不同酶类物质在白酒酿造中的应用研究进展

简 何，简 江，周 娜

（1.四川省酿酒研究所，四川成都 610000；2.宜宾市酒类行业协会，四川宜宾 644000；3.四川中酿检测有限公司，四川成都 610000）

我国传统的白酒酿造技术包括固态发酵[1]、液态发酵[2]以及半固态发酵[3]。我国白酒酿造是典型自然发酵过程，主要以粮食谷物为原料，在糖化发酵剂的作用下，经过传统的糊化、糖化、发酵、蒸馏等工艺得到传统白酒[4]。酶类物质作为白酒发酵的关键物质，相关酶的种类、浓度、混合比例及各组分的缔结差异使得白酒呈现出不同风味[5]。因此，系统地探讨向白酒发酵体系中添加纤维素酶、半纤维素酶、酯化酶、蛋白酶、糖化酶、淀粉酶等不同的酶类物质，对提高出酒率、改善白酒品质的影响，对传统白酒的液态发酵工艺具有指导意义。

1 白酒酿造用酶的种类来源及酿造机制

1.1 酿造用酶主要种类及其性质

白酒酿造用酶的种类、来源及其相关酶学性质见表1。

表1 主要酿造用酶的种类、来源及相关酶学性质

1.2 白酒酿造用酶的作用机制

我国白酒发酵属于典型的自然发酵过程，是以粮食谷物等作物作为主要原料，在糖化发酵剂（大曲、小曲及麸曲等）的作用下，经糊化、糖化、发酵、蒸馏、后熟、勾兑而得到的多组分体系[6]。白酒发酵过程的主要特点为酒醅水分较少，糖化与发酵两个过程同时进行，取固态蒸馏后的酒醅，再次进行加曲、糖化、发酵，最终得到风味各异的白酒。对于整个发酵过程而言，表面看似平静，但内部每种物质的变化、分解、合成，均处于不断的“运动”[7]中。具体的“运动”过程是指：粮食谷物等原料中的淀粉、蛋白质、脂肪等大分子物质，在酒醅中微生物所分泌的纤维素酶、酯化酶、淀粉酶、蛋白酶等多种酶系的共同作用下，将大分子物质降解转化为寡糖、氨基酸、脂肪酸等小分子有机物质[8]，这些小分子物质一部分被微生物代谢利用，另一部分作为形成白酒风味成分的重要前体物质[9]，对白酒的生成和风味起着至关重要的作用。

2 酶在白酒酿造中的应用方式及应用特征

2.1 纤维素酶和半纤维素酶在白酒酿造的应用

纤维素酶是由内切葡萄糖苷酶、外切葡萄糖苷酶和β-葡萄糖苷酶等3 种酶类物质组成的多酶系[10]。在液态白酒发酵过程中，纤维素酶能破坏粮食谷物等原料中纤维素的细胞壁，使其包裹的淀粉充分散落，并将其转化成白酒液态发酵所需的糖类物质，再由酵母发酵为酒精，从而提高出酒率[11]。半纤维素酶的主要成分为木聚糖，是一类常见的多糖物质，在白酒生成过程更易被微生物所利用[12]，从而提高粮食谷物的利用率和出酒率，还可提升酒体的澄清度[13]。

李旭晖等[14]在四个不同固态发酵的酒醅中添加不同含量的纤维素酶，添加纤维素酶量最高的酒醅所产白酒品质最好，醛类物质含量最低，各酯类物质含量较高；刘丽[15]和尚维等[16]的研究均表明，纤维素酶能不同程度地提高酒醅出酒率，分别将成品出酒率提高8%和13%，并提高其中酯类物质含量；杨帆[17]和秦广利等[18]通过利用纤维素酶对酒糟进行预处理，加速对发酵底物的降解速度，较大程度地提升自然发酵过程中酒醅利用率。半纤维素酶对白酒液态发酵具有较大益处。徐曼等[19]通过向具有较高含量的阿拉伯木聚糖的玉米发酵培养基[20]中添加170 U/g 的木聚糖酶，发现其生成白酒的酒精度可提高至未加木聚糖酶组的1.3倍。

2.2 酯化酶在白酒酿造的应用

在白酒生产过程中，酯化酶是脂肪酶、酯合成酶、酯分解酶和磷酸酯酶的总称[21]。酯化酶可以将酒醅中游离的有机酸和乙醇转化成脂肪酸酯，直接生成酒体中的主要风味物质[22]。除了少量由粮食原料和蒸馏操作带入酒体的酯类物质外，酒体中的大量酯类物质均是在酒醅发酵过程中所产生，主要是由酯化酶分解粮食原料经过酶促酯化反应所生成[23-24]。在各酯化酶中，脂肪酶因具有较好的酯化能力，对白酒中酯类物质的合成具有至关重要的意义[9]。

