白酒酿造过程中水解酶类的功能与作用研究进展

焦冠华1,汪俊卿1,田浩宇1,李丕武1,杜 鹏1,2,*,王瑞明1,*,李 楠1,2,刘开泉1,3,杜新勇3,王朝青3

(1.齐鲁工业大学(山东省科学院),山东 济南 250353;2.山东省科学院生物研究所,山东 济南 250353;3.古贝春集团有限公司,山东 德州 253300)

摘 要:白酒生产中酶的催化作用对成品酒的口感与品质具有决定性影响。调控白酒酿造过程中酶活性是提高白酒出酒率、增强白酒风味与口感的主要手段之一。在白酒酿造过程中发挥作用的酶类主要为水解酶类,因此对于水解酶类的研究具有重要意义。本文系统综述白酒酿造过程中水解酶类的来源、组成、功能与应用,以及多种水解酶类在白酒酿造过程中的协同作用,为通过调控水解酶类活性改善白酒生产中的发酵问题及提高白酒出酒率和酒质提供理论支持。

关键词:白酒;固态发酵;水解酶

DOI: 10.11882/j.issn.0254-5071.2026.06.001

中图分类号:TS262.3

文献标志码:A

文章编号:0254-5071(2026)06-0001-08

引文格式:
焦冠华, 汪俊卿, 田浩宇, 等. 白酒酿造过程中水解酶类的功能与作用研究进展[J]. 中国酿造, 2026, 45(6): 1-8.DOI: 10.11882/j.issn.0254-5071.2026.06.001. http://www.chinabrewing.net.cn

JIAO Guanhua, WANG Junqing, TIAN Haoyu, et al. Research progress on function and role of hydrolytic enzymes in Baijiu brewing[J]. China Brewing, 2026, 45(6): 1-8. (in Chinese with English abstract) DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2026.06.001. http://www.chinabrewing.net.cn

收稿日期:2025-12-16

基金项目: 山东省自然科学基金项目(ZR2019PC060);东晓生物工程(山东)有限公司委托横向科技项目(2024KYJSHT0239);济南市创新团队项目(202534018)

第一作者简介: 焦冠华(2000—)(ORCID: 0009-0008-4164-4909),男,硕士研究生,研究方向为白酒酿造。E-mail: jiaoguanhua2000@163.com

*通信作者简介: 杜鹏(1989—)(ORCID: 0000-0002-4551-6612),男,助理研究员,博士,研究方向为白酒酿造。E-mail: dp9298@163.com
王瑞明(1962—)(ORCID: 0009-0008-9902-0875),男,教授,博士,研究方向为传统发酵食品。E-mail: ruiming3k@163.com

Research Progress on Function and Role of Hydrolytic Enzymes in Baijiu Brewing

JIAO Guanhua1, WANG Junqing1, TIAN Haoyu1, LI Piwu1, DU Peng1,2,*, WANG Ruiming1,*, LI Nan1,2, LIU Kaiquan1,3,DU Xinyong3, WANG Chaoqing3

(1. Qilu University of Technology (Shandong Academy of Sciences), Jinan 250353, China;2. Biology Institute, Shandong Academy of Sciences, Jinan 250353, China; 3. Gubeichun Group Co. Ltd., Dezhou 253300, China)

Abstract: The catalytic effect of enzymes exerts a decisive impact on the taste and quality of finished products in Baijiu brewing. Regulating enzyme activity during the brewing process is a pivotal strategy for increasing liquor yield and enhancing the flavor and taste of Baijiu. Since the enzymes involved in Baijiu brewing are predominately hydrolytic enzymes, research into this class of enzymes is of paramount importance. This paper provided a systematic review of the sources, composition, functions and applications of hydrolases, alongside their synergistic mechanisms during the fermentation process. These insights offered theoretical support for optimizing fermentation performance and improving both the yield and quality of Baijiu through enzymatic regulation.

Keywords: Baijiu; solid-state fermentation; hydrolytic enzyme

中国白酒是世界6大蒸馏酒之一,其独特的酿造工艺是我国劳动人民千百年来的生产经验总结与智慧结晶[1]。中国白酒市场广阔,市场呈现“量减质升、头部集中”的特点,如今随着消费观念的转变和健康理念的深化,现代消费者对酒类产品的品质诉求正呈现显著提升态势,越来越多的消费者倾向于为高品质白酒买单[2]。因此在白酒生产中,增强白酒品质、降低生产成本、提高出酒率,具有巨大的经济价值。

白酒由微生物发酵产生,但其本质是由微生物所产生的酶催化而得,酶的催化对于白酒的发酵过程及其口感和品质具有重要影响。水解酶类是白酒酿造中分布最广、作用最为关键的酶类。水解酶类可催化原料中淀粉、蛋白质、脂肪等大分子物质降解为易于微生物吸收利用的小分子物质,为微生物的生长代谢提供营养[3]。传统白酒的发酵过程高度依赖于微生物群落代谢所产生的水解酶系[4],其可实现对原料的高效生物转化。调控不同水解酶的活性与配比是提高出酒率、改善酒体风味的重要途径。因此本文系统梳理白酒酿造过程中水解酶的来源、功能及作用机制,以及探究白酒酿造过程中多种水解酶的协同作用效果,对于明晰白酒发酵中关键过程、优化酿造工艺、提升出酒率与产品质量、推动白酒产业技术革新与品质升级具有重要意义。

1 白酒酿造过程中水解酶类的来源与产生

水解酶类是白酒酿造过程中催化淀粉降解为可发酵糖、蛋白质水解为氨基酸等核心物质转化的关键动力。其在白酒酿造过程中的主要来源见图1。白酒酿造过程中水解酶类的来源与生成主要包括2个方面:由酒曲中的功能微生物在生长代谢过程中主动合成并分泌产生,这是白酒酿造体系内水解酶系最主要的供给来源[5];其次窖池、窖泥及发酵环境中的微生物,也可在发酵过程中持续产生并补充部分水解酶[6]。二者共同构成白酒固态发酵中完整的水解酶体系。这种双渠道酶系供给共同构建白酒发酵的生化基础,直接决定原料出酒率与风味物质的形成与积累。

