白酒大曲功能微生物与酶系研究进展

李 兵1,2,张 超2,3,王玉霞2,3*,王 娟2,蔡 馨2,杨 茂2,邢 莲2

(1.西华大学 食品科学与生物工程学院,四川 成都 610039;2.宜宾学院 生命科学与食品工程学院,四川 宜宾 644000;3.固态发酵资源利用四川省重点实验室,四川 宜宾 644000)

摘 要:中国白酒有着悠久的历史,是世界著名六大蒸馏酒之一。酒曲是我国白酒必不可少的发酵剂,为白酒发酵提供必要的糖化力、酒化力和风味前体,并承载着发酵的启动和顺利进行所必需的微生物菌群和各类功能酶系。作为影响白酒品质、类型和风格的粗酶制剂,众多研究都聚焦于揭示酒曲中微生物和相关酶系的功能、作用和类群的奥秘。该文从酒曲原料、制作、发酵、成熟等工艺过程出发,阐述各工艺过程的要求和特点,分析酒曲发酵和成熟过程中各类微生物类别和作用,以及多种酶系的功能,并在此基础上对大曲微生物、酶系和白酒酿造研究方面提出展望。

关键词:白酒;大曲;微生物;酶系

在《书经·说命篇》中就有“若作酒醴,尔惟曲蘖”,可见酒曲是中国白酒必不可少的一部分,是曲酒酿造发酵的原动力,也是中国白酒的精华部分[1]。酒曲是谷物及其辅料经蒸煮后自然接种定型发酵而成、用于白酒酿造的发酵剂,含有大量细菌、霉菌、酵母菌等对曲酒酿造有重要作用的多种微生物菌群。酒曲不但含有种类繁多的微生物,还含有这些微生物产生的功能复杂的酶系产物。种类繁多的菌群与功能各异的酶系使酒曲成为我国白酒酿造中起着呈香和呈味的作用[2]。世界各国用谷物原料酿酒有两大类,一类是以谷物发芽的方式,利用谷物发芽时产生的酶将原料本身糖化成糖分,再用酵母菌将糖分转变成酒精;另一类是用发霉的谷物制成酒曲,用酒曲中所含的酶制剂将谷物原料糖化发酵成酒,中国的酒绝大多数是用酒曲酿造的。白酒酒曲的分类主要分为大曲、小曲、麸曲、混曲和其他酒曲。大曲酒以大曲为糖化、发酵、生香剂,大曲的原料主要是小麦;也有用小麦、大麦混合,加上一定数量的豌豆。大曲又分为中温曲、偏高温曲和高温曲,一般是固态发酵,大曲酒所酿的酒质量较好。小曲酒又称酒药,是一种用高粱制成的药酒,其中所含的微生物主要为根霉和毛霉,生产分别为固态发酵或半固态发酵。麸曲酒分别以纯培养的曲霉菌及纯培养的酒母作为糖化、发酵剂,发酵时间较短,由于生产成本较低,为多数酒厂采用,此种类型的酒产量最大。混曲酒主要以大曲和小曲混用酿造。其他酒曲是以糖化酶为糖化剂,加酿酒活性干酵母(或生香酵母)发酵酿制而成的酒。在现代白酒生产中,绝大多数优质白酒和国家名优曲酒都使用传统法制作的大曲为发酵剂进行酿造。

本文依据制曲原料质量要求和制作工艺,简要介绍了大曲中主要功能微生物类群和功能、以及主要功能酶系的作用和相关研究,为加强型大曲、大曲酶制剂等的研发、白酒酿造工艺的改良、白酒品质的提升以及充分利用大曲中的微生物和酶系提供参考依据。

