
將淀粉經(jīng)酶的作用生成糖及其中間產(chǎn)物的過(guò)程,稱為糖化。在白酒生產(chǎn)中,除了液態(tài)發(fā)酵法白酒是先糖化、后發(fā)酵外,固態(tài)或半固態(tài)發(fā)酵的白酒,均是糖化和發(fā)酵同時(shí)進(jìn)行的。糖化過(guò)程中的物質(zhì)變化,以淀粉酶解為主,同是也有其他一系列的生物化學(xué)反應(yīng)。
(一)淀粉糖化過(guò)程中的物質(zhì)變化
1.淀粉的酶解及其產(chǎn)物
淀粉酶解成糖的總的反應(yīng)式如下:
由上式中各成分的相對(duì)分子質(zhì)量不難算出,在理論上lOOkg淀粉可生成111.12kg葡萄糖。
淀粉酶包括α-淀粉酶、糖化酶、異淀粉酶、β-淀粉酶、麥芽糖酶、轉(zhuǎn)移葡萄糖苷酶等多種酶。這些酶都同時(shí)在起作用,故產(chǎn)物除可發(fā)酵性糖以外,還有糊精及低聚糖等成分。其中轉(zhuǎn)移葡萄糖苷酶還能將麥芽糖等低聚糖變?yōu)棣?1,6鍵、α-1,2鍵及α-l,3鍵結(jié)合的低聚糖,它們不能被糖化酶分解,是非發(fā)酵性糖類;轉(zhuǎn)移葡萄糖苷酶還能將葡萄糖與酒精結(jié)合,生成醚一乙基葡萄糖苷。
另外,酸性蛋白酶與α-淀粉酶等協(xié)同作用,進(jìn)行淀粉的糖化,這說(shuō)明淀粉酶的作用也不是孤立進(jìn)行的。
2.淀粉及其酶解產(chǎn)物的分子組成及其特性
(1)淀粉的結(jié)構(gòu)及其特性淀粉的分子式為(C6H10O5)n,是由許多葡萄糖苷(1個(gè)葡萄糖分子脫去1分子水)為基本單位連接起來(lái)的。可分為直鏈淀粉和支鏈淀粉兩大類。
凡是糯性的高梁、大米、玉米等的淀粉,幾乎全是支鏈淀粉;而呈粳性的糧谷中,大約有80%是支鏈淀粉,20%左右是直鏈淀粉。
①直鏈淀粉:由大量葡萄糖分子以α-1,4鍵脫水縮合,組成不分支的鏈狀結(jié)構(gòu)。其相對(duì)分子質(zhì)量為幾萬(wàn)至幾十萬(wàn);易溶于水,溶液黏度不大,容易老化,酶解較完全。
②支鏈淀粉:呈分支的鏈狀結(jié)構(gòu),且在分支點(diǎn)的2個(gè)葡萄糖殘基以α-1,6鍵結(jié)合,每隔8~9個(gè)葡萄糖苷單位即有1個(gè)分支。其相對(duì)分子質(zhì)量為幾十萬(wàn)至幾百萬(wàn);熱水中難溶解,溶液黏度較高,不容易老化,糖化速度較慢。
(2)淀粉酶解產(chǎn)物的特性糖化作用一開(kāi)始,就生成中間產(chǎn)物及最終產(chǎn)物,但以中間產(chǎn)物為主。隨著糖化作用的不斷進(jìn)行,碳水化合物的平均相對(duì)分子質(zhì)量、物料黏度及比旋度等會(huì)逐漸降低;但還原性逐漸增強(qiáng),對(duì)碘的呈色反應(yīng)漸趨消失。通常,可溶性淀粉遇碘呈藍(lán)色→藍(lán)紫色→櫻桃紅色;淀粉糊精及赤色糊精遇碘也呈櫻桃紅色;變?yōu)闊o(wú)色糊精后的產(chǎn)物,遇碘時(shí)不再變色,即為黃的碘液色澤。淀粉糖化產(chǎn)物的若干特性,如表4-l所示。
