CN1114111A - 制酒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制酒方法，该方法包括在配置有 流体循环管和排气口的流化床式反应器中装填入固 相酵母，将用于酿造的原料输入反应器中，自反应器 上部抽取部分培养液，自反应器下部使培养液返回到 反应器中，由此进行液体循环性培养。依据本发明， 在制酒过程中，使用装填有固相酵母细胞的流化床式 反应器，使反应器中的发酵液循环以使固相酵母细胞 流化。

Description

本发明涉及一种制酒的方法。具体地说，本发明涉及一种制酒方法，该方法便于排出发酵过程中形成的CO2气体，可通过酵母来加速原料中的氨基酸同化，并可以迅速生产具有稳定香味的酒。
在制酒（如啤酒、葡萄酒等）的程序中，用于酿造的原料中的碳源和氮源通常被酵母消耗而形成乙醇。
由于人们开发出固相酵母细胞技术（例如把酵母置于含水凝胶中而使酵母固定的技术），有人提出了通过连续酿造麦芽汁来制啤酒的方法[J.Inst.Brew.84，228（1981）]。
由于在这种方法中可使用高浓度的酵母细胞，酿造的时间就能大为降低。不过，由于发酵期间生成CO2气体的缘故，通过将固相酵母细胞装填入填充床式反应器中来生产酒（如啤酒等）的方法会带来下列问题。
（1）所生成的高浓度溶解的CO2气体会影响到酵母的代谢活性。
（2）CO2气体的聚集会产生一个死体积，从而减少固体-液体的接触面积。
（3）因CO2气体施加的压力使凝胶颗粒变形而促使颗粒彼此间紧密粘合，因而阻塞气体或溶液的通路，产生非均匀流动。
为了解决这些问题，有人尝试了一种方法，其中对在填充床式反应器中形成的CO2气体进行加压使其在溶液中溶解[EBC Congress，Proc，505（1981）]。不过，用这种方法并不能消除对酵母代谢活性的影响。
此外，用于发酵的生物反应器可大致分为三类：（1）搅拌箱式反应器，（2）填充床式反应器，和（3）流化床式反应。这些反应器各有其自身的优缺点[生物反应器的合理设计与优化运行，151（1986），技术信息中心出版]。
在这些反应器中，搅拌箱式反应器和流化床式反应器在排出CO2气体方面具有较高效应。特别是流化床式反应器具有以下特点：温度和pH值易于控制、物质的移动特性良好以及固相酵母细胞的压力损失较小。因此，在乙醇发酵中一直使用流化床式发酵器。
在使用流化床式反应器的乙醇发酵中，有人提出一种方法，其中从反应器下部导入惰性气体，以使固相酵母细胞流化并使CO2气体完全排出[Chem.Eng.Sci.，19，215（1964）]。不过，这种方法在回收气体方面成本过高，因而不够实用。另外，使用机械搅拌的方法具有一个致使的缺陷，即固相酵母受到破坏。另外，当将固相酵母填充到填充床式反应器中进行发酵时，用酵母使原料中的氨基酸同化的程度较低，而发酵液中的氨基酸浓度则一直较高，这就产生了味道的问题。
本发明的一个目的就在于提供一种有效的制酒方法，这种方法使用固相酵母细胞解决了上述问题。
本发明第一涉及了一种制酒的方法，该方法包括向装配有液体循环管和排气口的流化床式反应器中装填入固相酵母细胞，向反应器中加入酿造用原料，自反应器上部抽取部分培养液，自反应器下部使培养液返回到反应器内，从而进行液体循环性培养。
本发明第二涉及了一种制酒方法，其中在上述培养期间，将用于酿造的原料加入到反应器中，将部分培养液从反应器中抽出而不断生成酒。
本发明使用通过使液体循环而使固相酵母细胞流化的方法代替上述从反应器下部导入惰性气体的方法。
图1说明了本发明中所使用的流化床式反应器的实例。
