一种酒精复合酶在酒精发酵中的应用研究

薛宝 刘钺 刘坤 白玉川 俞峰 康新凯

（1.河南天冠企业集团有限公司，河南 南阳 473000；2.甘肃白银赛诺生物科技有限公司，甘肃 白银 730913）

一种酒精复合酶在酒精发酵中的应用研究

薛宝1刘钺1刘坤1白玉川2俞峰2康新凯1

（1.河南天冠企业集团有限公司，河南 南阳 473000；2.甘肃白银赛诺生物科技有限公司，甘肃 白银 730913）

本文阐述了一种新的酒精复合酶，这种酒精复合酶相对于酸性蛋白酶，可以更加充分地利用原料的特点以及各种酶的协同作用，使酒精用酶量大幅降低，减少用酶的成本，提高酒精产品的竞争力。研究表明添加量为0.3‰酸性蛋白酶与添加量为0.1‰酒精复合酶能够取得一样的效果，如果适当延长发酵时间，酒精复合酶的添加成本相对酸性蛋白酶可以更低，添加量为0.1‰的酸性蛋白酶对酒精发酵的促进效果要小于添加量为0.03‰的酒精复合酶对酒精发酵的促进效果。研究结果为酒精生产提供了一种新的选择。

酒精；酒精复合酶；酸性蛋白酶

在现代酒精发酵工艺中一般会加入酸性蛋白酶，这样做可起到缩短发酵周期和提高原料出酒率的作用[1]，一般可提高原料出酒率1%～2%，提高发酵醪中酵母细胞数10%～30%，提高发酵速率，缩短发酵周期12 h～20 h[2]，主要原理是酸性蛋白酶对原料中的蛋白分解，使原料颗粒溶解，为淀粉酶的糖化作用创造了条件。但是在使用酸性蛋白酶的过程中也存在一些问题，比如如果加入的量比较大，额外的成本就会较高，降低了酒精产品的竞争力，而且发酵过程中由于酸性蛋白酶的作用会直接水解蛋白质，如果酸性蛋白酶的质量不好含有大量的杂菌，这样就会影响发酵效果，甚至给生产造成损失[2]，因此需要考虑避免单一过度依靠酸性蛋白酶来改善酒精发酵的效果。

由于淀粉质原料中除了含有淀粉颗粒外，还含有蛋白质、纤维素、半纤维素、果胶和植酸等物质，因此淀粉颗粒的释放、液化、糖化过程可以是淀粉酶、糖化酶、酸性蛋白酶、果胶酶、纤维素酶和半纤维素酶等各种酶的协同作用的效果[3]。这种协同作用的作用机理是这种复合酶可以水解淀粉质原料中的蛋白质和纤维素等物质，一方面可以破坏淀粉颗粒结构，使其利于糖化作用，增加了可发酵性单糖，从而提高原酒出酒率；另一方面从原料中分解出更多可利用的氨基酸，促进酵母生长发育、减轻酵母氨基酸合成代谢负荷的同时可以降低额外添加氮源的成本[4]，提高发酵速度，缩短发酵周期，同时由于原料中胶质等成分的分解，降低了醪液的黏度，使得过滤速度明显加快[5]。

本文阐述了一种酒精复合酶，这种酶在酸性蛋白酶的基础上额外复配了其他类型的酶，使得在酒精发酵工艺中酶的添加量大幅度降低，而所起到的作用能够达到至少相当的程度，有效地降低了用酶的成本，大幅度提高了酒精产品的竞争力。

1 材料与方法

1.1 主要原辅材料

1.1.1 原料：玉米粉，淀粉含量68%，市售。

1.1.2 酶制剂：糖化酶15万u／mL，甘肃白银赛诺生物科技有限公司；耐高温α-淀粉酶2万u／mL，甘肃白银赛诺生物科技有限公司；酸性蛋白酶5万u／mL，甘肃白银赛诺生物科技有限公司；酒精复合酶，甘肃白银赛诺生物科技有限公司。

1.1.3 菌种：耐高温活性干酵母，湖北安琪酵母股份有限公司产。

1.2 试验方法

准确称取玉米原料50 g，置于250mL三角瓶中，加水130 mL，耐高温α-淀粉酶10 u／g淀粉，沸水浴下维持1h液化，冷却醪液至30℃左右加入糖化酶200 u／g淀粉和1‰活性干酵母，置于32℃培养箱静置培养60～70 h，发酵结束。

其中酸性蛋白酶和酒精复合酶与糖化酶一起加入。

1.3 分析方法

1.3.1 酒度与淀粉利用率

取100mL成熟发酵醪移入蒸馏瓶中，再用100mL蒸馏水，蒸馏接馏出液100mL，用酒精计和温度计同时测定酒精度和温度，并查表换算成20℃时的酒精度。

测定发酵成熟醪的残总糖含量D（%，g／100g）和发酵成熟醪的重量G（g）

1-（D×G）／（100×1.1×50×0.68）式中：50-原料重量，g 0.68-原料淀粉含量

1.1-淀粉与糖的换算系数

1.3.2 还原糖和总糖

取成熟发酵醪液用滤纸过滤，吸取上清液用DNS法测定还原糖；总糖则先取10 g成熟发酵醪样品，加入三角瓶，同时加入30mL 6mol／L盐酸和100mL蒸馏水，沸水浴水解2 h，中和至中性定容于250mL容量瓶，过滤取上清液用DNS法测定总糖[6]。

