白酒酿造相关知识:大曲中的酶系

收藏        分享时间:2015/9/5 11:47:39 浏览:9212人 来源:中国酒志网 上传:阿武美酒
白酒酿造相关知识:大曲中的酶系

  酶是由微生物细胞产生的,具有蛋白质的有机催化剂。微生物的一切生命活动都离不开酶。在酿酒生产中大量培养各种微生物,主要就是利用它们能分泌所需要的酶。酶是在生物体内产生的,所以,也称为生物催化剂。

  微生物体外大分子营养物质需由胞外酶分解成小分子化合物后,才能被微生物吸收。小分子化合物进入细胞后也要由酶来合成,从而释放能量,并获得中间产物,微生物利用这些中间产物和能量组成细胞内各成分,同时排出废物。这种新陈代谢是无数个复杂化学反应的过程,完全是在酶的催化下有条不紊地按顺序进行着,因此,也可以说,没有酶就没有生命。

  1.酶的特性

  (1)酶的催化效率高酶的催化效率要比无机催化剂的催化效率高10万倍到1亿倍,它在细胞内温和的条件下,就能顺利地进行催化反应。例如固氮菌在常温、常压和近中性的条件下通过酶的催化作用就能固定大气中的分子氮,合成氨;而在工业上以化学方法合成氨时,虽然加有金属催化剂,也需要在20~30MPa压力和500℃的高温条件下才能进行。又如lg纯的结晶α-淀粉酶,在65℃下作用15min,可使2t淀粉转化为糊精。

  (2)酶具有高度专一性一种酶只能催化特定的一种或一类物质进行反应,并生成一定的物质。糖苷键、酯键、肽键的化合物都能用酸或碱来催化而水解,但酶的催化却各自需要一定专一酶才能水解。例如,淀粉酶只能催化淀粉的水解反应生成糊精;蛋白酶只能催化蛋白质的水解反应生成氨基酸;脂肪酶只能催化脂肪水解成脂肪酸和甘油。各种酶不能相互替代。由于酶催化的专一性,所以在酶的催化反应中没有副产品产生。酶的高度专一性还赋予细胞的生命活动能有条不紊地进行的能力。

  (3)酶反应的条件极为缓和利用化学催化剂时,往往要求高温,高压等条件,因而需要有高质量和较复杂的成套设备。酶在生物体内催化各种化学反应是在常温、常压和酸碱值差异不太大的条件下进行的。酶制剂具有反应条件缓和的特点,用于工业生产就可以甩掉高温、高压、强酸及强碱等特殊设备。如过去以酸水解淀粉生产葡萄糖,需要0.3MPa压力及144℃高温,必须采用耐酸耐压设备。现在改为酶法水解淀粉,只需常温、常压,采用普通设备即可。

  (4)酶本身无毒,反应过程也不会产生有毒物质酶是无毒、无味、无色的物质,在生产使用过程中也不产生腐蚀性物质和毒物,使医药、食品及发酵工业在生产过程中的劳动保护得到了改善,产品也符合卫生要求。

  2.影响酶作用的因素

  外界条件对微生物生命活动的影响,在很大程度上是通过影响酶的作用来实现的。酶催化化学反应的能力,称为酶活力。实践证明,酶活力受温度、pH、抑制剂、激活剂,酶浓度和其他因素的影响,因此我们在培养微生物,利用它所产生的酶,及生产酶制剂或使用酶制剂时,就必须找出适当的条件,充分地发挥酶的催化能力。

  (1)温度对酶作用的影响温度对酶催化的反应有显著的影响:一方面酶的催化能力要在一定温度条件下才能表现出来,并且酶反应的速度也像其他化学反应一样,随温度的升高而加速;另一方面由于酶是一种蛋白质,所以它的作用又随着温度的升高容易变性失去活力。即在最适温度下,一般温度每升高lO℃,酶的反应速度会相应地增加1~2倍。