图2表明了实施例1连续发酵期间表观提取液随时间的变化。
在图中，（1）为麦芽汁罐，（2）为泵，（3）为pH值传感器，（4）为流化床式反应器，（5）为温度传感器，（6）为排气口，（7）为产物罐。
在本发明中，通过图1所示的流化床式反应器制酒。该反应器通过强迫部分发酵液循环而便于所形成的CO2气体的排出。特别是，如图中所示的那样，自反应器上部抽取反应器中的发酵液，通过管通导入反应器下部，使发酵液流化。因此，发酵期间形成的CO2气体通过排气口从反应器中排出，而没有溶解在液体中。这样做可以避免CO2气体对酵母代谢活性的不良影响。
用于酿造的原料是适于酵母，例如啤酒酵母、葡萄酒酵母，米酒酵母等增殖的任何材料。可任意使用已知的材料。通常可单独或结合使用麦芽汁、果汁、糖溶液、糖晶溶液等等。另外，也可按需要加入适宜的营养物。
将用于酿造的原料按通常方式灭菌，然后输入装有固相酵母的流化床式反应器中。就空间速度而言，进料量为0.05-0.2hr-1，优选为0.1-0.2hr-1。这里所说的空间速度是用单位时间内输入流化床式反应器中的原料量乘以其上载有酵母细胞的固相载体材料量而计算出来的。其上载有酵母细胞的固相载体材料的适宜量为反应器体积的5-50%（V/V），优选为10-30%（V/V）
原料可从反应器的适当的部位，如上部、下部等处输入。
作为用于制酒的酵母，可使用通过使原料代谢而形成乙醇、CO2气体等物的所谓制酒酵母。酵母的例子包括酿酒酵母和葡萄汁酵母。制酒酵母（如啤酒酵母、葡萄酒酵母、米酒酵母等）可根据使用意图等适当地加以选择。其实例包括酿酒酵母OC-2（IAM4175），酿酒酵母kyokai葡萄酒酵母1号，酿酒酵母kyokai葡萄酒酵母3号和酿酒酵母kyokai葡萄酒酵母4号。这些酵母都是人们通常熟悉的。第一个菌株保存于东京大学的应用微生物研究所中，其它3个菌株分别保存于日本酿造协会基金会中。因此，这些酵母可以容易地被第三人得到。
这些酵母通常都是兼性厌氧菌。载带酵母细胞的载体材料（或载体）包括各种材料。脱乙酰壳多糖颗粒、藻酸颗粒和角叉藻聚糖颗粒是特别优选的。陶瓷珠和玻璃珠不适宜作为本发明的载体材料，因为它们不太耐磨。酵母的固定化是人们所熟知的[参见，例如“酶学”，由Fukui Saburo、Chibata Ichiro和Suzuki Shuichi编集（东京Kagaku Dojin出版），和David Williams、Douglas M.Munnecke，Biotec.and Bioeng.，23，1813（1981）]。在本发明中也是如此，可用已知的方法进行固定化。
发酵条件可以是基本上已知的发酵条件。酿造啤酒时发酵温度一般为15℃或更低，优选为8-10℃，而酿造葡萄酒时通常为大约20℃，优选的是15-20℃。
例如在1升的反应器中发酵液的循环速度为每分钟150-400ml，优选为每分钟200-250ml。当在这样的条件下进行发酵时，发酵液几乎处于完全混合状态。这样，发酵能以良好的效率进行。
由于本发明中所用的流化床式反应器在上述物质转移特性方面是良好的，原料中所含的氨基酸等在发酵期间被输进酵母中并被酵母所同化。结果，与通常方法的产物相比，酒制品中的氨基酸浓度降低了，且味道香醇。
本发明的方法可用于生产啤酒及其它酒类，如葡萄酒、米酒等。
参照下列实施例更具体地说明本发明。
实施例1
在1升容积的流化床式反应器中装填入其上具有固定化啤酒酵母[酿酒酵母IAM  4206（ATCC 9080）]的载体材料250ml和麦芽汁750ml（其中把麦芽汁的原提取液调整到11%Plato）。将反应器中发酵液的循环速度定为每分钟250ml，在11℃下进行分批发酵操作。