1.3.3 总糖中单糖组分的测定HPLC

2 结果与分析

2.1酒用酸性蛋白酶不同添加量的酒精发酵试验

在发酵开始前添加不同量的酸性蛋白酶，试验结果见表1，表中数据是平行样的平均值（下同）。

表 1 酒用酸性蛋白酶不同添加量的酒精发酵试验

从结果来看，不添加酸性蛋白酶的样品与添加0.03‰酸性蛋白酶的样品发酵结果相比，淀粉利用率和残总糖都相差不大，其发酵效果相当；添加0.06‰酸性蛋白酶的样品与添加0.03‰酸性蛋白酶的样品发酵结果相比，其淀粉利用率提高了8.81%，残总糖下降16.6%，而且相对于0.03‰的添加量发酵结束时间提前了9小时，提高了发酵的效率和原料的利用率；酸性蛋白酶添加量达到0.09‰，与添加量为0.06‰酸性蛋白酶的样品比，淀粉利用率和残总糖都相当，只是发酵结束时间又提前了5小时。

2.2 酒精复合酶不同添加量的酒精发酵试验

同2.1一样在发酵前加入不同量的酒精复合酶，试验结果见表2。

表 2 酒精复合酶不同添加量的酒精发酵试验

从结果来看，添加了复合酶的样品与不添加复合酶的样品比，发酵结果均提高了淀粉利用率和降低了残总糖，但是从添加复合酶的几个样品来看，几个样品在淀粉利用率与残总糖的发酵数据相当，只是发酵结束的时间和添加量的多少有一定的关系，0.03‰复合酶添加量的样品相对于不添加复合酶的样品发酵结束时间提前了15小时，0.06‰复合酶添加量的样品相对于0.03‰复合酶添加量的样品发酵结束时间又提前了5小时，0.09‰复合酶添加量的样品相对于0.06‰复合酶添加量的样品发酵结束时间提前了4小时。

2.3 酸性蛋白酶和酒精复合酶酒精发酵曲线对比试验

2.3.1 0.3‰酸性蛋白酶添加量与0.1‰酒精复合酶添加量酒精发酵曲线对比试验

对两种酶的添加对比发酵曲线进行跟踪，测定失重、酒度和残总糖中的葡萄糖，以此判断两者之间的对酒精发酵的促进效果的对比，试验结果见下图。

从酒度、失重和残总糖中葡萄糖的跟踪测定的结果看，这两个样品的发酵情况相当，而且均在47-51小时内基本结束发酵，因此在要求发酵结束时间为50小时左右时，酒精复合酶的添加量是酸性蛋白酶添加量的三分之一，大幅降低了用酶的成本。

2.3.2 0.1‰酸性蛋白酶添加量和0.03‰酒精复合酶添加量酒精发酵曲线对比试验

由于酒精复合酶对酒精发酵效果的影响相对于酸性蛋白酶而言更有边际递减效应，因此如果要求的发酵结束时间适当延长，更能体现酒精复合酶的添加效果。

对0.03‰酒精复合酶添加量与0.1‰酸性蛋白酶添加量进行对比发酵曲线跟踪测定，测定失重、酒度和残总糖中的葡萄糖，以此判断两者之间的对酒精发酵的效果的对比，试验结果见图1。

从图中可以看出，添加了0.03‰酒精复合酶的酒精发酵的效率要高于添加了0.1‰酸性蛋白酶的酒精发酵效率。

图 1 0.3‰酸性蛋白酶添加量与0.1‰酒精复合酶添加量酒精发酵曲线对比

图 2 0.1‰酸性蛋白酶添加量和0.03‰酒精复合酶添加量酒精发酵曲线对比

3 结论

3.1 在以玉米为原料的酒精发酵工艺中适当添加酸性蛋白酶和酒精复合酶可以提高发酵效率，缩短发酵时间。

3.2 酒精复合酶的添加对酒精发酵的促进效果相较于酸性蛋白酶的添加效果而言更加具有边际递减效应。

3.3 0.3‰酸性蛋白酶添加量的酒精发酵效率与0.1‰酒精复合酶添加量的酒精发酵相当，而0.1‰酸性蛋白酶添加量的酒精发酵效率比0.03‰酒精复合酶添加量酒精发酵效率低。

3.4 与酸性蛋白酶效率相比，酒精复合酶的添加量更低，有效地降低了酒精发酵的用酶成本，提高了酒精产品的竞争力。

[1]肖冬华、赵华等.酒用酸性蛋白酶在酒精生产中应用技术的研究[J].酿酒科技，2000（3）：35-38.

[2]王彦荣、孟祥春等.酸性蛋白酶生产与应用的研究[J].酿酒，2003（3）：16-18.

[3]周恒刚.酸性蛋白酶在酿酒上的功能[J].酿酒科技，1998（6）：15.

[4]蒋锡瑞等.酶制剂应用技术问答[M].北京：中国轻工业出版社，2008.130-132.

[5]李树俊.酒用复合酶在酒精生产中的使用[J].酿酒，2011（2）.

[6]蔡定域.酿酒工业分析手册[M].北京：中国轻工业出版社，198.

TS262

A

1671-0037（2014）04-70-2

薛宝（1981-），男，本科，助理工程师，研究方向：燃料乙醇的生产和技术研究，生物能源发酵工艺及技术装备。