一種複合酶製劑及其製備方法與應用與流程

2023-05-03 06:05:01 2

本發明涉及酶製劑領域，且特別涉及一種複合酶製劑及其製備方法與應用。

背景技術：

我國是世界上規模最大的飲料酒生產和消費國，是酒類品種最全、釀造歷史最長、產業規模最大的國家。其中啤酒作為飲料酒的重要組成部分，近年來，我國啤酒市場規模保持平穩增長態勢。但遺憾的是，國產麥芽的品質卻一直較低，其根本原因是受土質、氣候、品種、發芽方法、工藝等條件的制約。大麥麥芽中除了含有60％-70％的澱粉外，還含有蛋白質、非澱粉多糖等多種不溶性物質。而國產大麥由於受諸多因素影響，其本身所具有的多種酶在發芽過程中分泌不足，導致啤酒麥芽中的蛋白質等含量過高，造成糖化醪液過濾困難，麥汁的濁度高等狀況，不能生產高端啤酒。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種複合酶製劑，該複合酶製劑所含的酶種類豐富，且各酶複合作用佳。

本發明的第二目的在於提供一種上述複合酶製劑的製備方法，該方法簡單，製備條件可控性好。

本發明的第三目的在於提供上述複合酶製劑在製作啤酒中的應用，將其應用於啤酒糖化過程中，可彌補此過程中澱粉酶、蛋白酶、非澱粉多糖酶等的不足，解決糖化醪液過濾困難、麥汁濁度高的問題。

本發明解決其技術問題是採用以下技術方案來實現的：

本發明提出一種複合酶製劑，該複合酶製劑包括複合酶和輔料，其中，複合酶包括7-21重量份的澱粉酶、2.5-7.5重量份葡萄糖澱粉酶、8.5-27.5重量份的蛋白酶和16.5-44重量份的非澱粉多糖酶；輔料包括大於零且小於等於65.5重量份的玉米澱粉。

本發明還提出上述複合酶製劑的製備方法：將上述複合酶與上述輔料混合，得複合酶製劑。

另外，本發明還提出了上述複合酶製劑在製作啤酒中的應用，即將複合酶製劑於啤酒糖化初期加入待糖化的啤酒中。

本發明較佳實施例提供的複合酶製劑的有益效果是：通過將澱粉酶、葡萄糖澱粉酶、蛋白酶和非澱粉多糖酶混合作為複合酶製劑，豐富了複合酶製劑中酶的種類。其中，澱粉酶可有效降解澱粉，加速澱粉分解成小分子糖類，達到降低麥汁濁度及提高過濾效果的作用。葡萄糖澱粉酶作為糖化酶可與澱粉酶協同降解澱粉，加速澱粉分解成小分子糖類，進一步達到降低麥汁濁度及提高過濾效果的作用。蛋白酶可水解蛋白質，生成含有α-氨基氮和小分子含氮的物質，有利於麥汁及後期啤酒的澄清，防止啤酒中單寧類物質與蛋白質複合物形成渾濁沉澱，從而解決麥汁澄清度的問題。非澱粉多糖酶能有效降解纖維素、木聚糖、β-葡聚糖等粘度大的非澱粉多糖為小分子寡糖，使麥汁粘度降低，大大提高麥汁的過濾效率，進而提高原料的利用率以及啤酒的非生物穩定性。通過各類酶之間的協同作用，有效降解了原料中的澱粉以及蛋白質、非澱粉多糖類等不溶性物質，其效果穩定並明顯優於只添加一種酶時所產生的效果。該複合酶製劑的製備方法簡單，製備條件可控性好。將其用於啤酒糖化過程，可彌補此過程中澱粉酶、蛋白酶、非澱粉多糖酶等的不足，解決糖化醪液過濾困難、麥汁濁度高的問題。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。實施例中未註明具體條件者，按照常規條件或製造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未註明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。