1 制曲原料要求与大曲成熟

不同种类的酒曲制作,在原料方面就存在较大差异;无论是原料的来源,还是酒曲制作的特殊工艺,都对制曲原料提出了不同的要求。

《齐民要术》中关于制曲原料及制曲水分的经典论述[3]都要求原料优良。大曲制作使用原料较之广泛,除主要以小麦、糯米、高粱等粮食或粮食加工附产物为主外,也有加入豆类等其他原料为辅的制作工艺。总体上,大曲主要以小麦为原料;小曲主要原料为麸皮,还包含有麦麸、大米或米糠等[4]

1.1 制曲原料的质量要求

酒曲类型决定了使用原料的差异,但无论哪类原料,选用时都需要考虑原料的理化特性、原料配比、粉碎度、酒曲的制备工艺以及发酵期和成熟期微生物菌群特点,甚至还要考虑是否有利于酒体香味物质形成等因素。制曲原料的理化特性、配比和粉碎度,对曲中微生物的种属变化,以及微生物的生长代谢都有很大的影响,也决定着大曲酒的特性[5]。因此,用于制曲的各类原料要求颗粒饱满、无霉烂、无虫蛀[6]。高温大曲的原料主要是纯小麦或者小麦、大麦和豌豆,通常质量比为6∶3∶1或者7∶2∶1,中温大曲原料主要是大麦和豌豆,原料质量比通常为6∶4或者7∶3[7];粮粉与母糟比为1∶4~1∶6,冬季为1∶4,夏季为1∶6。原料粉碎要求高粱每粒被碎成4~6瓣即可,麦粒的粉碎一般要求“心烂皮不烂”,“心烂”则可充分释放淀粉,“皮不烂”则可保持一定的通透性[8],以利微生物的生长繁殖与酶的分泌;所有粮食原料粉碎后一般能通过40目的筛孔,其中粗粉占50%左右。这样有利于微生物生长以及减少原料对大曲品质的影响,同时有利于微生物酶系的生成与分泌[9],为迅速启动曲酒发酵和酒体品质的保障提供物质基础。

1.2 制曲原料的作用

制曲原料的首要作用是充当微生物的营养基质,除此之外,酒曲原料还具有如下重要作用:①制曲原料所带有的微生物,是酒曲发酵培养主体的主要源头,同时也是大曲中微生物的主要来源[10];②原料中的物质为微生物产酶提供催化和诱导作用。如制曲原料中的木聚糖,可以很好地诱导产木聚糖酶微生物中编码这类酶的基因进行启动和表达。这些酶的产生,不但为曲料中底物的有效利用起到促进作用,也促使微生物为曲酒的发酵积累更多功能酶系[11];③原料中的少量无机盐类的存在,不但供给微生物细胞生长所需,也参与细胞的渗透性调节,以利于各种酶类向胞外培养基质的分泌,而有助于酶催化功能的发挥;④来自制曲原料中的粗纤维类物质,对调节曲块中物料的疏松程度起着重要作用,一定程度的疏松状况不但有利于曲坯发酵过程中水分和氧的流通和交换,而且有利于发酵热的散发,创造特定的微环境保证曲块正常发酵的启动和进行[12]

1.3 大曲的成熟

曲胚从入室到成熟需要较长时间,且需要大曲成熟后才可用于曲酒的酿造,故贮曲就十分重要。大曲是否成熟完成从以下几个方面进行判断[13-14]:①经过大曲中微生物的作用,使大曲具有典型的大曲风格;②大曲表皮颜色,呈现颜色均匀一致的浅白色菌丛;③曲块断面颜色,菌丝均匀,颜色一致,全为白色;④理化指标;曲块水分含量大约为10%~14%,酸度为0.2%~0.5%,淀粉消耗率大约为8%~23%[15]。曲块经过3~6个月在曲库的贮存成熟期,完成了内外部微生物、酶活力和各类理化指标的平衡后,经过使用前的各项指标的检测分析,即可用于曲酒的酿造。

