利用谷物生產酒精飲料的歷史可能跟人類的文明史壹樣久遠。但酒精發酵過程不能自動由谷物得到,需要酶制劑處理其中的澱粉和蛋白成分,以提供給發酵時酵母所需的底物和營養物質。傳統的啤酒是由麥芽、啤酒花、酵母和水發酵而成,其釀造技術主要基於大麥發芽和發酵過程中酶的作用。大麥發芽過程依賴於種子萌發時啟動和激活其特異內源水解酶,這些酶將溶解細胞壁並使細胞組織變得疏松,該過程主要涉及4類酶的作用:a-澱粉酶、β-澱粉酶、(羧基)多肽酶和β-葡聚糖酶,這4類酶必須協同作用。釀造過程中常用的β-葡聚糖酶主要源自青黴菌、黑曲黴、枯草芽孢桿菌和木黴。
Pajunen等於1986年對β-葡聚糖酶在啤酒麥芽汁生產過程中的作用進行了全面的研究,認為從性價比來看,源自木黴的β-葡聚糖酶是最經濟有效的酶制劑。通常,每千克原料添加0.05~0.1mL商品化的木黴纖維素酶制劑能分解90%的β-葡聚糖,並縮短30%的麥芽汁過濾時間。
因此可見,木黴β-葡聚糖酶是壹種有效的釀造輔助劑。也有研究說在啤酒發酵過程中可以采用壹種新方法——添加纖維素酶(Home et al.,1983)。添加纖維素酶可以改良麥芽質量,忽略季節差異,明顯增強麥芽汁和啤酒的濾過性,提高釀造產量和發酵效率。
最近已成功將來自木黴的β-葡聚糖酶整合到工業啤酒酵母菌株上,構建出了葡聚糖酶啤酒酵母菌株(Penttil? et al.,1987),該菌株能有效地表達和分泌β-葡聚糖酶水解β-葡聚糖,並在初級發酵階段降低發酵液粘度,從而產生濾過性較高且口感沒有變化的啤酒。
葡萄酒制造是壹個復雜的生物技術過程,酵母和酶制劑在其中發揮了根本性作用。葡萄酒制造中常用的3種外源酶有果膠酶、β-葡聚糖酶和半纖維素酶,而來源於自然存在的糖基化前體、能改善果酒風味的第四種酶β-糖苷酶(Caldini et al.,1994;Gunata et al.,1990;Williams et al.,1982;Wilson et al.,1984)引起了人們的濃厚興趣。
Dubourdieu在1980年初最早報道來自木黴的β-葡聚糖酶能有效地應用於受灰葡萄孢菌感染的葡萄釀酒過程(Dubourdieu et al.,1981;Villetaz et al.,1984)。這種黴病通常在特定溫度和濕度條件下感染快成熟的葡萄,並產生壹種高分子量的膠質多糖(曾被誤認為是右旋糖酐),從而造成濾過性差的問題,後來研究證明灰葡萄孢菌感染產生的這種可溶性多糖是帶有短側鏈的β-1,3-葡聚糖(Dubourdieu et al.,1981)。該葡聚糖能被特定T.harzianum菌株產生的β-葡聚糖酶特異性水解。根據此申請的專利已獲授權,其商品化制劑也於1955年前後經歐盟委員會同意應用於釀酒業。後來人們註意到在紅酒生產中添加木黴β-葡聚糖酶能更好地水解其他來自酵母的葡聚糖物質,這些葡聚糖物質也會引起較為嚴重的澄清和濾過性問題。
自1980年以來,冷浸酶的鑒定和應用得到了很大的發展(如與纖維素酶、果膠酶和半纖維素酶以各種比例混合使用)。與單純使用等量果膠酶相比,冷浸酶使葡萄的壓榨性能、出汁率、果皮壓實度、果汁自然流出率和總產量都得到了提高,而且不會影響果汁的澄清度和酒品質量(Harbord et al.,1990)。可見,添加適量的外源果膠酶、纖維素酶和半纖維素酶能很好地彌補葡萄自身內源酶活的不足。
利用壹種來源於木黴和黑曲黴的復合酶制劑Cytolase 219TM作為冷浸酶制劑,對意大利北部地區多個白葡萄品種連續4年進行了實驗,得到了較好的實驗結果。酶制劑的添加劑量為40~100 ppm,停留時間為1~4 h,溫度是0~35℃。從表16.3中可以清楚了解Cytolase 219TM的優點,尤其是應用於紅葡萄品種中時,根據果皮與酒的接觸時間、加工溫度、添加酶的劑量和葡萄品種的不同,出色率提高20%~150%不等,而且出色率的提高與褐變的降低相壹致(Zent et al.,1992)。
表16.3 Cytolase219TM制造葡萄酒的優點
在生產蘋果汁和梨汁時,整個水果經過機械加工(壓榨、離心和過濾)後被壓榨成果肉醪,包括澄清的果汁和固體水果渣,添加酶制劑可以不用在設備更新上做更多的投入就能提高整體的產量。在下列2個步驟中需要添加冷浸酶:①壓榨後,冷浸酶被用來處理果肉醪,得到果漿或果汁。酶制劑的使用可以提高果汁產量,減少加工時間,促進水果營養成分的提取。②冷浸酶用於果汁中,可使其澄清度增加,降低黏度,從而提高濾過率,改善終產品的穩定性。在混濁果汁生產過程中使用木黴來源的酶制劑是最經濟和最常見的,因為它能使果膠和果汁均勻分散,得到有壹定混濁度又不會發生分離和沈澱的果汁。