CN109988699A - 秸秆酶解发酵制备食醋的原料组合物及其方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物化工技术领域，具体涉及一种秸秆酶解发酵制备食醋的原料组合物及其方法和应用，本发明所述的原料组合物包括新鲜秸秆、酶解剂和醋曲，所述新鲜秸秆中以鲜玉米秸秆作为发酵的主要原料，含糖量适中，并且带有特异的野生酵母菌，配合酶解剂对纤维素的酶解，使秸秆中的单糖、双糖和纤维素得到充分利用，制成了营养价值高风味好的食醋产物，可应用于醋饮料领域，本发明所述的秸秆酶解发酵制备食醋的制备方法工艺简单，能耗小，实用性好，适合工业生产。
Description
技术领域
本发明涉及生物化工技术领域，具体涉及秸秆酶解发酵制备食醋的原料组合物及其方法和应用。
背景技术
秸秆是指水稻、小麦、玉米、高粱等禾本科农作物成熟脱粒后剩余的茎叶部分，除少量用于垫圈、喂养牲畜，部分用于堆沤肥外，大部分都作燃料烧掉了，秸秆燃烧会造成严重的空气污染，因此有必要对秸秆的应用开拓更多的思路。
作为燃料的秸秆通常为干燥的秸秆，在秸秆的干燥过程中，植物中的微量元素和有机质随着水分的流失而发生改变，植株上的微生物群落也会改变，特别在玉米秸秆、甜高粱秸秆和小麦秸秆中，由于这些秸秆具有较高的含糖量，特别是甜玉米的秸秆，其中的双糖或单糖的含量达到10-14％，常作为青贮饲料，然而牛羊这些食草动物对纤维素的利用高，其中的双糖或者单糖就没有最大化地利用起来；要利用玉米秸秆中的双糖或多糖，还可将玉米秸秆作为饴糖制备的原料，然而在这个方向上，产率低，能耗高，因此，很有必要寻找一种合理地利用新鲜秸秆中的双糖、单糖或纤维素的工艺。
现有中国专利文献CN102277292B公开了一种使用玉米秸秆制醋的方法，其采用玉米秸秆作填充料制作醋，利用微生物复合酶的作用分解秸秆中的纤维素，转化成可发酵利用的糖类物质，既提高了出品率，又增加了食醋的风味，但是，其主要原料还是相对于秸秆更有经济价值的玉米面，对秸秆的应用有限，而且，目前为止，并没有使用新鲜的秸秆酶解发酵制备食醋的报道。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中新鲜秸秆中的纤维素、双糖和单糖利用率低的技术缺陷，公开了一种使用新鲜秸秆为主要原料酶解发酵制备食醋的原料组合物及其制备方法和应用。
为此,本发明公开了一种新鲜秸秆在发酵领域的应用。
本发明还公开了一种秸秆酶解发酵制备食醋的原料组合物，按重量份数计，包括以下组分：新鲜秸秆80-90份，酶解剂1-2份，醋曲0.5-1.5份，其中，新鲜秸秆包括鲜玉米秸秆，所述鲜玉米秸秆重量份数为40-80份。
优选的，按重量份数计，还包括10-20份淀粉类辅料，所述淀粉类辅料包括甘薯、木薯、马铃薯和红薯中的一种或多种。
优选的，按重量份数计，还包括10-20份秸秆干粉。
优选的，所述酶解剂包括复合酶和磷酸缓冲液，所述复合酶包括内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、果胶质酶、蛋白酶、α-淀粉酶和糖化酶。
优选的，还包括预处理菌剂0.1-0.5份，所述预处理菌剂包括黑曲霉菌、米曲霉菌、链孢霉菌和黄柄曲霉菌中的至少一种，各菌的活菌浓度均≥5×1010CFU/g。
