CN107299118A - 一种木薯无酸发酵生产酒精的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种木薯无酸发酵生产酒精的方法,包括以下步骤:(1)将木薯原料除杂、粉碎后加水调成木薯粉浆,液化得到液化醪;(2)将液化醪糖化,得到糖化醪;(3)糖化醪添加尿素及复合酶制剂,得到发酵培养基;(4)酒母培养及发酵;及(5)将发酵成熟醪蒸馏提纯即得成品酒精。上述木薯无酸发酵生产酒精的方法能够完全替代硫酸及抗生素,并能提高发酵pH,促进酵母生长,提高出酒率,还能减轻废水处理的难度及环保压力。
Description
技术领域
本发明涉及酒精发酵工业技术领域,特别是涉及一种以木薯为原料无酸发酵生产酒精的方法。
背景技术
在以木薯为原料的酒精发酵生产过程中,防止杂菌污染是一项极其重要的工作。在传统的酒精生产过程中,常采用加热灭菌法、酸化法及添加抗生素等方法控制杂菌。加热法主要是指原料在经过中高温液化的过程中去除一部分杂菌。由于管道死角较多,生产管理水平有限,糖化及发酵工序仍然存在很大的染菌风险。酸化法是通过添加硫酸将pH控制的4.0左右,从而抑制杂菌生长。采用这种方法杂菌受到抑制的同时,酵母也受到一定程度的抑制,同时大量使用硫酸既容易腐蚀设备,又使得废液pH较低、硫酸根离子含量高,加重了废水处理的压力。长时间使用抗生素将导致杂菌产生耐药性,会使得未来杂菌防治更加困难。随着人们环保意识的逐步提高和清洁生产理念在酒精领域的推行,酒精生产行业亟需更加环保高效的方法来抑制杂菌,保障发酵的正常进行。
发明内容
基于此,有必要提供一种新的木薯无酸发酵生产酒精的方法。
本发明的一种木薯无酸发酵生产酒精的方法,包括以下步骤:
(1)木薯原料经除杂、粉碎后加水调成木薯粉浆,控制绝干木薯含量为15~20%,按10~15U/g绝干木薯加入高温α淀粉酶,升温至85~102℃液化60~90min,得到液化醪;
(2)将液化醪降温至55~60℃,添加糖化酶,保温30~60min后,得到糖化醪;
(3)将糖化醪降温至30~33℃,按0.5~1kg/吨绝干木薯添加尿素,按100~150g/吨绝干木薯添加复合酶制剂,得到发酵培养基,其中所述复合酶制剂由以下质量百分比的各组分组成:30~50%的溶菌酶、20~30%的蛋白酶、10~20%的纤维素酶、10~20%的果胶酶、3~5%的乙二胺四乙酸二钠;
(4)取发酵培养基按原料重量的0.10~0.30‰加入干酵母,在28~32℃下培养8~10h得到成熟酒母醪,然后将酒母醪与发酵培养基按1:4加入发酵罐中进行厌氧发酵,发酵温度控制在30~35℃,发酵60~72小时之后,得到发酵成熟醪;
(5)将发酵成熟醪蒸馏提纯即得成品酒精。
步骤(1)中的木薯原料可以是木薯干片、鲜木薯,或两者的组合。
步骤(2)中糖化酶可以是最适pH4.0~4.5的糖化酶,也可以是最适pH5.5~6.0的糖化酶。
步骤(3)中复合酶制剂的溶菌酶组分,可以是鸡蛋中提取的溶菌酶、发酵生产的溶菌酶中的一种,或两种的组合。
在其中一个实施例中,步骤(2)中糖化酶是最适pH4.0~4.5的糖化酶,其用量为150~200U/g绝干木薯。
在其中一个实施例中,步骤(2)中糖化酶是最适pH5.5~6.0的糖化酶,其用量为100~150U/g绝干木薯。
在其中一个实施例中,步骤(3)中复合酶制剂由50%的溶菌酶、20%的蛋白酶、10%的纤维素酶、15%的果胶酶、5%的乙二胺四乙酸二钠组成;
上述木薯无酸发酵生产酒精的方法不需要添加硫酸和抗生素,通过复合酶制剂的作用,一方面直接抑制杂菌,另一方面促进酵母的生长,保证酵母在发酵体系中占绝对优势,确保发酵过程正常进行。本方法解决了传统木薯酒精生产工艺存在的易染菌,废水难处理,抗生素滥用等问题。此外,不添加硫酸也能为酵母提供更适宜的pH环境,使酵母长得更加健壮,改善其生产性能,从而提高酒精产量。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进,因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
一实施方式的木薯无酸发酵生产酒精的方法,包括以下步骤:
