CN105238842B - 一种木薯浓醪酒精发酵中的生物调酸方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种木薯浓醪酒精发酵中的生物调酸方法，属于发酵法酒精生产技术领域。本发明对木薯干依次进行预处理、蒸煮液化、初始糖化、混合接种、并行乳酸发酵和酒精发酵、边糖化边酒精发酵，利用乳酸菌生长代谢产生的乳酸调节发酵醪的pH值，通过分阶段控温发酵和酿酒酵母的生长竞争作用及其酒精发酵的竞争性抑制作用，可有效控制乳酸菌的乳酸发酵程度达到调节发酵醪pH值的目的，使发酵醪pH值达到糖化酶和酒精发酵的最适pH值范围，从而使发酵过程中糖化酶保持较高活性，使边糖化边酒精发酵能高效运行。该方法具有生产安全性高、操作简便易行、节能降耗、生产成本低等特点，适合在木薯浓醪酒精发酵实际生产中采用。

Description

一种木薯浓醪酒精发酵中的生物调酸方法

技术领域

本发明属于发酵法酒精生产技术领域，具体涉及一种木薯浓醪酒精发酵中的生物调酸方法。

背景技术

木薯，又名木蕃薯、树薯，是大戟科植物的块根。木薯由于淀粉含量高、适应性强、产量高、种植面积大，是淀粉质原料发酵生产酒精行业首选的代粮原料。近年来，木薯浓醪酒精发酵工艺是酒精发酵生产行业新工艺新技术的发展方向。浓醪发酵工艺由于提高了单位体积发酵醪的酒精产率，进而可显著降低生产过程的蒸汽耗量和水耗量、提高设备利用率、降低生产成本，是酒精发酵生产行业实现节能减排而大力推行的新工艺新技术。然而，木薯浓醪发酵工艺存在着高糖浓度对酿酒酵母菌生长代谢的抑制作用，使酒精发酵过程受到严重阻碍。

目前，实现木薯浓醪酒精发酵的有效途径是采用边糖化边发酵工艺。所谓边糖化边发酵工艺就是木薯浓醪经蒸煮液化和初始糖化，浓醪中高浓度淀粉只有20~30%转化为可发酵性糖，避免了初始糖浓度过高对酿酒酵母菌的抑制作用，其余70~80%的淀粉在酒精发酵过程中经糖化酶的作用逐渐转化为可发酵性糖，使酒精发酵过程能持续高效进行。边糖化边发酵工艺的技术核心就是发酵过程保持糖化酶的活性，而发酵醪pH值是影响糖化酶活性的主要因素，保持糖化酶活性的最适pH值为4.0~4.5，这也是酿酒酵母菌酒精发酵的适宜pH值范围。木薯粉经加水调浆和蒸煮液化，醪液pH值在6.0~7.0的范围。因此，为保持糖化酶的活性，使边糖化边发酵工艺能高效进行，必须将发酵醪的pH值由6.0~7.0调到4.0~4.5。

在木薯酒精发酵实际生产中，一般采用添加盐酸、硫酸等无机酸调节pH值的方法，该方法存在生产操作的安全性问题，而且残留的无机酸根会大大增加酒精生产废水处理的成本。也可以采用添加乳酸、柠檬酸等有机酸调节pH值的方法，但是该方法不仅成本高，而且存在容易使发酵醪感染杂菌的风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种木薯浓醪酒精发酵中的生物调酸方法，该方法通过控制适度的乳酸发酵使发酵醪达到糖化酶的最适pH值范围，使发酵过程糖化酶保持较高活性，保证了木薯浓醪边糖化边酒精发酵工艺的高效运行，进而显著提高木薯浓醪发酵的酒精发酵度和淀粉利用率。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种木薯浓醪酒精发酵中的生物调酸方法，包括以下步骤：