优选的，所述新鲜秸秆为整株秸秆，所述新鲜秸秆还包括甜高粱秸秆、小麦秸秆、大麦秸秆和谷物秸秆中的一种或多种。
优选的，所述醋曲包括醋酸菌、鲜玉米秸秆匀浆、玉米粉、麦粉和麸皮。
本发明还公开了一种秸秆酶解发酵制备食醋的方法，包括以下步骤：
原料预处理：将新鲜秸秆清洗，晾干，进行粉碎和匀浆，得到秸秆匀浆，加入酶解剂，混匀，放置4-6h；
酒精发酵：将预处理的秸秆匀浆于28-33℃密封发酵15-60天，得到发酵醪；
食醋发酵：在酒精发酵醪中加入醋曲，混匀，30-40℃通气状态下发酵，至酒精含量≤0.5％，酸度不再上升，停止发酵；
后处理：将经食醋发酵后的发酵醪过滤，挤压，并淋洗固态残渣，将淋洗液和滤液80-100℃灭菌5-15min，即得食醋。
优选的，在原料预处理步骤中，加入预处理菌剂。
优选的，在原料预处理步骤中，将经蒸熟冷却的淀粉类辅料加入到秸秆匀浆中混匀。
优选的，所述醋曲的制备步骤包括，将鲜玉米秸秆制成匀浆，拌入玉米粉混匀成糊状培养基，灭菌，接种醋酸菌混悬液，放置7-30天，然后磨成粉状，与麸皮拌匀，于容器中保存备用；其中，所述醋酸菌混悬液与糊状培养基的质量比为2-3:50，所述醋酸菌混悬液中醋酸菌的浓度为107-108CFU/ml。
本发明还公开了上述秸秆酶解发酵制备食醋的原料组合物或上述秸秆酶解发酵制备食醋的方法制备的食醋在醋饮料领域的应用。
本发明还公开了上述秸秆酶解发酵制备食醋的原料组合物或上述秸秆酶解发酵制备食醋的方法在动物饲料领域的应用，所述原料组合物制备食醋剩余的残渣或所述秸秆酶解发酵制备食醋的方法制备食醋剩余的残渣作为动物饲料的制备原料。
本发明还公开了上述秸秆酶解发酵制备食醋的原料组合物或上述秸秆酶解发酵制备食醋的方法在有机肥领域的应用，所述原料组合物制备食醋剩余的残渣或所述秸秆酶解发酵制备食醋的方法制备食醋剩余的残渣作为有机肥的制备原料。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明所述秸秆酶解发酵制备食醋的原料组合物包括新鲜秸秆，酶解剂和醋曲，所述新鲜秸秆中包括鲜玉米秸秆，一方面，新鲜秸秆和鲜玉米秸秆中包括双糖、单糖和纤维素，在发酵过程中，双糖经糖化变成单糖，启动发酵，纤维素在发酵过程中逐渐被酶解变成酵母菌可利用的单糖，最后转化成醋酸,同时，由于本发明中发酵体系相对于传统高糖发酵体系，糖含量还是较低，可以减少发酵抑制现象，增加发酵的转化率；另一方面，植株的表面存在野生微生物群，其中包括适合在该植株上生存的野生酵母菌群，针对每一种秸秆各自的酵母菌群，使秸秆的有效组分极限化利用，充分转化新鲜秸秆中的纤维素、双糖和单糖，另外，新鲜秸秆中的微量元素和有机质得以保存，提高产物食醋的营养价值和风味。
2.本发明所述秸秆酶解发酵制备食醋的原料组合物还包括淀粉类辅料，淀粉类辅料在酶解剂的作用下被酶解为单糖，作为酵母菌的单糖来源，补充发酵体系的碳源，一方面减轻酵母菌的竞争压力，使得酵母菌维持较高的活性，另一方面延长发酵时间，使纤维素得到充分利用。
3.本发明所述秸秆酶解发酵制备食醋的原料组合物还包括预处理菌剂，包括黑曲霉菌、米曲霉菌、链孢霉菌和黄柄曲霉菌中的至少一种，各菌的活菌浓度均≥5×1010CFU/g；预处理菌剂可以产生阿魏酸酯酶，降解秸秆表面的结合多糖，增加更多的游离多糖，使得纤维素降解程度高，利用率好。
