生料發(fā)酵技術(shù)及其在酒精生產(chǎn)中的應(yīng)用

闞金蘭

摘 ?要：隨著酶工程的發(fā)展生料發(fā)酵取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。生物技術(shù)被使用到工業(yè)化生產(chǎn)中。文章簡(jiǎn)要介紹生料發(fā)酵機(jī)理和影響糖化酶水解生淀粉的幾大因素及生料發(fā)酵在酒精生產(chǎn)過(guò)程中的技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：生料發(fā)酵;酒精生產(chǎn);技術(shù);應(yīng)用

前言

生料發(fā)酵是微生物直接利用生淀粉進(jìn)行生長(zhǎng)、繁殖及代謝的過(guò)程。微生物在新陳代謝過(guò)程中利用其自身所帶的酶將生淀粉轉(zhuǎn)化成葡萄糖，葡萄糖又可作為能量供給者維持微生物的代謝活動(dòng)等。在微生物的其它酶類作用下將葡萄糖相應(yīng)的轉(zhuǎn)化成酒精、醋和酶等產(chǎn)物。生料發(fā)酵技術(shù)的開(kāi)創(chuàng)和成功應(yīng)用，取代了傳統(tǒng)淀粉原料蒸煮工藝，不僅節(jié)省能耗、操作簡(jiǎn)便，還增強(qiáng)了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力、增加糧食等農(nóng)產(chǎn)品的附加值，值得國(guó)家大力推廣和采用。

1 具有生淀粉糖化能力的微生物菌種

眾多微生物菌種中能產(chǎn)生葡萄糖淀粉酶的主要因素是霉菌，其次是細(xì)菌，它們所產(chǎn)的葡萄糖淀粉酶都有一定的糖化能力。葡萄糖淀粉酶通常又叫作糖化酶。具有糖化能力的淀粉酶菌有：黑曲霉、根霉、米曲霉、毛霉、枯草桿菌、芽孢桿菌、球菌等。工業(yè)上的糖化酶主要是從黑曲霉、米曲霉、根霉等絲狀真菌和酵母中獲取的。

2 生料發(fā)酵釀酒技術(shù)的機(jī)理

釀酒的原料無(wú)需蒸熟和糊化，直接可利用生料把淀粉轉(zhuǎn)化成糖，緊接著再轉(zhuǎn)化成酒精。生料釀酒工藝流程：生料+曲→發(fā)酵→蒸餾→成品酒。生料糖化是指在糖化酶酶解的作用下將原料中的生淀粉水解后生成葡萄糖。分析糖化酶的分子結(jié)構(gòu)可知：酶分子結(jié)構(gòu)式中存在親和生淀粉的特異性位點(diǎn)，加上生淀粉本身具有一定的吸附能力，使得糖化酶和生淀粉更容易緊密結(jié)合，從而催化水解產(chǎn)生葡萄糖。糖化酶因來(lái)源和活性的不同而影響生淀粉的水解能力[1]。

3 糖化酶對(duì)生淀粉的水解能力與原料的性質(zhì)、pH值、溫度、酶活力等條件有關(guān)

3.1 原料的品種、質(zhì)量等對(duì)糖化酶水解生淀粉速率的影響

生料糖化中，只要糖化酶的活力足夠高，各種含淀粉的原料都可用于生料發(fā)酵。Jane[2]研究了淀粉分子量和支鏈淀粉的含量對(duì)淀粉粘度的影響：當(dāng)?shù)矸垲w粒越細(xì)小、支鏈淀粉越多時(shí)，其粘度越大。我國(guó)現(xiàn)階段用于釀酒的淀粉質(zhì)原料有高粱、玉米、大米、小麥等。其中，大米的出酒率最高，可達(dá)80%。高粱中含有的單寧和色素這類物質(zhì)，會(huì)對(duì)糖化發(fā)酵產(chǎn)生一定的抑制作用。大米和玉米在熟料發(fā)酵過(guò)程中因溫度過(guò)高對(duì)淀粉造成一定程度上的損失，所以生料發(fā)酵出酒率比熟料發(fā)酵出酒率高[3]。玉米中雜醇油含量較高，影響酒質(zhì)。釀酒的原料一般要求是要經(jīng)過(guò)粉碎的，像大米粒般細(xì)度大小的原料就不必經(jīng)過(guò)粉碎。達(dá)到那樣細(xì)度的原料顆粒在被水充分浸泡數(shù)小時(shí)后，霉菌就能廣泛隨機(jī)的與原料淀粉接觸，從而達(dá)到酶解的目的。要想用生料釀出的白酒口感好，必須搭配好釀酒的原料及其比例。如果將玉米和高粱按照好比例混合后進(jìn)行發(fā)酵，可沖淡單寧等有害物質(zhì)對(duì)糖化發(fā)酵的影響[4]。生料釀酒對(duì)的原料要求是無(wú)蟲蛀、無(wú)雜質(zhì)、無(wú)霉?fàn)€、無(wú)變質(zhì)等。當(dāng)原料顆粒粉碎細(xì)小時(shí)，其表面積大，可暴露出更多的顆粒淀粉鏈酶結(jié)合位點(diǎn)，增加酶解的機(jī)率，所以對(duì)原料的要求要細(xì)。

3.2 pH值對(duì)糖化酶水解生淀粉速率的影響

生料發(fā)酵中常常使用的酶是多菌種復(fù)合型酶系，pH值對(duì)菌體的新陳代謝有明顯的作用，其各自的作用pH不盡相同。實(shí)際生產(chǎn)中通過(guò)控制發(fā)酵液的pH值，來(lái)抑制雜菌的生長(zhǎng)，從而控制反應(yīng)。由生淀糖化實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)可知，黑曲淀粉酶的最適pH為3.5，根霉淀粉酶的最適pH為4.5[5]。一般生料發(fā)酵的初始pH在4.0～6.0范圍內(nèi)影響不大。

