CN111518651B - 具有酯香酵母反应器的黄酒生产工艺 - Google Patents

具有酯香酵母反应器的黄酒生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有酯香酵母反应器的黄酒生产工艺，包括如下步骤：步骤一，酯香酵母反应器的配备；步骤二，酯香酵母及其固定化；步骤三，糖液的制备；步骤四，酯香酵母反应器的发酵；步骤五，主发酵罐的发酵；步骤六，后发酵罐的混合发酵。本发明的具有酯香酵母反应器的黄酒生产工艺，酯香酵母在生长和代谢过程中完全不会受到酿酒酵母对其的抑制，丰富了发酵液中挥发酯的种类与含量，且其固定化酵母颗粒可以重复使用多批次，大大简化了酯香酵母的扩培环节。

Description

具有酯香酵母反应器的黄酒生产工艺
技术领域
本发明涉及黄酒发酵工程技术，尤其是一种具有酯香酵母反应器的黄酒生产工艺。
背景技术
酵母体内酯类物质的合成过程如图1所示。葡萄糖和果糖等碳水化合物在酵母细胞中经过糖酵解途径生成丙酮酸。在氧气限制的条件下，一部分丙酮酸由a通路生成乙醇(酒精发酵的主要产物)，另一部分由b通路进入三羧酸循环，再通过丙酮酸的氧化脱羧形成乙酰CoA(Saerens et al.2010)。乙酰CoA通过脂肪合成酶作用生成脂酰CoA，脂酰CoA与乙醇经过醇酰基转移酶的作用合成酯类，然后分泌到细胞外(Styger et al.2011)。
酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)一直被认为是葡萄酒、黄酒等发酵酒酿造过程中的优势菌株，酒精转化率高、发酵彻底、过程易于控制，前期可以阻止其他杂菌的污染。但同时快速的发酵也存在香气缺失的问题。
非酿酒酵母主要存在于果园的土壤、果皮表面、天然麦曲，以及酿酒厂的发酵容器、储罐、管道等环境中，是一类与酒精发酵相关的天然酵母菌。早期非酿酒酵母被认为是影响酿酒过程的有害菌种，其代谢能力差，产酒精率低3-5％(vol)，耐SO2能力差，不能独自完成酒精发酵。非酿酒酵母主要参与自然酒精发酵前期，含量相对较少(103cfu/mL～106cfu/mL)，但随着酒精含量的不断升高会逐渐被酿酒酵母所替代。研究发现，非酿酒酵母在发酵期间会产生乙酸、乙醛、乙偶姻等一些不好的香气物质，但与此同时也能通过自身代谢活动生成醇或酯，或者通过胞外酶的释放产生包括乙酯类、高级醇、甘油、琥珀酸、挥发性酚类、萜烯类、芳香酮等一系列对黄酒质量有益香气物质，增加酒类香气的复杂度和浓郁度。与酿酒酵母不同，非酿酒酵母的新陈代谢偏好有氧环境，当葡萄糖浓度超过10g/L时，非酿酒酵母在氧气作用下开始繁殖，将碳原子转化生成其他代谢物，降低乙醇的产生。
2003年Rojas等人发现，Hanseniaspora guilliermondii(有孢汉逊酵母)、P.anomala(异常毕赤酵母)与S.cerevisiae(酿酒酵母)的混合发酵获得的乙酸酯类化合物比单一酿酒酵母发酵产品有明显提高。2006年Jolly等人认为，Kloeckera apiculata(柠檬形克勒克酵母)和Candida pulchrerima(铁红假丝酵母)能提高挥发性酯类物质含量。2008年Moreira等人提出，H.uvarum与S.cerevisiae进行混合模拟自然发酵，结果是酯类含量增加，提高了香气复杂度。2009年Anfang等人发现，Pichia kluyveri(克鲁维毕赤酵母)与S.cerevisiae按照1:1接种混合发酵时，葡萄酒中硫醇类香气物质的含量有所提高；按9:1进行混菌发酵时，葡萄酒中乙酸-3-巯基己醇的浓度会增加。2016年王星晨等研究了胶红酵母(Rhodotorula mucilaginosa)和酿酒酵母(S.cerevisiae)在葡萄汁中混合发酵，发现酿酒酵母的加入对胶红酵母的生长产生显著的抑制作用，混合发酵能起增香作用，显著提高了C6-化合物、乙酸酯、脂肪酸乙酯、脂肪酸和苯乙基类挥发性成分的含量。2017年李婷、陶永胜从川南白酒窖池中分离出一株高产酯的非酿酒酵母，毕赤酵母(Pichia fermentans)在40℃、pH为5时最大酶活力可达12.68U/g，提前0-96h接种处理的混菌发酵葡萄酒中检出35种香气物质，总含量达70～194mg/L。
