本发明涉及酶制剂领域，且特别涉及一种复合酶制剂及其制备方法与应用。
背景技术：
我国是世界上规模最大的饮料酒生产和消费国，是酒类品种最全、酿造历史最长、产业规模最大的国家。其中啤酒作为饮料酒的重要组成部分，近年来，我国啤酒市场规模保持平稳增长态势。但遗憾的是，国产麦芽的品质却一直较低，其根本原因是受土质、气候、品种、发芽方法、工艺等条件的制约。大麦麦芽中除了含有60％-70％的淀粉外，还含有蛋白质、非淀粉多糖等多种不溶性物质。而国产大麦由于受诸多因素影响，其本身所具有的多种酶在发芽过程中分泌不足，导致啤酒麦芽中的蛋白质等含量过高，造成糖化醪液过滤困难，麦汁的浊度高等状况，不能生产高端啤酒。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种复合酶制剂，该复合酶制剂所含的酶种类丰富，且各酶复合作用佳。
本发明的第二目的在于提供一种上述复合酶制剂的制备方法，该方法简单，制备条件可控性好。
本发明的第三目的在于提供上述复合酶制剂在制作啤酒中的应用，将其应用于啤酒糖化过程中，可弥补此过程中淀粉酶、蛋白酶、非淀粉多糖酶等的不足，解决糖化醪液过滤困难、麦汁浊度高的问题。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：
本发明提出一种复合酶制剂，该复合酶制剂包括复合酶和辅料，其中，复合酶包括7-21重量份的淀粉酶、2.5-7.5重量份葡萄糖淀粉酶、8.5-27.5重量份的蛋白酶和16.5-44重量份的非淀粉多糖酶；辅料包括大于零且小于等于65.5重量份的玉米淀粉。
本发明还提出上述复合酶制剂的制备方法：将上述复合酶与上述辅料混合，得复合酶制剂。
另外，本发明还提出了上述复合酶制剂在制作啤酒中的应用，即将复合酶制剂于啤酒糖化初期加入待糖化的啤酒中。
本发明较佳实施例提供的复合酶制剂的有益效果是：通过将淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、蛋白酶和非淀粉多糖酶混合作为复合酶制剂，丰富了复合酶制剂中酶的种类。其中，淀粉酶可有效降解淀粉，加速淀粉分解成小分子糖类，达到降低麦汁浊度及提高过滤效果的作用。葡萄糖淀粉酶作为糖化酶可与淀粉酶协同降解淀粉，加速淀粉分解成小分子糖类，进一步达到降低麦汁浊度及提高过滤效果的作用。蛋白酶可水解蛋白质，生成含有α-氨基氮和小分子含氮的物质，有利于麦汁及后期啤酒的澄清，防止啤酒中单宁类物质与蛋白质复合物形成浑浊沉淀，从而解决麦汁澄清度的问题。非淀粉多糖酶能有效降解纤维素、木聚糖、β-葡聚糖等粘度大的非淀粉多糖为小分子寡糖，使麦汁粘度降低，大大提高麦汁的过滤效率，进而提高原料的利用率以及啤酒的非生物稳定性。通过各类酶之间的协同作用，有效降解了原料中的淀粉以及蛋白质、非淀粉多糖类等不溶性物质，其效果稳定并明显优于只添加一种酶时所产生的效果。该复合酶制剂的制备方法简单，制备条件可控性好。将其用于啤酒糖化过程，可弥补此过程中淀粉酶、蛋白酶、非淀粉多糖酶等的不足，解决糖化醪液过滤困难、麦汁浊度高的问题。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的复合酶制剂及其制备方法与应用进行具体说明。
本发明实施例提供的复合酶制剂主要可用于改善啤酒糖化效果。啤酒作为以麦芽和水为主要原料、啤酒花为香料，经制麦芽、糖化、发酵等工序制成的富含营养物质和二氧化碳的酿造酒，具有独特的酒花香以及爽口苦味，深受消费者喜爱。糖化又称麦芽汁制备，通常指麦芽及辅料的粉碎，醪的糖化、过滤，以及麦汁煮沸、冷却的过程。
