CN114107407A - 一种基于酶法处理的白酒黄水利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于酶法处理的白酒黄水利用方法，属于白酒生物技术领域。本发明方法利用温和的酶反应方法对白酒黄水进行了处理，工艺简单，便于放大和工业化生产。反应结束后，通过简单的固液分离，回收脂肪酶后，即可获得黄水酯化液。之后，对滤液进行蒸馏和萃取即可以回收具有白酒特征风味酯。反应条件温和。在本发明方法反应条件下，Pp‑CALB脂肪酶和Novozyme435脂肪酶可以重复利用4次，可以有效的降低成本；且黄水中己酸，乙酸和乳酸的转化率几乎保持不变，并超过50％，白酒风味特征酯总浓度由初始的0.7g/L提升至9.89g/L，提升了14.13倍。实现黄水的再利用，提高了黄水的经济利用价值。
Description
技术领域
本发明属于白酒生物技术领域，特别涉及一种基于酶法处理的白酒黄水利用方法。
背景技术
我国酒文化氛围浓厚，素有摆酒迎客的习俗。白酒作为我国不可或缺的餐桌组成元素，已然成为国民生活重要的一部分。白酒消费更是能够满足马斯洛需求理论中相对高层次的需求，是人民美好生活的一种重要体现。
然而，白酒事业的发展也面临诸多伴生性问题，譬如发酵副产物黄水的处理问题。在白酒的酿造过程中，入窖酒醅经过微生物分解代谢后产生大量的游离水，这些游离水将酒醅中的酸、可溶性淀粉、酵母溶出物、还原糖、单宁、酒精及香味前体物质溶出，再与酒醅中未被微生物所利用的水逐渐沉降，最后慢慢沉积在窖池底部而形成棕褐色、呈流体状的液体，其被称为之黄水。我国作为白酒生产和消费大国，白酒黄水的产量较大，其中每生产1t的白酒，大约产生会产生0.3t-0.4t黄水，年产万t规模的大曲酒厂要产生黄水3 000-4000t，日产量10t左右。
当前黄水的下游产品开发及处理工艺并不发达，大量的黄水无法及时处理进入再生产利用。而黄水的生化需氧量(biochemical oxygen demand，BOD)较高(25000～30000mg/L)、化学需氧量(chemical oxygen demalld，COD)较高(25000～40000/L、pH值较低，3左右)，环境降解困难。若黄水未经处理直接排放，不仅会给环境处理带来巨大压力，而且会造成极大的资源浪费，严重制约了白酒优质品率的提高和可持续循环经济的实现。若能充分而有效地对丢槽和黄水加以综合利用，不仅可以节约粮食、降低生产成本、提高经济效益，更能减轻环境污染，为加快我国白酒行业的产业结构升级做出贡献。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种基于酶法处理的白酒黄水利用方法。该方法是在脂肪酶的作用下，将黄水中的有机酸催化成对应的有机酯，通过过滤/离心的方法回收脂肪酶，滤液则进行蒸馏和萃取。本发明方法获取了具有白酒特征风味酯，实现黄水的再利用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种基于酶法处理的白酒黄水利用方法，包括如下步骤：
(1)在原料黄水中添加食用酒精和脂肪酶，制备酶反应液；其中，黄水中食用酒精和脂肪酶的添加量分别为黄水基的20～60％(V/V)和0.1％～6％(W/V)；
(2)将步骤(1)所得的反应液混合均匀，在20～50℃反应条件下反应1～5d，经过滤/离心除去脂肪酶，得到黄水酯化液；
(3)将步骤(2)中所得黄水酯化液进行蒸馏和萃取，回收其中香味成分，得到白酒特征风味酯。
优选的，所述的食用酒精为乙醇≥95％V/V的食用酒精；
为进一步实现本发明目的，优选地，所述的食用酒精的添加量为40～60％(V/V)。
优选地，步骤(1)所述的脂肪酶为ZL200910039860.5中公开的毕赤酵母细胞表面展示的南极假丝酵母脂肪酶(记为Pp-CALB脂肪酶)和Novozyme 435脂肪酶中的至少一种；
