CN111500386A - 一种控制黄酒高级醇含量的固定化发酵方法 - Google Patents

一种控制黄酒高级醇含量的固定化发酵方法 Download PDF

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CN111500386A CN202010242351.9A CN202010242351A CN111500386A CN 111500386 A CN111500386 A CN 111500386A CN 202010242351 A CN202010242351 A CN 202010242351A CN 111500386 A CN111500386 A CN 111500386A
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Abstract

本发明公开了一种控制黄酒高级醇含量的固定化发酵方法：步骤一，大米的精白及米粉浆制备；步骤二，采用黄酒酵母，使细胞达到对数生长期，将黄酒酵母离心后收集的酵母与9倍重量的1.8～2.0％海藻酸钠溶液混匀，用多孔注射器滴加到4％CaCl2溶液中，再在20℃水浴条件下固定化1h，最后用无菌水冲洗数遍放入0.05％CaCl2溶液，4℃平衡过夜，得到固定化酵母颗粒；步骤三，入罐；步骤四，发酵。本发明的控制黄酒高级醇含量的固定化发酵方法，其固定化菌种可重复使用，大大省略了黄酒酒母扩大培养的过程，从而节约生产成本；同时发酵过程中酵母的增殖倍数低，能有效控制黄酒中高级醇的含量。

Description

一种控制黄酒高级醇含量的固定化发酵方法
技术领域
本发明涉及食品工程技术领域，尤其是一种可以控制黄酒高级醇含量的固定化发酵方法。
背景技术
高级醇是黄酒中不可缺少的风味物质,但含量超过一定的限度,就会产生杂醇油味,饮用一定量后就会感觉上头。一般认为这是高级醇超量所致,尤其是异戊醇和活性戊醇含量过高所造成的。
酵母生成高级醇的代谢途径有两个：
一是分解代谢途径即Ehrlich途径,由氨基酸转氨途径生成α-酮酸，α-酮酸经脱羧再脱氢生成高级醇；二是糖代谢途径即Harris途径,由葡萄糖经过EMP途径以及TCA循环生成α-酮酸，α-酮酸经脱羧再脱氢生成高级醇。在正常发酵液中生成的高级醇总量,75％是由糖代谢的Harris途径产生,另外25％来源于Ehrlich途径。高级醇合成的Ehrlich途径和Harris途径见图1。
图2显示的是黄酒生产的传统工艺流程。在现有的黄酒生产中，控制高级醇生成量的措施主要是采取酵母菌种的选择、酵母菌增殖的控制、发酵温度的调节、发酵液中蛋白质含量的控制等传统的控制方法，使用传统控制方法生产出的黄酒，高级醇的含量波动较大。
在黄酒生产中，如何在控制好高级醇含量的同时并提高生产效率，是业内亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种控制黄酒高级醇含量的固定化发酵方法，将酵母菌种预先制备成固定化菌种，可重复使用、大大省略了黄酒酒母扩大培养的过程，从而节约生产成本；同时发酵过程中酵母的增殖倍数低，副产物高级醇的含量也低，能有效控制黄酒中高级醇的含量。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种控制黄酒高级醇含量的固定化发酵方法，包括如下步骤：
步骤一：大米的精白及米粉浆制备
A.大米精白，使精白率≤90％，所述精白率＝白米/糙米×100％；
