酒花風味物質轉化：酶

來自專欄吹啤

這是一個三期的關於酒花風味物質轉化的專題，第一章會探討酵母對酒花的生物轉化，第二章會探討酶對酒花的轉化，第三章將會探討其他酵母（非 S. cerevisiae）對酒花的轉化

酶並不是陌生的東西。從平常生活而言，例如口水中富含唾液澱粉酶，能把穀物的澱粉轉化成糖。而在釀酒過程中，α-澱粉酶和β-澱粉酶幫助麥芽汁往不同的方向發展，以擴展啤酒的風味。而在酒花的應用中，酶一定程度上也會起到特殊的作用。

風味物質以及酶介紹

同樣地，先介紹下文會用到的詞語，這次會比上篇文章更長點。

香氣物質

• 香葉醇（Geraniol）：甜玫瑰花香。聞味/品嘗閾值：4-75ppb/10ppm。
• 香茅醇（Citronellol）：新鮮玫瑰，桃子，柑橘的香氣。聞味/品嘗閾值：不詳。
• 芳樟醇（Linalool）：佛手柑，薰衣草，花香，辛香，木味。聞味/品嘗閾值：1ppm/不詳。
• 品萜醇（Terpineol/α-Terpineol）：花香，紫丁香花味（與丁香clove區分）。聞味/品嘗閾值：280-350ppb/不詳。
• 4-品萜醇（4-terpineol）：松香。聞味/品嘗閾值：不詳。
• 橙花醇（Nerol）：甜玫瑰味，柑橘，草青，青檸味。聞味/品嘗閾值：不詳。
• 乙酸香葉酯（Geranyl Acetate）：薰衣草、草青味、熱帶水果的集合味道、後段偏甜。聞味/品嘗閾值：9-460ppb/20ppm。
• 乙酸異戊酯（Isoamyl Acetate）：香蕉、甜水果。聞味/品嘗閾值：1.1ppm/不詳。
• 月桂烯（Myrcene）：柑橘味，甜味。聞味/品嘗閾值：不詳。
• 1-辛醇（1-Octanol）：橙子、玫瑰香氣，嘗起來是油感的甜的草本方向。聞味/品嘗閾值：不詳。
• 1-辛烯-3-醇（1-octen-3-ol）：草藥、蘑菇。聞味/品嘗閾值：不詳。
• 水楊酸甲酯（Methyl Salicylate）：冬青。聞味/品嘗閾值：不詳。

酶

• 內源性酶（Endogenous Enzymes）：指本身在組織/細胞內本身存在的酶。
• 外源性酶（Exogenous Enzymes）：指從外部引入的酶。

糖苷

• 糖苷（Glycosides）：一類化合物，其中糖經由糖苷鍵被綁定到另一個官能團。
• 苷元（Aglycon）：是糖苷類化合物中，與糖縮合的非糖部分。
• 葡萄糖苷（Glucoside）：指糖基為葡萄糖的苷類。葡萄糖苷在植物中非常普遍，但在動物中很少出現。
• β-葡萄糖苷酶（β-glucosidase）：用於水解結合於末端非還原性的β-D-葡萄糖鍵，同時釋放出β-D-葡萄糖和相應的苷元。有多種β-葡萄糖苷酶。
• 1,3-β-葡聚糖外切酶（exo-1,3-β-glucanse，EXG1)：用於水解1,3-β-葡聚糖苷。

除此之外，介紹一下生物轉化的代替品，食品酶：Rapidase系列食品酶。Rapidase是DSM生物科技公司出品的食品酶系列，旗下有很多產品，可以自行去官網了解，主要用於釀水果酒酒，制果汁等方面。其他類似的酶還有Lallemand公司的Lallzymes系列、SocttLab公司的Scottzymes。

酵母的酶

酶存在與各種生物上，酵母也不例外。S. cerevisiae有771種酶，現時尚未清楚還有哪些酶對酒花有影響，但我們研究的方向會是葡萄糖苷酶。研究表明，酒花里含有一定量的糖苷物質，例如芳樟醇-葡萄糖苷。

糖苷本身無味，但是被綁定在糖苷里的苷元則有可能是重要的香氣化合物。假如可以釋放出將會提升啤酒的整體香氣。遺憾的是，研究表明，只有少數S. cerevisiae酵母菌株顯示出β-葡萄糖苷酶的活性，表明絕大部分S. cerevisiae酵母都不具備β-葡萄糖苷酶的產生條件。即使特定的酵母有β-葡萄糖苷酶活性，也會因為葡萄糖溶解度、PH值及酒精度抑制其酶生產速度。而部分Brettanomyces卻有很高的β-葡萄糖苷酶的活性，這個就不細說了，畢竟我們並不想在啤酒裡帶入酸味。