图1 白酒酿造过程中水解酶类的来源与作用示意图
Fig.1 Schematic diagram of the sources and functions of hydrolytic enzymes in Baijiu brewing

2 白酒酿造过程中水解酶类的组成、功能与应用

白酒酿造过程中常见的功能性水解酶有α-淀粉酶、γ-淀粉酶、纤维素酶、木聚糖酶、单宁酶、酸性蛋白酶、外肽酶、果胶酶、脂肪酶、阿魏酸酯酶、脲酶等,这些水解酶类根据分解底物类型的不同,可分为碳水化合物水解酶类、蛋白质水解酶类、脂肪水解酶类和其他水解酶类。

2.1 碳水化合物水解酶类

酒醅中含有丰富的碳水化合物,这些碳水化合物可被α-淀粉酶、γ-淀粉酶、果胶酶、纤维素酶和木聚糖酶等催化分解为葡萄糖等单糖。部分单糖为微生物生长繁殖提供碳源,另有部分单糖作为糖化发酵底物被酵母菌发酵生成乙醇,还有一部分单糖会转化为有机酸、酯类、醇类等挥发性风味物质,这些风味物质决定着成酒的口感与香气。

2.1.1 淀粉酶

淀粉酶是分解淀粉糖苷键的酶类总称,白酒酿造过程中起主要作用的淀粉酶为α-淀粉酶和γ-淀粉酶。α-淀粉酶又称液化酶,主要来源于芽孢杆菌属(Bacillus)细菌及曲霉属(Aspergillus)、横梗霉属(Lichtheimia)和根霉属(Rhizopus)霉菌[7-8]α-淀粉酶为内切酶,其从淀粉分子内部随机切割α-1,4-糖苷键,得到主要产物α-糊精、麦芽寡糖、二糖和葡萄糖。γ-淀粉酶又称糖化酶,主要来源于根霉属、毛霉属(Mucor)等霉菌[8]γ-淀粉酶为外切酶,从淀粉分子非还原性末端依次切割葡萄糖单位,产物为葡萄糖。

白酒酿造的主要原料为小麦、高粱、玉米、大米、糯米等含有丰富淀粉的粮谷,α-淀粉酶和γ-淀粉酶将谷物中的淀粉大分子降解为葡萄糖,为微生物生长和风味代谢提供营养和底物[9]。通过调控α-淀粉酶和γ-淀粉酶,能够有效提高出酒率,降低发酵成本,γ-淀粉酶还能控制高级醇的生成,使白酒香味更加协调。田瑞杰[8]将筛选出的高产淀粉酶菌株制成麸曲和发酵液并应用到白酒酿造中,发现添加麸曲后出酒率提升7.4%,添加发酵液后出酒率提高2.7%。黄科屹等[10]从大曲中筛选出高产γ-淀粉酶菌株,将其制成米曲并应用于大曲白酒的酿造中,出酒率提高至43.17%。高级醇是白酒中一类重要的挥发性风味物质,其种类和含量直接影响白酒的品质和口感[11]。适量的高级醇可赋予白酒芳香气味,但含量过高会影响白酒口感,甚至对饮用者身体造成伤害[12]γ-淀粉酶能加速淀粉水解为葡萄糖,发酵环境中葡萄糖含量的提高可减少酵母对氨基酸的降解作用,从而减少高级醇生成量。孙金旭[13]研究表明,酱香型白酒发酵中γ-淀粉酶对高级醇生成量具有较强的抑制作用,添加γ-淀粉酶控制酱香型白酒发酵生产高级醇效果明显。

2.1.2 纤维素酶

纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的多组分酶系的总称,其主要由内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶3种酶组成。产纤维素酶的微生物主要以霉菌为主,如木霉属(Trichoderma)、曲霉属、根霉属和青霉属(Penicillium)等。纤维素酶通过分解原料中纤维素的β-1,4-糖苷键,将其转化为葡萄糖,为酿酒微生物提供碳源。

白酒发酵中添加纤维素酶具有提高原料的利用率和增加出酒率的作用,同时纤维素酶在酒糟利用方面也具有显著作用[14]。纤维素酶通过破坏原料细胞壁中的纤维素,可将酿酒原料中的纤维素转化成可发酵性糖,再经发酵转化为乙醇,既能提高原料利用率,也能增加出酒率[15-16]。再吐尼古丽∙库尔班等[17]采用固态发酵生产乙醇,发现添加0.8%纤维素酶的实验组比对照组乙醇得率提高3.06%。酒糟是白酒蒸馏后所残留的固体残渣,白酒生产过程中会产生大量酒糟。酒糟高酸度和高含水量的特点,导致其贮存困难,加工成本高[18]。因此酒糟的开发与利用具有重要价值[19]。酒糟中淀粉含量较低,纤维素含量较高,部分淀粉包含于植物细胞壁中。纤维素是酿酒原料细胞壁的主要成分之一,纤维素酶可以通过分解细胞壁,促进被包含的淀粉充分释放。纤维素酶和糖化酶共同作用可将纤维素、淀粉等大分子物质转化为可发酵性糖,有利于酒糟利用[20]。Liu Xiaogang等[21]采用纤维素酶等酶水解酒糟,实现酒糟中功能肽的高效释放,为探索潜在功能肽及促进酒糟高价值商业开发奠定基础。秦广利等[22]以丢糟为原料,经纤维素酶处理后接种酵母菌进行发酵,乙醇体积分数提高至4.79%、出酒率提高3.73%,出酒品质符合白酒相关国家标准。

2.1.3 木聚糖酶

木聚糖酶是一类水解木聚糖的酶,属于半纤维素酶类。木聚糖酶主要包括β-1,4-内切木聚糖酶、β-木糖苷酶、α-L-阿拉伯糖苷酶、α-D-葡糖苷酸酶、乙酰基木聚糖酶和酚酸酯酶。在白酒酿造中,木聚糖酶通过分解原料细胞壁中的半纤维素释放可发酵性糖(如木糖、阿拉伯糖)和风味前体物质,产生木聚糖酶的微生物主要有里氏木霉(Trichoderma reesei)、黑曲霉(Aspergillus niger)等霉菌。

