CN103923950B - 一种利用酶解法提高木薯发酵酒精产率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用酶解法提高木薯发酵酒精产率的方法，包括以下步骤：（1）拌浆：取干净鲜木薯粉碎，搅拌加水，然后加入果胶酶、酸性蛋白酶和液化酶水浴，先将温度控制在40℃，保持90~120min，制得木薯浆料；（2）液化：将所述木薯浆料升温至85~95℃，保持90~120min；（3）糖化：液化后的木薯浆料冷却至60℃，加入糖化酶和纤维素酶保持1h，制得糖化醪；（4）发酵：将所述糖化醪降温至32~35℃，加入尿素、硫酸铵和酒母，摇匀，放入32℃培养箱中，发酵60~80h，即完成酒精发酵醪。本发明解决了现有利用木薯发酵酒精时木薯中的纤维素以及被纤维素、木质素和少量的蛋白质以及外层的果胶所缠绕包裹着的淀粉不能被酵母利用和酶制剂添加不规范的问题，使木薯的利用率与出酒率均有大幅度提升。
Description
技术领域
本发明属于酿酒技术领域，涉及一种提高木薯中淀粉出率和还原糖含量的方法，尤其是一种利用酶解法提高木薯发酵酒精产率的方法。
技术背景
木薯是非粮食农产品，且对土质的要求低，耐旱、耐瘠薄，符合“不争粮，不争（食）油，不争糖，充分利用边际性土地（指基本不适合种植粮、棉、油等作物的土地）”的国家粮食发展战略，同时用于发展燃料乙醇也很符合当前国家生物质能源发展战略，有利于保障国家粮食安全和能源安全。木薯号称“淀粉之王”，木薯干淀粉含量高达70%以上，然而在生产中，大部分裸露的淀粉很容易被人们使用，而纤维素和被纤维素、木质素和少量的蛋白质以及外层的果胶所缠绕包裹着的一部分淀粉颗粒却难以被利用。在传统工艺中，物料在蒸煮阶段添加液化酶，在发酵阶段添加酸性蛋白酶，酶制剂作用时间晚、作用时间短、不能将物料中的果胶切断将里边的淀粉释放出来，也不能利用木薯中的纤维素。对于某些物料，例如红薯、木薯等，在做酒精发酵配醪过程中，物料吸水性大，再加上受热淀粉膨胀，物料黏度增大，流动性差，物料浓度难以再增加，并且物料含有一定的果胶，果胶缠绕的一部分淀粉不能被释放出来，不但能耗高，而且设备容易损坏，原料中淀粉利用率低。
《酿酒科技》2009年第1期，30~32页公开的论文“应用纤维素酶提高木薯酒精发酵出酒率的试验研究”中，利用纤维素酶可降解纤维素类物质，转化为可发酵性糖，进而使酵母可利用性碳源增加，从而提高原料出酒率的特点，在酒精发酵试验的糖化开始前加入纤维素酶，作用30min，调整PH值为4.0~5.0，温度保持在55℃~60℃，经验证，其最优方案下，酒精度可由原来的14.30%增加到14.75%，相对提高了3.15%，同时原料出酒率也由原来的34.98%增加到36.08%，相对提高了3.14%。虽然该论文所公开的技术方案通过添加纤维素酶，在一定程度上提高了木薯的酒精度和原料出酒率，但其仅仅利用纤维素酶并不能将木薯中的被纤维素、木质素和少量的蛋白质以及外层的果胶所缠绕包裹着的淀粉全部都酶解释放出来，即木薯的利用率还是有限的，其酒精度和原料出酒率的提升仍然存在一定的空间，并不能达到最佳效果。
发明内容
本发明提供了一种利用酶解法提高木薯发酵酒精产率的方法，它解决了现有利用木薯发酵酒精时木薯中的纤维素以及被纤维素、木质素和少量的蛋白质以及外层的果胶所缠绕包裹着的淀粉不能被酵母利用和酶制剂添加不规范的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种利用酶解法提高木薯发酵酒精产率的方法，包括以下步骤：