2 大曲中主要功能微生物类群

来自原料及环境中的微生物,经过大曲发酵和成熟过程后,形成由多类微生物组成的稳定菌群。大曲中微生物主要为原核和真核微生物,也有古细菌存在的报道。其中,主要是由醋酸菌、乳酸菌和芽孢杆菌等菌群构成。这些原核微生物具有几大特点:菌落一般较小、分布广、繁殖快,故能够在发酵过程中迅速代谢产生大量的呈香呈味物质或其前体。大曲中的真核微生物主要是酵母菌和霉菌类。酵母菌主要有酒精酵母、产酯酵母和假丝酵母等。酒精酵母为白酒生产中的主要的产酒功能菌,产酯酵母以糖、醛、酸和盐类为原料生成酯类,有较强的生香功能。霉菌主要为曲霉(米曲霉、黑曲霉、红曲霉)、根霉(黑根霉、米根霉、中华根霉、无根根霉)、毛霉、犁头霉、青霉等,菌落较大,生长初期通常为白或灰白颜色,后逐渐形成大量孢子而呈现多种颜色[16]

2.1 原核微生物类群

大曲中的原核微生物种属较多,能够在发酵过程中为白酒提供大量的呈香呈味物质或前体物质,大曲中的原核微生物主要由醋酸菌、乳酸菌和芽孢杆菌等菌群构成,由原料、器具、空气和水等带入。

2.1.1 醋酸菌属

醋酸菌属于醋酸单胞菌属,细胞从椭圆到杆状,单生、成对或成链。幼龄菌呈革兰氏阴性,老龄菌不稳定。这类原核微生物属于好氧微生物且与酵母菌有共生、促生长作用。大曲中醋酸菌的存在,对酒的品质有利有弊,所以要严格控制醋酸菌的量。醋酸菌在一定范围时,主要参与代谢生成酯。菌量过大时,则会对酒的品质和风味产生不可逆转地负面影响。王俊英等[17]对高产酯化酶霉菌和醋酸菌进行混合发酵研究,结果显示,混菌比在一定合适范围内更有利于酒的成香成味。当控制好混菌比例、温度和接种量,使酯化酶活性达到最高,酒体香气协调优雅、平衡丰满。目前白酒和食醋酿造的优良菌株为醋酸杆菌属(Acetobacteria)和葡萄糖杆菌属(Gluconobacteria)。

2.1.2 乳酸菌属

乳酸菌在奶制品发酵过程中能够将乳糖或者葡萄糖转化为乳酸,是一类细菌的统称。乳酸菌广泛应用于泡菜、乳制品、白酒、医药及乳酸制剂,因乳酸菌代谢产物主要为乳酸,而乳酸的含量能够直接影响白酒质量,所以大曲中同样也按照乳酸菌含量的多少作为评价大曲质量的指标。目前大部分白酒行业特别是浓香型白酒行业为了增加白酒中乙酸乙酯降低乳酸乙酯的含量,改善白酒品质,使其内部所含的乙酸乙酯、丁酸乙酸、己酸乙酯、乳酸乙酯等四大类酯类化合物比例协调,提出了“增已降乳”的倡议[18]

通过调节四大酯类比例,使四大酯类恰到好处,从而实现酒体的协调平衡。王群等[19]通过对白酒中四大乙酯在发酵过程中形成途径的探索发现,酵母菌在生长活动期,其胞内酶将己酸酯化合成为己酸乙酯;而曲霉菌(Aspergillus)如红曲霉(Monascus)和根霉菌(Rhizopus)则是利用胞外酶合成己酸乙酯。乳酸菌能有效的促进酿造过程的发酵,同时其代谢产物可以有效减轻白酒的刺激性,增加白酒的回甜感,在白酒风味上有不可替代的作用。因此,对各类菌群在白酒发酵过程中代谢机理的研究,可以为白酒品质的提升、风味的调控打下良好基础。