實(shí)際上,除液態(tài)發(fā)酵法白酒外,醅和醪中始終含有較多的淀粉。淀粉濃度的下降速度和幅度受曲的質(zhì)量、發(fā)酵溫度和升酸狀況等因素的制約。若酒醅的糖化力高且持久、酵母發(fā)酵力強(qiáng)且有后勁,則酒醅升溫及生酸速度較穩(wěn),淀粉濃度下降快,出酒率也高。通常在發(fā)酵的前期和中期,淀粉濃度下降較快;發(fā)酵后期,由于酒精含量及酸度較高、淀粉酶和酵母活力減弱,故淀粉濃度變化不大。在扔糟中,仍含有相當(dāng)濃度的殘余淀粉。淀粉糊精可沉淀于40%的酒精中,赤色糊精可用65%的酒精沉淀,無(wú)色糊精和寡糖則需96%的酒精才能沉淀。
①糊精:糊精是介于淀粉和低聚糖之間的酶解產(chǎn)物。無(wú)一定的分子式,呈白色或黃色無(wú)定形,能溶于水成膠狀溶液,不溶于乙醚。淀粉酶解時(shí),能產(chǎn)生如上所述的不同糊精,通常遇碘呈紅棕色(或稱櫻桃紅色),生成的無(wú)色糊精遇碘后不變色。
通常認(rèn)為,糊精的分子組成是10~20個(gè)以上的葡萄糖殘基單位;按其相對(duì)分子質(zhì)量的大小,又有俗稱為大糊精和小糊精之分,凡具有分支結(jié)構(gòu)的小糊精,又稱為α-界限糊精或β-界限糊精。
②低聚糖:人們對(duì)低聚糖定義說(shuō)法不一。有說(shuō)其分子組成為2~6個(gè)葡萄糖苷單位的,或說(shuō)2~10個(gè)、2~20個(gè)葡萄糖苷單位的;也有人認(rèn)為它是二、三、四糖的總稱;還有稱其為寡糖的。但一般認(rèn)為的寡糖是非發(fā)酵性的三糖或四糖。在轉(zhuǎn)移葡萄糖苷酶的作用下,使1個(gè)葡萄糖苷結(jié)合到麥芽糖分子上形成l,6鍵結(jié)合,成為具有3個(gè)葡萄糖苷單位的糖,稱之為潘糖。因其是我國(guó)學(xué)者潘尚貞在1951年首次發(fā)現(xiàn)的,故名。但該糖不能與異麥芽糖混為一談,因后者是具有α-1,6葡萄糖苷鍵結(jié)合的二糖,它也是淀粉的酶解產(chǎn)物。低聚糖以二糖和三糖為主。
凡是直鏈淀粉酶解至分子組成少于6個(gè)葡萄糖苷單位的低聚糖,都不與碘液起呈色反應(yīng)。因每6個(gè)葡萄糖殘基的鏈形成一圈螺旋,可以束縛1個(gè)碘分子。
③二糖:又稱雙糖,是相對(duì)分子質(zhì)量最小的低聚糖,由2分子單糖結(jié)合成。重要的二糖有蔗糖、麥芽糖和乳糖。1分子麥芽糖經(jīng)麥芽糖酶水解時(shí),生成2分子葡萄糖;1分子蔗糖經(jīng)蔗糖酶水解時(shí),生成1分子葡萄糖、1分子果糖;1分子乳糖經(jīng)乳糖酶作用,生成1分子葡萄糖及1分子半乳糖。麥芽糖的甜度為蔗糖的40%;乳糖的甜度為蔗糖的70%。
④單糖:是不能再繼續(xù)被淀粉酶類水解的最簡(jiǎn)單的糖類。它是多羥醇的醛或酮的衍生物,如葡萄糖、果糖等。單糖按其所含碳原子的數(shù)目又可分為丙糖、丁糖、戊糖和己糖。
每種單糖都有醛糖和酮糖。如葡萄糖,也稱右旋糖,是最為常見(jiàn)的六碳醛糖。其甜度為蔗糖的70%,相對(duì)密度為1.544 (25℃),熔點(diǎn)146℃(分解),溶于水,微溶于乙醇,不溶于乙醚及芳香烴,具有還原性和右旋光性。在淀粉分子中,葡萄糖單位呈α-構(gòu)型存在;