B.粉碎成粉，过60目筛备用，按1:2.5的比例加水调浆，搅拌均匀后按30U/g精白大米的比例加入α-淀粉酶，CaCl2用量2.5g/kg精白大米，90℃温度下液化60min；
步骤二：酵母及其固定化
C.采用黄酒酵母，26～28℃下在12°Bx的麦芽汁中培养20～24h，使细胞达到对数生长期，酵母浓度控制在(2.8～3.5)×108个/mL；
D.将培养到对数期的黄酒酵母离心后收集的酵母与9倍重量的1.8～2.0％海藻酸钠溶液混匀，在37℃水浴条件下用20L多孔注射器滴加到4％CaCl2溶液中，再在20℃水浴条件下固定化1h，最后用无菌水冲洗数遍放入0.05％CaCl2溶液，4℃平衡过夜，得到固定化酵母颗粒；
步骤三：入罐
E.将步骤一液化并冷却到30℃的淀粉浆泵入发酵罐，同时按8kg/100kg精白大米的比例加麦曲，用乳酸或磷酸调节pH值在4.4～4.6；加入步骤二得到的固定化酵母颗粒，加入量为精白大米质量的10％；
所述发酵罐为固定化酵母发酵罐，该固定化酵母发酵罐包括具有圆锥底的圆筒体，所述圆筒体的径高比为1:1，圆锥底的夹角为120°，锥底设有出料口；圆锥底的高为3a，在距离圆锥底锥底4a高度处设有一多孔假底，所述固定化酵母颗粒盛装于该多孔假底的上部，多孔假底各孔的孔径均小于固定化酵母颗粒的直径；在固定化酵母发酵罐的圆筒体与圆锥底交线处设有一二斜直叶搅拌桨；该二斜直叶搅拌桨的驱动电机置于固定化酵母发酵罐的顶盖中心部；固定化酵母发酵罐的圆筒体和圆锥底的外周设有相连通的冷却夹套，通过调节冷却夹套内自来水的流量以调节固定化酵母发酵罐内发酵液的温度；
步骤四：发酵
F：主发酵温度控制在30～33℃,糖化发酵5天；搅拌器转速为75～90转/分；
G：主发酵结束后，把发酵温度逐渐降低到15℃，在该温度下继续后发酵21天，发酵过程中每24h搅拌30min，转速为75～90转/分；
H：发酵结束时发酵醪从出料口排出，并用10-15℃清水冲洗固定化酵母颗粒，洗净固定化酵母颗粒的外表面，以便该固定化酵母颗粒的多次重复使用。
冷却夹套下部设有冷却水进口，冷却夹套上部设有冷却水出口，在固定化酵母发酵罐的中部设有温度传感器，冷却水进口前设有电动阀，温度传感器和电动阀通过相应的导线与温度控制器电连接,温度控制器依据温度传感器的数据通过电动阀控制冷却水流量。
与现有技术相比本发明的有益效果是：本发明将酵母菌种预先制备成固定化菌种，发酵过程中酵母细胞的繁殖会受到固定化载体的束缚，显然固定化细胞的增殖倍数会小于游离细胞的增殖倍数。且为了控制从固定化酵母颗粒中游离出酵母细胞，凝胶成形时海藻酸钠溶液控制在1.8～2.0％，比常规固定化的浓度略高。如表1所示，从主发酵第1d培养到第5d时游离细胞的增殖倍数为2.23×108÷4.71×107＝4.7倍，而固定化细胞的增殖倍数为3.64×106÷1.35×106＝2.7倍，差异是显著的。酵母的增殖倍数愈低则副产物高级醇的生成量也愈低，有效控制了黄酒中高级醇的含量。
表1酵母增殖数(个/mL糖化液)
Table1 Yeast breeding number(cells/mL saccharification liquid)
Figure BDA0002432989020000031
Figure BDA0002432989020000041