2.1.3 芽孢杆菌属

芽孢杆菌属(Bacillus sp.)为严格需氧或兼性厌氧性,为有荚膜的革兰氏阳性杆菌。该属细菌能产生具有特殊抵抗力的芽孢,对许多高温、酸性较强等逆境条件有较强的抵抗力。芽孢杆菌的种类繁多,在高温大曲中最常见的是嗜热芽孢杆菌(Bacillus thermophilus);芽孢杆菌可以通过自身的代谢作用把蛋白质、脂肪和糖这三大营养物质转化,故可以在高温大曲筛选优质芽孢杆菌应用于白酒生产中,以增强白酒的风格特征。大曲中芽孢杆菌大多能分泌水解淀粉、蛋白质、果胶等底物的酶类,并能够利用藻酸盐等物质[20],因此,在白酒发酵过程中,此类菌群的存在有利于促进发酵进程的顺利进行。柏永昊等[21]研究芽孢杆菌属的微生物后发现,在白酒的发酵过程中,芽孢杆菌属微生物能够通过分泌底物增加正丙醇的含量,在发酵产物中添加芽孢杆菌NX3-5Y后,底物中正丙醇的含量增加了3.72%。芽孢杆菌通过自身作用分解底物后能够产生的一些代谢物如芳香族化合物,能够平衡或改善白酒的风味。

2.2 真核微生物类群

大曲中的真核微生物主要是酵母菌和霉菌。酵母菌主要有酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、产酯酵母和假丝酵母(Candida)等。霉菌主要是曲霉(米曲霉、黑曲霉、红曲霉)、根霉(黑根霉、米根霉、中华根霉、无根根霉)、毛霉、犁头霉、青霉等。

2.2.1 酿酒酵母

酵母(Saccharomyces sp.)在大曲中有着重要的作用,酵母菌的无性繁殖以出芽为主。在培养基上酵母的菌落一般多为表面有光泽的乳白色,且菌落平坦、边缘处整齐无菌丝。王旭亮等[22]通过对大曲微生物的研究,发现一株酿酒酵母Sc-1,通过对这株酵母的研究发现,添加曲料和大曲试验组的发酵时间,较不添加的对照组分别缩短了96 h和192 h,最终酒精度也较对照组(15.31%vol)分别提高了7.73%和9.83%;说明大曲在白酒酒精发酵过程中不仅提供了具有发酵力作用的酿酒酵母菌株,还提供了能协同促进酿酒酵母完成酒精发酵的其他功能菌系。目前,由中国生物开发中心研发的耐高温活性干酵母,通过其强大的发酵力极大的提高了出酒率。由于其耐高温特性,使得夏季制曲也有一定的保障。

2.2.2 产酯酵母

产酯酵母是一类能够代谢产生酯类物质的酵母菌的总称。酯是一种有机化合物且是一类非常重要的呈香物质;因此,产酯酵母被广泛用于传统发酵食品当中,如白酒、葡萄酒、酱油等。产酯酵母大多属于异性汉逊酵母(Hansenula anaomala),具有较强的氧化特性和产酯能力。在生产白酒时,可以利用产酯酵母提高酒的主体香含量[23],如乙酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯等,以及乙酸甲酯、辛酸乙酯等次要香味物质[24]。产酯酵母可发展的空间很大,也有待于进一步研究。针对于不同的产品,其培养参数还需要进一步优化,以达到更好的效果。万世旅等[25]从西南多个地区的酒曲中分离纯化出18株产酯酵母菌株,通过透明圈法筛选和发酵产酯能力等的测定,发现酵母菌株Y2能够在酒精度10%vol、pH 2.0、温度为38℃的条件下生长,是一株有良好的耐酒精和耐酸能力的中温酵母,具有较好的应用潜力。

2.2.3 假丝酵母

假丝酵母(Candida sp.)是一类能形成假菌丝、不产生子囊孢子的酵母。假丝酵母包括有产朊假丝酵母、解脂假丝酵母、热带假丝酵母等众多种。大曲中假丝酵母相对酒精酵母数量较少,也具有一定的发酵能力,但在大曲发酵以及白酒发酵过程中的作用,仍然不是十分清晰,有待学者在深层次研究中发现。大曲中形态各异、种类繁多的酵母菌的作用是形成大曲白酒不同风格特点的主要原因之一[26]

