酶制劑在白酒發(fā)酵中應(yīng)用的研究進(jìn)展

郭建華，蔣海嬌，劉曉蘭，郭宏文，鄒東恢

齊齊哈爾大學(xué)食品與生物工程學(xué)院（齊齊哈爾 161006）

白酒的生產(chǎn)一般采用傳統(tǒng)的釀造技術(shù)，它的生產(chǎn)在很大程度上依賴于生產(chǎn)環(huán)境中大量微生物的協(xié)同作用。在白酒生產(chǎn)過程中，酒曲以及酒醅為微生物提供營養(yǎng)物質(zhì)，發(fā)酵體系中各種菌種經(jīng)歷復(fù)雜的生長代謝。白酒成品中占酒體總量的98%是水和乙醇，它們是白酒的大量組分，而包括各種風(fēng)味物質(zhì)在內(nèi)的微量物質(zhì)約占酒體總量的2%。白酒中微量的香味組分種類、濃度、相互比例及各種組分之間締合程度差異，可使白酒呈現(xiàn)出多樣的特色。隨著微生物技術(shù)的發(fā)展，通過向白酒釀造體系中添加酶制劑來改善白酒品質(zhì)，提高出酒率及增強(qiáng)白酒某方面獨(dú)特的風(fēng)格的研究與應(yīng)用越來越廣泛。

1 酶制劑在白酒發(fā)酵過程中的應(yīng)用

1.1 纖維素酶及半纖維酶在白酒發(fā)酵中的應(yīng)用

白酒發(fā)酵一般采用固態(tài)發(fā)酵工藝，酒醅中添加了大量的填充料，這些填充料含有大量的纖維素物質(zhì)，因此白酒原料中纖維素類物質(zhì)成分含量很高。酒醅發(fā)酵過程對酸度、黏度要求較高，原料要有適當(dāng)?shù)姆鬯槎?，粉碎顆粒不宜過細(xì)或過粗，并需要添加起疏松作用的物料，但由此造成淀粉質(zhì)被包藏在顆粒皮殼內(nèi)，降低糖化和代謝功能，使酒糟中殘留很高。在酒醅中添加糖化酶，只能將酒醅中的淀粉類物質(zhì)降解，而不能降解酒醅中的纖維素物質(zhì)。而在酒醅中添加纖維素酶可將酒醅中少部分的纖維素類物質(zhì)降解成糖，經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)生酒精，增加白酒出酒率；同時在酒醅中添加纖維素酶能夠破壞胞壁，游離出內(nèi)含物質(zhì)，使酶催化效果增強(qiáng)，由此增加酒醅中營養(yǎng)物質(zhì)的利用效果。劉麗等[1]探索了纖維素酶對白酒發(fā)酵出產(chǎn)率的影響，結(jié)果顯示，纖維素酶可以在不同程度上增加成品出產(chǎn)率，最高可提高產(chǎn)率達(dá)8%。尚維等[2]的研究表明，在酒醅中加入纖維素酶可使出酒率最大增加13%。邢曉晰等[3]研究表明，向酒醅內(nèi)加入適量的纖維素酶，不僅可以提高成品率，還能增加成品中酯類物質(zhì)的含量。丁友昉等[4]研究結(jié)果顯示，在小型實(shí)驗(yàn)發(fā)酵中，酒醅中添加0.1%~0.5%的纖維素酶，可增加成品率8.9%~24.4%；窖池發(fā)酵實(shí)驗(yàn)時，添加0.25%纖維素酶，可增加產(chǎn)出率5%以上。田勝艷等[5]將纖維素酶按池投糧的0.25%加入到白酒酒醅中，其出酒率最高可提高9.05%。風(fēng)味組分乙酸乙酯和乳酸乙酯數(shù)量均有所下降，下降幅度差別不大，兩者比例變化也不大，正丙醇含量由原來的187.47 mg/100 mL下降至88.37 mg/100 mL，白酒中甲醇和乙醛含量下降。李旭暉等[6]研究顯示，在每千克酒醅內(nèi)加入10 FPU的纖維素酶，出酒率可提高1倍；檢測結(jié)果顯示成品酒的醛類和雜醇油濃度降低很大，而主要酯類物質(zhì)在酒中含量有所提高；有機(jī)酸中乙酸及乳酸數(shù)量有所降低，丙酸及己酸數(shù)量有所增加；每千克酒醅內(nèi)纖維素酶加入量增至30~50 FPU后，出產(chǎn)的成品風(fēng)味顯著改善。