酶解時(shí),生成的葡萄糖為β-構(gòu)型,但在水溶液中,可向α-構(gòu)型轉(zhuǎn)變,最后兩種異構(gòu)體達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。果糖也稱左旋糖,是一種六碳酮糖,是普通糖類中最甜的糖。其甜度高于蔗糖,水溶解度較高,熔點(diǎn)為103~105℃,能溶于乙醇和乙醚,具有左旋光性。葡萄糖經(jīng)異構(gòu)酶的作用,可變?yōu)楣恰Mǔ#瑔翁羌半p糖能被一般酵母所利用,是最為基本的可發(fā)酵性糖類。
白酒醅中還原糖的變化,微妙地反映了糖化與發(fā)酵速度的平衡程度。通常在發(fā)酵前期,尤其是開(kāi)頭幾天,由于發(fā)酵菌數(shù)量有限,而糖化作用迅速,故還原糖含量很快增長(zhǎng)至最高值;隨著發(fā)酵時(shí)間的延續(xù),因酵母等微生物數(shù)量已相對(duì)穩(wěn)定,發(fā)酵力增強(qiáng),故還原糖含量下降;到發(fā)酵后期時(shí),還原糖含量基本不變。發(fā)酵期間還原糖含量的變化,主要受曲的質(zhì)量及酒醅酸度的制約。發(fā)酵后期醅中殘?zhí)堑暮慷嗌伲砻靼l(fā)酵的程度和酒醅的質(zhì)量,不同大曲酒醅的殘?zhí)且灿胁町悺@纾逭羟彘拇箝契牡矸蹪舛群艽螅l(fā)酵后酒醅中的殘?zhí)菫?.8%左右;混蒸續(xù)糙發(fā)酵后的酒醅殘?zhí)强傻椭?.2%~0.5%。
(二)蛋白質(zhì)、脂肪、果膠、單寧等成分的酶解
1.蛋白質(zhì)的酶解
蛋白質(zhì)在蛋白酶類的作用下,水解為眎、胨、多肽及氨基酸等中、低分子含氮物,為酵母菌等及時(shí)地提供了營(yíng)養(yǎng)。
2.脂肪的酶解
脂肪由脂肪酶水解為甘油和脂肪酸。一部分甘油是微生物的營(yíng)養(yǎng)源;一部分受曲霉及細(xì)菌的β-氧化作用,除去2個(gè)碳原子而生成種種低級(jí)脂肪酸。
3.果膠的酶解
果膠在果膠酶的作用下,水解成果膠酸和甲醇。
4.單寧的酶解
單寧在單寧酶的作用下生成丁香酸。
5.有機(jī)磷酸化合物的酶解
在磷酸酯酶的作用下,磷酸自有機(jī)磷酸化合物中釋放出來(lái),為酵母等微生物的生長(zhǎng)和發(fā)酵提供了磷源。
6.纖維素、半纖維素的酶解
部分纖維素、半纖維素在纖維素酶及半纖維素酶的催化下,水解為少量葡萄糖、纖維二糖及木糖等糖類。
7.木質(zhì)素的酶解
木質(zhì)素在白酒原料中也存在,它是一種含苯丙烷、鄰甲氧基苯酚等以不規(guī)則方式結(jié)合的高分子芳香族化合物。在木質(zhì)素酶的作用下,可生成酚類化合物,如香草醛、香草酸、阿魏酸及4-乙基阿魏酸等。若糧糟在加曲后、人窖之前采用堆積升溫的方法,則可增加阿魏酸等的生成量。
此外,在糖化過(guò)程中,氧化還原酶等酶類也在起作用;加之發(fā)酵過(guò)程也在同時(shí)進(jìn)行,故物質(zhì)變化是錯(cuò)綜復(fù)雜的,很難說(shuō)得非常清楚。