木聚糖酶对提高白酒出酒率、改善酒体风味具有重要意义。酿酒原料中淀粉分子外包裹着半纤维素,木聚糖酶可与纤维素酶协同作用,破坏原料的细胞结构,释放出淀粉、蛋白质等核心物质,提升淀粉酶和蛋白酶的活性。徐曼等[23]发现添加木聚糖酶白酒乙醇体积分数提高30.47%,残糖含量为对照组的7.4%。李旭晖等[24]研究发现,酒醅中木聚糖酶添加量对成品酒品质具有较大影响。当酒醅中木聚糖酶添加量为200 U/kg时,出酒风格突出、口感较好;木聚糖酶添加量为500 U/kg时,出酒醛类物质、杂醇油含量最低。

2.1.4 果胶酶

果胶酶是能够催化果胶酸或果胶分子降解的酶类统称,果胶酶能将果胶质中的糖苷键分解,使果胶转化成半乳糖醛酸。果胶是构成各类酿酒谷物细胞壁的关键组分,白酒生产过程中的果胶酶主要来源于曲霉属、青霉属的霉菌和芽孢杆菌属细菌等[25]

白酒生产时会产生甲醇等有害物质,甲醇是果胶酶水解果胶的产物[26],因此,果胶酶具有促进白酒中甲醇生成的作用。GB 2757—2012《食品安全国家标准蒸馏酒及其配制酒》要求白酒中甲醇质量浓度不大于0.6 g/L,因此从果胶酶入手控制甲醇含量具有重要意义[27]。周姝颖等[28]采用低产果胶酯酶菌株强化酒曲发酵白酒,所产白酒中的甲醇含量显著降低,接种量3%时,甲醇含量降低66.03%。Andraous等[29]研究发现,由果胶酶处理水果醪后制成的蒸馏酒所含的甲醇质量浓度远高于标准限值,在乙醇体积分数40%蒸馏酒中高达320~656 mg/100 mL。综上,可通过控制果胶酶含量从源头减少发酵过程中甲醇的产生,进而提升白酒品质。

2.2 蛋白质水解酶类

酒醅中的蛋白质是白酒酿造的重要风味前体库之一,其含量与降解程度不仅影响出酒率,更直接决定白酒香气的丰富度和口感的醇厚度。蛋白质在蛋白酶的作用下分解为氨基酸,不仅为酿酒微生物提供生长所必需的氮源,同时通过多路径转化形成挥发性风味物质,决定成品酒的品质。蛋白酶是水解蛋白质肽键的酶类总称,蛋白酶通过断裂蛋白质中的肽键将其分解为分子质量较小的多肽或氨基酸。蛋白酶根据其水解位点的不同分为内肽酶和外肽酶。内肽酶能水解蛋白质内部肽键生成短肽,根据其最适pH值差异分为中性蛋白酶、酸性蛋白酶和碱性蛋白酶[30]。外肽酶从肽链的两端水解肽键,逐个切除氨基酸残基,根据其作用于多肽链的末端位置不同分为氨肽酶和羧肽酶。

2.2.1 酸性蛋白酶

酒曲和酒醅在酿造过程中产生酸类物质,创造酸性环境,因此酸性蛋白酶在白酒生产中发挥主要作用[31]。白酒酿造中酸性蛋白酶主要来源于曲霉属、根霉属和毛霉属的霉菌。

酸性蛋白酶能将原料中的蛋白质分解为氨基酸与多肽类物质,为微生物提供氮源,促进微生物的生长。同时,其对促进白酒中挥发性风味物质的生成起重要作用,具有缩短发酵周期、提高出酒率等作用[32]。然而,酿造过程中酸性蛋白酶过剩也会产生负面影响,会使酒液发黄、焦苦味重,妨碍生料发酵。罗惠波等[33]发现在浓香型大曲酒发酵中添加适量蛋白酶可增加白酒中高级醇含量。黄永光[31]发现在白酒酿造过程中添加酸性蛋白酶可使酒中的挥发性风味物质含量显著提高。Liu Jingjing等[34]研究显示,蛋白酶活性与白酒中醇类、氨基酸、有机酸、糖和糖衍生物、次生代谢产物和维生素呈正相关。李树森[35]研究发现在白酒酿造过程中添加酸性蛋白酶可小幅提高出酒率、缩短发酵周期。综上,可通过调节酸性蛋白酶活性调控成品白酒中的挥发性风味物质含量与组成。

2.2.2 外肽酶

外肽酶分为氨肽酶和羧肽酶,氨肽酶是特异性水解肽链氨肽末端氨基酸的外肽酶,羧肽酶是特异性水解肽链羧肽末端氨基酸的外肽酶[36]。在白酒酿造过程中,外肽酶主要由以米曲霉(Aspergillus oryzae)为主的霉菌分泌产生。

在白酒酿造过程中氨肽酶、羧肽酶、内肽酶3种酶协同作用,可充分水解酿酒原料中的蛋白质,提高原料利用率,生成白酒中醇类等风味物质。马特[37]将从窖泥中筛选出高产内肽酶、氨肽酶、羧肽酶的3株菌株进行复配,将复配菌系分别应用于白酒液态发酵和固态发酵中,结果表明出酒率分别提高5.547%和6.295%,原料利用率分别提高6.588%和7.511%。

2.3 脂肪水解酶类

酒醅中的脂肪是白酒酿造过程中重要的风味前体物质,脂肪在脂肪酶催化作用下可水解为脂肪酸、甘油等小分子产物;这些产物进一步与酒中醇类发生酯化反应,生成带有果香、花香等特征香气的酯类物质,从而显著提升白酒的风味与香气品质[38]。白酒酿造过程中的脂肪酶主要来源于黑曲霉、白地霉(Geotrichum candidum)、米曲霉等霉菌[39]