①原料预处理：选取干燥充分的木薯干，经挑选、除杂、粉碎、过筛，得到木薯细粉；

②蒸煮液化：在步骤①得到的木薯细粉中加入其重量1.8~2.0倍的水调制成均匀的粉浆，加入耐高温α-淀粉酶，升温，蒸煮液化，制成液化醪；

③初始糖化：将所述液化醪降温至58~60℃，加入糖化酶，进行初始糖化，制成初始糖化醪；

④混合接种、并行乳酸发酵和酒精发酵：将所述初始糖化醪降温至35~36℃，同时接入乳酸菌种子液和酿酒酵母菌种子液，并行乳酸发酵和酒精发酵，得到一次发酵醪；

⑤边糖化边酒精发酵：将所述一次发酵醪的温度降至30~32℃，进行边糖化边酒精发酵，得到二次发酵醪。

步骤①中所述木薯干的含水量9~11wt%。

步骤①中所述过筛是过60目的筛网。

步骤②中所述耐高温α-淀粉酶的加入量为10~12U/克木薯细粉。

步骤②中所述升温是将粉浆的温度升至95~100℃，所述蒸煮液化的时间为70~90分钟。

步骤③中所述糖化酶的加入量为80~100U/克木薯细粉。

步骤③中所述初始糖化的时间为10~15分钟，使所述初始糖化醪的淀粉糖化率达到20~30%。

步骤④中所述乳酸菌种子液的接种量为所述初始糖化醪体积的0.8~1.2%，所述酿酒酵母菌种子液的接种量为所述初始糖化醪体积的15~20%。

步骤④中所述并行乳酸发酵和酒精发酵的时间为8~10小时，使所述一次发酵醪的酸度达到0.2~0.3%，pH值达到4.0~4.5，，酒精度达到1.7~2.0%（v/v）。

步骤⑤中所述边糖化边酒精发酵的时间为60~76小时。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明木薯浓醪酒精发酵中的生物调酸方法采用植物乳杆菌和酿酒酵母菌混合接种、乳酸和酒精并行发酵工艺，利用乳酸菌生长代谢产生的乳酸调节发酵醪的pH值，通过酿酒酵母的生长竞争作用及其酒精发酵的竞争性抑制作用，可有效控制乳酸菌的乳酸发酵程度达到调节发酵醪pH值的目的，使发酵醪pH值达到糖化酶和酒精发酵的最适pH值范围，从而使发酵过程中糖化酶保持较高活性，使边糖化边酒精发酵能高效运行，避免了木薯浓醪酒精发酵过程高糖浓度对酿酒酵母菌生长代谢和酒精发酵的抑制作用，实现了木薯浓醪酒精发酵高淀粉利用率和高酒精发酵度的要求。该方法具有生产安全性高、操作简便易行、节能降耗、生产成本低等特点，适合在木薯浓醪酒精发酵实际生产中采用。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

本发明木薯浓醪酒精发酵中的生物调酸方法的具体实施过程如下：

①原料预处理：选取干燥充分的木薯干，经挑选、除杂、粉碎、过筛，得到木薯细粉；

在此步骤中，木薯干的含水量控制在9~11wt%为宜；挑选是获取无腐烂、无坏点的木薯干；除杂是除去木薯干的表面杂质；粉碎采用粉碎机进行；过筛是将粉碎后的木薯过60目以上的筛网，优选为过60目筛；

②蒸煮液化：在步骤①得到的木薯细粉中加入其重量1.8~2.0倍的水调制成均匀的粉浆，加入耐高温α-淀粉酶，升温，蒸煮液化，制成液化醪；

耐高温α-淀粉酶市售获得，其加入量优选为10~12U/克木薯细粉，更优选为10U/克木薯细粉；升温优选将粉浆的温度升至95~100℃，蒸煮液化的时间为70~90分钟；

③初始糖化：将液化醪降温至58~60℃，加入糖化酶，进行初始糖化，制成初始糖化醪；

糖化酶市售获得，其加入量优选为80~100U/克木薯细粉，更优选为80U/克木薯细粉；初始糖化的时间为10~15分钟，使初始糖化醪的淀粉糖化率达到20~30%；

④混合接种、并行乳酸发酵和酒精发酵：将初始糖化醪降温至35~36℃，同时接入乳酸菌种子液和酿酒酵母菌种子液，并行乳酸发酵和酒精发酵，得到一次发酵醪；

乳酸菌种子液的接种量为初始糖化醪体积的0.8~1.2%，酿酒酵母菌种子液的接种量为初始糖化醪体积的15~20%；并行乳酸发酵和酒精发酵的时间为8~10小时，使一次发酵醪的酸度达到0.2~0.3%、pH值达到4.0~4.5、酒精度达到1.7~2.0%（v/v），此时酿酒酵母菌生长繁殖达到绝对优势，酒精发酵进入主发酵期，使乳酸菌及其乳酸发酵受到强烈抑制，此后的发酵进入酒精发酵阶段；