(1)木薯原料经除杂、粉碎后加水调成木薯粉浆,控制绝干木薯含量为15~20%,按10~15U/g绝干木薯加入高温α淀粉酶,升温至85~102℃液化60~90min,得到液化醪;
其中,木薯原料可以是木薯干片、鲜木薯,或两者的组合。
(2)将液化醪降温至55~60℃,添加糖化酶,保温30~60min后,得到糖化醪;
其中,糖化酶可以是最适pH4.0~4.5的糖化酶,也可以是最适pH5.5~6.0的糖化酶。
其中,最适pH4.0~4.5的糖化酶的用量为150~200U/g绝干木薯。
其中,最适pH5.5~6.0的糖化酶的用量为100~150U/g绝干木薯。
通常木薯原料加水后pH为5.5~6.0,比较适合淀粉酶作用,但现有生产工艺中使用的糖化酶大多数最适pH为4.0~4.5、用量为100~150U/g绝干木薯,需要加硫酸调节pH以适合糖化酶作用。本发明的方法不添加硫酸,为了保证前期为酵母提供足够的碳源,若使用最适pH为4.0~4.5的糖化酶需提高用量,也可以使用最适pH5.5~6.0的糖化酶。
(3)将糖化醪降温至30~33℃,按0.5~1kg/吨绝干木薯添加尿素,按100~150g/吨绝干木薯添加复合酶制剂,得到发酵培养基,其中所述复合酶制剂由以下质量百分比的各组分组成:30~50%的溶菌酶、20~30%的蛋白酶、10~20%的纤维素酶、10~20%的果胶酶、3~5%的乙二胺四乙酸二钠;
其中,复合酶制剂的溶菌酶组分,可以是鸡蛋中提取的溶菌酶、发酵生产的溶菌酶中的一种,或两种的组合。
优选的,复合酶制剂由50%的溶菌酶、20%的蛋白酶、10%的纤维素酶、15%的果胶酶、5%的乙二胺四乙酸二钠组成。
复合酶制剂中的溶菌酶主要通过破坏细胞壁中的N-乙酰胞壁酸和N-乙酰氨基葡糖之间的β-1,4糖苷键,使细胞壁不溶性黏多糖分解成可溶性糖肽,导致细胞壁破裂内容物逸出而使细菌溶解。它对革兰阳性菌、好氧性孢子形成菌、枯草杆菌、地衣型芽孢杆菌及部分革兰氏阴性菌都有抗菌作用,而对酿酒酵母细胞不会产生不利影响。乙二胺四乙酸二钠一方面可以直接破坏细菌细胞壁,另一方面可以与杂菌生长所需要的一些重要金属离子结合,使细胞生长减慢,从而有利于溶菌酶溶解细胞壁。通过溶菌酶与乙二胺四乙酸二钠的协同作用能够有效的抑制杂菌生长,减少杂菌对营养物质的消耗,为酵母生长创造良好的环境。
木薯原料中纤维素及果胶含量较高,导致发酵醪粘度大,影响传质。通过添加纤维素酶和果胶酶降解纤维素和果胶,能降低发酵醪粘度,改善传质,并能增加部分可发酵性糖。蛋白酶不仅可以降解蛋白供酵母利用,还能加快发酵速度,促进酵母生长。
复合酶制剂一方面通过溶菌酶和乙二胺四乙酸二钠的协同作用直接抑制杂菌,另一方面通过纤维素酶、果胶酶、蛋白酶的作用,改善酵母生长环境,促进酵母生长,使得酵母能在整个发酵体系中占据绝对的优势,从而进一步压制杂菌的生长。
(4)取发酵培养基按原料重量的0.10~0.30‰加入干酵母,在28~32℃下培养8~10h得到成熟酒母醪,然后将酒母醪与发酵培养基按1:4加入发酵罐中进行厌氧发酵,发酵温度控制在30~35℃,发酵60~72小时之后,得到发酵成熟醪;
(5)将发酵成熟醪蒸馏提纯即得成品酒精。
本发明的木薯无酸发酵生产酒精的方法通过复合酶制剂的作用实现无酸发酵,能够完全替代硫酸及抗生素。进行无酸发酵,不但节约了添加硫酸的成本,省去了以往酒精生产要加酸的环节,简化了生产流程,而且还能加快发酵速度、提高酒精成熟醪酒份,从而提高产品得率;同时,消除硫酸根离子对废水厌氧***运行的潜在毒害,大大减少酸性液体对设备的腐蚀、延长了设备使用寿命,减少酒精废液的酸性成分,在进入厌氧***前不需大量加碱液调节pH 值,减轻废液处理难度,节省了处理费用,从而降低了酒精生产成本。
下面结合具体实施例,对本发明作进一步的阐述。
实施例1
一种木薯无酸发酵生产酒精的方法,包括以下步骤:
(1)木薯干片经除杂、粉碎后加水调成木薯粉浆,控制绝干木薯含量为20%,按10U/g绝干木薯加入高温α淀粉酶,升温至85℃液化90min,得到液化醪;
(2)将液化醪降温至60℃,按200U/g绝干木薯添加最适pH4.2的糖化酶,保温30min后,得到糖化醪;