进一步的效果是，大米采用精米机进行精白，使精白率(白米/糙米×100％)≤90％。在大米的外层蛋白质和脂肪含量多，一方面米的外层富含灰分和维生素等微生物的营养成分，使用糙米酿酒时，发酵旺盛，温度容易升高，大罐发酵时发酵过程较难控制。而且，根据图1，当醪液中蛋白质、氨基酸物质含量高时，通过Ehrlich途径氨基酸转氨生成α-酮酸，α-酮酸经脱羧再脱氢就生成高级醇，这样生成的高级醇数量就多。实践表明大米精白度小于90％，可避免发酵醪液中蛋白质、氨基酸类物质过于丰富，使得黄酒中的高级醇含量比对照组(668±16mg/L)降低15％左右。
更进一步的效果是：本发明使用固定化酵母作为酒母，固定化酵母可以重复使用12～16批次，大大简化了酒母扩培的环节。而且主发酵期间固定化酵母接触糖液后能迅速产生酒精，酒精有较好的抑制其它杂菌的能力，所以循环多批次的固定化酵母不容易被杂菌污染。
本发明的优点和应用前景：
(1)可大大省略黄酒酒母扩大培养的过程从而节约生产成本；
(2)因为控制了大米的精白度、发酵过程酵母的增殖倍数，有效控制黄酒中高级醇的含量。
本发明与传统黄酒酿造工艺主要差异：传统黄酒生产工艺在主发酵前需要事先培养酒母，从试管原菌扩大到1-10m3的酒母罐需要2-3天时间，然后将冷却后的米饭加水、酒母、曲一起落入主发酵罐。本发明将酵母做成固定化酵母颗粒，发酵罐内有一支撑固定化酵母的假底，每次发酵结束时只是将发酵完毕的醪液从罐底部排出，固定化酵母仍留在发酵罐的假底上方，用洁净水冲洗后，又可落料进行下一批的发酵。实验结果表明在经过了十二次连续的固定化发酵后，主发酵结束时酒精度能维持在9.0～12.0％vol，高级醇含量可以控制在555±21mg/L，其余理化指标达到GB/T13662-2018的要求。说明利用该固定化酵母技术来实现黄酒的酿造，可有效降低黄酒的高级醇含量，对控制黄酒的品质与饮用嗜好性有积极的意义。
附图说明
图1是高级醇合成的Ehrlich途径和Harris途径；
图2是黄酒生产的传统工艺流程图；
图3是固定化酵母发酵罐的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案更加清晰，以下结合附图1至3，对本发明进行详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明的保护范围。
实施例1
一种控制黄酒高级醇含量的固定化发酵方法，包括如下步骤：
步骤一：大米的精白及米粉浆制备
A.大米精白4400kg，精白率＝89.5％，所述精白率＝白米/糙米×100％；
B.粉碎成粉，过60目筛备用，按1:2.5的比例加水调浆，搅拌均匀后按30U/g精白大米的比例加入α-淀粉酶，CaCl2用量2.5g/kg精白大米，90℃温度下液化60min；
步骤二：酵母及其固定化
C.采用黄酒酵母，26～28℃下在12°Bx的麦芽汁中培养24h，使细胞达到对数生长期，酵母浓度达到3.5×108个/mL；
D.将培养到对数期的黄酒酵母离心后收集的酵母与9倍重量的2.0％海藻酸钠溶液混匀，在37℃水浴条件下用20L多孔注射器滴加到4％CaCl2溶液中，再在20℃水浴条件下固定化1h，最后用无菌水冲洗数遍放入0.05％CaCl2溶液，4℃平衡过夜，得到固定化酵母颗粒3；
步骤三：入罐
E.将步骤一液化并冷却到30℃的淀粉浆泵入发酵罐，同时按8kg/100kg精白大米的比例加麦曲，用乳酸或磷酸调节pH值在4.6；加入步骤二得到的固定化酵母颗粒，加入量为精白大米质量的10％；
