容艷筠

摘 要：本文旨在探討纖維素酶在釀酒制作中的應(yīng)用情況。在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境中，通過重復(fù)試驗(yàn)，探索在糖化作用前，加入多少比例的纖維素酶才能達(dá)到提高出酒率，節(jié)省原料糧食的目的。

關(guān)鍵詞：纖維素酶；糖化作用；出酒率

中圖分類號：Q556 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 纖維素酶的相關(guān)研究概況

1.1 纖維素酶簡介

纖維素酶是降解纖維素生成葡萄糖的一組酶的總稱，它不是單種酶，而是起協(xié)同作用的多組分酶系。其中三種主要酶組份是Cx酶，也就是所謂的內(nèi)切葡萄糖酶、C1酶，也就是所謂的外切葡萄糖酶和纖維素二糖酶（β-葡萄糖苷酶）。其作用機(jī)制如圖1所示。

用于食品釀造的纖維素酶多半是綠色木霉和康氏木霉，擬康氏木霉，它們的酶系很復(fù)雜，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有纖維素酶、蛋白酶等。

在應(yīng)用纖維素酶制劑時(shí)，有可能不僅是纖維素酶的作用，往往還是有其他一些酶共同參與作用的。下面主要就纖維素酶應(yīng)用于制酒方面展開論述。

1.2 降解機(jī)理

其中外切葡萄糖酶也就是C1-酶，是對纖維素起最初作用的酶，它通過破壞纖維素鏈的結(jié)構(gòu)，有些類似結(jié)晶體的結(jié)構(gòu)，起到水化的作用，具體來說，是這種外切葡萄糖酶對不溶性纖維素表面起了作用，使得呈現(xiàn)結(jié)晶結(jié)構(gòu)的纖維素鏈條開裂，長形鏈子狀的纖維素分子末端呈現(xiàn)部分游離的狀態(tài)，從而促進(jìn)其水化；而內(nèi)切葡萄糖酶，也就是Cx-酶是緊接著對已經(jīng)水化了的前面的“產(chǎn)物”進(jìn)行下一步的分解的酶，主要分解的是β-1，4鍵，繼而生成纖維二糖、纖維三糖等等。

而 β-葡萄糖苷酶，就是作用于低分子多糖，從非還原性末端游離出的葡萄糖，尤其是將前面外切和內(nèi)切葡萄糖酶作用后產(chǎn)生的纖維二糖、纖維三糖以及其他低分子纖維糊精， 通過分解最基礎(chǔ)的G鍵，從而實(shí)現(xiàn)最終分解成葡萄糖的完整過程。

以上三種纖維素酶，只有活性比例都適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，三種一起協(xié)同作用，才能最終實(shí)現(xiàn)對纖維素的降解。

1.3 目前的應(yīng)用情況

在進(jìn)行酒精發(fā)酵時(shí)添加纖維素酶可顯著提高出酒率，同時(shí)縮短發(fā)酵時(shí)間。纖維素酶提高出酒率的原因可能有兩方面：一是原料中部分纖維素分解成葡萄糖供酵母使用分解成酒精；另一方面，由于纖維素酶對植物細(xì)胞壁的分解，有利于淀粉釋放和利用。從目前纖維素酶的活力水平來看，可能后者的作用更主要些。

2 在實(shí)驗(yàn)室條件下探討纖維素酶在釀酒生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 材料

實(shí)驗(yàn)前預(yù)備的工具主要有見表2。

2.2 實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)下的酒精發(fā)酵過程演示

稱取玉米面100g，倒入錐形瓶中，注入300mL的自來水，要均勻，加入酶活力100000u/mL的耐高溫α-淀粉酶0.1mL，加入氯化鈣0.1g，充分搖勻，并把溶液的pH值調(diào)整至6.5，在0.1MPa的壓力下進(jìn)行滅菌處理15分鐘，繼而等其冷卻到60℃，再把pH值調(diào)整至4.5，往錐形瓶中加入酶活力100000u/mL的糖化酶0.2mL，同時(shí)加入纖維素酶。維持錐形瓶內(nèi)溶液的溫度在58℃～60℃左右。然后將糖化的醪液冷卻到30℃。