（1）拌浆：取干净鲜木薯粉碎，搅拌加水，然后加入果胶酶、酸性蛋白酶和液化酶水浴，先将温度控制在40℃，保持90~120min，制得木薯浆料；
（2）液化：将所述木薯浆料升温至85~95℃，保持90~120min；
（3）糖化：将步骤（2）液化后的木薯浆料冷却至60℃，加入糖化酶和纤维素酶保持1h，制得糖化醪；
（4）发酵：将所述糖化醪降温至32~35℃，加入尿素、硫酸铵和酒母，摇匀，放入32℃培养箱中，发酵60~80h，即完成酒精发酵醪。
进一步，本发明的优选方案为：液化酶的添加量为15~20U/g木薯，果胶酶的添加量为6~10U/g木薯，糖化酶的添加量为160~200U/g木薯，酸性蛋白酶的添加量为6~10U/g木薯，纤维素酶的添加量为15~25U/g木薯。
进一步，本发明方法中，所述尿素的添加量为0.1g/100g木薯，所述硫酸铵的添加量为0.1g/100g木薯。
进一步，本发明方法中，所述酒母的添加量为：100ml酒母/400ml醪液，所述酒母中酵母菌的含量为1~2亿个/ml。
进一步，所述酒母制备的工艺流程包括：试管→三角瓶→50L酒母罐→300L酒母罐→发酵罐。
本发明方法的有益之处是：首先，在木薯发酵酒精时，本发明利用果胶酶和酸性蛋白酶的联合酶解作用，使木薯中所包含的被纤维素、木质素和少量的蛋白质，以及外层的果胶所缠绕包裹着的难以被利用一部分淀粉颗粒的结构打断，让里边的淀粉释放出来，为生产所用，在一定程度上大大提高了木薯的利用率。其次，在制备醪液时加入纤维素酶，通过纤维素酶的水解作用，把木薯中的纤维素变成还原糖让酵母利用，通过实验发现经过酶解后醪液中还原糖的含量可提高将近7%左右，酒度可以提高近7%，同时，物料的黏度有所降低，提高了物料在的流动性，不易损坏设备，降低了生产粮耗和能耗，节约了成本。
附图说明
下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述：
图1为本发明的实施工艺流程图；
图2为对比例1即原始方案的工艺流程图。
具体实施方式
如图1所示：一种利用酶解法提高木薯淀粉发酵酒精产率的方法，包括以下步骤：
（1）拌浆：取干净鲜木薯粉碎并加水搅拌均匀，然后往所得混合液中加入果胶酶6~10U/g木薯、酸性蛋白酶6~10U/g木薯和液化酶15~20U/g木薯进行水浴，先将温度控制在40℃，保持90~120min，制得木薯浆料。此步骤利用果胶酶和酸性蛋白酶的联合酶解作用，使木薯中所包含的被纤维素、木质素和少量的蛋白质，以及外层的果胶所缠绕包裹着的难以被利用一部分淀粉颗粒的结构打断，让里边的淀粉释放出来，为生产所用。
（2）液化：将所述木薯浆料升温至85~95℃，保持90~120min。
（3）糖化：将步骤（2）液化后的木薯浆料冷却至60℃，加入糖化酶160~200U/g木薯和纤维素酶15~25U/g木薯，保持1h，制得糖化醪。在此步骤中加入的纤维素酶，通过其水解作用，把木薯中的纤维素变成还原糖让酵母利用，使醪液中还原糖的含量、酒度均有所提升。
（4）发酵：将所述糖化醪降温至32~35℃，加入尿素0.1g/100g木薯、硫酸铵0.1g/100g木薯，再按100ml酒母/400ml醪液的比例添加酒母，其中酒母中酵母菌的含量为1~2亿个/ml，摇匀，放入32℃培养箱中，发酵60~80h，即完成酒精发酵醪。