因麦芽除含有大部分淀粉，还含有多种不溶性物质，如蛋白质和非淀粉多糖等，而该部分不溶性物质易受啤酒糖化工艺的影响，不易水解，从而造成糖化醪液不易过滤，影响最终啤酒品质。故本实施例中优选在啤酒糖化阶段将上述复合酶制剂添加于待糖化的啤酒液中。为提高复合酶制剂对啤酒糖化的改善效果，更优地，可在啤酒糖化初期就将复合酶制剂添加于待糖化的啤酒液中。作为优选地，添加过程中可将复合酶制剂的添加量控制在啤酒原料干重的0.005-0.5％范围内。其中，本实施例中的啤酒原料例如可包括麦芽，此外还可包括大米、大麦等，且大米、大麦的含量低于麦芽含量。按此添加量添加复合酶制剂，可有效的控制蛋白质和非淀粉多糖等不溶性物质在糖化液中的溶解程度，进而以最低成本达到最佳糖化效果。
具体的，本实施例中的复合酶制剂主要由复合酶和辅料混合而得。其中，复合酶可以包括7-21重量份的淀粉酶、2.5-7.5重量份葡萄糖淀粉酶、8.5-27.5重量份的蛋白酶和16.5-44重量份的非淀粉多糖酶。
淀粉酶作为葡萄糖水解酶，可催化淀粉和糖原水解，生成葡萄糖、麦芽糖以及含有α-1,6-糖苷键支链的糊精。本实施例中的淀粉酶例如可包括中温α-淀粉酶和耐高温α-淀粉酶。其中，中温α-淀粉酶主要是由枯草芽孢杆菌经发酵和后提技术提炼精制而成的淀粉酶制剂，将其作为复合酶制剂成分之一用于啤酒糖化过程中，可将原料中的淀粉水解成长短不一的糊精以及少量的低分子糖类、葡萄糖和麦芽糖，从而使淀粉糊的粘度迅速下降，以利于糖化醪液的过滤。
耐高温α-淀粉酶主要是由地衣芽孢杆菌经深层培养、提取等工序精制而成，将其作为复合酶制剂成分之一用于啤酒糖化过程中，可水解淀粉、糖原，并降解原料中的α-1,4-葡萄糖苷键，以使得胶状淀粉溶液粘度下降，产生可溶性糊精和寡聚糖，同样达到利于糖化醪液过滤的效果。
作为优选地，本实施例中的中温α-淀粉酶和耐高温α-淀粉酶的含量例如可分别为2.5-7.5重量份和4.5-13.5重量份。上述两种淀粉酶的酶活例如可分别为250-750U和1035-3105U，最佳为300-700U和2000-3000U。其中，中温α-淀粉酶的酶活按以下方式测定：1g中温α-淀粉酶在60℃、pH为6.0的条件下，1h液化1g可溶性淀粉即为一个酶活力单位。耐高温α-淀粉酶的酶活按以下方式测定：1g耐高温α-淀粉酶在70℃、pH为6.0的条件下，1h液化1g可溶性淀粉即为一个酶活力单位。按上述重量份将具有最佳酶活的中温α-淀粉酶和耐高温α-淀粉酶加入复合酶制剂并用于啤酒糖化阶段，可在不同温度范围下有效降解麦芽中的淀粉，加速淀粉分解成小分子糖类，达到降低麦汁浊度及提高过滤效果的作用。
葡萄糖淀粉酶作为糖化酶，主要由曲霉经深层发酵提炼而得。其能从非还原性末端水解淀粉中的α-1,4-葡萄糖苷键，以产生葡萄糖。作为优选地，本实施例中葡萄糖淀粉酶的含量例如可为2.5-7.5重量份，其酶活例如可以为425-1275U，最佳为500-1000U。该葡萄糖淀粉酶的酶活按以下方式测定：1g葡萄糖淀粉酶在40℃、pH为4.6的条件下，1h水解可溶性淀粉产生1mg葡萄糖，即为一个酶活力单位。按上述重量份将具有最佳酶活的葡萄糖淀粉酶加入复合酶制剂并用于啤酒糖化阶段，可与上述淀粉酶协同降解麦芽中的淀粉，加速淀粉分解成小分子糖类，进一步达到降低麦汁浊度及提高过滤效果的作用。
蛋白酶主要由酵母或放线菌获得，其可以通过破坏蛋白质间的肽键，减少高分子量蛋白质，并促使其形成简单的氨基酸。本实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曲霉经发酵精制提炼而成，将其作为复合酶制剂成分之一用于啤酒糖化过程中，能在较低的pH条件下有效水解啤酒原料中含有的蛋白质，并能有效阻断双乙酰的生成，缩短啤酒成熟期。