半纖維素酶在白酒發(fā)酵中也具有較強(qiáng)的應(yīng)用潛力。禾本科谷物高粱、小麥分別是白酒釀制中糟醅、大曲的主要原料，均具有較高的阿拉伯木聚糖（AX）含量[7]。徐曼等[8]研究了木聚糖酶在液態(tài)法白酒生產(chǎn)中的應(yīng)用，研究表明在接種前向玉米發(fā)酵培養(yǎng)基中添加170 U/g木聚糖酶，發(fā)酵48 h后，試驗(yàn)組的酒精度可提高至對照組的1.3倍，殘?zhí)呛渴呛笳叩?.4%。李旭輝等[9]將高活力的木聚糖酶與大曲一并添加至原料糟酒醅中，可明顯提升出酒率和酒體乳酸乙酯的含量，降低醛類物質(zhì)和雜醇油含量。

1.2 脂肪酶與酯化酶在白酒發(fā)酵中的應(yīng)用

酯化反應(yīng)是酯類物質(zhì)重要的來源途徑。脂肪酶能夠?qū)λ嗪头撬嘀械孽セ磻?yīng)有催化功能[10-13]，由于對風(fēng)味組分具有重要作用，脂肪酶在白酒生產(chǎn)中利用廣泛。某些來源的脂肪酶可以很好地對白酒中的風(fēng)味化合物進(jìn)行拆分。如：李小路等[14]研究表明來源于華根霉的脂肪酶對屬于風(fēng)味化合物的2-甲基丁酸及其酯具有很好的拆分效果；吳華昌等[15]篩選脂肪酶用于縮短白酒陳化時間，在成品中加入不同類型的脂肪酶，結(jié)果發(fā)現(xiàn)白酒中總酯濃度發(fā)生顯著改變，說明脂肪酶能夠縮短白酒的陳化時間。

通過研究發(fā)現(xiàn)，很多種微生物均可產(chǎn)酯化酶，目前在白酒發(fā)酵過程中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)紅曲霉、根霉中許多菌株有較強(qiáng)的己酸乙酯合成能力。利用這些菌株生產(chǎn)的酯化酶制劑在白酒發(fā)酵中進(jìn)行有效的應(yīng)用。賈超英等[16]在泰山特曲生產(chǎn)中應(yīng)用紅曲酯酶粗酶制劑，用量為0.2%~0.3%，結(jié)果表明，己酸乙酯含量提高11.3%，使優(yōu)質(zhì)酒率提高6.1%。樊琪[17]在山東三株閣老貢酒生產(chǎn)中應(yīng)用復(fù)合酯化酶生態(tài)菌劑技術(shù)，當(dāng)用量為2%，大曲用量為20%，發(fā)酵周期為45 d時，平均出酒率達(dá)43%，使出酒率提高5%，優(yōu)質(zhì)酒率為41.2%。武建國等[18]在酒醅中加入紅曲酯化酶等材料，發(fā)酵后優(yōu)質(zhì)酒率提高7.2%~14%，己酸乙酯增幅達(dá)124.8~162.5 mg/100 mL。王述榮等[19]從大曲和酒醅中分離得到根霉菌、紅曲霉和酵母菌，將這3種菌株按比例4∶4∶2混合研制成的粗酶制劑應(yīng)用于洋河大曲酒的生產(chǎn)，出酒率提高7.21%，優(yōu)質(zhì)酒率提高19.55%。方躍進(jìn)[20]研究了酯化紅曲在濃香型白酒中應(yīng)用，結(jié)果表明其可以大幅度提高濃香型酒基酒中己酸乙酯的含量，使酒的優(yōu)級品率提高10%以上。王曉丹等[21]從濃香型大曲篩選出一株產(chǎn)酯酶的紫色紅曲霉FBKL3.0018，運(yùn)用該菌株制得的粗酶制劑應(yīng)用于濃香型白酒中的生產(chǎn)，可大大減少用曲量，提高原酒的產(chǎn)量與質(zhì)量。劉雪等[22]利用一株產(chǎn)酯酶華根霉，將其制得麩曲的粗酶制劑添加到老窖泥富集液與無水乙醇（添加有3%的己酸）的酯化體系中，在25 ℃下反應(yīng)25 d，合成的己酸乙酯產(chǎn)量可達(dá)2 302 mg/100 mL。綜上表明，利用產(chǎn)酯化酶菌株得到的酶制劑在白酒釀造過程中應(yīng)用廣泛且效果較好。