白酒酿造中,脂肪酶可有效拆分白酒中的挥发性风味化合物,提高白酒中酯类香味物质含量,加快白酒中各种酸类、醇类、酯类反应平衡,缩短贮存老熟时间,丰富酒体香气层次,提升口感复杂度,提高优质酒出酒率。吴华昌等[40]证明添加脂肪酶可有效改变白酒总酯含量,为白酒催陈、缩短发酵周期提供了思路。郭建华等[41] 利用灰色关联度分析法得出脂肪酶对酯类物质的生成起至关重要作用。孙海龙等[42]利用脂肪酶处理白酒丢糟获得目标酯类物质,证明可通过对脂肪酶的应用减少白酒酿造中的粮食消耗,为白酒丢糟的综合利用提供了一种新的方法。

2.4 其他水解酶类

除碳水化合物、蛋白质和脂肪水解酶类外,单宁酶、阿魏酸酯酶、脲酶等其他水解酶类也在白酒酿造过程中发挥重要作用。

2.4.1 单宁酶

单宁主要来源于酿酒原料高粱外壳中,过量的单宁能与蛋白质发生络合反应生成沉淀,从而抑制酿酒微生物生长繁殖,干扰淀粉酶等关键酶活性,影响糖化和发酵过程,降低白酒出酒率[43]。同时,未被分解的单宁残留于酒体中,可使白酒产生明显的苦涩味,破坏酒体的适口性[44]。单宁酶是一类能分解单宁分子中酯键和缩酚羧键的酶类,能将单宁降解为没食子酸、葡萄糖等小分子物质[45]。白酒酿造过程中单宁酶主要来源于曲霉属如黑曲霉、米曲霉和黄曲霉(Aspergillus flavus)。

在白酒酿造中,单宁酶能降解单宁形成复杂的风味前体物质,从而丰富酒体的香气成分。杨青杨[46]将高产单宁酶的异常毕赤酵母(Pichia anomala)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)分别以4%的接种量复配后应用于白酒发酵后,多种挥发性风味物质水平得到有效提高,其中丁香酸提高17.04%,丁香醛提高84.8%,4-乙基愈创木酚提高32.23%,乙酸提高34.5%,丁酸提高25.6%;乙酸乙酯、丁酸乙酯、乳酸乙酯分别提高1.44%、10.04%、49.36%。单宁酶还能解决单宁引起的酒体沉淀问题,使酒体澄清。薛江林等[47]研究发现,添加0.006%单宁酶解决红茅烧酒酒体沉淀问题效果最佳。

2.4.2 阿魏酸酯酶

阿魏酸是具有多种生物活性的酚酸类化合物,作为白酒酿造过程中关键的风味前体物质和重要健康活性成分,对白酒的品质和功能性均有重要影响。其抗氧化活性被认为对皮肤病、癌症及肥胖等多种疾病具有潜在的改善作用。阿魏酸可转化为香草醛、香草酸、4-乙基愈创木酚、4-乙烯基愈创木酚等挥发性风味物质[48]。酿酒原料中的阿魏酸较少以游离状态存在,其通常与木质素和多糖交联构成植物细胞壁的一部分。阿魏酸酯酶可将阿魏酸与多糖、木质素间的酯键或醚键催化水解,从而释放出阿魏酸[49]。白酒酿造过程中,可产生阿魏酸酯酶的微生物主要包括曲霉属、链霉菌属(Streptomyces)及乳杆菌属(Lactobacillus)等[50]

童文华等[51]从浓香型大曲中分离得到一株假单胞菌属(Pseudomonas)菌株,优化发酵条件后得到其产阿魏酸酯酶最大活性可达73.5 U/L,为研究白酒酿造中阿魏酸生成机制和白酒酿造中阿魏酸酯酶的应用提供理论支撑。章宇丹[52]筛选出产阿魏酸酯酶菌株考氏科萨克氏菌(Kosakonia cowanii),将其应用于大曲发酵,发现添加菌株有利于大曲中阿魏酸的释放。赵巧珍[53]从白酒堆积酒醅中筛选出分泌阿魏酸酯酶的霍氏肠杆菌(Enterobacter hormaechei),将其制备为功能麸曲应用于白酒发酵,发现酒醅及原酒中4-乙烯基愈创木酚含量显著增加。

2.4.3 脲酶

氨基甲酸乙酯是白酒酿造过程中生成的一种具有遗传毒性与致癌性的化合物,尿素是其主要前体物质之一[54]。白酒酿造过程中的尿素主要是由酵母菌和乳酸菌通过精氨酸代谢产生,此外,亦有部分来源于酿酒原料中尿素氮肥残留。在氨基甲酸乙酯控制方法中,酶法降解可直接作用于尿素和氨基甲酸乙酯,相比其他方法具有降解效率高且不会造成原料营养流失或改变酒体风味的优势。其中通过添加酸性脲酶可将氨基甲酸乙酯的主要前体物质尿素分解为氨和二氧化碳,从而抑制白酒中氨基甲酸乙酯的生成[55]。白酒发酵中产脲酶的微生物主要是短杆菌属(Brevibacterium)、链球菌属(Streptococcus)、韦荣氏球菌属(Veillonella)和假单胞菌属细菌。

孟庆达[56]将筛选的高产脲酶罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri)应用于白酒酒醅中并对酒醅模拟蒸馏,发现最高可将白酒中氨基甲酸乙酯含量降低65.3%。王嘉慧等[57]筛选出一株降解尿素的亚麻短杆菌(Brevibacterium linens),为降低白酒中的尿素和氨基甲酸乙酯提供了可借鉴的理论依据。刘庆涛[58]发现源于副地衣芽孢杆菌(Bacillus paralicheniformis)的脲酶能够降解氨基甲酸乙酯,分子改造能够强化脲酶对氨基甲酸乙酯的降解能力,并且提高脲酶在枯草芽孢杆菌中的表达量,为脲酶的工业化应用奠定了基础。Cui Kaixiang 等[59]将具有高脲酶活性(1 580 U/L)的球形赖氨酸芽孢杆菌(Lysinibacillus sphaericus)用于降低白酒中氨基甲酸乙酯含量,接种液发酵后氨基甲酸乙酯和尿素含量分别下降41.77%和28.15%,白酒中氨基甲酸乙酯含量降低63.32%。