所述发酵罐为固定化酵母发酵罐，该固定化酵母发酵罐包括具有圆锥底1的圆筒体4，所述圆筒体4的直径为2.85米，高为2.85米，圆锥底1的夹角为120°，锥底设有出料口13；圆锥底1的高为1.07米，在距离圆锥底1锥底1.43米高度处设有一多孔假底2，所述固定化酵母颗粒3盛装于该多孔假底2的上部，多孔假底2各孔的孔径均小于固定化酵母颗粒3的直径；在固定化酵母发酵罐的圆筒体4与圆锥底1交线处设有一二斜直叶搅拌桨；该二斜直叶搅拌桨的驱动电机6置于固定化酵母发酵罐的顶盖14中心部；固定化酵母发酵罐的圆筒体4和圆锥底1的外周设有相连通的冷却夹套7，通过调节冷却夹套7内自来水的流量以调节固定化酵母发酵罐内发酵液的温度；
步骤四：发酵
F：主发酵温度控制在32～33℃,糖化发酵5天；搅拌器转速为90转/分，该搅拌器可以手动调节控制，也可以通过控制器控制；
G：主发酵结束后，把发酵温度逐渐降低到15℃，在该温度下继续后发酵21天，发酵过程中每24h搅拌30min，转速为75～90转/分；
H：发酵结束时发酵醪从出料口13排出，并用10-15℃清水冲洗固定化酵母颗粒，洗净固定化酵母颗粒的外表面，以便该固定化酵母颗粒的多次重复使用。
所述固定化酵母颗粒3为圆球形、或近似圆球形、或不规则球状体，其直径(当其为近似圆球形或不规则球状体时，所述直径为最大直径)为5～8mm。作为优选，所述多孔假底2的开孔率为30％，孔径为4mm；所述二斜直叶搅拌桨直径为圆筒体4内径的1/3，桨叶5高度为0.27米，宽度为0.14米，倾斜角为60°；在所述顶盖14上还设有酵母入口15和糖液入口16。
冷却夹套7下部设有冷却水进口8，冷却夹套7上部设有冷却水出口9，在固定化酵母发酵罐的中部设有温度传感器10，冷却水进口8前设有电动阀11，温度传感器10和电动阀11通过相应的导线与温度控制器12电连接,温度控制器12依据温度传感器10的数据通过电动阀11控制冷却水流量。
实施例2
一种控制黄酒高级醇含量的固定化发酵方法，包括如下步骤：
步骤一：大米的精白及米粉浆制备
A.大米精白2200kg，精白率为89.0％；
B.粉碎成粉，过60目筛备用，按1:2.5的比例加水调浆，搅拌均匀后按30U/g精白大米的比例加入α-淀粉酶，CaCl2用量2.5g/kg精白大米，90℃温度下液化60min；
步骤二：酵母及其固定化
C.采用黄酒酵母，26～28℃下在12°Bx的麦芽汁中培养24h，使细胞达到对数生长期，酵母浓度达到3.2×108个/mL；
D.将培养到对数期的黄酒酵母离心后收集的酵母与9倍重量的1.9％海藻酸钠溶液混匀，在37℃水浴条件下用20L多孔注射器滴加到4％CaCl2溶液中，再在20℃水浴条件下固定化1h，最后用无菌水冲洗数遍放入0.05％CaCl2溶液，4℃平衡过夜，得到固定化酵母颗粒；
步骤三：入罐
E.将步骤一液化并冷却到30℃的淀粉浆泵入发酵罐，同时按8kg/100kg精白大米的比例加麦曲，用乳酸或磷酸调节pH值在4.5；加入步骤二得到的固定化酵母颗粒，加入量为精白大米质量的10％；
所述发酵罐为固定化酵母发酵罐，该固定化酵母发酵罐包括具有圆锥底1的圆筒体4，所述圆筒体4的直径为2.25米高为2.25米，圆锥底1的夹角为120°，锥底设有出料口13；圆锥底1的高为0.84米，在距离圆锥底1锥底1.13米高度处设有一多孔假底2，所述固定化酵母颗粒3盛装于该多孔假底2的上部，多孔假底2各孔的孔径均小于固定化酵母颗粒3的直径；在固定化酵母发酵罐的圆筒体4与圆锥底1交线处设有一二斜直叶搅拌桨；该二斜直叶搅拌桨的驱动电机6置于固定化酵母发酵罐的顶盖14中心部；固定化酵母发酵罐的圆筒体4和圆锥底1的外周设有相连通的冷却夹套7，通过调节冷却夹套7内自来水的流量以调节固定化酵母发酵罐内发酵液的温度；
步骤四：发酵
F：主发酵温度控制在31～32℃,糖化发酵5天；搅拌器转速为82.5转/分；