前期尝试将异常汉逊酵母(CGMCC2.2930)、蒙奇球拟酵母(CICC1019)、鲁氏酵母(CGMC2.180)等酯香酵母添加在实验室卡氏罐完成与酿酒酵母(如安琪黄酒干酵母、85#酵母等)的混合发酵，但是发酵结束时黄酒中总酯的含量提高不显著，总酯含量通常仅能从27～107mg/L提高到49-135mg/L，效果并不如意。实际上，大多数酯香酵母在生长与代谢方面与酿酒酵母(S.cerevisiae)有不一样的习性：(1)酒精发酵能力弱，产酒精率仅3-5％(vol)，不耐更高浓度乙醇；(2)新陈代谢偏好有氧环境。要满足产酯酵母的这两个培养要求，就需要把产酯酵母和酿酒酵母分开来培养。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有酯香酵母反应器的黄酒生产工艺，酯香酵母在生长和代谢过程中完全不会受到酿酒酵母对其的抑制，丰富了发酵液中挥发酯的种类与含量，且其固定化酵母颗粒可以重复使用多批次，大大简化了酯香酵母的扩培环节。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有酯香酵母反应器的黄酒生产工艺，包括如下步骤：
步骤一：酯香酵母反应器的配备
所述酯香酵母反应器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°，在顶盖14上还设有酵母入口15和糖液入口16，锥底设有出料口；圆锥底的高为2a，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冷却水的流量以调节酯香酵母反应器内发酵液的温度；所述出料口通过管道与设置在圆筒体的上端部的多个回流喷嘴连接，在所述管道上设有离心泵；在距离锥底3a高度处设有一多孔假底；
步骤二：酯香酵母及其固定化
酯香酵母使用异常毕赤酵母(YEA1)或蒙奇球拟酵母(CICC1019)，26～28℃下在糖液中培养20～24h，使细胞达到对数生长期，酵母浓度控制在5.0×107个/mL水平；将培养到对数期的酯香酵母离心后与9倍重量的1.5％海藻酸钠溶液混匀，在37℃水浴条件下用20L多孔注射器(带6×6针头，孔径1mm)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；所述固定化酵母颗粒盛装于所述多孔假底的上部，多孔假底各孔的孔径均小于固定化酵母颗粒的直径；步骤三：糖液的制备
将20％的糯米浸米72h后，按照1:2.5的比例加水磨浆，搅拌均匀后按30U/g大米的比例加入α-淀粉酶，CaCl2用量2.5g/kg大米，90℃温度液化60min，冷却到50℃后按5kg/100kg大米的比例加麦曲，用乳酸或磷酸调节pH值在4.5±0.2，在50～60℃下糖化4～6h，经袋式过滤器过滤获得糖液，调整糖液浓度至20～22°Bx，121℃灭菌20min后冷却备用；
步骤四：酯香酵母反应器的发酵
将步骤三的糖液加入酯香酵母反应器，并加入糖液量1/3的步骤三的经灭菌的米浆水，调整糖液浓度为15～15.5％,按糖液量10％的重量比加入固定化酵母颗粒，使发酵期间的酵母数达到1.0×107个/mL，酯香酵母反应器控制在26～28℃温度下，发酵过程每4h开启循环泵使发酵液循环5min，循环料液体积比为100％，120h后将发酵液泵入后发酵罐；
步骤五：主发酵罐的发酵
将80％的糯米浸米5d后通过蒸饭、冷却后进入主发酵罐，主发酵罐投料时按大米:水＝1:2.5的重量比加水，同时添加8％的麦曲(以大米为基准，重量比)，按3％重量比接种酿酒酵母，在28℃～30℃温度下主发酵，当糖度小于40g/L时结束主发酵，发酵醪泵入后发酵罐；
步骤六：后发酵罐的混合发酵
后发酵罐在8～12℃下对步骤四、步骤五泵入的混合液继续发酵18～22天，以使总酯量达到223-336mg/L的水平，经过滤、灭菌得到黄酒产品。
冷却夹套下部设有冷却液进口，冷却夹套上部设有冷却液出口，在酯香酵母反应器的中部设有温度传感器，冷却液进口前设有电动阀，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液流量。
假底开孔率为25～30％，孔径3～4mm，出料口设有三通阀。
与现有技术相比本发明的有益效果是：国内少数白酒厂、葡萄酒厂也有应用酯香酵母来增香的，但是采用的方法都是与酿酒酵母(S cerevisiae)混合接种、发酵的方法。酯香酵母通常来源于各种野生酵母，一般也有少量产乙醇能力，但是积累乙醇的量一般不超过2～3％(vol)，乙醇浓度升高时它们就被抑制，酿酒酵母就迅速占优势。如果将酯香酵母混入到主发酵罐、或后发酵罐中，酯香酵母的生理活性大大降低，产生酯类物质的效果会打折扣。本技术引入酯香酵母反应器，20％的原料经酯香酵母反应器发酵120h后，再泵回主发酵罐，避免了高浓度乙醇对酯香酵母的抑制作用。