白酒酿造过程中功能性水解酶的来源和作用见表1。

表1 白酒酿造过程中功能性水解酶的来源和作用
Table1 Source and function of functional enzymes during Baijiu brewing

名称来源作用参考文献α-淀粉酶芽孢杆菌属细菌,曲霉属、为微生物生长和风味代谢提供营横梗霉属和根霉属丝状真菌养和底物;提高出酒率,[7-9]降低发酵成本为微生物生长和风味代谢提供营γ-淀粉酶根霉属、毛霉属等丝状真菌养和底物;提高出酒率,降低发[8,10,13]酵成本;控制高级醇含量纤维素酶木霉属、曲霉属、根霉属和提高原料利用率,增加出酒率;[17-18,青霉属等丝状真菌酒糟再利用20-22]木聚糖酶里氏木霉、黑曲霉等丝状真菌提高出酒率;改善酒体风味[23-24]果胶酶芽孢杆菌属细菌,曲霉属和青霉属丝状真菌控制甲醇含量[27-28]为微生物的生长繁殖提供氮源;酸性蛋曲霉属、根霉属和控制高级醇含量;缩短发酵周白酶毛霉属丝状真菌期,少量提高出酒率;[30-34]调控白酒风味外肽酶米曲霉等丝状真菌提高原料利用率和出酒率[36-37]脂肪酶黑曲霉、白地霉、米曲霉等提高白酒中酯类香味物质含量;丝状真菌加快各种酸醇酯反应平衡,缩短[40-42]贮存老熟时间;酒糟再利用单宁酶曲霉属如黑曲霉、米曲霉和减少酒体涩味;释放风味前体化黄曲霉丝状真菌合物使酒体香气浓郁,[43-45]预防酒体沉淀阿魏酸曲霉属等丝状真菌、链霉菌属和增加4-乙烯基愈创木酚等风味物酯酶乳杆菌属等细菌质含量,改善酒体风味[48-50]脲酶短杆菌属、链球菌属、韦荣氏球抑制有害物质氨基甲酸菌属和假单胞菌属细菌乙酯的产生[55-59]

3 多种水解酶在白酒酿造过程中的协同作用

白酒酿造过程中发挥作用的水解酶种类众多,各种酶的协同作用研究是解析白酒酿造奥秘的关键。α-淀粉酶与γ-淀粉酶分解淀粉具有协同和接力的作用。α-淀粉酶可将淀粉切割为短链糊精和少量葡萄糖,但其无法完全分解支链结构。γ-淀粉酶可将糊精进一步水解为葡萄糖,尤其可分解淀粉的α-1,4-糖苷键和α-1,6-糖苷键,提高原料利用率。α-淀粉酶和γ-淀粉酶协同接力将淀粉分子分解为可发酵性糖,为微生物发酵提供持续碳源,同时避免中间产物堆积导致发酵停滞。此外,蛋白酶对糖化发酵具有协助作用,α-淀粉酶在作用过程中易被淀粉及颗粒物质吸附而失去水解能力,而蛋白酶能将被吸附的α-淀粉酶从颗粒上分离出来,使其恢复作用[60]。纤维素酶与半纤维素酶具有联合作用。内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶与β-葡萄糖苷酶协同将谷壳、秸秆中的纤维素分解为葡萄糖,提高原料利用率,增加可发酵糖量,改善白酒出酒率。酯类是白酒的主体香气成分,如浓香型白酒的主要香气成分为己酸乙酯、清香型白酒主要香气成分为乙酸乙酯,白酒酿造过程中脂肪酶与酯化酶形成级联反应影响酒体风味[61-62]。脂肪酶可水解原料中脂肪为甘油和游离脂肪酸,酯化酶催化水解所得的脂肪酸与醇发生酯化反应生成酯类[63-64]

江怡佳等[65]在小麦降解的复合酶系协同作用研究中通过异源表达纯化源自浓香型大曲的内切淀粉酶(NFAmy13B、NFAmy13A)与内切葡聚糖酶(NFEg16A)发现,三者单独作用于底物时,NFAmy13B水解效率最高。将NFAmy13B、NFAmy13A和NFEg16A复配后,水解效率提升至NFAmy13B单酶作用的2.6倍。在3种酶复配基础上进一步引入木聚糖酶与木糖苷酶,利用其降解细胞壁组分、促进包埋淀粉释放的特性,使整体水解效率达到NFAmy13B单酶作用的2.9倍。张艳梅等[20]在酒糟中添加不同种类水解酶,对酒糟的乳酸发酵和乙醇发酵进行研究,发现同时添加纤维素酶和糖化酶时效果最佳,乳酸产量达7.01%,出酒率提高2%,显著优于2种酶单独添加。王海英等[66]在酒醅中加入淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶、半纤维素酶等酒用复合酶,也有效提高出酒率和成品酒风味品质。张静等[67]将中温淀粉酶、脱支酶、纤维素酶、木聚糖酶、果胶酶、蛋白酶和脂肪酶等酶制成的复配酶制剂应用于白酒生产中,正常发酵出酒率提高2.07%、总酸提高7.8%、总酯提高9.2%;压排发酵出酒率提高1.97%、总酸提高2.7%、总酯提高16.8%。孙海芩等[15]将不同酶制剂与酒曲组合应用于白酒生产,发现将α-淀粉酶、脂肪酶和安琪酒曲组合后应用,白酒乙醇体积分数提升27.59%、总酸提高29.03%、总酯提高9.33%,可显著提高米香型白酒品质。