G：主发酵结束后，把发酵温度逐渐降低到15℃，在该温度下继续后发酵21天，发酵过程中每24h搅拌30min，转速为75～90转/分；
H：发酵结束时发酵醪从出料口13排出，并用10～15℃清水冲洗固定化酵母颗粒，洗净固定化酵母颗粒的外表面，以便该固定化酵母颗粒的多次重复使用。
所述固定化酵母颗粒3为圆球形、或近似圆球形、或不规则球状体，其直径(当其为近似圆球形或不规则球状体时，所述直径为最大直径)为4～7mm。作为优选，所述多孔假底2的开孔率为28％，孔径为3.5mm；所述二斜直叶搅拌桨直径为圆筒体4内径的1/3，桨叶5高度为0.22米，宽度为0.11米，倾斜角为60°；在所述顶盖14上还设有酵母入口15和糖液入口16。
冷却夹套7下部设有冷却水进口8，冷却夹套7上部设有冷却水出口9，在固定化酵母发酵罐的中部设有温度传感器10，冷却水进口8前设有电动阀11，温度传感器10和电动阀11通过相应的导线与温度控制器12电连接,温度控制器12依据温度传感器10的数据通过电动阀11控制冷却水流量。
实施例3
一种控制黄酒高级醇含量的固定化发酵方法，包括如下步骤：
步骤一：大米的精白及米粉浆制备
A.大米精白1100kg，精白率＝88.5％；
B.粉碎成粉，过60目筛备用，按1:2.5的比例加水调浆，搅拌均匀后按30U/g精白大米的比例加入α-淀粉酶，CaCl2用量2.5g/kg精白大米，90℃温度下液化60min；
步骤二：酵母及其固定化
C.采用黄酒酵母，26～28℃下在12°Bx的麦芽汁中培养20h，使细胞达到对数生长期，酵母浓度达到2.8×108个/mL；
D.将培养到对数期的黄酒酵母离心后收集的酵母与9倍重量的1.8％海藻酸钠溶液混匀，在37℃水浴条件下用20L多孔注射器滴加到4％CaCl2溶液中，再在20℃水浴条件下固定化1h，最后用无菌水冲洗数遍放入0.05％CaCl2溶液，4℃平衡过夜，得到固定化酵母颗粒；
步骤三：入罐
E.将步骤一液化并冷却到30℃的淀粉浆泵入发酵罐，同时按8kg/100kg精白大米的比例加麦曲，用乳酸或磷酸调节pH值在4.4；加入步骤二得到的固定化酵母颗粒，加入量为精白大米质量的10％；
所述发酵罐为固定化酵母发酵罐，该固定化酵母发酵罐包括具有圆锥底1的圆筒体4，所述圆筒体4的直径为1.8米高为1.8米，圆锥底1的夹角为120°，锥底设有出料口13；圆锥底1的高为0.68米，在距离圆锥底1锥底0.9米高度处设有一多孔假底2，所述固定化酵母颗粒3盛装于该多孔假底2的上部，多孔假底2各孔的孔径均小于固定化酵母颗粒3的直径；在固定化酵母发酵罐的圆筒体4与圆锥底1交线处设有一二斜直叶搅拌桨；该二斜直叶搅拌桨的驱动电机6置于固定化酵母发酵罐的顶盖14中心部；固定化酵母发酵罐的圆筒体4和圆锥底1的外周设有相连通的冷却夹套7，通过调节冷却夹套7内自来水的流量以调节固定化酵母发酵罐内发酵液的温度；
步骤四：发酵
F：主发酵温度控制在30～31℃,糖化发酵5天；搅拌器转速为75转/分；
G：主发酵结束后，把发酵温度逐渐降低到15℃，在该温度下继续后发酵21天，发酵过程中每24h搅拌30min，转速为75～90转/分；
H：发酵结束时发酵醪从出料口13排出，并用10～15℃清水冲洗固定化酵母颗粒，洗净固定化酵母颗粒的外表面，以便该固定化酵母颗粒的多次重复使用。
所述固定化酵母颗粒3为圆球形、或近似圆球形、或不规则球状体，其直径(当其为近似圆球形或不规则球状体时，所述直径为最大直径)为3.5～6mm。所述多孔假底2的开孔率为25％，孔径为3mm；所述二斜直叶搅拌桨直径为圆筒体4内径的1/3，桨叶5高度为0.18米，宽度为0.1米，倾斜角为60°；在所述顶盖14上还设有酵母入口15和糖液入口16。