当反应器中发酵液的表观提取液达到2.5%Plato（自发酵开始19小时后），自反应器下部输进麦芽汁，加料速率为每小时40ml。当从反应器上部抽出等量的发酵液时，按液体循环方式的状态开始连续操作。结果见图2。
从图2中可清楚看到，发酵期间的表观提取液为2.5%Plato，而且较稳定。另外，如表1所示测定了发酵液中的氨基酸浓度。
依据本发明的方法，氨基酸被酵母摄取并在酵母中被同化。因此，与对比实施例及对照之方法相比，发酵液中的氨基酸浓度较低。
表1
发酵液中氨基酸浓度的比较
氨基酸浓度(毫克/升)
氨基酸  实施例  对比实施例  对照
天冬氨酸  3  11  8
苏氨酸  1  4  1
丝氨酸  1  5  2
谷氨酸  6  34  20
脯氨酸  316  341  350
甘氨酸  14  22  18
丙氨酸  40  102  60
缬氨酸  32  78  32
蛋氨酸  1  9  10
异亮氨酸  9  20  20
亮氨酸  11  49  14
酪氨酸  43  56  45
苯丙氨酸  41  73  40
赖氨酸  1  25  23
组氨酸  12  18  15
精氨酸  26  55  52
对比实施例1
使用500ml的填充床式反应器，装填入其上具有固定化啤酒酵母[酿酒酵母IAM 4206（ATTC 9080）]的脱乙酰壳多糖颗粒160ml，在11℃下进行发酵得到发酵液，其中表观提取液为2.5%Plato。
在这种情况下，发酵期间形成的CO2气体在反应器中聚集，形成液体的沟流。如表1所示，由于酵母对氨基酸的同化不够完全，发酵中的氨基酸浓度较高。另外，按照使用未固定化的游离酵母细胞的一般方法，发酵液（表现提取液2.5%Plato）中的氨基酸浓度作为对照如表1所示。
实施例2
在容积为1升的流化床式反应器中填充入其上具有固相葡萄酒酵母[酿酒酵母OC-2（IAM 4175）]的载体材料（脱乙酰壳多糖颗粒）250ml，并向反应器中输入糖度为22%Plato的麦芽汁750ml。将反应器中发酵液的循环速度定为每分钟250ml，在20℃下进行分批发酵操作。
当反应器中发酵液的表观提取液达到4.0%Plato时（自发酵开始40小时后），自反应器下部输入葡萄汁，输入速度为每小时18ml。当自反应器上部抽取等量发酵液时，按液体循环方式的状态开始连续操作。
结果，发酵稳定进行500小时以上，就可以酿造出葡萄酒。
依据本发明，在制酒过程中，需要使用装填有固相酵母的流化床式反应器，使反应器中的发酵液循环以使固相酵母流化。结果，大部分所形成的CO2气体从反应系统中排出而没有溶解在液体中。
此外，由于原料中的氨基酸被酵母高效率同化，与传统方法相比，酒制品中的氨基酸浓度降低了，且酒味香醇。

Claims (4)

1、一种制酒的方法，该方法包括在配有流体循环管和排气的流化床式反应器中装填入固相酵母细胞，将用于酿造的原料输入反应器中，从反应器上部抽取部分培养液，自反应器下部使培养液返回到反应器中，从而进行液体循环性培养。
2、权利要求1的方法，其中在培养过程中将原料输入反应器中，将部分培养液抽出反应器以连续性制成酒。
3、权利要求1的方法，其中反应器是配置有pH值传感器和温度传感器的反应器。
4、权利要求1的方法，其中固相酵母细胞是载于选自脱乙酰壳多糖、藻酸和角叉藻聚糖的载体材料上的制酒酵母。
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