超聲波輔助酒精發(fā)酵技術(shù)研究進(jìn)展

□ 殷嘉音　黑龍江民族職業(yè)學(xué)院　閆寶軍　黑龍江東方學(xué)院

超聲波輔助酒精發(fā)酵技術(shù)研究進(jìn)展

□ 殷嘉音黑龍江民族職業(yè)學(xué)院閆寶軍黑龍江東方學(xué)院

超聲波技術(shù)作為走在科技前沿的蓬勃發(fā)展的新型技術(shù)，有著廣闊的應(yīng)用前景，在各領(lǐng)域都有著巨大的發(fā)展空間。超聲波技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用設(shè)備中，在社會各行各業(yè)和人們的生產(chǎn)生活發(fā)揮著十分重要的作用。超聲波技術(shù)在酒精發(fā)酵中的運(yùn)用為超聲波技術(shù)應(yīng)用于生物科技提供了理論依據(jù)，現(xiàn)階段對于超聲波技術(shù)的研究并未十分完善，仍需在實(shí)踐中不斷探討以推進(jìn)超聲波技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

近年來，超聲波技術(shù)發(fā)展迅速，很多行業(yè)都在運(yùn)用超聲波技術(shù)，如人們熟知的B超，超聲波洗牙，雷達(dá)等。本文介紹超聲波技術(shù)在酒精發(fā)酵技術(shù)上的運(yùn)用，通過深入研究超聲波促進(jìn)酒精發(fā)酵的原理，在研究超聲波處理前后的酵母菌數(shù)量和發(fā)酵液黏度、酒精產(chǎn)生量等的基礎(chǔ)上，利用核磁共振技術(shù)和掃描技術(shù)等進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)超聲波可促進(jìn)原料的乳化分散，并可有效優(yōu)化發(fā)酵條件。

超聲波技術(shù)的介紹

超聲波技術(shù)利用到三種原理。第一種是利用超聲波傳播速度相對較慢的特點(diǎn)，通過測定超聲波發(fā)射到接收的時(shí)間，計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)到接收點(diǎn)的距離。第二種是利用平面定位原理，先放一支用于定位的筆，同時(shí)充當(dāng)超聲波發(fā)射器，在屏幕的一邊放置兩個超聲接收裝置，按固定距離分布，當(dāng)筆在屏幕的表面移動時(shí)，其發(fā)射的超聲波沿著屏幕的表面?zhèn)鞯浇邮掌?，被接收器檢測到，即可用收到超聲波的時(shí)間計(jì)算出筆和接收器間的距離。第三種原理是三點(diǎn)定位，即根據(jù)三角形的已知三個邊長來確定筆所處的定點(diǎn)位置，計(jì)算出筆的坐標(biāo)。

超聲波技術(shù)在酒精發(fā)酵中的運(yùn)用

超聲波提高酒精發(fā)酵效果的理論依據(jù)

運(yùn)用超聲波技術(shù)可輔助酒精發(fā)酵。超聲波可對酒精發(fā)酵過程中的部分參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線超聲，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控發(fā)酵過程的作用。人們深入研究超聲波促進(jìn)酒精發(fā)酵的原理，研究結(jié)果表明，對照組酵母菌落數(shù)在42 h達(dá)到最大值，而酒精含量在90 h達(dá)到最大值。發(fā)酵末期，水分子團(tuán)17O半峰寬為85.39 Hz。發(fā)酵液的黏度逐漸降低，酵母細(xì)胞表面沒有明顯的凹陷。而超聲組菌落總數(shù)提前18 h達(dá)到最大值，還原糖的消耗速率較快。超聲組產(chǎn)生酒精的速率較快，發(fā)酵液的黏度也明顯低于對照組。酵母細(xì)胞表面較粗糙，不飽滿，且出現(xiàn)一定程度的凹陷。在發(fā)酵末期，水分子團(tuán)17O半峰寬為54.32 H z。該研究結(jié)果不僅為超聲波在酒精發(fā)酵中的應(yīng)用提供可靠的理論基礎(chǔ)，還為超聲波技術(shù)在生物科技中的應(yīng)用提供了依據(jù)。