现有研究表明，目前多种微生物均是生成酯化酶的重要来源，如红曲霉、根霉等较多种类的菌株拥有高产酯化酶的能力。王晓丹等[25]从浓香型大曲中筛选得到一株高产酯酶的红曲霉，其产的脂肪酶粗酶液应用于原酒生产中，提高了成品酒中的己酸乙酯含量，并且提升了成品酒的产量与品质；赖登燡等[26]利用根霉CS825 作为产酯化酶的菌株，采用固定化的方式在无溶剂相系统中酯化30 d，其酯化率可达到70%以上，更适宜白酒生产；孙海龙等[27]利用南极假丝酵母脂肪酶B 优化了白酒丢糟的再利用条件，最终在最适条件下，生产酒样中增香物质得到了极大提高，并且其中乙酸乙酯和乳酸乙酯浓度均超过110 mg/100 mL；方跃进[28]和王述荣[29]分别利用酯化红曲霉与根霉菌、红曲霉和酵母菌的混合霉菌应用于酒醅中，最终均能使成品酒的优级品率提高10 %以上。综上所述，利用产酯化酶的菌株生产的酶剂能较大地提升白酒品质并得以广泛运用。

2.3 蛋白酶在白酒酿造的应用

蛋白酶是一类可以水解蛋白质肽链的酶类总称，根据其最适pH 值，可分为碱性蛋白酶、中性蛋白酶和酸性蛋白酶[30]。白酒酒醅中酸度较高，且各类曲在扩大生产白酒的过程中也不断产生酸性物质，因此酸性蛋白酶在白酒生成过程起到主要作用[31]。酸性蛋白酶既可以将酒醅中的蛋白质分解成氨基酸，与葡萄糖产生美拉德反应，生成决定白酒香型的关键型风味物质，又能促使L-氨基酸被酒醅中菌株所吸收，最终促进菌株的生成代谢[32]。

黄永光[33]在白酒发酵过程中向酒醅添加酸性蛋白酶，发现其不仅能将酒精浓度提高至原有酒精浓度的138%，而且还能在较大程度上将成品酒的挥发性成分和总酸含量提升至284 %和136 %；向双全等[34]通过探究酸性蛋白酶在大曲中最适的蛋白酶活力，发现当酶活力为14.37 U/g 时，大曲的出酒率为48.1%；王立钊[35]和孙金旭等[36]分别向白酒发酵工艺中加入适量的酸性蛋白酶，成品酒中的杂醇油含量相对最低。可以看出酸性蛋白酶是影响白酒中杂醇油类物质生成的关键因素，随着酸性蛋白酶添加量的增加，杂醇油类物质的生成量随之降低。由此可以看出，酸性蛋白酶对白酒中杂醇油类物质生成量并不是单一的线性关系，后期仍需要继续研究酸性蛋白酶对白酒发酵的影响。

2.4 糖化酶在白酒酿造的应用

糖化酶又称葡萄糖淀粉酶，能将粮食谷物中的淀粉等物质依次水解成单一的葡萄糖单元，并通过构型变化形成复合葡萄糖，再通过微生物的发酵作用，最终生成酒精[37]。现有研究表明，糖化酶单位酶活力越高，其转化淀粉等物质生成酒精的能力越强，最适pH4.0～4.5，耐酸能力较强，在白酒酿造的酸性环境中，仍能保持较高酶活力[38]。高级醇是呈现白酒独特风味的主要物质，适量的高级醇可赋予白酒浓郁醇香，但白酒中若存在较高含量的高级醇，不仅影响口感，还将给人体带来危害[37]。通过向酒醅中添加适量糖化酶，在提高白酒出酒率的基础上，能有效控制高级醇的生成，保证酒体质量。周天银[39]和罗惠波等[40]均通过添加糖化酶发酵的措施，使白酒中高级醇的含量得以控制或者降低，出酒率得以提升；孙金旭等[36]通过对比添加与未添加糖化酶的实验组对酱香型白酒生成的影响发现，添加糖化酶实验组的高级醇生成量显著降低。由此可看出，在利用糖化酶调控白酒中高级醇的生成量时，高级醇的含量随糖化酶添加量的增加而减少[41]。

2.5 淀粉酶在白酒酿造的应用

淀粉酶泛指可以水解淀粉的一类酶，根据作用于不同淀粉主要可分为α-淀粉酶和β-淀粉酶[42]。α-淀粉酶又称为液化酶，能将淀粉中α-1，4 葡萄糖苷键切断成具有不同分子量的糊精，同时能将少量麦芽糖和葡萄糖迅速液化，进而达到液化淀粉的目的，最终转化生成麦芽糖、葡萄糖和异麦芽糖[43]。现有研究[44]表明α-淀粉酶多用于酒精和液态白酒发酵过程中，可降低反应底物黏度。β-淀粉酶因其直接作用于淀粉非还原性末端，通过瓦尔登反应生成麦芽糖，故又称为淀粉1,4-麦芽糖苷酶，多存在于麦芽与曲霉菌中，可广泛应用于啤酒糖化、酒精发酵、白酒生成等领域[45]。