4.本发明所述秸秆酶解发酵制备食醋的原料组合物中还包括10-20份秸秆干粉，作为发酵体系的纤维素补充来源，能最大限度地利用一部分已经干燥的秸秆，增加农业中纤维素的利用率，拓宽纤维素利用的思路。
5.本发明所述纤维素酶解发酵制备食醋的原料组合物中酶解剂包括复合酶和磷酸缓冲液，其中复合酶包括内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、果胶质酶、蛋白酶、α-淀粉酶和糖化酶，由于新鲜秸秆中不仅包括单糖、双糖和纤维素，还包括含氮的化合物和蛋白质，其中纤维素还包括难以降解的木质纤维素，复合酶的使用，能充分利用新鲜秸秆植株中的成分。
6.本发明所述的秸秆酶解发酵制备食醋的方法，制备方法简单，能耗小，适合工业生产，实用性好。
7.本发明所述的秸秆酶解发酵制备食醋的方法中固态残渣可作为动物饲料的原料，经过酶解发酵后，营养价值高，易消化，而且固态残渣可以被充分利用，节约资源，防止环境污染。
8.本发明所述的秸秆酶解发酵制备食醋的原料组合物或秸秆酶解发酵制备食醋的方法制备的食醋在醋饮料领域的应用，能够充分利用农作物秸秆，将经济价值不高的农作物秸秆转化成经济价值较高的醋饮料，实用性好，应用广泛，其剩余的残渣还可以作为动物饲料或者有机肥的制备原料,不仅充分利用了秸秆的剩余价值，而且有效保护了环境，是一种绿色产业，具有良好的应用前景。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
本发明所述新鲜秸秆是指田间采下未经干燥的秸秆，水分没有流失，植株表面的微生物群保持良好。
实施例1
本实施例提供了一种醋曲的具体实施方式，包括以下步骤：
将醋酸菌制成浓度为107-108CFU/ml的醋酸菌混悬液；将鲜玉米秸秆取根部五截，洗净，晾干，切碎，制成匀浆，拌入玉米粉形成糊状培养基，80℃加热灭菌5min，然后将醋酸菌混悬液接种于糊状培养基，醋酸菌混悬液与糊状培养基的质量比为2:50，放置于室内7天,形成醋曲块；将醋曲块磨碎，与麸皮以1:20的质量比混匀，放入小口的坛子中保存备用，即成醋曲。
实施例2
本实施例提供了一中醋曲的具体实施方式，与实施例1实施方式基本相同，区别在于，醋酸菌混悬液与糊状培养基的质量比为3:50，接种后放置30天。
实施例3的本实施例提供了一种秸秆酶解发酵制备食醋的具体实施方法，包括以下步骤：
原料预处理：将40kg鲜玉米秸秆，10kg甜高粱秸秆，10kg大麦秸秆，10kg小麦秸秆和10kg谷物秸秆，清洗，晾干，切碎，匀浆，得到秸秆匀浆；加入酶解剂0.8kg，其中包括pH值为5,浓度为0.5M的磷酸盐缓冲液和复合酶，复合酶包括内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、果胶质酶、蛋白酶、α-淀粉酶和糖化酶各640000FPU，混匀，放置4h；
酒精发酵：将经过预处理的秸秆匀浆于28-33℃密封发酵60天，得到发酵醪；
食醋发酵：在酒精发酵醪中加入实施例1所述醋曲，混匀，30-40℃通气状态下发酵，至酒精含量≤0.5％，酸度不再上升，停止发酵；
后处理：将经食醋发酵后的发酵醪过滤，挤压，将滤液80℃灭菌15min，即得产物食醋和固态残渣，所述固态残渣经淋洗后可做为动物饲料的制备原料。
实施例4的本实施例提供了一种秸秆酶解发酵制备食醋的具体实施方法，包括以下步骤：