2.2.4 曲霉

曲霉(Aspergillus sp.)是丛梗孢科中的一属,是大曲中产酶能力较强的一类微生物。曲霉自身能够分泌葡萄糖氧化酶、糖化酶和蛋白酶,正因如此,工业化生产这些酶系的过程中曲霉为主要产酶物质。曲霉属主要包括黄曲霉、米曲霉、黑曲霉、温特曲霉、寄生曲霉等。黄永光[27]筛选了10个种的曲霉属菌株共103株,其中Aspergillus hennebergii在固态发酵过程中既能够产生大量的高糖化酶也可以分泌较多的蛋白酶,其高糖化酶产量为2 173.51 U/g、蛋白酶产量为368.59 U/g,在较高的环境胁迫下,这种产酶菌株拥有较好的耐胁迫能力,研究表明,温度高达50℃,pH 2.5、酒精度8%vol的条件下,此菌株依旧能够保持良好的活性,继续发酵底物。在当今白酒生产中,比较重要的有曲霉菌黑曲霉3.4309、红曲霉等。黑曲霉3.4309是由我国科研人员成功诱变的具有强大的糖化力,每克干曲可糖化淀粉32 g;红曲霉在发酵过程中可产生酯化酶,对于白酒的口感和质量起着至关重要的作用,传统的酿酒工艺,在添加红曲霉和酵母以后,具有很好的出酒率和增己降乳作用。

2.2.5 毛霉

毛霉(Mucor sp.)又叫黑霉、长毛霉,是接合菌门,接合菌纲,毛霉目,毛霉科真菌中的一个大属。毛霉以孢囊孢子和接合孢子繁殖,在土壤、粪便、禾草及空气等环境中存在。因其分解蛋白质能力强,对大曲的品质有一定的积极影响[28];在发酵过程中,对发酵进程也有一定的影响。毛霉的用途很广,常出现在酒药中,能糖化淀粉并能生成少量乙醇,产生蛋白酶,有分解大豆蛋白的能力,我国多用来做豆腐乳、豆豉。许多毛霉能产生草酸、乳酸、琥珀酸及甘油等代谢产物,有的甚至还能产生脂肪酶、果胶酶、凝乳酶等。罗晓妙等[29]从保藏的16株毛霉菌株中,筛选出了4株高产胞外蛋白酶的菌株,通过对其产蛋白酶的酶学特性进行比较发现,这些菌的蛋白酶都具有较宽的温度耐受性,通过进一步对其各方面的探究,显示出在特定的条件下,具有一定的应用潜能。

2.2.6 根霉

根霉(Rhizopus sp.)是毛霉目、毛霉科真菌中的一个大属。根霉菌菌丝一般多核,菌丝之间没有隔膜成分支状,根霉属内主要种有毛状根霉、黑根霉、米根霉、华根霉等。其中米根霉具有较强的淀粉酶产生能力,广泛用于制曲、酿酒生产中[30]。黄丹等[31]从浓香型大曲中分离得到一株产酯化酶根霉菌,其中根霉菌细胞内相关酶活性可达7.91 U/mL,在酒曲的发酵过程中,根霉菌能够产生一系列芳香物质例如酯类、醛类等,而部分根霉能够产生乳酸,这在酒曲和酒糟发酵中乳酸的产生和酸度调节起着重要作用[32]。根霉菌产生的代谢产物,具有一定的甜味,故目前根霉菌主要运用于小曲酒的酿造。

