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        真菌淀粉酶的酶學(xué)特性及其在酒類釀造中的運(yùn)用研究

        2021-02-21 00:10:07田莉
        中國(guó)食品 2021年1期
        關(guān)鍵詞:紅曲麥芽糖黃酒

        田莉

        真菌淀粉酶又名真菌α-淀粉酶(1,4-α-D-葡聚糖水解酶),是由米曲霉瓦爾經(jīng)深層培養(yǎng)、提取等工序精制而成。近年來(lái),我國(guó)進(jìn)出口貿(mào)易環(huán)境不斷改善,釀酒需求呈現(xiàn)了明顯的上升趨勢(shì),探究真菌淀粉酶的酶學(xué)特性及其在酒類釀造中的運(yùn)用,有助于優(yōu)化酒類釀造環(huán)境,打破傳統(tǒng)的酒類釀造框架限制,提高釀酒速度和成品酒的質(zhì)量。

        一、真菌淀粉酶的酶學(xué)特性

        1.真菌淀粉酶的性狀。真菌淀粉酶外觀呈粉末狀,主要應(yīng)用于食品行業(yè),溫度適應(yīng)范圍為45℃-65℃,最適溫度為45℃-55℃,酶活為3000u/ml-100000u/ml,無(wú)異味。真菌淀粉酶為內(nèi)切淀粉酶,可以迅速水解膠凝淀粉、直鏈淀粉和支鏈淀粉水溶液內(nèi)部的α-1,4葡萄糖苷鍵,產(chǎn)生可溶性糊精及少數(shù)麥芽糖和葡萄糖。真菌淀粉酶的性狀決定了其在酒類釀造中的優(yōu)良應(yīng)用前景,長(zhǎng)時(shí)間反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量麥芽糖和少量葡萄糖的糖漿,這是真菌淀粉酶在啤酒釀造中應(yīng)用的關(guān)鍵;在紅曲黃酒釀造過(guò)程中,真菌淀粉酶能夠起到糖化作用,全面優(yōu)化釀造工藝,提高成品酒的質(zhì)量,改善成品酒的口味,降低釀酒成本。真菌淀粉酶的溫度感應(yīng)性較高,不同溫度條件下的活力具有明顯的差異性,因此,將真菌淀粉酶應(yīng)用于食品行業(yè)時(shí)要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)條件和生產(chǎn)需求,對(duì)酶的作用溫度進(jìn)行合理控制。另外,pH值也將直接影響真菌淀粉酶的作用效果,相關(guān)金屬離子則對(duì)真菌淀粉酶具有較強(qiáng)的抑制作用和激活作用,其中具有較強(qiáng)抑制作用的金屬離子主要包括Fe3+、Ba2+、Cu2+、Mn2+和Fe2+,具有較強(qiáng)激活作用的金屬離子主要為Ca2+。

        2.真菌淀粉酶的分類。按照酶學(xué)性質(zhì),可將真菌淀粉酶分為中性真菌淀粉酶、耐熱或耐酸性真菌α-淀粉酶、具有生淀粉酶活力的真菌α-淀粉酶,其中,生淀粉酶能將未經(jīng)蒸煮糊化的生淀粉直接轉(zhuǎn)化成葡萄糖等發(fā)酵型糖供微生物生長(zhǎng)和代謝,比傳統(tǒng)的高溫蒸煮糖化節(jié)約25%- 30%的能耗。目前,真菌淀粉酶主要應(yīng)用于食品行業(yè),主要生產(chǎn)方式包括微生物發(fā)酵、枯草桿菌地衣、芽孢桿菌產(chǎn)生以及真菌(黑曲霉、米曲霉和根霉等)發(fā)酵。