此外，众所周知，因为酒精发酵需要在无氧环境下进行，而酵母细胞的繁殖则需要氧气，故而在进行酒精发酵前，要先让酵母细胞繁殖一定的数量之后再进行无氧处理，否则会因酵母细胞不足而致使酒精发酵无法达到理想的效果。本发明中酒母（即酵母）制备的工艺流程包括：首先在实验室进行培养，先制备培养基，即在13~14°Bx的麦芽汁中加入2%琼脂，加热熔化，装入无菌空试管中，经98kPa灭菌30min，取出放成斜面，待培养基凝固后，放入30℃恒温箱内，空白培养3天，使表面水分干燥，检查无杂菌即可；然后选择经过纯种分离的优良菌种置于试管中，摇匀，在(28±1)℃培养24h；然后用磷酸调节pH值达4左右，装入无菌三角瓶中，经98kPa灭菌30min，再将温度控制在(28±1)℃培养3~4d，当液面上积聚大量白色CO2泡沫时，即培养成熟；酵母菌经试验阶段扩大培养以后，即转入酒母车间扩大培养，先转入50L酒母罐培养，在28～30℃培养约20h；再转入300L酒母罐培养18h即可培养成熟；最后将成熟酒母送入发酵罐。
实施例1
（1）醪液制备：
取180g干净鲜木薯粉，搅拌加水400ml，然后加入果胶酶8U/g木薯、酸性蛋白酶7U/g木薯和液化酶16U/g木薯，水浴，保持40℃、2h，然后升温至90℃保持120min，再冷却至60℃，加入糖化酶170U/g木薯和纤维素酶20U/g木薯保持1h，冷却至32℃，测糖，具体结果见表1。
（2）酒精发酵：
将制备好的醪液冷却至32℃，加入尿素0.18g、硫酸铵0.18g、酒母100ml，摇匀，放入32℃培养箱中，发酵64小时，做全分析，具体结果见表2。
实施例2
（1）醪液制备：
取180g干净鲜木薯粉，搅拌加水400ml，然后加入果胶酶6U/g木薯、酸性蛋白酶6U/g木薯和液化酶15U/g木薯，水浴，保持40℃、2h，然后升温至90℃保持120min，再冷却至60℃，加入糖化酶160U/g木薯和纤维素酶15U/g木薯保持1h，冷却至32℃，测糖，具体结果见表1。
（2）酒精发酵：
将制备好的醪液冷却至32℃，加入尿素0.18g、硫酸铵0.18g、酒母100ml，摇匀，放入32℃培养箱中，发酵64小时，做全分析，具体结果见表2。
实施例3
（1）醪液制备：
取180g干净鲜木薯粉，搅拌加水400ml，然后加入果胶酶10U/g木薯、酸性蛋白酶10U/g木薯和液化酶20U/g木薯，水浴，保持40℃、2h，然后升温至90℃保持120min，再冷却至60℃，加入糖化酶200U/g木薯和纤维素酶25U/g木薯保持1h，冷却至32℃，测糖，具体结果见表1。
（2）酒精发酵：
将制备好的醪液冷却至32℃，加入尿素0.18g、硫酸铵0.18g、酒母100ml，摇匀，放入32℃培养箱中，发酵64小时，做全分析，具体结果见表2。
对比例1
如图2所示，该方式是原来的酒精发酵生产步骤，具体来说：
（1）醪液制备：
取180g干净鲜木薯粉，搅拌加水400ml，水浴，保持40℃、2h，然后加入液化酶16U/g木薯，保持90℃、120min，再冷却至60℃，加入糖化酶170U/g木薯保持1h，测糖，具体结果见表1。
（2）酒精发酵：
将制备好的醪液冷却至32℃，加入尿素0.18g、硫酸铵0.18g、酸性蛋白酶7U/g木薯、酒母100ml，摇匀，放入32℃培养箱中，发酵64小时，做全分析，具体结果见表2。
对比例2
（1）醪液制备：
取180g干净鲜木薯粉，搅拌加水400ml，然后加入果胶酶4U/g木薯、酸性蛋白酶5U/g木薯和液化酶14U/g木薯，水浴，保持40℃、2h，然后升温至90℃保持120min，再冷却至60℃，加入糖化酶150U/g木薯和纤维素酶10U/g木薯保持1h，冷却至32℃，测糖，具体结果见表1。
（2）酒精发酵：