目前,关于白酒发酵中多种酶的协同作用研究尚浅,而白酒中酶类众多,酶的催化作用之间存在诸多联系,因此对于多种酶的协同作用机制有必要进行更深入的研究。

4 结 语

白酒酿造为典型的固态发酵,主要依赖复杂微生物群落及其分泌的水解酶类网络实现淀粉、蛋白质、果胶、纤维素、脂肪等大分子物质的降解与转化。本文对白酒酿造过程中水解酶类的来源、组成、功能与应用,以及多种水解酶类在酿造过程中的协同作用进行系统综述,为优化白酒发酵工艺、推动白酒生产提质增效提供理论支撑。在白酒生产实践中,控制水解酶类活性是改良生产工艺的快捷途径。适当提高产α-淀粉酶、γ-淀粉酶、纤维素酶和木聚糖酶的微生物丰度,进而提高相关酶含量,是提高成品酒出酒率,降低生产成本的高效手段。提高酸性蛋白酶、脂肪酶、单宁酶和阿魏酸酯酶活性是丰富酒体香气的关键手段。对于成酒中甲醇含量超标,可通过适当调节酸性蛋白酶和果胶酶活性实现甲醇生成量控制;对于氨基甲酸乙酯,可通过调节脲酶活性抑制其生成;适当添加单宁酶,能有效解决成酒浑浊难题。值得注意的是,酶的使用是把双刃剑,适量添加可以提升白酒品质,但过量添加会打破体系的平衡,导致底物过度分解、风味物质生成异常及破坏酒体平衡,最终影响酒质。

当前伴随生物组学技术与合成生物学的发展,白酒酿造过程中酶系的研究已逐步向含量低、难检测的微量酶类倾斜,从单一酶的功能鉴定转向协同作用与系统解析,但仍面临酶类互作机制不明确、酶系协同效率低等挑战,未来需进一步丰富白酒酿造酶系研究,发掘关键酶与其他酶类的相互作用,推动白酒产业的持续发展。在酶分子研究领域,随着蛋白质工程与合成生物学的深度融合,研究重心正从天然酶类的筛选转向定制化高效酶系的设计。科研人员借助人工智能驱动的蛋白质结构预测和从头设计方法,可精准模拟水解酶与大分子底物的相互作用,通过定向进化或位点特异性突变提升酶在高温、高酸性及乙醇胁迫等苛刻固态发酵环境中的热稳定性与催化效率,再结合合成生物学手段对芽孢杆菌、曲霉等酿造微生物进行底盘细胞改造与代谢通路重组,实现多种协同水解酶的原位过表达与定向分泌[68-69]。这种人工智能辅助设计与合成生物学改造集成策略,既为解析白酒发酵过程多种酶协同分子机制提供了新维度,也为构建智能化、标准化且风味高度可控的现代白酒酿造体系奠定核心技术基础。以人工智能辅助蛋白质设计与合成生物学改造为核心的现代生物技术,为白酒酶系从单一功能研究走向系统协同解析提供了关键支撑,有望破解酶的互作机制不清、催化效率不高等难题,推动白酒酿造向高效、绿色、风味可控的现代化方向升级。

参考文献:

[1] 王瑞明, 彭茵, 张广据, 等. 白酒勾兑技术[M]. 3版. 北京: 化学工业出版社, 2023: 1-2.

[2] 刘雪霞. 2025白酒中期报告发布, 这些趋势值得关注[N]. 华夏酒报,2025-07-01.

[3] 袁华伟, 赵余, 王玉婷, 等. 高温大曲制曲过程中水解酶系及理化性质的动态变化研究[J]. 酿酒, 2023, 50(4): 31-36. DOI:10.3969/j.issn.1002-8110.2023.04.010.

[4] 班世栋, 王晓丹, 胡宝东, 等. 酱香型大曲中水解酶系研究[J]. 酿酒科技, 2015(4): 13-19. DOI:10.13746/j.njkj.2014397.

[5] 刘晶晶. 大曲酶系和代谢物组分析及其中产复合酶菌株的应用研究[D]. 北京: 中国农业大学, 2018.

[6] 曾波, 蒲吉洲, 陈秋旭, 等. 不同位置窖泥酶活力及其细菌群落结构相关性分析[J]. 食品与发酵工业, 2024, 50(4): 102-109.DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.035340.

[7] ZHENG Y F, LIANG F, WU Y, et al. Unraveling multifunction of low-temperature Daqu in simultaneous saccharification and fermentation of Chinese light aroma type liquor[J]. International Journal of Food Microbiology, 2023, 397: 110202. DOI:10.1016/j.ijfoodmicro.2023.110202.

[8] 田瑞杰. 中温大曲原核微生物群落解析及高产淀粉酶菌株的筛选与应用探究[D]. 郑州: 郑州轻工业大学, 2022. DOI:10.27469/d.cnki.gzzqc.2022.000149.

[9] 李红霞, 王雄, 王新叶, 等. 酱香型大曲中产淀粉酶系菌株的筛选鉴定及产酶条件优化[J]. 中国酿造, 2024, 43(12): 124-126; 128-130.DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2024.12.018.

[10] 黄科屹, 邓杰, 卫春会, 等. 源于中高温大曲的米根霉制备米曲工艺优化及应用[J]. 食品与机械, 2022, 38(9): 185-190. DOI:10.13652/j.spjx.1003.5788.2022.90178.

[11] 程石, 杨红文, 彭兵, 等. 白酒饮后不良感受的影响因素分析[J]. 酿酒科技, 2025(5): 17-23. DOI:10.13746/j.njkj.2024101.

[12] 郭建华, 蒋海娇, 刘晓兰, 等. 酶制剂在白酒发酵中应用的研究进展[J]. 食品工业, 2021, 42(11): 308-311.

[13] 孙金旭. 糖化酶用量对酱香型白酒杂油醇的影响研究[J]. 现代食品科技, 2013, 29(1): 73-76.

[14] 罗璇. 白酒酒糟厌氧发酵生产乳酸及发酵残渣产甲烷的研究[D].南昌: 南昌大学, 2024. DOI:10.27232/d.cnki.gnchu.2024.002110.

[15] 孙海芩, 刘功良, 赵文红, 等. 不同酶制剂及酒曲组合对米香型白酒品质的影响[J]. 中国酿造, 2024, 43(3): 201-205. DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2024.03.032.

[16] 李顺涛. 鲁北酱香白酒堆积酒醅蛋白质组学分析研究[D]. 济南:齐鲁工业大学, 2025. DOI:10.27278/d.cnki.gsdqc.2025.000019.

[17] 再吐尼古丽·库尔班, 叶凯, 涂振东, 等. 纤维素酶对甜高粱秸秆发酵产酒率影响的研究[J]. 农产品加工(学刊), 2009(7): 10-12; 15.DOI:10.3969/j.issn.1671-9646(X).2009.07.003.

