一种高活性啤酒复合酶及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于生物酶制剂领域，具体涉及一种高活性啤酒复合酶及其制备方法和应用。


背景技术：

2.啤酒酿造主要是以麦芽（即大麦或小麦经过发芽、干燥、焙烤的制品）为主要原料，并通过麦芽自身含有的酶活对碳水化合物、蛋白质等进行水解制备麦芽汁，再经过啤酒发酵获得。但为防止生麦芽（即大麦或小麦发芽、低温干燥、没有高温焙烤）带来饮用时的“生青味”、增加啤酒麦芽的“烤香味”，需要对发芽后的麦芽在80℃~100℃焙烤，致使大麦或小麦在发芽过程中产生的酶大多数因受高温而失活，酶得不到充分利用，导致以下三个问题：一是麦芽汁制备时酶活力不足，致麦芽原料利用率下降，尤其是麦芽中的蛋白质利用率只有20%左右，大部分蛋白质在加热过程中发生沉淀被过滤掉；二是麦芽中含有一种β-葡聚糖，尤其是品质较差的麦芽含量更高，β-葡聚糖会与蛋白结合形成沉淀，引发酵母过早沉淀，影响发酵和双乙酰的还原，并且还会导致啤酒成品质量不稳定，容易产生非生物性浑浊；三是影响辅料的用量和得率：目前麦芽汁制备时添加30%以上大米或淀粉，需要依赖麦芽中的酶进行水解才符合工艺要求，麦芽中酶活不足，会影响辅料的使用量和得率。
3.为解决以上问题，目前采用在麦芽汁制备时添加各种微生物发酵酶制剂及其复配的酶制剂产品，包括α-淀粉酶、糖化酶、蛋白酶等等。α-淀粉酶为发酵产品，作为外加微生物发酵酶制剂与麦芽原有的酶存在差异，且增加了发酵酶制剂的异味，影响啤酒品质。
4.近年来，啤酒酿造技术不断进步，专业化分工更加明细。其中大米、淀粉辅料的糖化已有专门的淀粉糖企业提供，大大简化了啤酒酿造工艺。但淀粉糖企业再加工啤酒糖浆时用的是来源于微生物发酵的酶制剂，如α-淀粉酶、糖化酶、蛋白酶等等。由于糖化用酶与啤酒麦芽汁糖化依靠麦芽中酶系存在差异，使得糖化后糖浆成分也有所变化，不能与麦芽糖化完全吻合，也一定程度上影响啤酒质量。


技术实现要素：

5.本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种高活性啤酒复合酶及其制备方法和应用。
6.具体技术方案如下：一种高活性啤酒复合酶的生产方法，其包括如下步骤：（1）低温浸提：将生麦芽粉与水混合，搅拌均匀后，维持在10~25℃进行浸提1-2h；（2）一级超滤：将浸提所得的酶液使用截留分子量为50000~60000da的超滤膜进行超滤浓缩，取膜上物和膜下物；（3）换热：将步骤（2）获得的膜上物升温至30~40℃，保温维持0.5~1h，除去酶液中的热凝物，得一级膜上物酶液；（4）二级超滤：将步骤（2）获得的膜下物经过截留分子量为10000~20000da的超滤
膜进行超滤浓缩，取膜上物，得二级膜上物酶液；（5）调配：将一级膜上物酶液和二级膜上物酶液按照蛋白酶与极限糊精酶的酶活比（15~30）：1混合，获得高活性啤酒复合酶。
7.本发明选择含有丰富、高酶活、低温干燥的麦芽（可称之为“生麦芽”），通过浸提、超滤、精制等一系列生物技术过程，对不同分子量的酶进行配比，获得一种含有麦芽中所有酶的浓缩物，完整地保留了麦芽固有的酶系，包括β-淀粉酶、α-淀粉酶、糖化酶、极限糊精酶、纤维素酶、β-葡聚糖酶、蛋白酶等。还可在此基础上，通过补加麦芽来源的蛋白酶、β-葡聚糖酶等进一步强化酶系功能，以满足麦芽及辅料水解的目的。如不经过调配，原始浸提液中蛋白酶与极限糊精酶的酶活比为5:1，缺点是蛋白酶含量低，原料中蛋白利用率低；引入基因工程菌发酵的蛋白酶制剂导致传统啤酒风味的改变。