原料预处理：将50kg鲜玉米秸秆，10kg甜高粱秸秆，10kg大麦秸秆，10kg小麦秸秆和10kg谷物秸秆，清洗，晾干，切碎，匀浆，得到秸秆匀浆；加入10kg秸秆干粉，加入0.1kg黑曲霉菌剂粉末，其活菌浓度为8×1010CFU/g；再加入酶解剂1.8kg，其中包括pH值为5,浓度为0.5M的磷酸盐缓冲液和复合酶，复合酶包括内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、果胶质酶、蛋白酶、α-淀粉酶和糖化酶各630000FPU，混匀，放置6h；
酒精发酵：将经过预处理的秸秆匀浆于28-33℃密封发酵15天，得到发酵醪；
食醋发酵：在酒精发酵醪中加入实施例2所述醋曲，混匀，30-40℃通气状态下发酵，至酒精含量≤0.5％，酸度不再上升，停止发酵；
后处理：将经食醋发酵后的发酵醪过滤，挤压，将滤液100℃灭菌5min，即得产物食醋和固态残渣，所述固态残渣经淋洗后可作为有机肥的制备原料。
实施例5
本实施例提供了一种纤维素酶解发酵制备食醋的具体实施方法，包括以下步骤：
原料预处理：将60kg鲜玉米秸秆，10kg甜高粱秸秆，5kg大麦秸秆，10kg小麦秸秆和5kg谷物秸秆，清洗，晾干，切碎，匀浆，得到秸秆匀浆；加入15kg秸秆干粉，加入0.1kg黑曲霉菌剂粉末，其活菌浓度为6×1010CFU/g，加入0.1kg米曲霉菌剂粉末，其活菌浓度为6×1010CFU/g，再加入酶解剂1.2kg，其中包括pH值为5,浓度为0.5M的磷酸盐缓冲液和复合酶，复合酶包括内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、果胶质酶、蛋白酶、α-淀粉酶和糖化酶各540000FPU，混匀，放置6h；
酒精发酵：将经过预处理的秸秆匀浆于28-33℃密封发酵30天，得到发酵醪；
食醋发酵：在酒精发酵醪中加入实施例1所述醋曲，混匀，30-40℃通气状态下发酵，至酒精含量≤0.5％，酸度不再上升，停止发酵；
后处理：将经食醋发酵后的发酵醪过滤，挤压，将滤液80℃灭菌10min，即得产物食醋和固态残渣，所述固态残渣经淋洗后可作为有机肥的制备原料。
实施例6
本实施例提供了一种纤维素酶解发酵制备食醋的具体实施方法，包括以下步骤：
原料预处理：将70kg鲜玉米秸秆，5kg甜高粱秸秆，5kg大麦秸秆，5kg小麦秸秆和5kg谷物秸秆，清洗，晾干，切碎，匀浆，得到秸秆匀浆；加入18kg秸秆干粉，加入0.1kg黑曲霉菌剂粉末，0.1kg米曲霉菌剂粉末，0.15kg黄柄曲霉菌粉末和0.15kg链孢霉菌粉末，各菌的活菌浓度均为5×1010CFU/g，再加入酶解剂1.2kg，其中包括pH值为5,浓度为0.5M的磷酸盐缓冲液和复合酶，复合酶包括内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、果胶质酶、蛋白酶、α-淀粉酶和糖化酶各450000FPU，混匀，放置6h；
酒精发酵：将经过预处理的秸秆匀浆于28-33℃密封发酵45天，得到发酵醪；
食醋发酵：在酒精发酵醪中加入实施例1所述醋曲，混匀，30-40℃通气状态下发酵，至酒精含量≤0.5％，酸度不再上升，停止发酵；
后处理：将经食醋发酵后的发酵醪过滤，挤压，将滤液80℃灭菌10min，即得产物食醋和固态残渣，所述固态残渣经淋洗后可作为动物饲料的制备原料。