超过最适温度时,若温度再升高,酶活力开始丧失,反应速度随温度升高而迅速下降。因此,选择酶作用的最适温度很重要。各种酶都有它作用的最适温度,但它的范围不是固定的,而是取决于整个酶反应时间的长短。

  (2) pH对酶作用的影响pH对酶的活力影响也很大,这是由于酶是由氨基酸组成的蛋白质所构成的。蛋白质是两性物质,所以酶在pH改变时,有的能成为阳离子,也有的能成为阴离子。但在一定范围内,即酶在活性最适pH范围内,酶分子既不向阳极移动,也不向阴极移动,这时酶活力最高。

  各种酶都有它作用的最适pH,在这个pH条件下,酶活力最高,pH过高或过低都会影响酶活力与稳定性。  

  可见,酶的来源和种类不同,它的最适pH范围也不同。例如胃蛋白酶最适pH为1.5,而碱性蛋白酶最适pH为11。

  同一种微生物所产生的酶由于作用底物不同,酶的最适pH也不同。有时即使同一种酶作用于一底物,但由于浓度不同或温度不同,对酶的最适pH也有影响。

  (3)酶浓度对反应速度的影响在适宜条件下,酶反应的速度与酶的浓度成正比,酶浓度越高,反应速度越快。

  在酿造工业上,为了获得较高的原料分解率或出酒率。首先必须在制曲过程中培养需要的微生物,并给予微生物必要的条件使之产生尽可能多的酶,从而为发酵过程中提高酶的浓度创造条件。

  (4)基质浓度对酶反应速度的影响在酶反应体系中,酶浓度为定值时,基质浓度不向,反应速度也不同。当基质浓度较低时,反应速度随基质浓度的增加而增大;基质浓度逐渐增加时,反应速度虽然增加,但程度不如浓度低时明显;当基质浓度相当大时,反应速度不会再增加。

  在曲酒生产中,入窖淀粉浓度不宜过大。基质浓度超过一定值时,则不能充分糖化发酵,这就是增粮不增酒的根源所在。糖化时,多用曲也并不一定加速糖化和多生成糖,因的基质的吸附作用是有限度的。由此可见,“合理配料”的重要性。

  (5)酶的激活剂和抑制剂  凡能促进酶的作用及提高酶的活力的物质称为酶的激活剂,如Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Zn2+、Mn2、Fe2+、Cl-等离子对酶有激活作用。

  凡使酶的催化作用减弱或受到抑制,甚至破坏的物质,称为酶的抑制剂。如Ag+、Hg+、Cu+、硫化物、生物碱及酶催化反应的产物本身都可引起抑制作用。

  选择合适的激活剂参加酶反应,可以大大提高酶的催化效率。

  2O世纪80年代以前,人们仅仅局限于对大曲的糖化力、发酵力进行研究,为提高原料利用率做出了极大的贡献。目前的研究集中在大曲酒的质量与曲质密不可分的关系方面。随着酶工程研究进展,人们广泛开展了大曲中各种酶类的研究,深化了对大曲糖化力、发酵力和风味生成相关酶系的认识,更使广大酿酒工作者充分认识了大曲质量与酒质的内在机理和规律。

  3.大曲中的糖化酶类

  大曲中的糖化酶类表现为曲的糖化力和液化力。

  (1)液化型淀粉酶液化型淀粉酶又称为α-淀粉酶,淀粉1,4-糊精酶。大曲中液化酶的主要作用是将酒醅中淀粉水解为小分子的糊精。

  大曲中α-淀粉酶的活性受酒醅酸度的影响较大。实验表明,酒醅中添加乳酸后,大曲液化力随pH的下降而降低。液化力的降低,必然影响淀粉的液化,削弱糖化酶的效力。

  大曲中的α-淀粉酶可被糊化后的淀粉吸附,但该吸附作用可被酸性蛋白酶解脱。  液化力的测定方法是用大曲水解可溶性淀粉,用碘作指示剂,测定颜色变化的时间。

  通常测定单位是g淀粉/g曲。

  大曲液化力的高低与培曲温度有关。酱香型曲因培曲温度高液化力最低,清香型曲因培曲温度低而液化力最高。大曲在蓝房发酵过程中,液化力是逐渐上升的。在贮存过程中,贮存时间延长,液化力逐渐下降。