角蛋白酶含有二硫键还原酶和多肽水解酶等多种酶活性组分，其中二硫键还原酶首先作用于角蛋白中的二硫键，使角蛋白高级结构解体形成变性角蛋白，然后变性角蛋白在多肽水解酶的共同作用下逐步水解成多肽、寡肽和游离氨基酸，从而使角蛋白彻底分解。将其作为复合酶制剂成分之一用于啤酒糖化过程中，能将蛋白质分解为肽和氨基酸，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杆菌经发酵提取而得，属内切酶，可用于各种蛋白质的水解。将其作为复合酶制剂成分之一用于啤酒糖化过程中，能与酸性蛋白酶和角蛋白酶协同作用，共同将原料中的蛋白质分解为多肽和氨基酸，特别对大麦、大豆等植物性蛋白作用效果明显，可排除啤酒生产过程中出现“冷混浊”的现象。
作为优选地，本实施例酸性蛋白酶、角蛋白酶和中性蛋白酶的含量例如可分别为2.5-7.5重量份、1-5重量份和5-15重量份。上述三种蛋白酶的酶活例如可分别为1750-5250U、500-2500U和2500-7500U，最佳为2000-4000U、1000-2000U和3000-6000U。其中，酸性蛋白酶的酶活按以下方式测定：1g酸性蛋白酶在一定的温度和pH条件下，1min水解酪蛋白产生1ug酪氨酸，即为一个酶活力单位。角蛋白酶的酶活按以下方式测定：1g角蛋白酶在50℃、pH为8.5的条件下，1min降解天青角蛋白使吸光值增加0.01的酶量为一个酶活力单位。中性蛋白酶的酶活按以下方式测定：1g中性蛋白酶于60℃、pH为6.0的条件下，1h液化1g可溶性淀粉，即为一个酶活力单位。
按上述重量份将具有最佳酶活的酸性蛋白酶、角蛋白酶和中性蛋白酶加入复合酶制剂并用于啤酒糖化阶段，可随机从麦芽或/及大米内部切割蛋白质长链，生成含有α-氨基氮和小分子含氮的物质，并有利于麦汁及后期啤酒的澄清，防止啤酒中单宁类物质与蛋白质复合物形成浑浊沉淀，从而解决麦汁澄清度的问题。
非淀粉多糖是由若干单糖通过糖苷键连接而成的多聚体，包括除α-葡聚糖以外的大部分多糖分子。非淀粉多糖酶则是用于水解非淀粉多糖的酶。本实施例中的非淀粉多糖酶例如可包括木聚糖酶、纤维素酶、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-木聚糖酶和内切β-1,4-木聚糖酶。将其作为复合酶制剂成分之一用于啤酒糖化过程中，可有效将麦芽等啤酒原料中的非淀粉多糖水解为较小聚合度的低聚木糖，降低麦芽汁的粘度，改善其过滤性能，防止非碳水化合物出现混浊现象。
纤维素酶主要由外切β-葡聚糖酶、内切β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶等组成。将其作为复合酶制剂成分之一用于啤酒糖化过程中，不仅可增加啤酒原料的可利用碳源，提高出酒率；其次，还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。将其作为复合酶制剂成分之一用于啤酒糖化过程中，其一，能催化水解麦芽细胞壁中的β-葡聚糖，降低麦汁粘度，提高麦汁过滤速度，改善麦汁清亮度；其二，可提高啤酒糖化生产能力，促进可发酵性产物的生成；其三，可提高啤酒的胶体稳定性，清除因β-葡聚糖引起的冷混浊；其四，能提高滤酒效率，增加批次滤酒量。
α-半乳糖苷酶属外切糖苷酶，能专一催化水解多糖、糖脂和糖蛋白中糖链末端的α-半乳糖苷键。将其作为复合酶制剂成分之一用于啤酒糖化过程中，能与上述纤维素酶、木聚糖酶以及β-葡聚糖酶协同作用，以达到破坏麦芽细胞壁的结构，促进麦芽细胞壁内营养物质的释放，充分水解麦芽所含的非淀粉多糖。
作为优选地，本实施例木聚糖酶、纤维素酶、β-葡聚糖酶和α-半乳糖苷酶的含量例如可分别为7.5-20重量份、3-9重量份、3-9重量份和3-6重量份。上述四种非淀粉多糖酶的酶活例如可分别为6000-16000U、10200-30600U、1350-4050U和1350-2700U，最佳分别为10000-15000U、15000-30000U、2000-4000U和1800-2250U。