优选地，步骤(1)所述的脂肪酶的添加量为黄水基的0.5～6％(W/V)，进一步为黄水基的0.5～5％(W/V)。
优选地，步骤(1)所述的脂肪酶的水解酶活力高于400U/g。
优选地，步骤(2)中所述的反应条件为10～40℃，反应时间为2～4d；进一步为31～40℃，反应时间为2～4d。
优选地，步骤(3)中，采用真空减压蒸馏方法进行蒸馏。
优选地，步骤(3)中，萃取所用的萃取液选择饱和Na2CO3溶液。
优选地，所述的白酒特征风味酯主要为己酸乙酯，乙酸乙酯和乳酸乙酯。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明方法利用温和的酶反应方法对白酒黄水进行了处理，工艺简单，便于放大和工业化生产。反应结束后，通过简单的固液分离，回收脂肪酶后，即可获得黄水酯化液。之后，对滤液进行蒸馏和萃取即可以回收具有白酒特征风味酯。
(2)本发明方法反应条件温和。在本发明方法反应条件下，Pp-CALB脂肪酶和Novozyme 435脂肪酶可以重复利用4次，可以有效的降低成本；且黄水中己酸，乙酸和乳酸的转化率几乎保持不变，并超过50％，白酒风味特征酯总浓度由初始的0.7g/L提升至9.89g/L，提升了14.13倍。实现黄水的再利用，提高了黄水的经济利用价值。
附图说明
图1是Pp-CALB脂肪酶处理后的黄水酯化液气相色谱图。
图2是Novozyme 435脂肪酶处理后的黄水酯化液气相色谱图。
图3是Pp-CALB脂肪酶对白酒黄水转化率的影响。
图4是Novozyme 435脂肪酶对白酒黄水转化率的影响。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
下列实施例中未注明具体实验条件的试验方法，通常按照常规实验条件或按照制造厂所建议的实验条件。所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为从商业途径得到的试剂和材料。
实施例中馏出酒样气相色谱检测方法如下：
采用安捷伦7890A气相色谱仪(氢火焰离子检测器，0.32μm×0.25mm×30m的DB-FFAP毛细管柱)。分析条件：载气(N2)流速20ml/min，干燥空气流速300ml/min，氢气流速30ml/min，分流比为1:30。柱温设定采用程序升温：60℃维持8min，然后以10℃/min的速度升温至150℃，维持10min，再以10℃/min的速度升温至200℃，维持1min。进样器温度设置为300℃，检测器温度设置为320℃，进样量为1μL。外标法测定乙酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯的产量以及乙酸、己酸、乳酸的浓度。
实施例1：
20mL的黄水(浓香型白酒发酵的副产物，黄水的总酸值为38.94g/L，pH值为3.7)中，加入4mL食用酒精(95％，V/V)，混合均匀后加入Pp-CALB脂肪酶0.4g或者Novozyme 435脂肪酶0.04g，搅拌均匀。将上述反应液在40℃反应条件下反应4d。反应结束后，经过滤/离心除去脂肪酶，脂肪酶用于下一批催化反应，滤液进行蒸馏和萃取并回收白酒特征风味酯。设置不添加Pp-CALB脂肪酶或者Novozyme 435脂肪酶组为对照组。
在本发明方法反应条件下，经Pp-CALB脂肪酶或者Novozyme 435脂肪酶处理后的黄水酯化液的白酒特征风味酯为乙酸乙酯(保留时间2.07min)、己酸乙酯(保留时间5.06min)及乳酸乙酯(保留时间9.46min)(图1，图2)。
实施例2：
20mL的黄水中，加入10mL食用酒精(95％，V/V)，混合均匀后加入Pp-CALB脂肪酶1g，搅拌均匀。将上述反应液在31℃反应条件下反应2d。反应结束后，经过滤/离心除去脂肪酶，得到黄水酯化液，脂肪酶用于下一批催化反应(总共重复利用4次)。