1.3 蛋白酶在白酒發(fā)酵中的應(yīng)用

酸性蛋白酶對酒醅原料物質(zhì)降解性非常強(qiáng)，為白酒釀造提供了優(yōu)勢條件；同時該酶對菌種生長代謝起到重要作用，它催化生成的L-氨基酸能被菌種很容易地吸收。白酒中有許多風(fēng)味物質(zhì)成分也來源于某些蛋白質(zhì)，而這些蛋白質(zhì)是需要靠酸性蛋白酶的作用。高級醇的重要來源是蛋白質(zhì)降解生成的氨基酸，這種物質(zhì)及其衍生出來的物質(zhì)都是重要的風(fēng)味物質(zhì)成分[23]。發(fā)酵體系中的蛋白酶活性高低直接影響白酒風(fēng)味物質(zhì)含量及比例，當(dāng)其活力為2~5 U/g時，會降低醛類物質(zhì)和雜醇油的含量而提高主要酯類物質(zhì)的含量，同時這些酯類物質(zhì)相對應(yīng)的有機(jī)酸含量也會提高，感官評價表明，酒醅中蛋白酶活力在2~5 U/g的條件下，所產(chǎn)白酒風(fēng)格突出、口感好、香味諧調(diào)[24]。添加蛋白酶可使酒醅中氨基酸含量升高，有利于酒醅中各種菌類的生長繁殖，且能促使微生物分泌酶，從而使乙醇代謝活躍，增加酯化反應(yīng)，提高各種酯類在酒體中的含量。蛋白酶能夠降低成品中雜醇油濃度，使酒的口味得到改善，同時對酒中乳酸乙酯也間接起到控制作用。添加蛋白酶同時可以增強(qiáng)酒醅中微生物的代謝活動，提高出酒率[25]。孫金旭等[26]研究了蛋白酶添加量對雜油醇生成的影響，結(jié)果表明蛋白酶添加量對雜油醇的生成有一定的影響，在0~20 U/g范圍內(nèi)雜油醇生成量隨酶添加量的增加而降低，當(dāng)?shù)鞍酌笧?0 U/g時，雜油醇生成量最低，為0.231 g/L，比對照降低60.52%；當(dāng)添加量超過20 U/g時，雜油醇生成量隨酶添加量的增加而增加。由此說明，蛋白酶對白酒中雜油醇生成的影響是復(fù)雜的，利用蛋白酶來改進(jìn)白酒發(fā)酵需進(jìn)行更深入的研究。向雙全等[27]利用響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化了蛋白酶在大曲中的添加水平，結(jié)果表明，當(dāng)在大曲中添加酸性蛋白酶使得大曲蛋白酶活達(dá)到14.37 U/g時，最佳條件下出酒率最高達(dá)到48.1%。