⑤边糖化边酒精发酵：将一次发酵醪的温度降至30~32℃，进行边糖化边酒精发酵，得到二次发酵醪；

边糖化边酒精发酵的时间优选为60~76小时，更优选为72小时；此阶段发酵醪的pH值为4.0~4.5，是糖化酶和酒精发酵最适宜的pH值范围，糖化酶保持较高的活性，将初始糖化后剩余的70~80%的液化淀粉继续糖化，连续为酒精发酵提供适宜浓度的可发酵性糖，使酒精发酵高效率进行；至发酵终点，二次发酵醪的酒精度达到16.2%（v/v）以上、总糖残留率小于0.5%、淀粉利用率大于99.5%，使木薯浓醪酒精发酵的淀粉利用率和酒精发酵度显著提高。

本发明有益效果的获得有赖于以下几方面的协同配合：首先，控制初始糖化的程度：木薯液化醪的初始糖化时间控制在10~15分钟之间，使液化醪中高浓度淀粉只有20~30%转化为可发酵性糖，初始糖化醪可发酵性糖浓度为7~10%，避免了初始糖浓度过高对酿酒酵母菌的抑制作用，初始糖化醪中其余70~80%的淀粉在边糖化边酒精发酵过程中经糖化酶的作用逐渐转化为可发酵性糖，使酒精发酵过程能持续高效进行。其次，控制乳酸发酵调节过程中的发酵醪的pH值：将初始糖化醪降温至35-36℃，按0.8~1.2%接种量接入乳酸菌种子液、15~20%接种量接入酿酒酵母菌种子液，在35-36℃条件下并行乳酸发酵和酒精发酵。由于酿酒酵母菌种子液的接种量远大于乳酸菌种子液的接种量，在并行发酵过程中酿酒酵母菌的生长竞争作用及其酒精发酵的竞争性抑制作用，使乳酸菌的生长代谢逐渐受到抑制，经8~10小时的并行发酵，酒精度达到1.7~2.0%（v/v），酿酒酵母菌生长繁殖达到绝对优势、酒精发酵进入主发酵期，使乳酸菌及其乳酸发酵受到强烈抑制，发酵醪酸度达到0.2~0.3%、pH值达到4.0~4.5，达到糖化酶和酒精发酵的最适pH值范围。再次，能够保持糖化酶活性使边糖化边酒精发酵高效运行：通过控制乳酸发酵使发酵醪pH值达到糖化酶和酒精发酵的最适pH值4.0~4.5，将一次发酵醪温度降至30~32℃，在30-32℃条件下进行边糖化边酒精发酵60~76小时。在此过程中每毫升发酵醪糖化酶的活性为20~30U，由于糖化酶活性保持在较高水平，使浓醪中其余70~80%的淀粉在边糖化边酒精发酵过程中经糖化酶的作用逐渐转化为可发酵性糖，使边糖化边酒精发酵高效运行。至发酵终点，发酵醪酒精度达到16.2%（v/v）以上、总糖残留率小于0.5%、淀粉利用率大于99.50%，使木薯浓醪酒精发酵的淀粉利用率和酒精发酵度显著提高。

本发明木薯浓醪酒精发酵中的生物调酸方法中，所用乳酸菌种子液的制备方法如下：菌种为植物乳杆菌，以6°麦芽汁为培养基，装入三角瓶和种子罐，经灭菌冷却后按无菌操作程序接入植物乳杆菌试管菌种，控制温度32~35℃，在厌氧条件下逐级扩大培养制备得到乳酸菌种子液，乳酸菌浓度达到10⁸个/mL以上，菌体细胞健壮、繁殖快、活力高、无杂菌生长。

所用酿酒酵母菌种子液的制备方法如下：菌种为安琪酿酒高活性干酵母菌，以11°麦芽汁为培养基，装入三角瓶和种子罐，经灭菌冷却后按无菌操作程序接入安琪酿酒高活性干酵母菌种，控制温度28~30℃，培养过程中通入少量无菌空气经逐级扩大培养制备得到酿酒酵母菌种子液，酿酒酵母菌浓度达到10⁸个/mL以上，菌体细胞健壮、繁殖快、活力高、酒精发酵力强、无杂菌生长。

本专利文件中，总糖残留率的测定方法采用硫酸苯酚法；淀粉利用率所涉及的淀粉测定方法：醪液样品采用2M盐酸回流水解后用2M氢氧化钠中和，然后用菲林法测定。文中所涉及的指标均为该行业的常规指标，均为本领域一般技术人员所熟知。