在本发明方法反应条件下，Pp-CALB制备的黄水酯化液中，己酸的转化率为67.05％，乙酸和乳酸的转化率分别为64.07％和52.26％。黄水酯化液中乙酸乙酯浓度为2.26g/L，己酸乙酯浓度为1.44g/L，乳酸乙酯浓度为3.53g/L，白酒风味特征酯总浓度由原来的0.7g/L提升到7.23g/L，提升了10.33倍，经蒸馏和萃取后，总酯回收率为76.5％。且Pp-CALB重复利用4次后，Pp-CALB催化黄水制备黄水酯化液的乙酸，己酸的转化率保持在60％以上，乳酸的转化率保持在50％以上(图3)。
实施例3：
20mL的黄水中，加入10mL食用酒精(95％，V/V)，混合均匀后加入Novozyme 435脂肪酶0.1g，搅拌均匀。将上述反应液在31℃反应条件下反应2d。反应结束后，经过滤/离心除去脂肪酶，得到黄水酯化液，脂肪酶用于下一批催化反应(总共重复利用4次)。
在本发明方法反应条件下，Novozyme 435脂肪酶制备的黄水酯化液中，己酸的转化率为55.34％，乙酸和乳酸的转化率分别为68.23％和73.98％。黄水酯化液中乙酸乙酯浓度为2.68g/L，己酸乙酯浓度为1.61g/L，乳酸乙酯浓度为5.6g/L。白酒风味特征酯总浓度由初始的0.7g/L提升至9.89g/L，提升了14.13倍，经蒸馏和萃取后，总酯回收率为74.6％。且Novozyme 435脂肪酶重复使用四次后，乙酸和乳酸的转化率保持在60％以上，己酸的转化率保持在50％以上(图4)。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于酶法处理的白酒黄水利用方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)在原料黄水中添加食用酒精和脂肪酶，制备酶反应液；其中，黄水中食用酒精和脂肪酶的添加量分别为黄水基的20～60％V/V和0.1％～6％W/V；
(2)将步骤(1)所得的反应液混合均匀，在20～50℃反应条件下反应1～5d，经过滤/离心除去脂肪酶，得到黄水酯化液；
(3)将步骤(2)中所得黄水酯化液进行蒸馏和萃取，回收其中香味成分，得到白酒特征风味酯。
2.根据权利要求1所述的基于酶法处理的白酒黄水利用方法，其特征在于：
步骤(1)所述的脂肪酶为ZL200910039860.5中公开的毕赤酵母细胞表面展示的南极假丝酵母脂肪酶和Novozyme 435脂肪酶中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的基于酶法处理的白酒黄水利用方法，其特征在于：所述的食用酒精的添加量为40～60％V/V。
4.根据权利要求1或2所述的基于酶法处理的白酒黄水利用方法，其特征在于：步骤(1)所述的脂肪酶的添加量为黄水基的0.5～6％W/V。
5.根据权利要求1或2所述的基于酶法处理的白酒黄水利用方法，其特征在于：步骤(1)所述的脂肪酶的水解酶活力高于400U/g。
6.根据权利要求1或2所述的基于酶法处理的白酒黄水利用方法，其特征在于：步骤(2)中所述的反应条件为10～40℃，反应时间为2～4d。
7.根据权利要求1或2所述的基于酶法处理的白酒黄水利用方法，其特征在于：步骤(1)所述的脂肪酶的添加量为黄水基的0.5～5％W/V；
步骤(2)中所述的反应条件为31～40℃，反应时间为2～4d。
8.根据权利要求1或2所述的基于酶法处理的白酒黄水利用方法，其特征在于：所述的食用酒精为乙醇≥95％V/V的食用酒精。
9.根据权利要求1或2所述的基于酶法处理的白酒黄水利用方法，其特征在于：
步骤(3)中，采用真空减压蒸馏方法进行蒸馏；
步骤(3)中，萃取所用的萃取液选择饱和Na2CO3溶液。
10.根据权利要求1或2所述的基于酶法处理的白酒黄水利用方法，其特征在于：所述的白酒特征风味酯主要为己酸乙酯，乙酸乙酯和乳酸乙酯。
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