其中木聚糖酶的酶活按以下方式测定：1g木聚糖酶在50℃、pH为4.8的条件下，1min从浓度为5mg/mL的木聚糖溶液中降解释放1umol还原糖所需要的酶量，即为一个酶活力单位。纤维素酶的酶活按以下方式测定：1g纤维素酶在50℃、pH为4.8的条件下，1h水解羧甲基纤维素钠底物，产生出相当于1mg葡萄糖的还原糖量，为一个酶活力单位。β-葡聚糖酶的酶活按以下方式测定：1gβ-葡聚糖酶在50℃、pH为4.8的条件下，1min从浓度为4mg/mL的β-葡聚糖溶液中降解释放1umol还原糖所需要的酶量，即为一个酶活力单位。α-半乳糖苷酶的酶活按以下方式测定：1gα-半乳糖苷酶在50℃、pH为5.5的条件下，1min从浓度为10mg/mL的D-棉子糖溶液中降解释放1umol还原糖所需要的酶量，即为一个酶活力单位。
按上述重量份将具有最佳酶活的木聚糖酶、纤维素酶、β-葡聚糖酶和α-半乳糖苷酶加入复合酶制剂并用于啤酒糖化阶段，能有效降解麦芽细胞壁中的纤维素、木聚糖、β-葡聚糖等粘度大的非淀粉多糖为小分子寡糖，使麦汁粘度降低，大大提高麦汁的过滤效率，进而提高原料的利用率以及啤酒的非生物稳定性。
可选地，本实施例中的辅料可以包括大于零且小于等于65.5重量份的玉米淀粉。加入辅料一方面有利于上述各种酶混合更加充分及均匀，另一方面由于玉米淀粉较大米等原料具有较明显的价格优势，因此，将其加入复合酶制剂中还能代替部分成本高的原料，降低啤酒生产成本。
值得说明的是，本发明实施例中复合酶制剂所含物质并不仅限于上述所提到的物质，生产者还可根据不同的啤酒类型以及啤酒糖化的具体程度和需要加入其它酶类。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
将2.5重量份酶活为250U的中温α-淀粉酶、4.5重量份酶活为1035U的耐高温α-淀粉酶、2.5重量份酶活为425U的葡萄糖淀粉酶、2.5重量份酶活为1750U的酸性蛋白酶、1重量份酶活为500U的角蛋白酶、5重量份酶活为2500U的中性蛋白酶、7.5重量份酶活为6000U的木聚糖酶、3重量份酶活为10200U的纤维素酶、3重量份酶活为1350U的β-葡聚糖酶和3重量份酶活为1350U的α-半乳糖苷酶作为复合酶。将上述复合酶与65.5重量份的玉米淀粉混合，得到复合酶制剂。
取麦芽作为啤酒原料，将上述复合酶制剂于啤酒糖化初期按麦芽干重的0.005％添加于待糖化的啤酒液中，经糖化、煮沸、发酵和成熟等步骤得到啤酒。
实施例2
将7.5重量份酶活为750U的中温α-淀粉酶、13.5重量份酶活为3105U的耐高温α-淀粉酶、7.5重量份酶活为1275U的葡萄糖淀粉酶、7.5重量份酶活为5250U的酸性蛋白酶、5重量份酶活为2500U的角蛋白酶、15重量份酶活为7500U的中性蛋白酶、20重量份酶活为16000U的木聚糖酶、9重量份酶活为30600U的纤维素酶、9重量份酶活为4050U的β-葡聚糖酶和6重量份酶活为2700U的α-半乳糖苷酶作为复合酶。将上述复合酶与50重量份的玉米淀粉混合，得到复合酶制剂。
取麦芽和大米共同作为啤酒原料，将上述复合酶制剂于啤酒糖化初期按啤酒原料干重的0.5％添加于待糖化的啤酒液中，经糖化、煮沸、发酵和成熟等步骤得到啤酒。
实施例3
将5重量份酶活为500U的中温α-淀粉酶、9重量份酶活为2070U的耐高温α-淀粉酶、5重量份酶活为850U的葡萄糖淀粉酶、5重量份酶活为3500U的酸性蛋白酶、3重量份酶活为1500U的角蛋白酶、10重量份酶活为5000U的中性蛋白酶、13.75重量份酶活为11000U的木聚糖酶、6重量份酶活为20400U的纤维素酶、6重量份酶活为2700U的β-葡聚糖酶和4.5重量份酶活为2025U的α-半乳糖苷酶作为复合酶。将上述复合酶与30重量份的玉米淀粉混合，得到复合酶制剂。
取麦芽、大米和大麦共同作为啤酒原料，将上述复合酶制剂于啤酒糖化初期按啤酒原料干重的0.25％添加于待糖化的啤酒液中，经糖化、煮沸、发酵和成熟等步骤得到啤酒。