超聲波分為能量高頻率低的功率超聲波和頻率高但能量低的檢測超聲波。對于檢測超聲波而言，微弱聲波在液體介質(zhì)中傳播時(shí)，其傳播特性受介質(zhì)性質(zhì)的影響，聲速變化和液體介質(zhì)濃度變化在一定范圍內(nèi)存在線性關(guān)系，因而只需測得液體聲速便可得到液體濃度，進(jìn)而得到其他參數(shù)，實(shí)現(xiàn)過程參數(shù)的在線非接觸測量。功率超聲波具有熱作用、空化作用和機(jī)械作用三種作用機(jī)制。機(jī)械作用可使發(fā)酵液的質(zhì)量傳遞作用得以加速運(yùn)行，還可增強(qiáng)細(xì)胞膜的質(zhì)量傳遞，從而提高發(fā)酵的反應(yīng)速度?？栈饔每捎糜跉⒕蚴姑甘Щ睿涌炝Ｗ舆\(yùn)動速度，使反應(yīng)過程急劇加速。這種作用可促進(jìn)原料的乳化分散過程，可有效優(yōu)化發(fā)酵條件。

超聲波技術(shù)促進(jìn)酒精發(fā)酵原理

淀粉以顆粒形狀存在，其外部有一層保護(hù)膜，要破壞保護(hù)膜才可利用淀粉，否則淀粉無法外露。為加速破壞保護(hù)膜，可利用超聲波技術(shù)破壞淀粉的保護(hù)膜。適當(dāng)?shù)牡蛷?qiáng)度超聲波作用于動植物細(xì)胞時(shí)會產(chǎn)生胞內(nèi)激流、胞內(nèi)質(zhì)的旋轉(zhuǎn)和渦流運(yùn)動，提高細(xì)胞膜和細(xì)胞壁穿透性，這些效應(yīng)可提高細(xì)胞的新陳代謝功能，徹底破壞淀粉保護(hù)膜，達(dá)到理想的效果。

超聲波輔助酒精發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及展望

超聲波輔助酒精發(fā)酵技術(shù)的現(xiàn)狀

菌體濃度的在線測量一度是科學(xué)難題。酒精發(fā)酵的效果與菌體濃度密切相關(guān)，因此菌體濃度是酒精發(fā)酵極為重要的參數(shù)。實(shí)時(shí)監(jiān)控菌體濃度可控制白酒發(fā)酵進(jìn)程，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量?？茖W(xué)家研制出一種新的儀器，即超聲波傳感器，可用于酒精蒸餾生產(chǎn)過程中乙醇濃度的在線檢測，隨時(shí)了解發(fā)酵酒醅中的酒精含量，對人為控制白酒品質(zhì)、提高白酒質(zhì)量的穩(wěn)定性起到非常重要的作用。

對超聲波技術(shù)的未來展望

超聲波技術(shù)已廣泛運(yùn)用在工業(yè)和民用設(shè)備上，在社會各行各業(yè)和人們的生產(chǎn)生活中發(fā)揮著十分重要的作用。國內(nèi)有些廠家已將超聲波技術(shù)應(yīng)用于酒精發(fā)酵，但因?yàn)檫@是一項(xiàng)新興技術(shù)，對其理論方面的研究并未十分完善，還需在實(shí)踐中進(jìn)一步探討。超聲波技術(shù)在酒精發(fā)酵中的成功，為超聲波技術(shù)應(yīng)用于許多技術(shù)領(lǐng)域提供了理論依據(jù)和實(shí)踐基礎(chǔ)。

結(jié)語

超聲波被發(fā)現(xiàn)以來，不斷地造福人類社會，并逐步深入到科技領(lǐng)域的諸多方面和各生產(chǎn)環(huán)節(jié)。超聲波技術(shù)對酒精發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展具有極其重要的作用，攻克了酒精發(fā)酵過程中的難題，超聲波技術(shù)對各行各業(yè)有非常重要的影響，現(xiàn)已應(yīng)用到各方面。通過在實(shí)踐基礎(chǔ)上對超聲波技術(shù)的進(jìn)一步完善，超聲波技術(shù)將發(fā)揮更全面的作用，其應(yīng)用將更普遍。

閆寶軍（1987-），黑龍江東方學(xué)院，講師。研究方向：大學(xué)生思想政治教育，大學(xué)生職業(yè)生涯規(guī)劃，食品檢測。

殷嘉音（1986-），黑龍江民族職業(yè)學(xué)院，助教。研究方向：酒類，焙烤。