下面對本發明實施例的複合酶製劑及其製備方法與應用進行具體說明。

本發明實施例提供的複合酶製劑主要可用於改善啤酒糖化效果。啤酒作為以麥芽和水為主要原料、啤酒花為香料，經制麥芽、糖化、發酵等工序製成的富含營養物質和二氧化碳的釀造酒，具有獨特的酒花香以及爽口苦味，深受消費者喜愛。糖化又稱麥芽汁製備，通常指麥芽及輔料的粉碎，醪的糖化、過濾，以及麥汁煮沸、冷卻的過程。

因麥芽除含有大部分澱粉，還含有多種不溶性物質，如蛋白質和非澱粉多糖等，而該部分不溶性物質易受啤酒糖化工藝的影響，不易水解，從而造成糖化醪液不易過濾，影響最終啤酒品質。故本實施例中優選在啤酒糖化階段將上述複合酶製劑添加於待糖化的啤酒液中。為提高複合酶製劑對啤酒糖化的改善效果，更優地，可在啤酒糖化初期就將複合酶製劑添加於待糖化的啤酒液中。作為優選地，添加過程中可將複合酶製劑的添加量控制在啤酒原料乾重的0.005-0.5％範圍內。其中，本實施例中的啤酒原料例如可包括麥芽，此外還可包括大米、大麥等，且大米、大麥的含量低於麥芽含量。按此添加量添加複合酶製劑，可有效的控制蛋白質和非澱粉多糖等不溶性物質在糖化液中的溶解程度，進而以最低成本達到最佳糖化效果。

具體的，本實施例中的複合酶製劑主要由複合酶和輔料混合而得。其中，複合酶可以包括7-21重量份的澱粉酶、2.5-7.5重量份葡萄糖澱粉酶、8.5-27.5重量份的蛋白酶和16.5-44重量份的非澱粉多糖酶。

澱粉酶作為葡萄糖水解酶，可催化澱粉和糖原水解，生成葡萄糖、麥芽糖以及含有α-1,6-糖苷鍵支鏈的糊精。本實施例中的澱粉酶例如可包括中溫α-澱粉酶和耐高溫α-澱粉酶。其中，中溫α-澱粉酶主要是由枯草芽孢桿菌經發酵和後提技術提煉精製而成的澱粉酶製劑，將其作為複合酶製劑成分之一用於啤酒糖化過程中，可將原料中的澱粉水解成長短不一的糊精以及少量的低分子糖類、葡萄糖和麥芽糖，從而使澱粉糊的粘度迅速下降，以利於糖化醪液的過濾。

耐高溫α-澱粉酶主要是由地衣芽孢桿菌經深層培養、提取等工序精製而成，將其作為複合酶製劑成分之一用於啤酒糖化過程中，可水解澱粉、糖原，並降解原料中的α-1,4-葡萄糖苷鍵，以使得膠狀澱粉溶液粘度下降，產生可溶性糊精和寡聚糖，同樣達到利於糖化醪液過濾的效果。

作為優選地，本實施例中的中溫α-澱粉酶和耐高溫α-澱粉酶的含量例如可分別為2.5-7.5重量份和4.5-13.5重量份。上述兩種澱粉酶的酶活例如可分別為250-750U和1035-3105U，最佳為300-700U和2000-3000U。其中，中溫α-澱粉酶的酶活按以下方式測定：1g中溫α-澱粉酶在60℃、pH為6.0的條件下，1h液化1g可溶性澱粉即為一個酶活力單位。耐高溫α-澱粉酶的酶活按以下方式測定：1g耐高溫α-澱粉酶在70℃、pH為6.0的條件下，1h液化1g可溶性澱粉即為一個酶活力單位。按上述重量份將具有最佳酶活的中溫α-澱粉酶和耐高溫α-澱粉酶加入複合酶製劑並用於啤酒糖化階段，可在不同溫度範圍下有效降解麥芽中的澱粉，加速澱粉分解成小分子糖類，達到降低麥汁濁度及提高過濾效果的作用。

