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1、生料酿酒工艺概述摘 要 : 论述了淀粉的糖化机理、生料酿酒的原理、工艺过程、酒曲的配方及生料酿酒在我国的发展情况。生料酿酒较传统的酿酒工艺过程简单、节约能源、便于工业化生产。前 言生料酿酒就是微生物利用生淀粉直接进行生长、繁殖及代谢的过程。在这个过程中, 首先微生物利用自身所产的酶将生淀粉转化成葡萄糖, 提供微生物生长、繁殖所需要的能量。同时在酒化酶的作用下, 将葡萄糖转化成酒精, 排出细胞外。生料酿酒工艺与传统发酵酒精工艺比较, 具有节约能源,提高出酒率, 操作简便, 便于工业化生产。全球性的能源危机, 使生料酿酒项目的研究愈来愈迫切。自 20 世纪 20 年代 Stamberg 等人提出。
2、- 淀粉酶能水解 4%10%的小麦生淀粉以来, 各国科学家在此方面做了大量的研究工作。生料液态发酵法酿酒, 即原料 + 水 + 曲 发酵蒸馏白酒。工艺流程简单, 易操作。其实质是将原料中的生淀粉直接水解, 在糖化淀粉酶和酵母的作用下直接进行酒精发酵, 蒸馏而成。它摒弃了传统白酒高温蒸煮工艺, 出酒率提高 20%,设备利用率提高 30%, 吨酒耗煤降低 35%, 单位成本大大降低, 是酿酒行业的一大突破。1 生料酿酒的基本原理1.1 生淀粉的结构生淀粉常以颗粒状态积蓄于植物的种子、茎、根中, 细胞壁和外膜保护。淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成。直链淀粉由葡萄糖以 - 1, 4 糖苷键缩合而成, 聚合
3、度较小。在水溶液中不是线型分子, 而是由分子内的氢键作用卷曲成螺旋状, 每个环含有 6 个葡萄糖残基。支链淀粉是葡萄糖经 - 1, 4 和 - 1, 6 糖苷键连接而成很多分支结构, 每个分支含 30 个左右的葡萄糖残基, 分支卷曲成螺旋状, 聚合度较大。直链淀粉分子间在氢键作用下形成束状结构, 不易分散于水中; 支链淀粉由于高度的分支性, 结构比较开放, 有利于与水分子形成氢键, 而易于分散在水中。1.2 生淀粉酶生淀粉酶至今还没有一个严格的定义, 它为哪一种酶, 一般来说是指可以直接作用、水解或糖化未经蒸煮的淀粉颗粒的酶。此生淀粉酶所涉及的酶有好几种, - 淀粉酶、- 淀粉酶、葡萄糖淀粉酶
4、、脱枝酶中都有对生淀粉作用的成分。猪胰脏 - 淀粉酶对生淀粉具有较好的水解能力, 霉菌的 -淀粉酶分解生淀粉的能力较弱, 倒是其葡萄糖淀粉酶能较好地分解生淀粉。1.3 生淀粉糖化机理生淀粉糖化酶水解生淀粉与水解糊化淀粉的机理与方式虽然有相同的地方, 即都是从非还原末端外切淀粉的 - 1,4 葡糖苷键和 - 1,6 葡糖苷键 , 但也存在着很大的差别。对于糊化淀粉和可溶性淀粉来说, 由于在水中水分子可以直接渗透到淀粉分子内部, 淀粉分子在水中呈松散状态, 酶极容易切断糖苷键。而生淀粉颗粒在水中由于其表面与水分子形成氢键, 从而形成水束, 生淀粉颗粒表面大量的水束形成了一层水分子无法通过的水束层。
5、只有当温度升高时水束层被破坏, 水 47 分子渗入淀粉颗粒, 使淀粉颗粒膨胀、糊化人们称之为“ 水束隔离模式”。因此, 酶是否能与生淀粉颗粒表面结合是水解生淀粉的关键。生淀粉糖化酶的亲合位不仅与肽链的氨基酸残基有关, 而且与亲合位点中的碳水化合物有关, 当含量高时有利于生淀粉的吸附和水解。淀粉本身具有一定的吸附能力, 当它遇水时, 水分子会逐步侵入其内部, 与一部分淀粉分子结合, 淀粉胶束间隙逐渐扩大 , 体积膨胀 , 其淀粉卷绕螺旋圈伸展,暴露出许多羟基, 它能与其他有机物质以氢键连结, 吸附物质。由于淀粉的吸附作用, 加上糖化酶中有生淀粉亲和力位置存在, 使糖化酶更易接近淀粉粒而催化水解成