        二、真菌淀粉酶在啤酒釀造中的運(yùn)用

        1.麥芽糖生成中真菌淀粉酶的處理。研究表明,真菌淀粉酶在啤酒釀造過(guò)程中具有多樣性優(yōu)勢(shì)。麥芽糖是啤酒釀造中重要的原材料,通過(guò)對(duì)真菌淀粉酶采取相關(guān)處理措施,能夠有效提高麥芽糖生成量,處理手段主要包括液化手段和糖化工藝。在液化處理中,主要是對(duì)還原糖總量占試樣中干物質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行控制,不同的液化程度所得到的麥芽糖含量具有較大的差異性。研究表明,淀粉乳濃度對(duì)液化具有明顯影響,淀粉乳濃度分別為20%、25%、30%、35%和40%條件下,相同加酶量所得到的液化值分別為19.4、19.5、20.6、20.7和21.8,其中,淀粉乳濃度為20%、25%、30%條件下的液化外觀為清亮透明、流動(dòng)性好,而35%和40%淀粉乳濃度下的液化外觀分別為有部分結(jié)塊和有大量淀粉結(jié)塊。除此之外,淀粉酶用量也對(duì)液化具有明顯影響,當(dāng)加酶量為3(u/g淀粉)、6(u/g淀粉)、10(u/g淀粉)、20(u/g淀粉)的情況下,液化值分別為7.2、11.6、20.6、29.1;液化外觀分別為有較多結(jié)塊,渾濁、有少量結(jié)塊、清亮透明,流動(dòng)性好、清亮透明,流動(dòng)性好;碘液顯色分別為藍(lán)色、棕紅色、淺紅色和無(wú)色。

        在啤酒釀造過(guò)程中,還應(yīng)進(jìn)行糖化處理,影響糖化過(guò)程的因素主要包括糖化時(shí)間、pH值、加酶量和糖化溫度。就糖化時(shí)間而言,在糖化處理中,前10小時(shí)液化值升速較快,然后趨于平穩(wěn);就pH值而言,達(dá)到最大液化值所用時(shí)間約為40小時(shí),但pH值為4.5時(shí),酶活性大大降低;就加酶量而言,隨著加酶量的增加,達(dá)到最大液化值所用的時(shí)間有所縮短,相同情況下,加酶量為0.4FAU/g淀粉和0.8FAU/g淀粉所得最大液化值的差距較??;就糖化溫度對(duì)糖化過(guò)程的影響而言,筆者在50℃、55℃和60℃三個(gè)溫度條件下進(jìn)行了糖化實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果表明,50℃-60℃溫度環(huán)境內(nèi),糖化值基本一致。

        2.真菌淀粉酶在啤酒釀造中的運(yùn)用條件。通過(guò)合理設(shè)置真菌淀粉酶的應(yīng)用條件,可提高啤酒釀造過(guò)程中麥芽糖的生成量。具體條件主要包括:液化處理中的淀粉乳濃度、淀粉酶用量和液化時(shí)間,淀粉乳濃度、淀粉酶用量和液化時(shí)間分別為30%、10(u/g淀粉)和20h;糖化處理中的pH值、溫度,pH值為5.5、溫度為55℃。生產(chǎn)啤酒專用麥芽糖漿,應(yīng)控制液化值在20左右,真菌淀粉酶的添加量為0.4FAU/g淀粉,控制糖化pH值為5.5,溫度為55℃。

        三、真菌淀粉酶在紅曲黃酒釀造中的運(yùn)用

        1.原材料及配比。紅曲黃酒在我國(guó)具有較長(zhǎng)的釀造歷史,原材料主要包括糯米、紅曲和水。為進(jìn)一步發(fā)揮真菌淀粉酶在紅曲黃酒釀造中的運(yùn)用優(yōu)勢(shì),筆者運(yùn)用控制變量法開展了對(duì)照實(shí)驗(yàn),試驗(yàn)代號(hào)分別為A組和B組,其中A組原材料糯米、紅曲、水、真菌淀粉酶、活性干酵母的配比分別為150千克、13.5千克、160千克、0毫升和0克;B組原材料配比分別為150千克、10.5千克、160千克、85毫升和70克。

        2.工藝流程。B組真菌淀粉酶在紅曲黃酒釀造中應(yīng)用的工藝流程如下。對(duì)紅曲進(jìn)行浸泡,在浸曲的同階段中,用水對(duì)糯米進(jìn)行浸漬和洗米,接著將洗干凈的糯米蒸熟攤涼。浸曲結(jié)束后,將糯米、水、真菌淀粉酶以及活化后的活性干酵母在落缸前進(jìn)行綜合發(fā)酵,并在灌壇后進(jìn)行二次發(fā)酵,發(fā)酵后壓縮得到生酒和酒糟,對(duì)生酒進(jìn)行澄清處理和煎酒之后即可獲得最終的紅曲黃酒成品。作為對(duì)照組,A組按傳統(tǒng)的紅曲黃酒釀造工藝進(jìn)行釀造。值得一提的是,在紅曲黃酒釀造過(guò)程中需掌握相關(guān)工藝控制要點(diǎn),糯米浸漬時(shí)間為20-24小時(shí),紅曲浸曲時(shí)間為12小時(shí);糯米米飯?jiān)谌敫浊氨仨氝M(jìn)行冷卻,在干酵母活化中需要將干酵母置于38℃-40℃的糖度為4BX的1.5千克糖液中,自然降溫至32℃,然后保溫4小時(shí)。