进一步的效果是，在酯香酵母反应器中，有一发酵液回流管路，每隔4h发酵液回流5min，发酵液从回流喷头呈雾状喷出时能有效吸入空气，因为要合成酯类物质，产酯酵母体内的丙酮酸必需由b通路进入三羧酸循环，再通过丙酮酸的氧化脱羧形成乙酰CoA→脂酰CoA，脂酰CoA与乙醇经过醇酰基转移酶的作用合成酯类，而酿酒酵母仅仅需要厌氧环境下的a通道(见图1)，所以跟酒精发酵需要厌氧条件下完成这一情况不同，要获得理想的酯类物质的积累，产酯酵母的发酵过程是需要适当供应氧气的。经过反复实践，产酯酵母反应器每4h循环一次(循环时间5min)，循环料液体积比为100％，发酵5d后可使发酵液的酯类含量达到315～545mg/L的水平，在主发酵罐、后发酵罐内发酵后总酯量可以在223-336mg/L的水平；本发明使用固定化酯香酵母，可以重复使用多批次，大大简化了酯香酵母的扩培环节。
更进一步的效果是，在产酯酵母固定化反应器中，除添加糖液外还加入1/3重量的米浆水，米浆水中含有丰富的有机酸，结合图1酵母体内酯类的合成途径，特别是浸米过程由乳酸菌产生的乳酸会转化为乳酰CoA，然后通过脂肪合成酶、醇酰基转移酶合成乳基酯类，丰富了发酵液中挥发酯的种类与含量。
附图说明
图1是酵母体内酯类的合成途径；
图2是传统黄酒生产工艺流程示意图；
图3是本发明的黄酒生产工艺流程示意图；
图4是本发明所使用的酯香酵母反应器的结构示意图。
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4，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。
本发明是一种具有酯香酵母反应器的黄酒生产工艺，包括如下步骤：
步骤一：酯香酵母反应器的配备
所述酯香酵母反应器包括具有圆锥底1的圆筒体4，所述圆筒体4的径高比为1:1，圆筒体4的直径为2.85米，圆锥底1的夹角为120°，在顶盖14上还设有酵母入口15和糖液入口16，锥底设有出料口13；圆锥底1的高为2a＝0.823米，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内冷却水的流量以调节酯香酵母反应器内发酵液的温度；所述出料口13通过管道52与设置在圆筒体4的上端部的多个回流喷嘴53连接，在所述管道52上设有离心泵51；在距离锥底3a高度处设有一多孔假底2；
步骤二：酯香酵母及其固定化
(1)酯香酵母使用异常毕赤酵母(YEA1)或蒙奇球拟酵母(CICC1019)，26～28℃下在糖液中培养20～24h，使细胞达到对数生长期，酵母浓度控制在5.0×107个/mL水平；
(2)将培养到对数期的酯香酵母离心后与9倍重量的1.5％海藻酸钠溶液混匀，在37℃水浴条件下用20L多孔注射器(带6×6针头，孔径1mm)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；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。
所述固定化酵母颗粒3盛装于所述多孔假底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，优选孔径为4mm，多孔假底2开孔率为25～30％。
步骤三：糖液的制备
将20％的糯米浸米72h后，按照1:2.5的比例加水磨浆，搅拌均匀后按30U/g大米的比例加入α-淀粉酶，CaCl2用量2.5g/kg大米，90℃温度液化60min，冷却到50℃后按5kg/100kg大米的比例加麦曲，用乳酸或磷酸调节pH值在4.5±0.2，在50～60℃下糖化4～6h，经袋式过滤器过滤获得糖液，调整糖液浓度至20～22°Bx，121℃灭菌20min后冷却备用；
步骤四：酯香酵母反应器的发酵
将步骤三的糖液加入酯香酵母反应器，并加入糖液量1/3的步骤三的经灭菌的米浆水，调整糖液浓度为15～15.5％,按糖液量10％的重量比加入固定化酵母颗粒，使发酵期间的酵母数达到1.0×107个/mL，酯香酵母反应器控制在26～28℃温度下，发酵过程每4h开启循环泵使发酵液循环5min，循环料液体积比为100％，120h后将发酵液泵入后发酵罐；
步骤五：主发酵罐的发酵