将制备好的醪液冷却至32℃，加入尿素0.13g、硫酸铵0.13g、酒母100ml，摇匀，放入32℃培养箱中，发酵64小时，做全分析，具体结果见表2。
对比例3
（1）醪液制备：
取180g干净鲜木薯粉，搅拌加水400ml，然后加入果胶酶12U/g木薯、酸性蛋白酶11U/g木薯和液化酶22U/g木薯，水浴，保持40℃、2h，然后升温至90℃保持120min，再冷却至60℃，加入糖化酶220U/g木薯和纤维素酶26U/g木薯保持1h，冷却至32℃，测糖，具体结果见表1。
（2）酒精发酵：
将制备好的醪液冷却至32℃，加入尿素0.25g、硫酸铵0.25g、酒母100ml，摇匀，放入32℃培养箱中，发酵64小时，做全分析，具体结果见表2。
对比例4
（1）醪液制备：
取180g干净鲜木薯粉，搅拌加水400ml，水浴，保持40℃、2h，然后加入果胶酶8U/g木薯、液化酶16U/g木薯，保持90℃、120min，再冷却至60℃，加入糖化酶170U/g木薯、纤维素酶20U/g木薯保持1h，测糖，具体结果见表1。
（2）酒精发酵：
将制备好的醪液冷却至32℃，加入尿素0.18g、硫酸铵0.18g、酸性蛋白酶7U/g木薯、酒母100ml，摇匀，放入32℃培养箱中，发酵64小时，做全分析，具体结果见表2。
对比例5
（1）醪液制备：
取180g干净鲜木薯粉，搅拌加水400ml，水浴，保持40℃、2h，然后加入果胶酶8U/g木薯、酸性蛋白酶7U/g木薯、液化酶16U/g木薯、纤维素酶20U/g木薯，保持90℃、120min，再冷却至60℃，加入糖化酶170U/g木薯保持1h，测糖，具体结果见表1。
（2）酒精发酵：
将制备好的醪液冷却至32℃，加入尿素0.18g、硫酸铵0.18g、酒母100ml，摇匀，放入32℃培养箱中，发酵64小时，做全分析，具体结果见表2。
对比例6
（1）醪液制备：
取180g干净鲜木薯粉，搅拌加水400ml，水浴，保持40℃、2h，然后加入酸性蛋白酶7U/g木薯、液化酶16U/g木薯，保持90℃、120min，再冷却至60℃，加入糖化酶170U/g木薯、果胶酶8U/g木薯、纤维素酶20U/g保持1h，测糖，具体结果见表1。
（2）酒精发酵：
将制备好的醪液冷却至32℃，加入尿素0.18g、硫酸铵0.18g酒母100ml，摇匀，放入32℃培养箱中，发酵64小时，做全分析，具体结果见表2。
对比例7
（1）醪液制备：
取180g干净鲜木薯粉，搅拌加水400ml，然后加入果胶酶8U/g木薯、酸性蛋白酶7U/g木薯和液化酶16U/g木薯，水浴，保持40℃、2h，然后升温至90℃保持120min，再冷却至60℃，加入糖化酶170U/g木薯保持1h，冷却至32℃，测糖，具体结果见表1。
（2）酒精发酵：
将制备好的醪液冷却至32℃，加入尿素0.18g、硫酸铵0.18g、酒母100ml，摇匀，放入32℃培养箱中，发酵64小时，做全分析，具体结果见表2。
对比例8
（1）醪液制备：
取180g干净鲜木薯粉，搅拌加水400ml，然后加入液化酶16U/g木薯，水浴，保持40℃、2h，然后升温至90℃保持120min，再冷却至60℃，加入糖化酶170U/g木薯和纤维素酶20U/g木薯保持1h，冷却至32℃，测糖，具体结果见表1。
（2）酒精发酵：
将制备好的醪液冷却至32℃，加入尿素0.18g、硫酸铵0.18g、酒母100ml，摇匀，放入32℃培养箱中，发酵64小时，做全分析，具体结果见表2。
表1测糖结果