酒类大曲中拥有大量的酵母菌、霉菌等微生物,其中霉菌的糖化能力、液化力以及蛋白质分解的能力均较为突出,而对于酒精发酵以及相关酶系的产生,酵母菌起着重要的作用[33]。酵母菌是大曲微生物的形成原材料形式的代谢物特征香气前体,对成品酒的风味类型和风格有着重要的影响。在众多的微生物群落中,根霉、曲霉、酵母等微生物对白酒品质、风味的提升、酒曲的质量有着积极的影响;而有些菌类(如乳酸菌、青霉菌等)通过消耗酒精底物产生相应代谢产物,导致酒糟pH值增加,从而影响酒类口味。在制曲过程中如何有效地提高有益菌繁殖和抑制有害菌的生长是制好大曲的关键[34]。所以各类菌群在大曲或曲酒发酵过程中的确切作用及其机理,还有待进一步深入挖掘发现。

3 大曲中主要功能酶系

3.1 蛋白酶类

蛋白酶是生物体内能够有效分解蛋白质的酶系,这类酶系通过分解蛋白质而提供营养物质。在酒曲和白酒发酵中,蛋白酶和白酒风味物质的形成密切相关[35]。有研究显示,白酒中的很多香味物质的形成与蛋白质的分解物——氨基酸密切相关。根据相关研究显示,蛋白酶既有利于原料颗粒的溶解,又有利于微生物的繁殖;蛋白酶在酿酒过程中,将原料蛋白质水解为氨基酸,氨基酸是生成白酒香味物质的前体物质,经过不同微生物及酶的代谢,生成多种香味物质。孙金旭[36]在研究蛋白酶对酱香型白酒发酵过程中杂油醇生成的影响发现,当白酒内的蛋白酶含量在一定范围内时,蛋白酶与杂油醇的增加量成反比;当蛋白酶含量超过一定含量(20 U/g)时,杂油醇的含量会同蛋白酶含量成正比。这表明通过合理添加控制蛋白酶能够良好地提升白酒品质。

3.2 淀粉酶类

在白酒酿造和酒曲制作发酵过程中,主要分解底物为淀粉、糊精、麦芽糖等物质,这些底物通过α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化型淀粉酶和γ-淀粉酶等淀粉酶类分解后得到糖类。淀粉酶已经成为工业生产中不可或缺的一种酶,为了高效的生产淀粉酶,可以用微生物繁殖代谢,但淀粉酶大规模商业化仍局限于几种特定的微生物,故可以对现有酶进行改良。鲁珍等[37]以8株大曲高温酱油生产菌为研究对象,通过采用α-淀粉酶透明圈法和α-淀粉酶活性测定法筛选高产淀粉酶菌株,得到α-淀粉酶活性达到180.12 U/g的菌株GX05,表现出较好的应用前景。

3.3 纤维素酶类

纤维素酶不是单一酶,而是由多种水解酶组成的一个复杂酶系,自然界中很多真菌都能分泌纤维素酶。纤维素酶是一种能够水解木质素、纤维素、半纤维素物质的多种复杂酶系,自然界拥有着大量的纤维素分解微生物、包括枯草芽孢杆菌、木霉菌等。在酿酒工艺中,常常使用木霉属、曲霉属和青霉属等真菌作为纤维素酶的主要来源。因其酿酒原料中小麦、玉米等底物中拥有着丰富的纤维素类物质,这些微生物可以通过纤维素酶降解纤维素产生糖类物质,糖类物质再进一步被发酵,从而提升酿酒底物的转化率以及利用率。李旭晖等[38]探讨了固态发酵工艺中纤维素酶对大曲酒中醛、醇、有机酸、酯等风味物质的影响,研究发现当纤维素酶添加量为30~50 FPU/kg(糟)时,白酒的口感、风味会更加良好,展示出外加这类水解酶对酒体品质的积极影响效果。