葡萄糖澱粉酶作為糖化酶，主要由麴黴經深層發酵提煉而得。其能從非還原性末端水解澱粉中的α-1,4-葡萄糖苷鍵，以產生葡萄糖。作為優選地，本實施例中葡萄糖澱粉酶的含量例如可為2.5-7.5重量份，其酶活例如可以為425-1275U，最佳為500-1000U。該葡萄糖澱粉酶的酶活按以下方式測定：1g葡萄糖澱粉酶在40℃、pH為4.6的條件下，1h水解可溶性澱粉產生1mg葡萄糖，即為一個酶活力單位。按上述重量份將具有最佳酶活的葡萄糖澱粉酶加入複合酶製劑並用於啤酒糖化階段，可與上述澱粉酶協同降解麥芽中的澱粉，加速澱粉分解成小分子糖類，進一步達到降低麥汁濁度及提高過濾效果的作用。

蛋白酶主要由酵母或放線菌獲得，其可以通過破壞蛋白質間的肽鍵，減少高分子量蛋白質，並促使其形成簡單的胺基酸。本實施例中的蛋白酶例如可包括酸性蛋白酶、角蛋白酶和中性蛋白酶。其中，酸酸性蛋白酶主要是由黑麴黴經發酵精製提煉而成，將其作為複合酶製劑成分之一用於啤酒糖化過程中，能在較低的pH條件下有效水解啤酒原料中含有的蛋白質，並能有效阻斷雙乙醯的生成，縮短啤酒成熟期。

角蛋白酶含有二硫鍵還原酶和多肽水解酶等多種酶活性組分，其中二硫鍵還原酶首先作用於角蛋白中的二硫鍵，使角蛋白高級結構解體形成變性角蛋白，然後變性角蛋白在多肽水解酶的共同作用下逐步水解成多肽、寡肽和游離胺基酸，從而使角蛋白徹底分解。將其作為複合酶製劑成分之一用於啤酒糖化過程中，能將蛋白質分解為肽和胺基酸，提高α-氨基氮的含量，加速啤酒成熟。

中性蛋白酶主要由枯草芽孢桿菌經發酵提取而得，屬內切酶，可用於各種蛋白質的水解。將其作為複合酶製劑成分之一用於啤酒糖化過程中，能與酸性蛋白酶和角蛋白酶協同作用，共同將原料中的蛋白質分解為多肽和胺基酸，特別對大麥、大豆等植物性蛋白作用效果明顯，可排除啤酒生產過程中出現「冷混濁」的現象。

作為優選地，本實施例酸性蛋白酶、角蛋白酶和中性蛋白酶的含量例如可分別為2.5-7.5重量份、1-5重量份和5-15重量份。上述三種蛋白酶的酶活例如可分別為1750-5250U、500-2500U和2500-7500U，最佳為2000-4000U、1000-2000U和3000-6000U。其中，酸性蛋白酶的酶活按以下方式測定：1g酸性蛋白酶在一定的溫度和pH條件下，1min水解酪蛋白產生1ug酪氨酸，即為一個酶活力單位。角蛋白酶的酶活按以下方式測定：1g角蛋白酶在50℃、pH為8.5的條件下，1min降解天青角蛋白使吸光值增加0.01的酶量為一個酶活力單位。中性蛋白酶的酶活按以下方式測定：1g中性蛋白酶於60℃、pH為6.0的條件下，1h液化1g可溶性澱粉，即為一個酶活力單位。

按上述重量份將具有最佳酶活的酸性蛋白酶、角蛋白酶和中性蛋白酶加入複合酶製劑並用於啤酒糖化階段，可隨機從麥芽或/及大米內部切割蛋白質長鏈，生成含有α-氨基氮和小分子含氮的物質，並有利於麥汁及後期啤酒的澄清，防止啤酒中單寧類物質與蛋白質複合物形成渾濁沉澱，從而解決麥汁澄清度的問題。