        3.發(fā)酵中的物質(zhì)變化及釀造對(duì)比。在真菌淀粉酶運(yùn)用于紅曲黃酒釀造的過(guò)程中,筆者按照上述工藝進(jìn)行了投料,并對(duì)整個(gè)過(guò)程中的基本情況進(jìn)行跟蹤檢測(cè),以明確真菌淀粉酶在釀酒中的應(yīng)用價(jià)值,以下對(duì)發(fā)酵過(guò)程中主要物質(zhì)的變化情況進(jìn)行介紹。開始發(fā)酵的第1天至發(fā)酵結(jié)束的第30天,A組的酒精度分別為4.3%、7.9%、10.8%、14.9%、 15.7%、16.5%、17.0%、17.3%、17.4%、17.4%,酸度分別為0.35g/100ml、0.43g/100ml、0.51g/100ml、0.59g/100ml、0.58g/100ml、0.57g/100ml、0.59g/100ml、0.61g/100ml、0.60g/100ml、0.62g/100ml,還原糖分別為6.1g/100ml、7.6g/100ml、2.7g/100ml、2.2g/100ml、1.5g/100ml、1.8g/100ml、2.7g/100ml、2.1g/100ml、2.4g/100ml、1.8g/100ml;B組的酒精度分別為5.2%、9.4%、12.7%、16.1%、17.2%、17.6%、18.4%、18.6%、18.7%、18.9%,酸度分別為0.33g/100ml、0.43g/100ml、0.45g/100ml、0.49g/100ml、0.48g/100ml、0.50g/100ml、0.53g/100ml、0.52g/100ml、0.54g/100ml和0.53g/100ml,還原糖分別為7.3g/100ml、6.6g/100ml、2.1g/100ml、1.3g/100ml、1.5g/100ml、2.0g/100ml、3.3g/100ml、2.3g/100ml、1.9g/100ml和1.2g/100ml。

        為了明確真菌淀粉酶在紅曲黃酒釀造過(guò)程中的作用優(yōu)勢(shì),筆者對(duì)A組和B組的成品酒質(zhì)量進(jìn)行了對(duì)比,對(duì)比內(nèi)容主要包括感觀、酒精度、酸度、還原糖、氨基酸態(tài)氮、固形物、揮發(fā)酯和pH。A組的上述指標(biāo)分別為正常略感酸味、16.5、0.58、1.8、0.059、5.36、0.0129和3.95,B組的上述指標(biāo)分別為正常色澤稍淺、16.5、0.48、1.9、0.053、4.89、0.011和4.16。

        除此之外,筆者還進(jìn)行了新工藝與傳統(tǒng)工藝釀酒制造成本的對(duì)比,成本項(xiàng)目主要包括糯米、紅曲、活性干酵母、真菌淀粉酶。A組上述成本項(xiàng)目的金額分別為1403.5元、105.2元、0元、0元,B組上述成本項(xiàng)目的成本金額分別為1234.4元、72.6元、86.1元、47.0元。

        通過(guò)整合上述內(nèi)容可知,在釀酒過(guò)程中加入真菌淀粉酶23小時(shí)左右,酒缸中心溫度可達(dá)到35℃,而傳統(tǒng)工藝達(dá)到35℃的時(shí)長(zhǎng)為32小時(shí),可見加入真菌淀粉酶有助于縮短酒齡。同時(shí),傳統(tǒng)紅曲黃酒的口味偏酸,加入真菌淀粉酶后成品紅曲黃酒的酸度較低,口味協(xié)調(diào)。最后通過(guò)總結(jié)新工藝與傳統(tǒng)工藝釀酒制造成本可知,即使在進(jìn)口酶價(jià)格較為昂貴的情況下,釀酒總體成本還是下降了137.0元,經(jīng)濟(jì)效益較為明顯。

        綜上,基于真菌淀粉酶的酶學(xué)特性,可通過(guò)設(shè)置外部條件將其有效運(yùn)用于啤酒釀造和紅曲黃酒釀造中,進(jìn)一步提高釀酒效率,提高成品酒的質(zhì)量,打破傳統(tǒng)釀酒方法框架的限制,進(jìn)一步提高我國(guó)的釀酒技術(shù)水平。

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