8.本发明酶制剂来源于麦芽，可用于焙烤麦芽及辅料糖化、大米或淀粉生产啤酒糖浆，可以完全吻合啤酒原来的酿造要求，克服因麦芽糖化力不足，外加微生物发酵酶制剂的缺陷。
9.进一步，步骤（5）调配之前，分别向一级膜上物酶液与和二级膜上物酶液中添加以其质量计8wt%~15wt%的氯化钠，20wt%~30wt%的山梨醇，0.05wt%~0.3wt%的苯甲酸钠，0.05wt%~0.1wt%的尼泊金甲酯钠进行稳定性处理。
10.进一步，步骤（1）中，麦芽粉与水的质量比为1：（3~5）。
11.进一步，步骤（1）低温浸提后，对浸提体系进行澄清，具体地：向浸提体系中加入硅藻土，并过滤，获得清澈的酶液。
12.再进一步，向步骤（1）获得的浸提体系中添加以其质量计1wt%~6wt%的300#硅藻土，以及0.3wt%~2wt%的10#硅藻土。
13.再进一步，所述的过滤为使用板框过滤机进行过滤，并用水冲洗板框，并收集清洗液，与过滤获得的酶液混合。冲洗水的用量优选为浸提用水的1~2倍。
14.进一步，将步骤（3）换热后获得的酶液添加硅藻土精滤，得澄清酶液，然后再进行二次超滤。硅藻土的添加量与添加方法参照对浸提体系的澄清。
15.进一步，所述的麦芽为小麦芽或大麦芽，优选为生的大麦芽。
16.本发明还提供一种使用上述生产方法获得的高活性啤酒复合酶。
17.本发明还提供上述高活性啤酒复合酶在啤酒生产中的应用。
18.上述高活性啤酒复合酶使用时，在糖化工序加入，不改变原有工艺。
19.本发明的有益效果如下：本发明提取麦芽中的所有酶制剂，完整地保留了麦芽固有的酶系，并对不同分子量的酶进行了配比，获得一种含有麦芽中所有酶的浓缩物，可增加可发酵型糖的含量，提高原料利用率及麦芽汁发酵度，提高蛋白转化利用率，降低生产成本，简化啤酒酿造的糖化过程并改善啤酒风味和品质。本发明获得的高活性啤酒复合酶可提高麦芽利用率20%以上，提高麦芽中的蛋白利用率30%-45%。该高活性啤酒复合酶使用时，在糖化工序加入，不改变原有工艺，不需要特殊设备，使用方便，符合啤酒酿造要求。
具体实施方式
20.以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并
非用于限定本发明的范围。
21.实施例1一种高活性啤酒复合酶的生产方法，步骤如下：（1）低温浸提：将生大麦芽粉与水按质量比1：3混合，搅拌均匀后，维持在15~20℃在搅拌条件下浸提1h；浸提后，向浸提体系中添加以其质量计5wt%的300#硅藻土，以及1wt%的10#硅藻土，搅拌均匀，用板框压滤机过滤，获得清澈的酶液；用浸提用水两倍的水清洗板框，收集清洗液，与上述清澈的酶液混合。
22.（2）一级超滤：将步骤（1）获得的酶液使用截留分子量为60000 da的超滤膜进行超滤浓缩，取膜上物和膜下物。
23.（3）换热：将步骤（2）获得的膜上物升温至38℃，保温维持0.7h，除去酶液中的热凝物；然后，向膜上物中添加以其质量计1wt%的300#硅藻土，以及2wt%的10#硅藻土，用板框压滤机过滤，获得清澈酶液；用浸提用水两倍的水清洗板框，分别收集滤液和清洗液，滤液直接与清澈酶液混合，清洗液用于下次投料。经过上述处理，得一级膜上物酶液。
24.（4）二级超滤：将步骤（2）获得的膜下物经过截留分子量为10000da的超滤膜进行超滤浓缩取膜上物，得二级膜上物酶液。
25.分别向步骤（3）获得的一级膜上物酶液和步骤（4）获得的二级膜上物酶液中添加以其质量计10wt%的氯化钠，20wt%的山梨醇，0.05wt%的苯甲酸钠，0.05wt%的尼泊金甲酯钠进行稳定性处理，并检测经过稳定性处理的一级膜上物酶液的蛋白酶酶活和二级膜上物酶液的极限糊精酶酶活。