非澱粉多糖是由若干單糖通過糖苷鍵連接而成的多聚體，包括除α-葡聚糖以外的大部分多糖分子。非澱粉多糖酶則是用於水解非澱粉多糖的酶。本實施例中的非澱粉多糖酶例如可包括木聚糖酶、纖維素酶、β-葡聚糖酶和α-半乳糖苷酶。其中，木聚糖酶主要包括外切β-1,4-木聚糖酶和內切β-1,4-木聚糖酶。將其作為複合酶製劑成分之一用於啤酒糖化過程中，可有效將麥芽等啤酒原料中的非澱粉多糖水解為較小聚合度的低聚木糖，降低麥芽汁的粘度，改善其過濾性能，防止非碳水化合物出現混濁現象。

纖維素酶主要由外切β-葡聚糖酶、內切β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶等組成。將其作為複合酶製劑成分之一用於啤酒糖化過程中，不僅可增加啤酒原料的可利用碳源，提高出酒率；其次，還能降低啤酒蒸煮和糖化粘度。

β-葡聚糖酶包括β-1,4-葡聚糖酶和β-1,3-葡聚糖酶。將其作為複合酶製劑成分之一用於啤酒糖化過程中，其一，能催化水解麥芽細胞壁中的β-葡聚糖，降低麥汁粘度，提高麥汁過濾速度，改善麥汁清亮度；其二，可提高啤酒糖化生產能力，促進可發酵性產物的生成；其三，可提高啤酒的膠體穩定性，清除因β-葡聚糖引起的冷混濁；其四，能提高濾酒效率，增加批次濾酒量。

α-半乳糖苷酶屬外切糖苷酶，能專一催化水解多糖、糖脂和糖蛋白中糖鏈末端的α-半乳糖苷鍵。將其作為複合酶製劑成分之一用於啤酒糖化過程中，能與上述纖維素酶、木聚糖酶以及β-葡聚糖酶協同作用，以達到破壞麥芽細胞壁的結構，促進麥芽細胞壁內營養物質的釋放，充分水解麥芽所含的非澱粉多糖。

作為優選地，本實施例木聚糖酶、纖維素酶、β-葡聚糖酶和α-半乳糖苷酶的含量例如可分別為7.5-20重量份、3-9重量份、3-9重量份和3-6重量份。上述四種非澱粉多糖酶的酶活例如可分別為6000-16000U、10200-30600U、1350-4050U和1350-2700U，最佳分別為10000-15000U、15000-30000U、2000-4000U和1800-2250U。

其中木聚糖酶的酶活按以下方式測定：1g木聚糖酶在50℃、pH為4.8的條件下，1min從濃度為5mg/mL的木聚糖溶液中降解釋放1umol還原糖所需要的酶量，即為一個酶活力單位。纖維素酶的酶活按以下方式測定：1g纖維素酶在50℃、pH為4.8的條件下，1h水解羧甲基纖維素鈉底物，產生出相當於1mg葡萄糖的還原糖量，為一個酶活力單位。β-葡聚糖酶的酶活按以下方式測定：1gβ-葡聚糖酶在50℃、pH為4.8的條件下，1min從濃度為4mg/mL的β-葡聚糖溶液中降解釋放1umol還原糖所需要的酶量，即為一個酶活力單位。α-半乳糖苷酶的酶活按以下方式測定：1gα-半乳糖苷酶在50℃、pH為5.5的條件下，1min從濃度為10mg/mL的D-棉子糖溶液中降解釋放1umol還原糖所需要的酶量，即為一個酶活力單位。

按上述重量份將具有最佳酶活的木聚糖酶、纖維素酶、β-葡聚糖酶和α-半乳糖苷酶加入複合酶製劑並用於啤酒糖化階段，能有效降解麥芽細胞壁中的纖維素、木聚糖、β-葡聚糖等粘度大的非澱粉多糖為小分子寡糖，使麥汁粘度降低，大大提高麥汁的過濾效率，進而提高原料的利用率以及啤酒的非生物穩定性。