将80％的糯米浸米5d后通过蒸饭、冷却后进入主发酵罐，主发酵罐投料时按大米:水＝1:2.5的重量比加水，同时添加8％的麦曲(以大米为基准，重量比)，按3％重量比接种酿酒酵母，在28℃～30℃温度下主发酵，当糖度小于40g/L时结束主发酵，发酵醪泵入后发酵罐；
步骤六：后发酵罐的混合发酵
后发酵罐在8～12℃下对步骤四、步骤五泵入的混合液继续发酵18～22天，以使总酯量达到223-336mg/L的水平，经过滤、灭菌得到黄酒产品。
作为优选，冷却夹套7下部设有冷却液进口8，冷却夹套7上部设有冷却液出口9，在酯香酵母反应器的中部设有温度传感器10，冷却液进口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控制冷却液流量。出料口13设有三通阀。

Claims (3)

1. 一种具有酯香酵母反应器的黄酒生产工艺，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：酯香酵母反应器的配备
所述酯香酵母反应器包括具有圆锥底（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°，在顶盖（14）上还设有酵母入口（15）和糖液入口（16），锥底设有出料口（13）；圆锥底（1）的高为2a，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）内冷却水的流量以调节酯香酵母反应器内发酵液的温度；所述出料口（13）通过管道（52）与设置在圆筒体（4）的上端部的多个回流喷嘴（53）连接，在所述管道（52）上设有离心泵（51）；在距离锥底3a高度处设有一多孔假底（2）；
步骤二：酯香酵母及其固定化
（1）酯香酵母使用异常毕赤酵母YEA1或蒙奇球拟酵母CICC1019，26～28℃下在糖液中培养20～24h，使细胞达到对数生长期，酵母浓度控制在5.0×107个/mL水平；
（2）将培养到对数期的酯香酵母离心后与9倍重量的1.5%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1 h，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）；
所述固定化酵母颗粒（3）盛装于所述多孔假底（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；
步骤三：糖液的制备
将20%的糯米浸米72h后，按照1:2.5的比例加水磨浆，搅拌均匀后按30U/g大米的比例加入α-淀粉酶，CaCl2用量2.5g/kg大米，90℃温度液化60 min，冷却到50℃后按5kg/100kg大米的比例加麦曲，用乳酸或磷酸调节pH值在4.5±0.2，在50～60℃下糖化4～6 h，经袋式过滤器过滤获得糖液，调整糖液浓度至20～22°Bx，121℃灭菌20 min后冷却备用；
步骤四：酯香酵母反应器的发酵
将步骤三的糖液加入酯香酵母反应器，并加入糖液量1/3的步骤三的经灭菌的米浆水，调整糖液浓度为15～15.5%,按糖液量10%的重量比加入固定化酵母颗粒，使发酵期间的酵母数达到1.0×107个/mL，酯香酵母反应器控制在26～28℃温度下，发酵过程每4h开启循环泵使发酵液循环5min，循环料液体积比为100%，120h后将发酵液泵入后发酵罐；
步骤五：主发酵罐的发酵
将80%的糯米浸米5d后通过蒸饭、冷却后进入主发酵罐，主发酵罐投料时按大米:水=1:2.5的重量比加水，同时添加8%的麦曲，按3%重量比接种酿酒酵母，在28℃～30℃温度下主发酵，当糖度小于4%时结束主发酵，发酵醪泵入后发酵罐；
步骤六：后发酵罐的混合发酵
后发酵罐在8～12℃下对步骤四、步骤五泵入的混合液继续发酵18～22天，以使总酯量达到223-336 mg/L的水平，经过滤、灭菌得到黄酒产品。
2. 根据权利要求1所述的具有酯香酵母反应器的黄酒生产工艺，其特征在于：冷却夹套（7）下部设有冷却液进口（8），冷却夹套（7）上部设有冷却液出口（9），在酯香酵母反应器的中部设有温度传感器（10），冷却液进口（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）控制冷却液流量。
3.根据权利要求2所述的具有酯香酵母反应器的黄酒生产工艺，其特征在于：假底开孔率为25～30%，孔径3～4mm，出料口（13）设有三通阀。
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