6、葡萄糖。总之,生淀粉糖化酶的水解过程是: 吸附, 形成酶 - 淀粉复合体, 复合体中水分子破坏维系淀粉分子螺旋结构的氢键, 水解糖苷键。2 生料酒曲的生产工艺高效生物混合酶制剂、根霉曲酿酒活性酵母曲 混合拌匀 包装 生料酒曲生香活性酵母生料酒曲是一种多功能微生物复合酶酒曲。含糖化剂、发酵剂和生香剂; 糖化剂要选择适应多种生原料在高浓度、自然 pH 和常温情况下直接将糖较彻底的水解成葡萄糖; 发酵剂选择耐高温、耐酸和耐乙醇、抗杂菌能力强、产酒能力强的高活性酵母; 同时应辅以适量的酸性蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶等酶系以提高糖化发酵速率。生料酒曲中各组分应比例适当。糖化速率与发酵效率要协调一致。边糖化
7、边发酵。发酵过程符合前缓、中挺、后缓落的要求。因生料酒曲是由多种微生物和复合酶组成。其适用性较强, 既可用于生料酿酒,也可用于熟料, 既可用于大曲酒也可用于小曲酒生产以提高出酒率。还可以用于调味品如制醋、制酱行业。生料酒曲组分见表 1:表 13 生料酿酒工艺3.1 原料选择及前处理3.1.1 原料选择的理论依据淀粉酶能水解自然状态的淀粉颗粒, 对不同原料的淀粉其水解速度不一样, 淀粉颗粒被酶浸蚀,改变颗粒初始状态,其受酶侵蚀速度随淀粉颗粒相对表面积增加而加大。许多研究表明, 葡萄糖淀粉酶能水解各种生淀粉生成葡萄糖, 水解速度与淀粉种类有关, 一般原料被水解的速率依次为: 大米 小麦 玉米 高粱
8、 木薯 甘薯、马铃薯。其中高粱原料含有较多的单宁和色素, 对糖化发酵有一定的抑制作用。在熟料发酵时, 高温对单宁和色素有一定的破坏作用, 因而熟料发酵的抑制作用相对较低, 生料发酵时原料出酒率会有所下降。与熟料发酵比较, 高粱原料生料发酵的出酒率下降了 13.02%。对于大米和玉米原料, 由于没有熟料发酵中高温所造成的淀粉损失, 生料发酵的原料出酒率比熟料时有所提高。就成品质量而言, 大米和高粱原料较好, 而玉米原料酿酒时杂醇油含量较高( 同熟料发酵一样 ) , 酒质较差。如果将玉米原料和高粱原料混合生料发酵。则可冲淡单宁等有害物质对糖化发酵的影响,既可保证较高的出酒率, 又可获得较好的酒质。
9、3.1.2 原料的选择对原料出酒率的影响因素依次为: 原料种类 介质 pH发酵菌剂的加入 淀粉浓度。原料的种类不同, 发酵液最终的酒精度及原料的出酒率也小同, 大米较其他几种原料的出酒率高, 这与大米中直链淀粉的含量较高有关, 直链淀粉易水解。故为了提高生料酿酒的效率及发酵液的最终酒精度, 应选大米作为原料。原料粉碎要求相对细一些, 90%以上过 40 目筛, 这样可以增加原料与酒曲的接触面积, 加快分解速度, 缩短发酵周期, 减少杂菌污染概率。大米原料也可不粉碎, 但发酵周期相对长一些。3.2 装坛(罐)按坛(罐)容积的 1/3 装入大米。按大米重量的两倍加入水(糟液)。水温调至 2530时
10、加入糖化酶、生料曲, 糖化酶、生料曲分别按大米重量的 0.6%、1%比例加入。糟液的加入不超过总加水量的 50%。3.3 前期半封闭发酵一般 35d。每天搅拌一次, 有大量气泡生成时, 加生香酵母、耐高温酵母。密封坛(罐)。进入后期发酵生香酵母、耐高温活性干酵母加入比例分别为大米重的 0.6、0.4、0.6。3.4 后期发酵发酵期 1220d 控制室温在 20以上, 以 2530最好, 发酵期间经常检查坛( 罐) 口的密封情况。当米粒上下翻腾停止。发酵液变清时。应进行蒸馏。3.5 蒸馏蒸馏时掐头去尾。酒头单独存放。酒尾转入下一锅蒸馏。4 生料酿酒中的一些问题4.1 关于出酒率高低问题按淀粉理论
11、出酒率 100kg 淀粉可产无水酒精 56.78kg 计,100kg 大米( 含淀粉 72kg) , 曲 0.6kg( 含淀粉 0.33kg) , 可产 50 度 白 酒 96. 81kg。实际生产每 100kg 大 米 产 50% vol 白 酒 84.85kg。说明生料酿酒在提高出酒率上还有潜力可挖, 这寄希望于有更高活力的高效生淀粉糖化酶研制产生。4.2 关于酒糟综合利用问题变废为宝, 解决环境污染,是白酒行业降耗挖潜的又一有效办法。我们的做法是: 将蒸馏后的废糟直接进行简单的固液分离, 液态糟液全回流加入到发酵坛( 罐) 中, 含水 75%的酒糟直接作为饲料售出。4.3 关于糟液全回流