可選地，本實施例中的輔料可以包括大於零且小於等於65.5重量份的玉米澱粉。加入輔料一方面有利於上述各種酶混合更加充分及均勻，另一方面由於玉米澱粉較大米等原料具有較明顯的價格優勢，因此，將其加入複合酶製劑中還能代替部分成本高的原料，降低啤酒生產成本。

值得說明的是，本發明實施例中複合酶製劑所含物質並不僅限於上述所提到的物質，生產者還可根據不同的啤酒類型以及啤酒糖化的具體程度和需要加入其它酶類。

以下結合實施例對本發明的特徵和性能作進一步的詳細描述。

實施例1

將2.5重量份酶活為250U的中溫α-澱粉酶、4.5重量份酶活為1035U的耐高溫α-澱粉酶、2.5重量份酶活為425U的葡萄糖澱粉酶、2.5重量份酶活為1750U的酸性蛋白酶、1重量份酶活為500U的角蛋白酶、5重量份酶活為2500U的中性蛋白酶、7.5重量份酶活為6000U的木聚糖酶、3重量份酶活為10200U的纖維素酶、3重量份酶活為1350U的β-葡聚糖酶和3重量份酶活為1350U的α-半乳糖苷酶作為複合酶。將上述複合酶與65.5重量份的玉米澱粉混合，得到複合酶製劑。

取麥芽作為啤酒原料，將上述複合酶製劑於啤酒糖化初期按麥芽乾重的0.005％添加於待糖化的啤酒液中，經糖化、煮沸、發酵和成熟等步驟得到啤酒。

實施例2

將7.5重量份酶活為750U的中溫α-澱粉酶、13.5重量份酶活為3105U的耐高溫α-澱粉酶、7.5重量份酶活為1275U的葡萄糖澱粉酶、7.5重量份酶活為5250U的酸性蛋白酶、5重量份酶活為2500U的角蛋白酶、15重量份酶活為7500U的中性蛋白酶、20重量份酶活為16000U的木聚糖酶、9重量份酶活為30600U的纖維素酶、9重量份酶活為4050U的β-葡聚糖酶和6重量份酶活為2700U的α-半乳糖苷酶作為複合酶。將上述複合酶與50重量份的玉米澱粉混合，得到複合酶製劑。

取麥芽和大米共同作為啤酒原料，將上述複合酶製劑於啤酒糖化初期按啤酒原料乾重的0.5％添加於待糖化的啤酒液中，經糖化、煮沸、發酵和成熟等步驟得到啤酒。

實施例3

將5重量份酶活為500U的中溫α-澱粉酶、9重量份酶活為2070U的耐高溫α-澱粉酶、5重量份酶活為850U的葡萄糖澱粉酶、5重量份酶活為3500U的酸性蛋白酶、3重量份酶活為1500U的角蛋白酶、10重量份酶活為5000U的中性蛋白酶、13.75重量份酶活為11000U的木聚糖酶、6重量份酶活為20400U的纖維素酶、6重量份酶活為2700U的β-葡聚糖酶和4.5重量份酶活為2025U的α-半乳糖苷酶作為複合酶。將上述複合酶與30重量份的玉米澱粉混合，得到複合酶製劑。

取麥芽、大米和大麥共同作為啤酒原料，將上述複合酶製劑於啤酒糖化初期按啤酒原料乾重的0.25％添加於待糖化的啤酒液中，經糖化、煮沸、發酵和成熟等步驟得到啤酒。

實施例4

將5重量份酶活為300U的中溫α-澱粉酶、9重量份酶活為2000U的耐高溫α-澱粉酶、2.5重量份酶活為500U的葡萄糖澱粉酶、7.5重量份酶活為2000U的酸性蛋白酶、2重量份酶活為1000U的角蛋白酶、15重量份酶活為3000U的中性蛋白酶、15重量份酶活為10000U的木聚糖酶、6重量份酶活為15000U的纖維素酶、6重量份酶活為2000U的β-葡聚糖酶和4重量份酶活為1800U的α-半乳糖苷酶作為複合酶。將上述複合酶與28重量份的玉米澱粉混合，得到複合酶製劑。