[18] 曾庆儒, 谢玲, 龚小会, 等. 白酒酒糟在不同领域综合利用的研究进展[J]. 酿酒, 2025, 52(1): 47-52. DOI:10.3969/j.issn.1002-8110.2025.01.013.

[19] QIN L Q, LIU X Y, WU Q H, et al. Combining autohydrolysis with xylanase hydrolysis for producing xylooligosaccharides from Jiuzao[J].Biochemical Engineering Journal, 2022, 187: 108678. DOI:10.1016/j.bej.2022.108678.

[20] 张艳梅, 王昌禄, 郭坤亮, 等. 酶对茅台酒酒糟再利用的影响[J]. 酿酒科技, 2005(10): 81-82; 85. DOI:10.3969/j.issn.1001-9286.2005.10.020.

[21] LIU X G, CHANG R, ZHOU Z L, et al. Conversion of Baijiu distillers’grains to functional peptides: process optimization and antioxidant activity evaluation[J]. Journal of Functional Foods, 2023, 108: 105722. DOI:10.1016/j.jff.2023.105722.

[22] 秦广利, 肖文静. 纤维素酶水解茅台酒酒糟优化工艺的研究[J]. 现代食品, 2017, 9(17): 122-124. DOI:10.16736/j.cnki.cn41-1434/ts.2017.17.040.

[23] 徐曼, 唐瑞华, 龚军. 木聚糖酶在白酒酿造中的应用研究[J]. 现代食品,2019, 12(23): 173-178. DOI:10.16736/j.cnki.cn41-1434/ts.2019.23.052.

[24] 李旭晖, 吴生文, 张志刚, 等. 木聚糖酶在特型酒生产中的应用[J].酿酒科技, 2011(5): 65-68.

[25] NÚÑEZ-SERRANO A, GARCÍA-REYES R B, SOLÍS-PEREIRA S, et al. Production and immobilization of pectinases from Penicillium crustosum in magnetic core-shell nanostructures for juice clarification[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2024, 263: 130268. DOI:10.1016/j.ijbiomac.2024.130268.

[26] OHIMAIN E I. Methanol contamination in traditionally fermented alcoholic beverages: the microbial dimension[J]. Springer Plus, 2016, 5(1): 1607. DOI:10.1186/s40064-016-3303-1.

[27] HANG Y D, WOODAMS E E. Influence of apple cultivar and juice pasteurization on hard cider and eau-de-vie methanol content[J]. Bioresource Technology, 2010, 101(4): 1396-1398. DOI:10.1016/j.biortech.2009.09.069.

[28] 周姝颖, 杨青杨, 赵辉. 酒曲果胶酯酶产生菌降低白酒中甲醇含量的研究[J]. 中国食品学报, 2019, 19(8): 97-104. DOI:10.16429/j.1009-7848.2019.08.011.

[29] ANDRAOUS J I, CLAUS M J, LINDEMANN D J, et al. Effect of liquefaction enzymes on methanol concentration of distilled fruit spirits[J]. American Journal of Enology and Viticulture, 2004, 55(2): 199-201. DOI:10.5344/ajev.2004.55.2.199.

[30] 张霖靖. 米曲霉分泌蛋白酶特性分析及其对高盐稀态酱油品质影响的研究[D]. 广州: 仲恺农业工程学院, 2024. DOI:10.27700/d.cnki.gzcny.2024.000022.

[31] 黄永光. 酱香型白酒酿造中Aspergillus hennebergii及其分泌酸性蛋白酶的研究[D]. 无锡: 江南大学, 2014.

[32] 吴海锋, 张瑾, 陆祖军, 等. 酱香型白酒大曲细菌与蛋白酶研究进展[J]. 广西师范大学学报(自然科学版), 2022, 40(5): 398-405.DOI:10.16088/j.issn.1001-6600.2021102102.

[33] 罗惠波, 苟云凌, 饶家权, 等. 酶制剂对浓香型白酒发酵过程中高级醇生成的影响[J]. 四川理工学院学报(自然科学版), 2011, 24(2):186-189. DOI:10.3969/j.issn.1673-1549.2011.02.019.

[34] LIU J J, CHEN J Y, FAN Y, et al. Biochemical characterisation and dominance of different hydrolases in different types of Daqu: a Chinese industrial fermentation starter[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2018, 98(1): 113-121. DOI:10.1002/jsfa.8445.

[35] 李树森. 酸性蛋白酶在酒精生产中的应用[J]. 酿酒, 2014, 41(3): 84-86. DOI:10.3969/j.issn.1002-8110.2014.03.024.

[36] SONG P, ZHANG X, WANG S H, et al. Microbial proteases and their applications[J]. Frontiers in Microbiology, 2023, 14: 1236368. DOI:10.3389/fmicb.2023.1236368.

[37] 马特. 白酒窖泥中蛋白酶产生菌的筛选及在白酒发酵中的应用[D].哈尔滨: 黑龙江大学, 2015.

[38] SCHAD T, ZAUSER D, FAMEAU A L, et al. Detection of lipase activity with liquid foams[J]. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2024, 683: 132995. DOI:10.1016/j.colsurfa.2023.132995.

[39] CHINTAGAVONGSE N, KUMURA H, HAYAKAWA T, et al.Identification of cheese rancidity-related lipases in Aspergillus oryzae AHU 7139[J]. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2024,137(5): 381-387. DOI:10.1016/j.jbiosc.2024.01.016.

[40] 吴华昌, 由耀辉, 卢中明, 等. 脂肪酶应用于白酒催陈的初探[J].中国酿造, 2011, 30(3): 75-77. DOI:10.3969/j.issn.0254-5071.2011.03.022.

[41] 郭建华, 郭宏文, 江成英, 等. 白酒酒醅发酵过程中酶活与酯类生成的灰色关联度分析[J]. 食品工业, 2014, 35(2): 236-239.

[42] 孙海龙, 王有旭, 朱文众. 南极假丝酵母脂肪酶B处理对白酒丢糟中有机酸酯化效果的影响[J]. 食品科技, 2013, 38(6): 26-30.