下面以具体实施例说明本发明的意图以使本领域技术人员能够实施，下述实施例中所涉及的乳酸菌种子液和酿酒酵母菌种子液均按上述方法进行制备获得，不再赘述。

实施例1

本发明木薯浓醪酒精发酵中的生物调酸方法的具体实施过程如下：

①原料预处理：选取干燥充分的木薯干，测定含水量为9.2wt%，经挑选、除杂、粉碎，过60目筛，得到木薯细粉；

②蒸煮液化：在上述木薯细粉中加入其重量1.8倍的水调成均匀的粉浆，按每克木薯细粉12U的量在粉浆中加入耐高温α-淀粉酶，升温至95℃蒸煮液化80分钟，制成液化醪；

③初始糖化：将液化醪降温至58℃，按每克木薯细粉100U的量加入糖化酶，进行初始糖化10分钟，制成初始糖化醪；经测定，该初始糖化醪的淀粉糖化率达到20.1%；

④混合接种、并行乳酸发酵和酒精发酵：将初始糖化醪降温至36℃，按初始糖化醪体积0.8%的接种量接入乳酸菌种子液、按初始糖化醪体积15.0%的接种量同时接入酿酒酵母菌种子液，在36℃条件下并行乳酸发酵和酒精发酵10小时，得到一次发酵醪；经测定，该一次发酵醪的酸度达到0.29%、pH值为4.1，酒精度为1.9%（v/v）；

⑤边糖化边酒精发酵：将一次发酵醪的温度降至30.0℃，在30.0℃条件下进行边糖化边酒精发酵68小时，得到二次发酵醪；经测定，该二次发酵醪的酒精度为16.4%（v/v），总糖残留率为0.3%，淀粉利用率为99.61%。

实施例2

本发明木薯浓醪酒精发酵中的生物调酸方法的具体实施过程如下：

①原料预处理：选取干燥充分的木薯干，测定含水量为10.1wt%，经挑选、除杂、粉碎，过60目筛，得到木薯细粉；

②蒸煮液化：在上述木薯细粉中加入其重量1.9倍的水调成均匀的粉浆，按每克木薯细粉11U的量在粉浆中加入耐高温α-淀粉酶，升温至95℃蒸煮液化85分钟，制成液化醪；

③初始糖化：将液化醪降温至60℃，按每克木薯细粉90U的量加入糖化酶，进行初始糖化12分钟，制成初始糖化醪；经测定，该初始糖化醪的淀粉糖化率达到23.2%；

④混合接种、并行乳酸发酵和酒精发酵：将初始糖化醪降温至36℃，按初始糖化醪体积0.9%的接种量接入乳酸菌种子液、按初始糖化醪体积18.0%的接种量同时接入酿酒酵母菌种子液，在36℃条件下并行乳酸发酵和酒精发酵8小时，得到一次发酵醪；经测定，该一次发酵醪的酸度达到0.23%，pH值为4.5，酒精度为1.7%（v/v）；

⑤边糖化边酒精发酵：将一次发酵醪的温度降至28℃，在28℃条件下进行边糖化边酒精发酵76小时，得到二次发酵醪；经测定，该二次发酵醪的酒精度为16.2%（v/v），总糖残留率为0.5%，淀粉利用率为99.65%。

实施例3

本发明木薯浓醪酒精发酵中的生物调酸方法的具体实施过程如下：

①原料预处理：选取干燥充分的木薯干，测定含水量为9.7wt%，经挑选、除杂、粉碎，过60目筛，得到木薯细粉；

②蒸煮液化：在上述木薯细粉中加入其重量2.0倍的水调成均匀的粉浆，按每克木薯细粉10U的量在粉浆中加入耐高温α-淀粉酶，升温至100℃蒸煮液化90分钟，制成液化醪；

③初始糖化：将液化醪降温至60℃，按每克木薯细粉80U的量加入糖化酶，进行初始糖化15分钟，制成初始糖化醪；经测定，该初始糖化醪的淀粉糖化率达到25.1%；

④混合接种、并行乳酸发酵和酒精发酵：将初始糖化醪降温至35℃，按初始糖化醪体积1.0%的接种量接入乳酸菌种子液、按初始糖化醪体积20.0%的接种量同时接入酿酒酵母菌种子液，在35℃条件下并行乳酸发酵和酒精发酵9小时，得到一次发酵醪；经测定，该一次发酵醪的酸度达到0.27%，pH值为4.3，酒精度为1.8%；

