸酶(PG)分内切(EC3 2.1.15)和外切(RC3 2.1.40)两个酶系 b：聚半乳糖醛酸裂解酶(PGL)分内切(EC4.2.2.1)和外切（EC4.2.2.2)两个酶系。 果胶酯酶(PE)(EC3.1.1.11) 4、 -葡聚糖酶包含的主要酶组份有内、外切口-葡聚糖酶和 -葡聚糖苷酶。 5、酸性微生物蛋白酶，多

15、组份酸性蛋白酶。 本制剂在生产时，发酵培养基中加入麦糟，诱导生产针对啤酒酿造专用的酶系组份。 酶活为： -葡聚糖酶 136 万 u/ml 纤维素酶 11 万 u/ml 木聚糖酶 120 万 u/ml 果胶酶 0.3 万 u/ml 蛋白酶 1.5 万 u/ml 由于制剂中酶活组份复杂， 在实际使用中无法制定一个对所有酶活都正好适宜的酶活曲 线，本公司根据啤酒工艺的实验室模拟小试，测得其最佳工艺效果表现的 PH 曲线为：温度曲线为：四、啤酒专用酶制剂的使用及贮存 1、使用及效果 a：糖化阶段：使用时，先用适量（水/制剂=5/1）的 50-60糖化用水将本制剂搅拌 约 5 分钟后投入糖化锅即可。在溶

16、液中可能会有些许不溶物，这些不溶物是酶活保护剂， 不影响使用效果。制剂溶液投入糖化锅后，其它工艺操作按贵厂原定工艺进行，只需注意本 制剂的最佳使用温度在 60附近，最佳 PH 值在 4.8 附近即可。对于不同质量的麦芽和不 同的辅料加人量，本公司推荐的加量为麦芽干重的 0.03%-0.06%之间，工业化使用前，请 贵厂根据所采用的糖化工艺作实验室小试以测定最佳使用量。 在糖化阶段使用本制剂的一般效果为： 1)明显降低麦汁粘度，提高过滤效率，与对照组相比，约可减少过滤时间 1/3-1/2；2)明显降低麦汁浊度，提高啤酒质量和非生物稳定性，与对照组相比，麦汁明显清亮透 明，很少阴影； 3)明显增加麦汁得率，与对照组相比，小试中可增加 8-10%，工业生产中可增加 2-6%； 4)提高麦汁中 -AN 含量约 20-40mgL，促进酵母旺盛发酵。 b：成品阶