  (2)糖化型淀粉酶糖化型淀粉酶俗称糖化酶,淀粉1,4-葡萄糖苷酶和淀粉1,6-葡萄糖苷酶。该酶从淀粉的非还原性末端开始作用。顺次水解α-D -1,4-葡萄糖苷键,将葡萄糖一个一个地水解下来。遇到支点时,先将α-D-1,6-葡萄糖苷键断开,再继续水解。该酶不能水解异麦芽糖,但能水解β-界限糊精。

  大曲糖化力的测定是利用大曲将可溶性淀粉水解,然后测定葡萄糖的量。因此,该法测定的是包含α-淀粉酶活力的糖化力。研究发现,在大曲淀粉酶活力测定方法中用滤纸过滤对测定值无干扰。

  金属离子对大曲中的糖化酶有抑制作用。研究发现,铁离子、锰离子、铅离子对大曲糖化酶几乎没有抑制作用。锌离子有轻微的抑制作用。汞离子、银离子在极低浓度下有极强的抑制作用。铜离子的抑制作用属竞争性抑制,可被增多的底物解除。氯、汞、苯甲酸抑制α-淀粉酶的活力,不影响葡萄糖淀粉酶的活力。

  有研究认为,大曲中的淀粉酶类主要是β-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶。β-淀粉酶在大曲中的含量是否占有很重要的地位,尚有待于进一步的研究。

  糖化酶的产生菌主要是根霉、黑曲霉、米曲霉及红曲霉等。大曲糖化力主要来源于根霉。

  大曲糖化力的高低与培曲温度密切相关。培曲温度高的酱香型曲糖化力低,培曲温度低的清香型曲糖化力最高。兼香型的中、高温曲的糖化力也证明了这一结论。

  糖化力在大曲培养的前3天最高,后下降,最后又上升。在贮存过程中,曲的糖化力呈下降趋势。

  对四季曲糖化力的化验也说明大曲的糖化力与温度的上升成反比。

  4.大曲中的酒化酶类

  (1)酒化酶是大曲在酒醅发酵过程中表现出的产酒的酶类的总称。该类酶能将可发酵性糖转化为酒精。这类酶用测定大曲发酵力的方法来衡量。大曲中主要的发酵菌种是酵母。

  (2)大曲发酵力的常用测定方法是失重法。但现行测定方法实际上是测量了细菌、酵母、霉菌三种菌有氧呼吸和无氧代谢产生的二氧化碳总量,不能真实反映出大曲发酵能力的大小。因此采用测定发酵终了的酒精含量来衡量发酵力较为合理。前法测定的单位为mLC02/(g曲·72h),后者测定的单位是:酒精质量分数%。

  有研究认为,用失重法测定时使用的培养基种类、体积、糖度、曲药接种量、发酵温度、时间等均影响到发酵力的测定。认为失重法的最佳条件为:用高梁粉作糖化液,糖度7°Bé,体积50mL,曲药接种量0.8%。培养温度30℃,时间72h。

  (3)大曲发酵力的高低与培曲温度成反比。高温酱香型曲的发酵力最低,培曲温度偏低的凤香型曲的发酵力最高。在大曲培养过程中,前十五天发酵力是上升的,至十五天后发酵力开始下降。贮存过程中,发酵力随贮存时间的延长而降低。

  (4)大曲的曲外层和曲心的酶系也有差异,曲外层的糖化力、液化力、发酵力分别比曲心高79.22%、146.67%、67. 56%。曲心的出酒率比外层高,曲心酿出的酒的己酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯均比曲外层要高。