实施例4
将5重量份酶活为300U的中温α-淀粉酶、9重量份酶活为2000U的耐高温α-淀粉酶、2.5重量份酶活为500U的葡萄糖淀粉酶、7.5重量份酶活为2000U的酸性蛋白酶、2重量份酶活为1000U的角蛋白酶、15重量份酶活为3000U的中性蛋白酶、15重量份酶活为10000U的木聚糖酶、6重量份酶活为15000U的纤维素酶、6重量份酶活为2000U的β-葡聚糖酶和4重量份酶活为1800U的α-半乳糖苷酶作为复合酶。将上述复合酶与28重量份的玉米淀粉混合，得到复合酶制剂。
取麦芽、大米和大麦共同作为啤酒原料，将上述复合酶制剂于啤酒糖化初期按啤酒原料干重的0.02％添加于待糖化的啤酒液中，经糖化、煮沸、发酵和成熟等步骤得到啤酒。
实施例5
将5重量份酶活为700U的中温α-淀粉酶、10重量份酶活为3000U的耐高温α-淀粉酶、5重量份酶活为1000U的葡萄糖淀粉酶、5重量份酶活为4000U的酸性蛋白酶、4重量份酶活为2000U的角蛋白酶、15重量份酶活为6000U的中性蛋白酶、20重量份酶活为15000U的木聚糖酶、8重量份酶活为30000U的纤维素酶、5重量份酶活为4000U的β-葡聚糖酶和4重量份酶活为2250U的α-半乳糖苷酶作为复合酶。将上述复合酶与19重量份的玉米淀粉混合，得到复合酶制剂。
取麦芽、大米和大麦共同作为啤酒原料，将上述复合酶制剂于啤酒糖化初期按啤酒原料干重的0.02％添加于待糖化的啤酒液中，经糖化、煮沸、发酵和成熟等步骤得到啤酒。
实施例6
将5重量份酶活为500U的中温α-淀粉酶、9重量份酶活为2500U的耐高温α-淀粉酶、7.5重量份酶活为750U的葡萄糖淀粉酶、2.5重量份酶活为3000U的酸性蛋白酶、3重量份酶活为1500U的角蛋白酶、12重量份酶活为4500U的中性蛋白酶、15重量份酶活为12500U的木聚糖酶、8重量份酶活为22500U的纤维素酶、6重量份酶活为3000U的β-葡聚糖酶和5重量份酶活为2025U的α-半乳糖苷酶作为复合酶。将上述复合酶与17重量份的玉米淀粉混合，得到复合酶制剂。
取麦芽、大米和大麦共同作为啤酒原料，将上述复合酶制剂于啤酒糖化初期按啤酒原料干重的0.02％添加于待糖化的啤酒液中，经糖化、煮沸、发酵和成熟等步骤得到啤酒。
试验例1
重复实施上述实施例1-6，得到足够多的复合酶制剂。将上述实施例制备而得的复合酶制剂分别作为试验组1-6并用于啤酒糖化过程中添加进待糖化的啤酒液中。同时设置对照组1-6，即按普通糖化方法进行啤酒糖化，糖化条件均分别与试验组1-6一致。对比试验组1-6和对照组1-6糖化过程中糖化醪液的过滤速度(g/30min)、麦汁的浊度(EBC)以及啤酒糖化液的得率(％)，其结果如表1所示。
表1啤酒糖化数据
由表1可以看出，在啤酒糖化过程中，试验组1-6中糖化醪液的过滤速度(g/30min)分别较对照组1-6显著提高；试验组1-6中麦汁的浊度(EBC)分别较对照组1-6显著下降；试验组1-6中啤酒糖化液的得率分别较对照组1-6有所增长。由此可说明在啤酒糖化过程中加入本发明实施例中的复合酶制剂，的确可起到提高糖化醪液、改善降低麦汁浊度以及提高啤酒糖化液得率的效果。
综上所述，本发明实施例的复合酶制剂通过将淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、蛋白酶和非淀粉多糖酶混合，丰富了复合酶制剂中酶的种类。通过各类酶之间的协同作用，有效降解了原料中的淀粉以及蛋白质、非淀粉多糖类等不溶性物质。该复合酶制剂的制备方法简单，制备条件可控性好。将其用于制作啤酒中的糖化过程，可弥补此过程中淀粉酶、蛋白酶、非淀粉多糖酶等的不足，解决糖化醪液过滤困难、麦汁浊度高的问题。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。