3.4 酯化酶类

微生物体内含有一类酶系能够水解或者合成脂肪中酯键,称为酯化酶[35]。这类酶系能够将酒醅中的游离有机酸、乙醇等物质转化为脂肪酸酯,同时也能够促进脂肪酸、高级脂肪酸与醇类发生酯化反应进而提升白酒品质。在浓香型白酒生产中使用酯化酶,在发酵过程中既有传统大曲的糖化功能,也有生香功能,从而起到缩短发酵周期,同时也提高了出酒率,促进了酒体协调和酯化反应;能够在比较高的酸度下发酵,有利于酒体的“洁净”;较好的解决了酒质和出酒率的矛盾。任林生等[39]以浓香型大曲为原料,提取了白酒大曲中的酯化酶,通过改良提取工艺,在最优条件下提取出的酶活性最高可达到28.74 U/mg,揭示了大曲中酯化酶的存在和分离获得产酯化酶优良菌株的可能性。

3.5 脂肪酶类

大曲中的脂肪酶具有将原料中的脂肪分解成为脂肪酸、甘油、甘油单酯或者甘油二酯的能力。通过大曲脂肪酶分解脂肪后为微生物的生长代谢提供能量,同时产生的脂肪酸、甘油、甘油单脂等物质能够合成新的类脂类,这些类脂对于白酒口感、香味等品质有着重要的作用。翟磊等[40]通过对芝麻型白酒的高温大曲进行平板筛选,得到15株能够分解脂肪的微生物,这些微生物中有6株脂肪酶活性较高,通过筛选后的菌种能够作为酒类发酵用微生物脂肪酶相关功能基因的筛选,为今后产脂肪酶功能基因的筛选提供了出发菌株。

3.6 果胶酶类

果胶酶,是能够分解果胶物质生成甲醇和聚半乳糖醛酸的一类酶的总称。果胶酶包括果胶酯酶和聚半乳糖醛酸酶。在白酒酿造生产中,产果胶酶的微生物主要为曲霉和杆菌;由于真菌中的黑曲霉(Aspergillus niger)属于公认安全级(general regared assafe,GRAS);故目前市售的食品级果胶酶主要来源于黑曲霉。大曲中的果胶酶的作用是降解果胶物质,降低物料的黏度,促进细胞分离。果胶酶作为复合型酶制剂,和纤维素酶有着相似的作用。在白酒生产中,对提高原料的利用率、提高出酒率和转化率有重要作用[41]

3.7 单宁酶类

单宁酶,即单宁酯酰水解酶(EC3.1.1.20),又称鞣酸酶,是一种在单宁酸等诱导剂存在下由微生物合成的诱导型酶其也是一种细胞膜结合酶,可以分泌到细胞外,从而将细胞外的单宁酸分成为没食子酸和葡萄糖以及醇类化合物,在酒曲或白酒发酵中有促进原料基质的水解和利用的作用。产生单宁酶微生物主要为黑曲霉和米曲霉。谷新晰等[42]通过对一株产单宁酶嗜热真菌的鉴定、酶学性质分析及CAZymes(碳水化合物酶类)表达研究,其酶活力最高可达136 U/mL,为单宁酶嗜热真菌产生菌的研究,奠定了理论基础。

将蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶等进行复配,开发出的复合增香酶,充分利用酶的水解、酯化作用,促进香味物质的合成,增加香味物质的含量,提高白酒的品质。复合酶使原料中难以分解的蛋白质、脂肪、纤维素等物质得到充分转化,对丢糟中的残余物质进行充分分解,可提高原料出酒率;明显缩短了发酵周期,使原料中的脂肪、蛋白质等充分分解,使酒体的异味减少,缩减白酒的老熟贮存时间。

大曲发酵和白酒的酿造过程中,大量微生物的生长繁殖和动态演替,造就了此过程中庞大酶系催化进行的生化反应进程的复杂多样。大曲中的主要酶除了蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶、酯化酶、脂肪酶、果胶酶、单宁酶、木聚糖酶和糖化酶[44]外,还有许多目前尚未被发现的复杂酶类和作用,亟待研究发掘。酿酒过程中,酿酒大曲内部微生物所含不同活性的酶系以及活性酶的含量对于白酒的质量、品质都有着重大的影响,通过对白酒大曲中酶系的研究,对于今后大曲和白酒的生产、工艺优化和品质改良具有重要的意义。