实施例7
本实施例提供了一种纤维素酶解发酵制备食醋的具体实施方法，包括以下步骤：
原料预处理：将80kg鲜玉米秸秆，清洗，晾干，切碎，匀浆，得到秸秆匀浆；加入20kg秸秆干粉，再加入酶解剂1.2kg，其中包括pH值为5,浓度为0.5M的磷酸盐缓冲液和复合酶，复合酶包括内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、果胶质酶、蛋白酶、α-淀粉酶和糖化酶各320000FPU，混匀，放置6h；
酒精发酵：将经过预处理的秸秆匀浆于28-33℃密封发酵45天，得到发酵醪；
食醋发酵：在酒精发酵醪中加入实施例1所述醋曲，混匀，30-40℃通气状态下发酵，至酒精含量≤0.5％，酸度不再上升，停止发酵；
后处理：将经食醋发酵后的发酵醪过滤，挤压，将滤液80℃灭菌10min，即得产物食醋和固态残渣，所述固态残渣经淋洗后可作为动物饲料的制备原料。
对比例1
原料预处理：将40kg鲜玉米秸秆，10kg甜高粱秸秆，10kg大麦秸秆，10kg小麦秸秆和10kg谷物秸秆，干燥，制成秸秆干粉，加入纯水至80kg混匀；加入酶解剂0.8kg，其中包括pH值为5,浓度为0.5M的磷酸盐缓冲液和复合酶，复合酶包括内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、果胶质酶、蛋白酶、α-淀粉酶和糖化酶各640000FPU，混匀，放置4h；
酒精发酵：将经过预处理的秸秆匀浆于28-33℃密封60天，无法发酵。
对比例2
原料预处理：将20kg鲜玉米秸秆，10kg甜高粱秸秆，20kg大麦秸秆，10kg小麦秸秆和20kg谷物秸秆，清洗，晾干，切碎，匀浆，得到秸秆匀浆；加入酶解剂0.8kg，其中包括pH值为5,浓度为0.5M的磷酸盐缓冲液和复合酶，复合酶包括内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、果胶质酶、蛋白酶、α-淀粉酶和糖化酶各640000FPU，混匀，放置4h；
酒精发酵：将经过预处理的秸秆匀浆于28-33℃密封发酵60天，得到发酵醪；
食醋发酵：在酒精发酵醪中加入实施例1所述醋曲，混匀，30-40℃通气状态下发酵，至酒精含量≤0.5％，酸度不再上升，停止发酵；
后处理：将经食醋发酵后的发酵醪过滤，挤压，将滤液80℃灭菌15min，即得产物食醋和固态残渣。
试验例1
对实施例3-7所得产物进行检测，检测项目为色泽、香气、滋味、体态、总酸、不挥发酸和可溶性无盐固形物。
其中总酸以乙酸计。
表1实施例3-7，对比例2检测结果
以上实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (15)
1.一种新鲜秸秆在发酵领域的应用。
2.一种秸秆酶解发酵制备食醋的原料组合物，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：新鲜秸秆80-90份，酶解剂1-2份，醋曲0.5-1.5份，其中，新鲜秸秆包括鲜玉米秸秆，所述鲜玉米秸秆重量份数为40-80份。
3.根据权利要求2所述的秸秆酶解发酵制备食醋的原料组合物，其特征在于，按重量份数计，还包括10-20份淀粉类辅料，所述淀粉类辅料包括甘薯、木薯、马铃薯和红薯中的一种或多种。