研究表明，S. cerevisiae酵母里較為活躍的，與糖苷水解相關的是另外一種酶，1,3-β-葡聚糖外切酶（EXG1）。EXG1的主要功能是用於貴腐葡萄酒的釀造過程中，斷開葡聚糖苷的連接。EXG1的確對一些葡萄糖苷如：水楊苷（Salicylin）、熊果苷（Arbutin）、對硝基苯-β-D-葡萄糖苷（pNPG）、4-甲基傘形酮-D-葡萄糖醛酸苷（4-MUG）等和多糖如：昆布多糖（Laminaria）、纖維二糖（Cellobiose）等有水解作用。報告指出，EXG1在兩個不同的實驗里，對芳樟醇的釋放不一，有可能與實際的發酵條件以及菌株相關。所以，S. cerevisiae酵母的確能夠釋放葡萄糖苷里的苷元，但這是因為EXG1而不是β-葡萄糖苷酶，儘管如此，EXG1依然不是首選的葡萄糖苷酶，假如能夠直接使用β-葡萄糖苷酶將會很好。

食品酶

所以有人想用食品酶參與到發酵過程。從外部引入酶，即外源性酶。既然S. cerevisiae酵母本身沒有β-葡萄糖苷酶活性，就嘗試外部添加β-葡萄糖苷酶。這不是一個新鮮的方法，在水果酒的釀造過程里，酶均有廣泛參與。

但值得留意的是，β-葡萄糖苷酶對糖苷的水解與上述的大部分酒花風味物質無緣。一項研究希望在干投的時候添加β-葡萄糖苷酶以釋放被綁定在芳樟醇-葡萄糖苷里的芳樟醇。但該研究發現，在β-葡萄糖苷酶的參與下，最明顯改變的反而是1-辛醇，而芳樟醇、香葉醇、品萜醇的變化不大，後面的多個研究也證實這點。

但先不要灰心，酒花本身包含了數百種風味物質，儘管上述的幾種風味物質佔主導，但不一定會影響其他物質的表現。New belgium曾做了一次實驗，干投Cascade酒花後中加入Rapidase Hoptimase食品酶（該酶目前商品信息不明確），包含：β-葡萄糖苷酶以及多聚半乳糖醛酸酶/果膠酶（Polygalacturonase），然後用GC-MS和品鑒去測試有何不同。實際上，在儘管控制組與實驗組的烯類化合物和萜類化合物並沒有明顯的增加，但是在品鑒的過程，風味方面還是有很明顯區別。果膠酶是否也對酒花產生影響，New Belgium沒有給出答案，但果膠酶很常用於紅酒的釀造中，以釋放果膠中的果汁和風味。

而另外一個實驗，由百威公司的Luk Daenen實驗的，在提取出來的Saaz酒花糖苷中使用Rapidase公司的AR2000（現名Revelation Aroma，包含四種由黑麴黴Aspergillus Niger提取出的α及β-葡萄糖苷酶）食品酶。使用該食品酶，然後使用GC-MS觀測，分別在不同時間段檢測其釋放的化合物。從圖像上可以看到，檢測出來的就有1-辛烯-3-醇，水楊酸甲酯，芳樟醇，萜品醇等。對比New Belgium的實驗，AR2000能夠帶來芳樟醇的提升，有可能得益於其他幾種酶的作用。

有一點很有趣。在很多文獻中討論的糖苷中，由1,4-β-葡萄糖鍵（β-1,4-glycosidic bond）綁定的糖苷尤為多。而能夠切割1,4-β-葡萄糖鍵的酶其實有很多，包括上面提到的β-澱粉酶，β-葡萄糖苷酶等。但酶的作用原理是先識別受體，例如澱粉、糖苷等，再去作用於其糖苷鍵上。酶在識別受體上就會有選擇性地忽略掉與之分子結構不相似的受體，所以這也是β-澱粉酶沒有辦法作用於β-葡萄糖苷鍵，也是EXG1能夠有限水解糖苷的原因之一。

結論

從這兩個實驗中，不難發現，不同的食品酶對酒花風味物質的釋放有不同程度的幫助，而釋放的物質並不局限傳統上我們講的酒花風味物質，而是會有其他一些尚未查明的風味物質。而β-葡萄糖苷酶的潛能不僅於此，同時引入其他酶可能會有更大的驚喜。當然，這個還需要更多的摸索，但其實酶不是一個便宜的東西，所以經濟條件尚可的，可以嘗試購買試試。

最後感謝中山大學醫學院的孟映彤對本文的指導以及論文資源提供。

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參考文獻：