[43] 印丽, 邱树毅, 曹文涛, 等. 酱香型白酒核心产区大曲的酶系分析[J]. 现代食品科技, 2021, 37(3): 89-96. DOI:10.13982/j.mfst.1673-9078.2021.3.0749.

[44] 田殿梅, 张玫, 吴冬梅, 等. 浓香型白酒酿造品质影响因素研究概述[J]. 酿酒科技, 2020(7): 75-78; 82. DOI:10.13746/j.njkj.2020037.

[45] 申孟林. 浓香型白酒大曲发酵成熟过程中四种主要酶产生菌多样性分析[D]. 成都: 西华大学, 2018.

[46] 杨青杨. 酒曲中单宁降解菌的筛选及在白酒发酵中增香的研究[D].哈尔滨: 黑龙江大学, 2017.

[47] 薛江林, 罗惠波, 张宿义, 等. 红茅烧酒沉淀问题的工艺探究[J]. 酿酒科技, 2021(7): 17-21. DOI:10.13746/j.njkj.2020262.

[48] XU Z S, WANG T, ZHANG S S. Extracellular secretion of feruloyl esterase derived from Lactobacillus crispatus in Escherichia coli and its application for ferulic acid production[J]. Bioresource Technology,2019, 288: 121526. DOI:10.1016/j.biortech.2019.121526.

[49] 李青卓, 王嘉瑞, 张小龙, 等. 风味物质4-乙烯基愈创木酚的研究进展[J]. 中国酿造, 2021, 40(4): 15-19. DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2021.04.004.

[50] 张晶. 黄酒麦曲中产阿魏酸功能菌群解析及Penicillium oxalicum M1816在黄酒中的强化应用[D]. 无锡: 江南大学, 2021. DOI:10.27169/d.cnki.gwqgu.2021.001898.

[51] 童文华, 李依芸, 黄志久, 等. 浓香型白酒大曲中产阿魏酸酯酶菌株的筛选及发酵优化[J]. 食品研究与开发, 2024, 45(13): 187-195.DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2024.13.026.

[52] 章宇丹. 产阿魏酸酯酶菌株的筛选研究及初步应用探究[D]. 自贡:四川轻化工大学, 2020.

[53] 赵巧珍. 芝麻香型白酒酿造过程中产阿魏酸功能细菌的筛选及应用研究[D]. 济南: 齐鲁工业大学, 2023. DOI:10.27278/d.cnki.gsdqc.2023.000641.

[54] GE Y W, LÜ J G, WANG B W, et al. Research progress on the exposure risk and formation mechanism of ethyl carbamate in Chinese Baijiu[J]. Food Chemistry, 2025, 491: 145304. DOI:10.1016/j.foodchem.2025.145304.

[55] HAN B L, ZHANG S F, CHEN L, et al. Distribution, generation, and control of ethyl carbamate in Baijiu: a review[J]. Food Control, 2025,168: 110951. DOI:10.1016/j.foodcont.2024.110951.

[56] 孟庆达. 微生物法减少白酒生产中氨基甲酸乙酯前体物质的研究[D].无锡: 江南大学, 2017.

[57] 王嘉慧, 王严庆, 李晓韩, 等. 浓香型酒醅中尿素降解菌的辨析及鉴定[J]. 食品工业科技, 2026, 47(2): 199-208. DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2025010011.

[58] 刘庆涛. Bacillus paralicheniformis酸性脲酶表达、分子改造及用于黄酒中氨基甲酸乙酯消减[D]. 无锡: 江南大学, 2019.

[59] CUI K X, WU Q, XU Y. Biodegradation of ethyl carbamate and urea with Lysinibacillus sphaericus MT33 in Chinese liquor fermentation[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2018, 66(6): 1583-1590.

[60] 王居伟, 韩培杰, 王雪薇, 等. 白酒发酵过程中常见酵母菌扣囊复膜酵母的研究进展[J]. 广西科学, 2020, 27(1): 1-9. DOI:10.13656/j.cnki.gxkx.20200311.001.

[61] 陈乙源, 洪嘉欣, 黄河, 等. 基于GC × GC-MS分析不同等级浓香型白酒的关键风味化合物[J]. 中国酿造, 2025, 44(3): 29-35. DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2025.03.005.

[62] 王惠, 杨埔. 清香型白酒中主要风味物质快速检测技术探索[J].农业技术与装备, 2024(12): 198-200. DOI:10.3969/j.issn.1673-887X.2024.12.067.

[63] 曹新志, 钟利明, 谢进, 等. 大曲中产酯化酶霉菌的分离筛选及发酵条件优化[J]. 中国酿造, 2024, 43(4): 129-134. DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2024.04.020.

[64] 张鑫鑫, 刘国英, 查浩然. 中国白酒不同香型的风味物质构成及成因探究[J]. 酿酒, 2025, 52(4): 5-8. DOI:10.3969/j.issn.1002-8110.2025.04.003.

[65] 江怡佳, 易卓林, 赵海, 等. 大曲复合酶系对小麦协同降解作用研究[J]. 中国酿造, 2024, 43(3): 56-62. DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2024.03.009.

[66] 王海英, 杨玉珍, 马飞, 等. 白酒复合酶在清香型机械化酿酒生产中的应用[J]. 酿酒科技, 2018(3): 60-64; 71. DOI:10.13746/j.njkj.2017215.

[67] 张静, 陈臣, 杨月轮, 等. 复配酶制剂在十里香白酒生产中的应用[J].酿酒, 2017, 44(5): 111-113. DOI:10.3969/j.issn.1002-8110.2017.05.034.

[68] 徐沛, 汪卫华, 宁洪伟, 等. 人工智能辅助的酶分子改造应用进展[J].生物工程学报, 2024, 40(6): 1728-1741. DOI:10.13345/j.cjb.230748.

[69] 邴孝凤, 何玉, 张学成, 等. 生淀粉水解α-淀粉酶AmyZ1热稳定性提升的分子改造[J]. 生物学杂志, 2023, 40(3): 35-40. DOI:10.3969/j.issn.2095-1736.2023.03.035.