取麥芽、大米和大麥共同作為啤酒原料，將上述複合酶製劑於啤酒糖化初期按啤酒原料乾重的0.02％添加於待糖化的啤酒液中，經糖化、煮沸、發酵和成熟等步驟得到啤酒。

實施例5

將5重量份酶活為700U的中溫α-澱粉酶、10重量份酶活為3000U的耐高溫α-澱粉酶、5重量份酶活為1000U的葡萄糖澱粉酶、5重量份酶活為4000U的酸性蛋白酶、4重量份酶活為2000U的角蛋白酶、15重量份酶活為6000U的中性蛋白酶、20重量份酶活為15000U的木聚糖酶、8重量份酶活為30000U的纖維素酶、5重量份酶活為4000U的β-葡聚糖酶和4重量份酶活為2250U的α-半乳糖苷酶作為複合酶。將上述複合酶與19重量份的玉米澱粉混合，得到複合酶製劑。

取麥芽、大米和大麥共同作為啤酒原料，將上述複合酶製劑於啤酒糖化初期按啤酒原料乾重的0.02％添加於待糖化的啤酒液中，經糖化、煮沸、發酵和成熟等步驟得到啤酒。

實施例6

將5重量份酶活為500U的中溫α-澱粉酶、9重量份酶活為2500U的耐高溫α-澱粉酶、7.5重量份酶活為750U的葡萄糖澱粉酶、2.5重量份酶活為3000U的酸性蛋白酶、3重量份酶活為1500U的角蛋白酶、12重量份酶活為4500U的中性蛋白酶、15重量份酶活為12500U的木聚糖酶、8重量份酶活為22500U的纖維素酶、6重量份酶活為3000U的β-葡聚糖酶和5重量份酶活為2025U的α-半乳糖苷酶作為複合酶。將上述複合酶與17重量份的玉米澱粉混合，得到複合酶製劑。

取麥芽、大米和大麥共同作為啤酒原料，將上述複合酶製劑於啤酒糖化初期按啤酒原料乾重的0.02％添加於待糖化的啤酒液中，經糖化、煮沸、發酵和成熟等步驟得到啤酒。

試驗例1

重複實施上述實施例1-6，得到足夠多的複合酶製劑。將上述實施例製備而得的複合酶製劑分別作為試驗組1-6並用於啤酒糖化過程中添加進待糖化的啤酒液中。同時設置對照組1-6，即按普通糖化方法進行啤酒糖化，糖化條件均分別與試驗組1-6一致。對比試驗組1-6和對照組1-6糖化過程中糖化醪液的過濾速度(g/30min)、麥汁的濁度(EBC)以及啤酒糖化液的得率(％)，其結果如表1所示。

表1啤酒糖化數據

由表1可以看出，在啤酒糖化過程中，試驗組1-6中糖化醪液的過濾速度(g/30min)分別較對照組1-6顯著提高；試驗組1-6中麥汁的濁度(EBC)分別較對照組1-6顯著下降；試驗組1-6中啤酒糖化液的得率分別較對照組1-6有所增長。由此可說明在啤酒糖化過程中加入本發明實施例中的複合酶製劑，的確可起到提高糖化醪液、改善降低麥汁濁度以及提高啤酒糖化液得率的效果。

綜上所述，本發明實施例的複合酶製劑通過將澱粉酶、葡萄糖澱粉酶、蛋白酶和非澱粉多糖酶混合，豐富了複合酶製劑中酶的種類。通過各類酶之間的協同作用，有效降解了原料中的澱粉以及蛋白質、非澱粉多糖類等不溶性物質。該複合酶製劑的製備方法簡單，製備條件可控性好。將其用於製作啤酒中的糖化過程，可彌補此過程中澱粉酶、蛋白酶、非澱粉多糖酶等的不足，解決糖化醪液過濾困難、麥汁濁度高的問題。

以上所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。