纖維素酶在釀酒制作中的應(yīng)用

容艷筠

（廣東科隆生物科技有限公司，廣東 江門 529100）

纖維素酶在釀酒制作中的應(yīng)用

容艷筠

（廣東科隆生物科技有限公司，廣東 江門 529100）

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。

纖維素酶；糖化作用；出酒率

1　纖維素酶的相關(guān)研究概況

1.1纖維素酶簡(jiǎn)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。

圖1

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。

表1　幾種纖維酶的性質(zhì)

1.2降解機(jī)理

其中外切葡萄糖酶也就是C1-酶，是對(duì)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(duì)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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(duì)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。

表2　纖維素酶對(duì)出酒率和醪液粘度的影響

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?jī)?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?jī)?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?jī)?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(cè)出原材料的淀粉的出酒率。

表3

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。

表4

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(duì)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(duì)照的樣品中，前者淀粉的出酒率明顯提高了1.2%不等。

表5

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(shí)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(duì)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(zhǎng)鏈分子的G鍵，使得長(zhǎng)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(duì)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(duì)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(duì)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。

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