冷却夹套7下部设有冷却水进口8，冷却夹套7上部设有冷却水出口9，在固定化酵母发酵罐的中部设有温度传感器10，冷却水进口8前设有电动阀11，温度传感器10和电动阀11通过相应的导线与温度控制器12电连接,温度控制器12依据温度传感器10的数据通过电动阀11控制冷却水流量。

Claims (2)

1.一种控制黄酒高级醇含量的固定化发酵方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：大米的精白及米粉浆制备
A.大米精白，使精白率≤90％，所述精白率＝白米/糙米×100％；
B.粉碎成粉，过60目筛备用，按1:2.5的比例加水调浆，搅拌均匀后按30U/g精白大米的比例加入α-淀粉酶，CaCl2用量2.5g/kg精白大米，90℃温度下液化60min；
步骤二：酵母及其固定化
C.采用黄酒酵母，26～28℃下在12°Bx的麦芽汁中培养20～24h，使细胞达到对数生长期，酵母浓度控制在(2.8～3.5)×108个/mL；
D.将培养到对数期的黄酒酵母离心后收集的酵母与9倍重量的1.8～2.0％海藻酸钠溶液混匀，在37℃水浴条件下用20L多孔注射器滴加到4％CaCl2溶液中，再在20℃水浴条件下固定化1h，最后用无菌水冲洗数遍放入0.05％CaCl2溶液，4℃平衡过夜，得到固定化酵母颗粒(3)；
步骤三：入罐
E.将步骤一液化并冷却到30℃的淀粉浆泵入发酵罐，同时按8kg/100kg精白大米的比例加麦曲，用乳酸或磷酸调节pH值在4.4～4.6；加入步骤二得到的固定化酵母颗粒，加入量为精白大米质量的10％；
所述发酵罐为固定化酵母发酵罐，该固定化酵母发酵罐包括具有圆锥底(1)的圆筒体(4)，所述圆筒体(4)的径高比为1:1，圆锥底(1)的夹角为120°，锥底设有出料口(13)；圆锥底(1)的高为3a，在距离圆锥底(1)锥底4a高度处设有一多孔假底(2)，所述固定化酵母颗粒(3)盛装于该多孔假底(2)的上部，多孔假底(2)各孔的孔径均小于固定化酵母颗粒(3)的直径；在固定化酵母发酵罐的圆筒体(4)与圆锥底(1)交线处设有一二斜直叶搅拌桨；该二斜直叶搅拌桨的驱动电机(6)置于固定化酵母发酵罐的顶盖(14)中心部；固定化酵母发酵罐的圆筒体(4)和圆锥底(1)的外周设有相连通的冷却夹套(7)，通过调节冷却夹套(7)内自来水的流量以调节固定化酵母发酵罐内发酵液的温度；
步骤四：发酵
F：主发酵温度控制在30～33℃,糖化发酵5天；搅拌器转速为75～90转/分；
G：主发酵结束后，把发酵温度逐渐降低到15℃，在该温度下继续后发酵21天，发酵过程中每24h搅拌30min，转速为75～90转/分；
H：发酵结束时发酵醪从出料口(13)排出，并用10-15℃清水冲洗固定化酵母颗粒，洗净固定化酵母颗粒的外表面，以便该固定化酵母颗粒的多次重复使用。
2.根据权利要求1所述的控制黄酒高级醇含量的固定化发酵方法，其特征在于：冷却夹套(7)下部设有冷却水进口(8)，冷却夹套(7)上部设有冷却水出口(9)，在固定化酵母发酵罐的中部设有温度传感器(10)，冷却水进口(8)前设有电动阀(11)，温度传感器(10)和电动阀(11)通过相应的导线与温度控制器(12)电连接,温度控制器(12)依据温度传感器(10)的数据通过电动阀(11)控制冷却水流量。
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