  5.大曲中的酯酶

  (1)酯酶亦称羧基酯酶,它是催化合成低级脂肪酸酯的酶类的总称。该酶既能催化酯的合成,也能催化酯的分解。因此,白酒业习惯分别称为酯化酶和酯分解酶。酵母、霉薹,细菌中均含有酯酶。目前已经发现,红曲霉、根霉中许多菌株有较强的己酸乙酯合成能力。

  (2)酯酶不同于脂肪酶。脂肪酶的正式名称是甘油酯水解酶。它既能将脂肪水解为脂肪酸和甘油,又能催化脂肪的合成。

  按诺维信公司的定义,脂肪酶是可以水解一类特殊的酯类——三羧酸甘油酯的酶,而酸酶则是可以水解羧酯键的酶。

  (3)浓香型、清香型、凤香型等香型酒的香味成分与酒中的己酸乙酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯等酯类的含量有关。这些酯的产生与酯酶密不可分。特别是对浓香型大曲酒的主体香己酸乙酯的研究表明,在大曲中添加酯化酶菌株或人工制造的酯化酶用于发酵,可极大地提高酒中己酸乙酯的含量。

  脂肪酶对脂肪的分解,为白酒中香味物质(如油酸乙酯、亚油酸乙酯、棕榈酸乙酯等)的形成提供了前驱物质。

  (4)大曲中酯化酶的测定主要是酯化力和酯分解率。酯化力是用曲粉去合成一定量的己酸和乙醇,最终测量己酸乙酯的生成量。酯分解率是用大曲分解己酸乙酯,测己酸乙酯的分解量。

  由于测定方法上的差异,如用单一酸或混合酸,用离心法还是蒸馏法,对测定出的酯化酶活力影响较大。

  (5)大曲酯化力的高低,与大曲发酵温度成反比,即发酵温度越高,曲的酯化力越低。兼香型中的中、高温曲的对比明显地证明了这一点。

  酯分解率的高低与培菌温度相关,较低的温度有利于酯分解率的降低。事实上对浓香型酒而言,酯分解率越低越好,而酯化力则是越高越好。

  大曲培养过程中,酯化率是先升高,至第5天时达最大值,后开始下降。培养至20d时,又达最大值,后再下降。变化比较复杂。而酯分解率的变化不大,基本上是逐渐上升的。

  在大曲贮存期,曲的酯化力是随贮存时间的延长,前六个月处于上升阶段;六个月以后。逐渐下降。而酯分解率是随曲块贮存时间的延长而不断降低。因此,若仅考虑曲的酯化力和酯分解率,对浓香型曲酒而言,大曲贮存六个月使用最好。

  6.大曲中的纤维素酶

  纤维素酶是水解纤维素的一类酶的总称。它包括三种类型;即破坏天然纤维素晶状结构的C1酶,纤维素酶的主要产生菌是里氏木霉菌、尖孢镰刀菌、粗糙脉胞霉等霉菌。

  有研究认为,纤维素酶是广义卢一葡聚糖酶的一种。

  编号为EC.3.2.1.4的纤维素酶,其系统名是1,4-(1,3;1,4)-β-D-葡聚糖-4 -葡萄糖水解酶。它内切纤维素或由l,3和1,4键组成的多聚糖中的1,4键,将纤维素降解。

  纤维素酶应用于白酒生产中,可提高白酒的出酒率,最高可提高9.05%。

  目前为止,未见曲中纤维素酶的检测数据报道。白酒生产的酒醅中含有大量的纤维素和半纤维素。若提高曲中纤维素酶的含量,可大幅度提高出酒率。

  纤维素酶的活力测定采用DINS法。分为滤纸酶活力(FPIA)和羧甲基纤维素酶活力(CMC)。FPIA为每克酶每分钟水解反应产生葡萄糖的微摩尔数。CMC法为每克酶每小时水解反应产生葡萄糖的质量(mg)。

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