26.（5）调配：将经过稳定性处理的一级膜上物酶液和二级膜上物酶液按照蛋白酶与极限糊精酶的酶活比30：1混合，获得高活性啤酒复合酶。
27.经检测，获得的高活性啤酒复合酶中，β-淀粉酶酶活10万u/ml、α-淀粉酶酶活300u/ml、糖化酶酶活6万u/ml、极限糊精酶酶活1000u/ml、纤维素酶酶活600u/ml、β-葡聚糖酶酶活200u/ml、蛋白酶酶活3万u/ml。
28.实施例2与实施例1的区别在于，步骤（4）中，分别向一级膜上物酶液和二级膜上物酶液中添加以其质量计15wt%的氯化钠，25wt%的山梨醇，0.1wt%的苯甲酸钠，0.05wt%的尼泊金甲酯钠进行稳定性处理；其余技术特征与实施例1相同。
29.经检测，获得的高活性啤酒复合酶中，β-淀粉酶酶活11万u/ml、α-淀粉酶酶活250u/ml、糖化酶酶活7万u/ml、极限糊精酶酶活1200u/ml、纤维素酶酶活700u/ml、β-葡聚糖酶酶活200u/ml、蛋白酶酶活3.6万u/ml。
30.应用例1分别使用实施例1获得的高活性啤酒复合酶与市售复合酶应用于啤酒的制备。其中，市售复合酶为啤酒发酵专用微生物发酵酶制剂。将市售复合酶加水调配，使其与实施例1高活性啤酒复合酶的蛋白酶活性相同。检测调配后的市售复合酶的酶活，其中，β-淀粉酶酶活12万u/ml、α-淀粉酶酶活230u/ml、糖化酶酶活7万u/ml、极限糊精酶酶活1100u/ml、纤维素酶酶活700u/ml、β-葡聚糖酶酶活230u/ml、蛋白酶酶活3万u/ml。
31.以制备12
°
p啤酒为例，具体方法如下:
（1）对原料麦芽粉进行糖化，料水质量比为1:3，向其中添加相应的复合酶（添加量见表1），糖化具体条件如下：先将料液升温至50~55℃，搅拌维持1h，缓慢升温至60~65℃，糖化1.5h，升温至80℃，灭酶，再降温至70℃过滤。
32.（2）使用100
㎡
过滤面积的板框进行过滤。
33.（3）过滤后的麦芽汁收集调节糖度至11.5
°
p，煮沸添加酒花，上罐发酵，发酵具体条件11℃发酵，压力控制在0~0.03mpa，发酵24h后排放罐底冷凝物，每天测定糖度、ph等指标，待糖度降至4
°
p时，封罐，压力控制在0.17~0.2mpa，糖度稳定基本不下降时，每天品尝口感，直至口感合格降温至0~1℃。
34.共设置7个实验组，每组复合酶的添加情况及产品与制备过程的各项指标见表1。表1中，麦芽浸出率为从麦芽中浸出并溶解于水的干物质占麦芽干物质的比例，α-氨基氮含量体现了蛋白利用率。成品啤酒对比结果见表2。
35.表1 酶解后麦芽汁对比表2成品啤酒对比啤酒生产糖化通过添加0.4kg/t干基的该复合酶，过滤速度提高30%左右，缩短了生产周期，原料利用率提高了20%，降低了生产成本；α-氨基氮含量高，酵母繁殖快发酵周期缩短，啤酒风味协调，无异味，泡沫丰富，双乙酰含量较低，啤酒口感醇厚柔顺。
36.通过与目前市场现有产品的试验对比，其中β-淀粉酶酶活相当，同等添加量条件下该发明复合酶产生的效果要优于对照样品使用效果，添加量增加到1.5倍后使用效果与该发明复合酶相当，特别是对于存在缺陷的麦芽有很好的酶解效果，同样可以达到优质麦芽发酵生产啤酒的效果；该发明复合酶中的酶系均来自麦芽，与啤酒使用的麦芽原料同源，不会引入其他杂味。
37.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。