1.4 糖化酶在白酒發(fā)酵中的應(yīng)用

酒醅中添加糖化酶具有加速原料糖化，提高出酒率，并且具有控制高級醇生成的作用。申朝興[28]的研究表明，使用活性干酵母和糖化酶代替部分大曲釀造白酒，可使平均出酒率達(dá)到55.85%。高級醇是在發(fā)酵過程中由蛋白質(zhì)、氨基酸和糖類等物質(zhì)等通過復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)生成的產(chǎn)物。高級醇是白酒的主要呈香物質(zhì)之一，適合的高級醇含量可賦予白酒芳香氣味，但其含量過高會影響白酒的質(zhì)量，使白酒口感苦澀?？刂聘呒壌嫉臐舛?，可使香味組分具有和諧的配比，能夠使白酒品質(zhì)得以有效改良。羅惠波等[29]的研究顯示，在酒醅中添加750 U/g的糖化酶，可使白酒中高級醇含量降低11.4%。孫金旭[30]研究顯示，糖化酶能夠使酒體中正丁醇含量降低57.22%，正丙醇的含量降低43.92%，2-丁醇的含量降低72.38%，異戊醇的含量降低44.38%，異丁醇的含量降低90.75%，雜油醇總量降低48.28%，由此說明糖化酶能夠在很大程度上抑制白酒發(fā)酵中雜油醇的合成。

1.5 復(fù)合酶制劑在白酒發(fā)酵中的應(yīng)用

在酒醅中添加一種酶，功能單一，對白酒發(fā)酵過程的影響作用有限，采用復(fù)合酶制劑改善白酒發(fā)酵品質(zhì)是白酒添加酶制劑的趨勢。王述榮等[31]利用從酒曲酒醅中篩選到的酵母菌、根霉菌和紅曲霉生產(chǎn)復(fù)合酶制劑，并用于白酒生產(chǎn)中，結(jié)果顯示復(fù)合酶制劑可提高出酒率7.21%。董友新[32]將具有復(fù)合功能的阿米諾酶與中溫曲一起加入發(fā)酵體系，可提高2%~3%對淀粉的利用，提高2%出酒率，效果明顯且對酒質(zhì)無影響。崔如生[33]研究表明，將阿米諾酶應(yīng)用于白酒生產(chǎn)，兩排以后試驗(yàn)窖與對照窖相比，成品產(chǎn)量及成品中總酸、總酯等理化指標(biāo)明顯提高，且主要酯類物質(zhì)及其他微量成分比例和諧。王海英等[34]將白酒復(fù)合酶加入到清香型制酒發(fā)酵中，結(jié)果表明添加復(fù)合酶制劑可以提高酒醅中的淀粉利用率，同時還能提高甲級酒產(chǎn)量、總產(chǎn)量和優(yōu)質(zhì)酒率，復(fù)合酶能有效抑制雜醇油的產(chǎn)生。張靜等[35]研究了復(fù)合酶制劑在十里香白酒釀造中的應(yīng)用，結(jié)果表明：復(fù)合酶制劑用量2.0 kg/t主糧時，正常發(fā)酵時出酒率提高2.07%，總酯提高9.2%，總酸提高7.8%；壓排發(fā)酵時出酒率提高1.97%，總酸提高2.7%，總酯提高16.8%。

2 結(jié)語與展望

傳統(tǒng)白酒生產(chǎn)主要依靠酒曲和酒醅中的菌群合成大量酶進(jìn)行生物代謝，具有原料用量大、利用不充分、成品率低等諸多缺點(diǎn)，因此人們開始用先進(jìn)技術(shù)手段逐步部分地改善釀酒過程。從20世紀(jì)90年代開始，在白酒的各個生產(chǎn)階段，如制作酒曲、酒醅發(fā)酵、蒸餾勾兌和酒糟的廢物利用等廣泛應(yīng)用酶制劑。酶制劑對提高成品率、提高成品質(zhì)量及提高成品風(fēng)味物質(zhì)具有重要影響。白酒酒醅釀造體系是由大量微生物分泌的多種酶構(gòu)成的復(fù)雜酶體系，至今還沒有對這個復(fù)雜的代謝體系進(jìn)行深層次的研究，添加酶制劑對白酒發(fā)酵影響的研究仍然需要繼續(xù)深入探討。隨著分子生物學(xué)、云計(jì)算、宏基因組學(xué)、代謝組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)等技術(shù)的發(fā)展，利用大數(shù)據(jù)分析等，闡明白酒發(fā)酵過程中酶與白酒發(fā)酵指標(biāo)之間的關(guān)系，定向調(diào)控白酒發(fā)酵指標(biāo)成為一種具有現(xiàn)實(shí)意義的研究方向。