12、利用问题生料发酵成功的关键是高效生淀粉糖化酶的研制和杂菌污染的防止, 营养丰富、酸度较高( pH3.0 左右) 的糟液全回流应用。一是在不影响根霉淀粉酶系及耐酸性黑曲淀粉酶系的名 称组分%葡萄糖淀粉酶(糖化酶), 根霉曲 75- 淀粉酶, 酸性蛋自酶, 纤维素酶 510耐高温活性酵母曲 810生香活性酵母 48其他(防酸剂、香料等) 2正常糖化作用前提下, 将发酵料液的 pH 调到 4.5 左右来防止杂菌污染; 二是糟液中丰富的氨基酸、维生素和核糖核酸及嘌呤等有益成分, 既利于酵母菌的生长繁殖, 又利于生香酵母香味成分的合成与转化。4.4 关于室温控制问题生料酿酒的优势, 解决了米香型白酒夏季
13、停产的难题。一般湖南、湖北等中原省市每年的 411 月, 可直接进行生料酿酒, 而不必调节品温及室温, 南方广东、广西、海南、福建等省市的生料酿酒时间还可延长。冬春季节, 要调节室温在 20以上, 无调温条件的则仍需要采用熟料酿酒。衡量生料酿酒工艺优劣的标准有 3 条。一是能耗比蒸煮工艺要低; 二是原料出酒率不低于熟料酿酒; 三是酒质风味不低于传统工艺。5 生料酿酒在我国的研究进程我国在生料发酵研究方面虽然起步晚, 但应用早, 发展快, 在 1978 年, 广东丰顺酒厂就搞了生料堆积发酵制白酒的应用研究, 方法是将原料粉碎加入曲、废糟拌匀后投入发酵窖中, 密封发酵 28d, 出窖后将酒醅加凉水
14、, 再加黑曲、小曲少用硫酸调酸度, 不经蒸煮再密封发酵 1115d, 蒸酒, 效果较好。1983 年, 四川省食品工业研究所(四川省食品发酵工业研究设计院前身) 对生大米粉直接糖化发酵酿制白酒进行了研究, 结果表明: 成热醪含酒量在 12%以上, 最高达 15.3%, 比熟料发酵含酒量高 , 发酵率稳定在 90%左右。1984 年, 广东番禺人岗酱油厂郭兆泉以大米为原料, 淀粉含量 75%, 粗蛋白 7.7%, 粗脂肪 0.4%; 以黑曲霉制成酒饼作发酵剂, 用 20%, 发酵时间夏季约 15d, 冬季约 20d, 出酒率与熟料发酵差异不大。1986 年, 辽宁朝阳酒厂做了液态生料酿制白酒的应
15、用研究, 采用自培淀粉酶液体曲和酵母液, 对不同用曲量 ( 用酶量) , 不同淀粉浓度 , 不同用糟量和不同糖化方法进行了研究,获得成功, 并在生产上大规模推广应用其工艺条件为原料粉碎通过 2040 目, 按料糟比 13 加入 70的糟液, 搅拌均匀, 焖料 40min 后降温至 55加 5%的液曲 (糖化酶活力在 5000u/mL), 待降至 30时按料水比 11 加入冷水, 接种 10%的酵母液, 发酵 70h 蒸酒, 达到了与熟料工艺一样的效果。1989 年, 卢世明应用生料发酵技术规模地生产了“ 糯米酒”, 取得了非常显著的经济效益。1992 年, 大规模生产了“ 糯米酒“”、 少紫米
16、酒”“、 少清酒“” 、 小茅酒”“、 南瓜酒”等七八个产品, 也取得了可观的经济效益。所生产的“ 人参三、七酒”拿到北京参展时还被评为 “ 金奖”。自 1996 年以来在许多单位和个人的大力宣传和推广下,我国的生料酿酒技术得到了迅速发展,据不完全统计, 截至目前为止, 全国各地用生料酿酒的酒厂已达近万家; 采用生料发酵生产仅白酒一项, 其年产量已达到 30 万吨以上, 而且中国的生料酿酒技术已飘洋过海, 流入到台湾、越南、缅甸、泰国等国家和地区, 甚至到了非洲的加纳。但是, 迄今为止,世界上除了中国外, 没有任何一个国家有采用生料发酵工业化生产酒精和生产白酒的事例。参考文献1刘义刚. 无蒸煮原料液态法酿酒技术初探J. 酿酒科技, 1999,( 5) : 4950.2卢世明. 再论生料酿酒的特点及其工艺操作J. 酿酒科技, 2001,( 1) : 107