4 展望

大量学者对酒曲中细菌、霉菌、酵母菌等众多微生物的研究,揭示出这些微生物对酿酒过程的重要作用。酒曲中多种微生物及其产生的复杂酶系的共同作用,推动着白酒酿造的启动和顺利进行。大曲品质的好坏不但直接影响到原料利用程度和出酒率,也影响着曲酒的口感风味和品质。大曲中微生物与酶的研究相辅相成,对大曲中微生物的深入认识,将为曲酒品质的提高和曲酒酿造过程中微生物与酶系的可控性的实现创造条件。而随着大曲生化性能及特定微生物菌群越来越受到世人的关注,有关大曲微生物酶系的研究也越来越深入,如针对特定的酶分析其产生的相关重要微生物,综合利用各种生物技术获得这些功能菌株等[43],为特殊功能酶的深入研究和生产应用找到了突破口。科学技术的发展,分析检测手段的不断改进,都为更好地了解大曲中的微生物种类及酶系提供了条件。随着研究的不断深入,通过现代生物技术对大曲中微生物群系酶系的研究,将为加强型大曲、大曲酶制剂等的研发、白酒酿造工艺的改良、白酒品质的提升,以及中国白酒产业的蓬勃发展打下坚实基础。

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Research progress on functional m icrobes and enzymes in Daqu of Baijiu

LIBing1,2,ZHANG Chao2,3,WANG Yuxia2,3*,WANG Juan2,CAIXin2,YANG Mao2,XING Lian2
(1.School of Food Science and Bioengineering,Xihua University,Chengdu 610039,China;2.College of Life Science and Food Engineering,Yibin College,Yibin 644000,China;3.Soild-state Fermentation Resource Utilization Key Laboratory of Sichuan Province,Yibin 644000,China)

Abstract:Baijiu(Chinese liquor)is one of the six famous distilled spirits in the world,and it has a very long history.Jiuqu is an essential starter for Baijiu,which provides necessary saccharification power,alcohol producing power,flavor precursor,it also carries the m icrobial flora and various functional enzymes necessary for the start and process of Baijiu fermentation.As crude enzymes affecting the quality,type and style of Baijiu,more and more researches have focused on revealing the mysteries of the microbial flora and the functions,effects and class group of related enzymes in Jiuqu.From the process of raw materials,production,fermentation and maturity of Jiuqu,the requirements and characteristics of each process were expounded,the types and effects of various microorganisms,and the functions of various enzymes in the process of fermentation and maturation of Jiuqu were analyzed.On this basis,the research prospect of Daqu microorganism,enzyme system and Baijiu brew ing was put forward.

Key words:Baijiu;Daqu;microorganism;enzyme system

中图分类号:TS262.3

文章编号:0254-5071(2019)06-0007-06 doi:10.11882/j.issn.0254-5071.2019.06.002

引文格式:李兵,张超,王玉霞,等.白酒大曲功能微生物与酶系研究进展[J].中国酿造,2019,38(6):7-12.

收稿日期:2019-02-18 修回日期:2019-04-06

基金项目:四川省科技厅应用基础研究项目(2015JY0185);固态发酵资源利用四川省重点实验室应用基础项目(2015GTY001);中国轻工业浓型白酒固态发酵重点实验室开放基金项目(2017JJ006);四川省宜宾市重点科技项目(2014SF030);宜宾学院重点科研项目(2013QD15);四川省宜宾市重点科技项目(2013NY004);四川省教育厅重点项目(14ZA0273);四川省科技厅应用基础研究项目(2016JY0159)

作者简介:李 兵(1992-),男,硕士研究生,研究方向为应用微生物学。

*通讯作者:王玉霞(1974-),女,副教授,博士,研究方向为酿造工艺与应用微生物。