⑤边糖化边酒精发酵：将一次发酵醪的温度降至32.0℃，在32.0℃条件下进行边糖化边酒精发酵65小时，得到二次发酵醪；经测定，该二次发酵醪的酒精度为16.3%，总糖残留率为0.4%，淀粉利用率为99.57%。

实施例4

本发明木薯浓醪酒精发酵中的生物调酸方法的具体实施过程如下：

①原料预处理：选取干燥充分的木薯干，测定含水量为9.5wt%，经挑选、除杂、粉碎，过60目筛，得到木薯细粉；

②蒸煮液化：在上述木薯细粉中加入其重量1.8倍的水调成均匀的粉浆，按每克木薯细粉10U的量在粉浆中加入耐高温α-淀粉酶，升温至95℃蒸煮液化80分钟，制成液化醪；

③初始糖化：将液化醪降温至60℃，按每克木薯细粉80U的量加入糖化酶，进行初始糖化15分钟，制成初始糖化醪；经测定，该初始糖化醪的淀粉糖化率达到26.8%；

④混合接种、并行乳酸发酵和酒精发酵：将初始糖化醪降温至35℃，按初始糖化醪体积1.0%的接种量接入乳酸菌种子液、按初始糖化醪体积15.0%的接种量同时接入酿酒酵母菌种子液，在35℃条件下并行乳酸发酵和酒精发酵8小时，得到一次发酵醪；经测定，该一次发酵醪的酸度达到0.24%，pH值为4.2，酒精度为1.9%；

⑤边糖化边酒精发酵：将一次发酵醪的温度降至31.5℃，在31.5℃条件下进行边糖化边酒精发酵72小时，得到二次发酵醪；经测定，该二次发酵醪的酒精度为16.4%，总糖残留率为0.2%，淀粉利用率为99.71%。

Claims (7)

1.一种木薯浓醪酒精发酵中的生物调酸方法，其特征在于，包括以下步骤：

①原料预处理：选取干燥充分的木薯干，经挑选、除杂、粉碎、过筛，得到木薯细粉；

②蒸煮液化：在步骤①得到的木薯细粉中加入其重量1.8~2.0倍的水调制成均匀的粉浆，加入耐高温α-淀粉酶，升温，蒸煮液化，制成液化醪；

③初始糖化：将所述液化醪降温至58~60℃，加入糖化酶，进行初始糖化，制成初始糖化醪；

④混合接种、并行乳酸发酵和酒精发酵：将所述初始糖化醪降温至35~36℃，同时接入乳酸菌种子液和酿酒酵母菌种子液，并行乳酸发酵和酒精发酵，得到一次发酵醪；

⑤边糖化边酒精发酵：将所述一次发酵醪的温度降至30~32℃，进行边糖化边酒精发酵，得到二次发酵醪；

所述步骤③中所述初始糖化的时间为10~15分钟，使所述初始糖化醪的淀粉糖化率达到20~30%；

所述步骤④中所述并行乳酸发酵和酒精发酵的时间为8~10小时，使所述一次发酵醪的酸度达到0.2~0.3%，pH值达到4.0~4.5，酒精度达到1.7~2.0%（v/v）；

所述步骤④中所述乳酸菌种子液的接种量为所述初始糖化醪体积的0.8~1.2%，所述酿酒酵母菌种子液的接种量为所述初始糖化醪体积的15~20%。

2.如权利要求1所述的木薯浓醪酒精发酵中的生物调酸方法，其特征在于：步骤①中所述木薯干的含水量9~11wt%。

3.如权利要求1所述的木薯浓醪酒精发酵中的生物调酸方法，其特征在于：步骤①中所述过筛是过60目的筛网。

4.如权利要求1所述的木薯浓醪酒精发酵中的生物调酸方法，其特征在于：步骤②中所述耐高温α-淀粉酶的加入量为10~12U/克木薯细粉。

5.如权利要求1所述的木薯浓醪酒精发酵中的生物调酸方法，其特征在于：步骤②中所述升温是将粉浆的温度升至95~100℃，所述蒸煮液化的时间为70~90分钟。

6.如权利要求1所述的木薯浓醪酒精发酵中的生物调酸方法，其特征在于：步骤③中所述糖化酶的加入量为80~100U/克木薯细粉。

7.如权利要求1所述的木薯浓醪酒精发酵中的生物调酸方法，其特征在于：步骤⑤中所述边糖化边酒精发酵的时间为60~76小时。