3.3 發(fā)酵溫度對(duì)糖化酶水解生淀粉速率的影響

由于酶在不同溫度下的酶活力不一樣，導(dǎo)致各類淀粉酶解速率不一樣。酶反應(yīng)速度隨著溫度的升高而加快，之后會(huì)達(dá)到一個(gè)最大值，我們把最快速率下對(duì)應(yīng)的溫度定義為“最適宜溫度”。與熟料發(fā)酵相比，常溫發(fā)酵溫度不高，發(fā)酵周期長(zhǎng)。糖化酶的最適作用溫度為55℃左右，而生料發(fā)酵在常溫下進(jìn)行，故而沒(méi)能達(dá)到最適溫度，使得淀粉酶作用緩慢，延長(zhǎng)發(fā)酵時(shí)間和發(fā)酵周期。有的酒曲酶在室內(nèi)溫度20～38℃能發(fā)酵出酒，因其最適溫度為25℃左右。在一定溫度范圍區(qū)間，溫度越高，發(fā)酵用時(shí)越少，酒釀的香味越好。反之，溫度越低，發(fā)酵速率越慢，酒質(zhì)越差。在釀酒生產(chǎn)中，酶作用的最適溫度，因生產(chǎn)日和生產(chǎn)地的不同，而選擇不同。

4 生料釀酒技術(shù)在白酒生產(chǎn)中的應(yīng)用

白酒是我國(guó)的國(guó)酒，因其工藝獨(dú)特、風(fēng)味甘醇，聞名中外，是世界上六大蒸餾酒之一。生料釀酒工藝的最大特色是釀酒原料無(wú)需蒸煮就可直接進(jìn)入發(fā)酵工藝。生料釀酒的生產(chǎn)操作簡(jiǎn)單、低耗，節(jié)省了大量的人力和物力，且原料出酒率可達(dá)70%～80%。1989年，日本高峰和則[6]對(duì)糖化酶釀制生料和熟料甘薯燒酒做了試驗(yàn)。結(jié)果熟料比生料更節(jié)省時(shí)間，出酒率更高。1999年，四川省食品發(fā)酵設(shè)計(jì)院的劉義剛發(fā)表了“無(wú)蒸煮原料液態(tài)法釀酒技術(shù)初探”一文[7]，對(duì)生料釀酒工藝技術(shù)作了研究試驗(yàn)，出酒率達(dá)61%。2004年，劉忠義等“雙曲生料發(fā)酵”釀制高粱燒酒的研究[8]，研究出一種生料釀酒的新式方法，即在高粱生料發(fā)酵過(guò)程中加入一種芳香酒曲，釀出的酒味美醇正，出酒率高?，F(xiàn)代工業(yè)制酒中，像茅臺(tái)、五糧液、豐谷等知名品牌的酒業(yè)已開(kāi)始使用生料制酒的工藝，大大提高了產(chǎn)業(yè)效益。

5 結(jié)束語(yǔ)

眾所周知，中國(guó)傳統(tǒng)的釀酒法都是將原料進(jìn)行蒸煮后再來(lái)進(jìn)行糖化和發(fā)酵。這種傳統(tǒng)的釀酒法，工藝操作繁瑣復(fù)雜，所需勞動(dòng)力強(qiáng)度大，工藝設(shè)備占地面大，不僅生產(chǎn)成本居高不下，產(chǎn)酒率也不理想。隨著生物技術(shù)的飛速展，生料直接經(jīng)酶制劑作用發(fā)酵成酒變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，生料釀酒是我國(guó)傳統(tǒng)釀酒工藝的技術(shù)性突破，也是中國(guó)白酒史上的重大突破。此外，生料釀酒在寒冷的東北等地區(qū)還有另一個(gè)重大現(xiàn)實(shí)意義，粉料在蒸熟后冷卻時(shí)，冬季低溫下極易回生黏結(jié)成硬團(tuán)，難打散，不僅增加勞動(dòng)強(qiáng)度，也影響出酒率。若采用生料釀酒便可以避免此弊病。生料釀酒技術(shù)順應(yīng)現(xiàn)代酒業(yè)發(fā)展趨勢(shì)和潮流動(dòng)態(tài)，保持了傳統(tǒng)酒釀固有特色，酒質(zhì)高品、香甜醇正，促進(jìn)了酒業(yè)的更新和發(fā)展起到了很大的推動(dòng)和助力作用，對(duì)發(fā)展工業(yè)化經(jīng)濟(jì)也具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1]何丹，肖更生，吳繼軍，等.生料釀酒技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].現(xiàn)代食品科技，2007，10：93-96+92.

[2]J.L.Jane and J.F.Chen，Effect of amylase molecular size and amylopectin branch chain length on paste properties of starch[J].CerealChem，1992（69）：60-65.

[3]康明官.白酒工業(yè)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，1993.

[4]華南工學(xué)院，等.酒精與白酒工藝學(xué)[M].北京：輕工業(yè)出版社，1990.

[5]上田誠(chéng)之助.無(wú)蒸煮酒精發(fā)酵[J].孫志浩，譯.應(yīng)用微生物，1993（3）.

[6]高峰和則，等.糖化酶釀制生料甘薯燒酒和熟料甘薯燒酒的試驗(yàn)研究[J].黃平，等譯.釀酒科技，1992（3）.

[7]劉義剛.無(wú)蒸煮原料液態(tài)法釀酒技術(shù)初探[J].釀酒科技，1999（5）.

[8]劉忠義，等.“雙曲生料發(fā)酵”釀制高粱燒酒的研究[J].中國(guó)釀造，2004（11）.