繼而加入一克的經(jīng)過35℃活化過的活性干酵母，把錐形瓶放入30℃恒溫培養(yǎng)箱，發(fā)酵16h，到時(shí)間再把錐形瓶轉(zhuǎn)移到另一個(gè)34℃恒溫培養(yǎng)箱，發(fā)酵48h。

隨后，將錐形瓶內(nèi)的醪液倒入1L的蒸餾瓶中，需要用250mL的蒸餾水分幾次細(xì)細(xì)的沖洗錐形瓶內(nèi)壁，然后把沖洗液體倒入蒸餾瓶中。

接著進(jìn)行蒸餾，用200mL的容量瓶接蒸餾出來的液體。

繼而用比重法測出原材料的淀粉的出酒率。

3 出酒率的結(jié)果分析

3.1 纖維素酶的用量直接影響結(jié)果

表4是根據(jù)不同比例的纖維素酶以及沒有添加纖維素酶的情況，導(dǎo)致的出酒率差異的比照。

通過表4，進(jìn)一步確定了100g的玉米面里多少的纖維素酶的用量才達(dá)到最大的出酒率。

3.2 驗(yàn)證結(jié)果

通過在糖化過程前加入纖維素酶11u/g，以及不加任何酶兩種情況進(jìn)行平行對照，在重復(fù)2.2的實(shí)驗(yàn)過程，在物理?xiàng)l件完全一致的情況下，得出結(jié)果，進(jìn)而統(tǒng)計(jì)出酒率。

通過表5中數(shù)據(jù)顯示，充分說明了添加纖維素酶與沒有添加纖維素酶對照的樣品中，前者淀粉的出酒率明顯提高了1.2%不等。

4 現(xiàn)階段纖維素酶在酒精生產(chǎn)中的作用總結(jié)

目前，纖維素酶的降解機(jī)理等，科學(xué)界還處于認(rèn)識和摸索階段，但種種實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用實(shí)例數(shù)據(jù)已經(jīng)顯示了纖維素酶對于出酒率的提高確定性作用。

纖維素酶在釀酒產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，主要的化學(xué)作用，還是通過破壞原料纖維的長鏈分子的G鍵，使得長鏈結(jié)構(gòu)的晶狀體，一步步的分解，溶出，成為單糖的分子結(jié)構(gòu)，在糖化過程中達(dá)到預(yù)期的成糖效果。

事實(shí)上多種纖維素酶本身就已經(jīng)對酒精發(fā)酵產(chǎn)生影響，時(shí)間段可劃分為前期和中期。前期加入纖維素酶和未加入纖維素酶的平行對照列表，顯示，前者明顯出酒效率會(huì)高于后者。但在中期尤其是后期，這種影響趨于模糊甚至可以忽略。尤其在加入酒用活性干酵母參與的酒精發(fā)酵過程，混合多種化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生的發(fā)酵反應(yīng)，具體發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理，在科學(xué)界，還沒有準(zhǔn)確的闡述。我們可以大膽的假想，如果前期的反應(yīng)作用一直延續(xù)到中后期，將會(huì)極大的提高出酒的效率，也就是縮短了發(fā)酵的時(shí)間。而酒精本來又是可燃物質(zhì)，這對于推動(dòng)世界上最豐富的纖維素物質(zhì)參與到未來世界的能源生產(chǎn)具有更加深遠(yuǎn)的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]劉春芬.纖維素酶及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].糧食與油脂，2014（01）.

[2]袁鑄.纖維素酶的發(fā)酵及應(yīng)用前景[J].四川食品與發(fā)酵，1999（03）.

[3]徐學(xué)萬.纖維素酶的特性及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用[J].糧食與食品工業(yè)，2001（04）.

[4]楊穎，田從學(xué).纖維素酶水解速度影響因素的實(shí)驗(yàn)研究[J].攀枝花學(xué)院學(xué)報(bào)，2002（08）.

[5]陳力宏.纖維素酶在食品發(fā)酵中的應(yīng)用[J].中國釀造，1990（05）.

[6]劉家健，陸怡.纖維素酶的研究及應(yīng)用綜述[J].林產(chǎn)化工通訊，1995（01）.