通过表1的数据可以看出，本发明的方法相比其他对比例可释放更多的淀粉，得到更多的还原糖，举例来说：如实施例1（最优方案）与对比例1（原始方案）相比，木薯醪浆经过果胶酶和酸性蛋白酶联合酶解作用后，让木薯释放出了更多的淀粉，再经过液化酶液化和纤维素酶、糖化酶的水解，最终得到的还原糖可由原始方案中的25.28g·100ml-1，提高到26.99g·100ml-1，相对增加了将近7.00%。
表2全分析结果
从表2中看出，本发明的方法相比其他对比例具有更佳的酒精度与出酒率，举例来说：如实施例1（最优方案）和对比例1（原始方案）相比，在还原糖基本一致的情况下，加入纤维素酶的醪液残糖会稍微低一点，加入果胶酶的发酵醪中酒精的含量会高一些，酒精度由原始方案中的14.19%vol，增加到14.72%vol，其提高率近7%。此外，在纤维素酶等的作用下，本发明中原材料的出酒率也有所提升，从表中不难看出最优方案中的原料出酒率37.09%比原始方案中的原料出酒率34.98%相比，相对提高了近6%。也即说明木薯经过果胶酶和蛋白酶的联合酶解作用后，木薯中的果胶被切断，里边释放出了一部分淀粉；加入纤维素酶后有一部分纤维素转化为葡糖糖，进一步提高了木薯的利用率和原料出酒率，节约了生产成本。
综合表1与表2的数据结果，整体上从实施例1~3与对比例1~8的比较中不难看出，本发明具有更佳的木薯利用率和出酒率；从实施例1与对比文件3的比较中可以明显看出，在外在条件不变的情况下，本发明同原始发酵方案的进步性（详见表1、表2下方举例说明内容）；从实施例1与对比例2、3的比较中可以看出，在其他条件不变的情况下，通过调整果胶酶、酸性果胶酶和纤维素酶等的添加量，木薯利用率及原料出酒率均不如本申请所述的优选方案内的效果好，且各种酶添加量过多也会造成不必要的浪费；从实施例1和对比文件4、5和6的比较中可以看出，在其他条件不变的情况下，改变酸性蛋白酶或纤维素酶或果胶酶的添加时机，木薯利用率及原料出酒率都比不上本申请；再从实施例1与对比文件7、8的比较中可以明显看出，在其他条件不变的情况下，整个发酵过程中缺少果胶酶、酸性蛋白酶或纤维素酶中的一种或多种，木薯利用率及原料出酒率均不敌本申请。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种利用酶解法提高木薯发酵酒精产率的方法，包括以下步骤：
（1）拌浆：取干净鲜木薯粉碎，搅拌加水，然后加入果胶酶、酸性蛋白酶和液化酶水浴，先将温度控制在40℃，保持90~120min，制得木薯浆料；
（2）液化：将所述木薯浆料升温至85~95℃，保持90~120min；
（3）糖化：将步骤（2）液化后的木薯浆料冷却至60℃，加入糖化酶和纤维素酶保持1h，制得糖化醪；
（4）发酵：将所述糖化醪降温至32~35℃，加入尿素、硫酸铵和酒母，摇匀，放入32℃培养箱中，发酵60~80h，即完成酒精发酵醪；
本发明方法中，液化酶的添加量为15~20U/g木薯，果胶酶的添加量为6~10U/g木薯，糖化酶的添加量为160~200U/g木薯，酸性蛋白酶的添加量为6~10U/g木薯，纤维素酶的添加量为15~25U/g木薯；所述尿素的添加量为0.1g/100g木薯，所述硫酸铵的添加量为0.1g/100g木薯；所述酒母的添加量为：100ml酒母/400ml醪液，所述酒母中酵母菌的含量为1~2亿个/ml。
2.根据权利要求1所述的一种利用酶解法提高木薯发酵酒精产率的方法，其特征在于：所述酒母制备的工艺流程包括：试管→三角瓶→50L酒母罐→300L酒母罐→发酵罐。
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