2.6 其他酶在白酒酿造的应用

单宁酶是一类可将单宁酸水解并生成没食子酸及葡萄糖的酶类，通过减少单宁和没食子酸对酵母的发酵生长产生抑制作用，从而促进白酒发酵，提高酒体品质[46]。果胶酶泛指能促进果胶分解的酶类，通过与纤维素酶的协同作用，破碎分解粮食产物的细胞壁，充分释放内容物质，不仅能缩短发酵周期，还能提升粮食利用率[47]。转肽酶能够将长链的蛋白质分子切断，释放出氨基酸，具有较高酶活力的转肽酶将提高白酒酿造过程中的氨基酸含量，促进白酒中各香气成分生成[48]。裂解酶、异构酶作为参与微生物细胞内部能量转化的重要酶类，在白酒发酵过程中主要参与糖类物质向酒精转化的进程[49]。在白酒酿造过程中，参与其中的酶类物质复杂多样，现有研究多针对胞外酶，对于胞内酶的探究相对较少，未来将在这方面有极大扩展。

3 白酒酿造用酶的发展趋势

3.1 复合酶技术在白酒酿造过程中的应用

纯种微生物合成酶的高催化单一性酶，具有酶活力强、用量少、使用方便等优点，但因酶学底物的特异性，具有高度专一性，影响了白酒发酵的周期性，一定程度上限制了传统白酒发酵的出酒率。因此复合酶发酵技术将成为白酒发酵的新方向。董友新[50]将具有复合功能的阿米诺酶与中温曲一起加入发酵体系，与单一酶的发酵体系相比，在成品酒体品质和风味保持一致的条件下，对于淀粉原料的利用率提升了2 %～3 %，最终出酒率提升了2%；崔如生等[51]和张静等[52]的研究均表明，将复合酶制剂应用于白酒生产过程中，试验组成品酒的总酸、总酯等相关指标明显高于对照组，且成品酒中主要酯类物质与其他微量成分比例协调，酒体风味好。

3.2 固定化技术在白酒酿造过程中的应用

一般而言，酶类制剂极易受到外界条件影响，具有酶活力不稳定、易失活等特性，但其制造成本昂贵，且难以回收利用，造成了酶制剂在白酒酿造过程广泛运用的局限性[53]。酶的固定化技术正好可以解决这些问题。固定化技术即用固体材料将酶类物质限制在一定区域内，但酶类物质仍然具有活跃的、特有的催化作用，可回收，并能长时间使用的一种技术[54]。梁龙元等[55]通过对比酯酶与固定化酶酯化合成风味酯类物质的能力，试验结果表明，固定化后的酯酶不仅降低了酶含量的丢失，而且具有更高的催化形成风味酯类物质的能力；田梁等[56]以高粱糖化液为原料，采用序批式固定化菌液态发酵白酒工艺，通过优化液态发酵白酒固定化菌株的发酵条件，产总酸和总酯的含量分别为486.62 mg/L 和258.28 mg/L。该工艺缩短了酒精发酵时间，并且提高了白酒品质。在处理白酒的副产物时，如黄水及酒尾等，直接使用固定化的酯化酶可以实现回收利用，对酿造后除杂醇油及处理副产物有极大的作用。王洪海等[57]得到的固定化酯化酶，对酯化白酒中杂醇油有一定的参考价值，不仅适合回收酶类物质，也有利于增加酶效率。

3.3 基因工程技术在白酒酿造过程中的应用

基因工程又称DNA 重组技术，是指通过改造生物体基因组获得所需基因产物的技术，被用于工程菌的构建，通过基因过表达将含有目的基因的编码区拼接至相应的载体中，上调表达目的基因，使目的基因被过度转录、翻译，从而提高目标蛋白或目标代谢产物的产量[58]。张翠英等[59]研究了低产高级醇酿酒酵母工程菌株对小曲酒品质的影响，研究结果显示，该菌株的添加对小曲酒酒度、残糖、总酸和总酯基本无影响,高级醇含量的降低也并不明显；王文宗等[60]运用自制新型麸曲对粮糟和丢糟进行酿酒发酵试验，发现此菌能极大地提高成品酒的产量和丢糟的资源利用率。

4 结语与展望

白酒传统发酵主要依赖酒曲和酒醅中的酶类物质进行，向酒醅发酵、蒸馏勾兑以及酒糟利用的生产阶段中添加不同种类和含量的酶类物质，将极大提高粮食底物的利用率，提升白酒产量和品质，如何协调各酶类物质的相关比例，以及探究其复合酶类物质的相关酶学机理、代谢体系仍是接下来需要深入探讨的。同时，随着代谢组学等相关技术的不断发展，进一步研究白酒发酵过程中各酶类物质与发酵产物、香气成分的相关关系，为定向调控生成更多益于白酒品质的发酵产物奠定基础，以期为提高白酒品质带来更加长远的意义。