4.根据权利要求2或3所述的秸秆酶解发酵制备食醋的原料组合物，其特征在于，按重量份数计，还包括10-20份秸秆干粉。
5.根据权利要求2-4任一项所述的秸秆酶解发酵制备食醋的原料组合物，其特征在于，所述酶解剂包括复合酶和磷酸缓冲液，所述复合酶包括内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、果胶质酶、蛋白酶、α-淀粉酶和糖化酶。
6.根据权利要求2-5任一项所述的秸秆酶解发酵制备食醋的原料组合物，其特征在于，还包括预处理菌剂0.1-0.5份，所述预处理菌剂包括黑曲霉菌、米曲霉菌、链孢霉菌和黄柄曲霉菌中的至少一种，各菌的活菌浓度均≥5×1010CFU/g。
7.根据权利要求2-6任一项所述的秸秆酶解发酵制备食醋的原料组合物，其特征在于，所述新鲜秸秆为整株秸秆，所述新鲜秸秆还包括甜高粱秸秆、小麦秸秆、大麦秸秆和谷物秸秆中的一种或多种。
8.根据权利要求2-7任一项所述的秸秆酶解发酵制备食醋的原料组合物，其特征在于，所述醋曲包括醋酸菌、鲜玉米秸秆匀浆、玉米粉、麦粉和麸皮。
9.一种权利要求2-8任一项所述秸秆酶解发酵制备食醋的方法，其特征在于，包括以下步骤：
原料预处理：将新鲜秸秆清洗，晾干，进行粉碎和匀浆，得到秸秆匀浆，加入酶解剂，混匀，放置4-6h；
酒精发酵：将预处理的秸秆匀浆于28-33℃密封发酵15-60天，得到发酵醪；
食醋发酵：在酒精发酵醪中加入醋曲，混匀，30-40℃通气状态下发酵，至酒精含量≤0.5％，酸度不再上升，停止发酵；
后处理：将经食醋发酵后的发酵醪过滤，挤压，并淋洗固态残渣，将淋洗液和滤液80-100℃灭菌5-15min，即得食醋。
10.根据权利要求9所述的秸秆酶解发酵制备食醋的方法，其特征在于，在原料预处理步骤中，加入预处理菌剂。
11.根据权利要求9或10所述的秸秆酶解发酵制备食醋的方法，其特征在于，在原料预处理步骤中，将经蒸熟冷却的淀粉类辅料加入到秸秆匀浆中混匀。
12.根据权利要求9-11任一项所述的秸秆酶解发酵制备食醋的方法，其特征在于，所述醋曲的制备步骤包括，将鲜玉米秸秆制成匀浆，拌入玉米粉混匀成糊状培养基，灭菌，接种醋酸菌混悬液，放置7-30天，然后磨成粉状，与麸皮拌匀，于容器中保存备用；其中，所述醋酸菌混悬液与糊状培养基的质量比为2-3:50，所述醋酸菌混悬液中醋酸菌的浓度为107-108CFU/ml。
13.一种权利要求2-8任一项所述的秸秆酶解发酵制备食醋的原料组合物或权利要求9-12任一项所述的秸秆酶解发酵制备食醋的方法制备的食醋在醋饮料领域的应用。
14.一种权利要求2-8任一项所述的秸秆酶解发酵制备食醋的原料组合物或权利要求9-12任一项所述的秸秆酶解发酵制备食醋的方法在动物饲料领域的应用，其特征在于，所述原料组合物制备食醋剩余的残渣或所述秸秆酶解发酵制备食醋的方法制备食醋剩余的残渣作为动物饲料的制备原料。
15.一种权利要求2-8任一项所述的秸秆酶解发酵制备食醋的原料组合物或权利要求9-12任一项所述的秸秆酶解发酵制备食醋的方法在有机肥领域的应用，其特征在于，所述原料组合物制备食醋剩余的残渣或所述秸秆酶解发酵制备食醋的方法制备食醋剩余的残渣作为有机肥的制备原料。
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