(3)将糖化醪降温至33℃,按0.5kg/吨绝干木薯添加尿素,按150g/吨绝干木薯添加复合酶制剂,得到发酵培养基,其中所述复合酶制剂由以下质量百分比的各组分组成:50%的溶菌酶、20%的蛋白酶、10%的纤维素酶、15%的果胶酶、5%的乙二胺四乙酸二钠;
(4)取发酵培养基按原料重量的0.30‰加入干酵母,在30℃下培养10h得到成熟酒母醪,然后将酒母醪与发酵培养基按1:4加入发酵罐中进行厌氧发酵,发酵温度控制在32℃,发酵72小时之后,得到发酵成熟醪;
(5)将发酵成熟醪蒸馏提纯即得成品酒精。
实施例2
(1)木薯原料经除杂、粉碎后加水调成木薯粉浆,控制绝干木薯含量为15%,按15U/g绝干木薯加入高温α淀粉酶,升温至102℃液化60min,得到液化醪;
(2)将液化醪降温至55℃,按100U/g绝干木薯添加最适pH5.5的糖化酶,保温60min后,得到糖化醪;
(3)将糖化醪降温至30℃,按1kg/吨绝干木薯添加尿素,按100g/吨绝干木薯添加复合酶制剂,得到发酵培养基,其中所述复合酶制剂由以下质量百分比的各组分组成:30%的溶菌酶、30%的蛋白酶、20%的纤维素酶、17%的果胶酶、3%的乙二胺四乙酸二钠;
(4)取发酵培养基按原料重量的0.10‰加入干酵母,在28℃下培养10h得到成熟酒母醪,然后将酒母醪与发酵培养基按1:4加入发酵罐中进行厌氧发酵,发酵温度控制在30℃,发酵72小时之后,得到发酵成熟醪;
(5)将发酵成熟醪蒸馏提纯即得成品酒精。
实施例3
(1)木薯原料经除杂、粉碎后加水调成木薯粉浆,控制绝干木薯含量为18%,按12U/g绝干木薯加入高温α淀粉酶,升温至95℃液化60min,得到液化醪;
(2)将液化醪降温至60℃,按150U/g绝干木薯添加最适pH5.5的糖化酶,保温30min后,得到糖化醪;
(3)将糖化醪降温至30℃,按1kg/吨绝干木薯添加尿素,按125g/吨绝干木薯添加复合酶制剂,得到发酵培养基,其中所述复合酶制剂由以下质量百分比的各组分组成:30%的溶菌酶、30%的蛋白酶、15%的纤维素酶、20%的果胶酶、5%的乙二胺四乙酸二钠;
(4)取发酵培养基按原料重量的0.20‰加入干酵母,在32℃下培养8h得到成熟酒母醪,然后将酒母醪与发酵培养基按1:4加入发酵罐中进行厌氧发酵,发酵温度控制在35℃,发酵60小时之后,得到发酵成熟醪;
(5)将发酵成熟醪蒸馏提纯即得成品酒精。
实施例4
(1)木薯原料经除杂、粉碎后加水调成木薯粉浆,控制绝干木薯含量为20%,按10U/g绝干木薯加入高温α淀粉酶,升温至102℃液化60min,得到液化醪;
(2)将液化醪降温至55℃,按150U/g绝干木薯添加最适pH4.2的糖化酶,保温60min后,得到糖化醪;
(3)将糖化醪降温至33℃,按0.5kg/吨绝干木薯添加尿素,按100g/吨绝干木薯添加复合酶制剂,得到发酵培养基,其中所述复合酶制剂由以下质量百分比的各组分组成:40%的溶菌酶、30%的蛋白酶、17%的纤维素酶、10%的果胶酶、3%的乙二胺四乙酸二钠;
(4)取发酵培养基按原料重量的0.10‰加入干酵母,在28℃下培养8h得到成熟酒母醪,然后将酒母醪与发酵培养基按1:4加入发酵罐中进行厌氧发酵,发酵温度控制在35℃,发酵60小时之后,得到发酵成熟醪;
(5)将发酵成熟醪蒸馏提纯即得成品酒精。
对比例
一种木薯无酸发酵生产酒精的方法,包括以下步骤:
(1)木薯干片经除杂、粉碎后加水调成木薯粉浆,控制绝干木薯含量为20%,按10U/g绝干木薯加入高温α淀粉酶,升温至85℃液化90min,得到液化醪;
(2)将液化醪降温至60℃,加酸调pH4.2,按200U/g绝干木薯添加最适pH4.2的糖化酶,保温30min后,得到糖化醪;
(3)将糖化醪降温至33℃,按0.5kg/吨绝干木薯添加尿素,并添加一定量青霉素,得到发酵培养基;
(4)取发酵培养基按原料重量的0.30‰加入干酵母,在30℃下培养10h得到成熟酒母醪,然后将酒母醪与发酵培养基按1:4加入发酵罐中进行厌氧发酵,发酵温度控制在32℃,发酵72小时之后,得到发酵成熟醪;
(5)将发酵成熟醪蒸馏提纯即得成品酒精。
对比结果
对上述实施例1及对比例的发酵情况进行比较。其结果见下表:
表1 成熟酒母醪结果
从表1挥发酸数据来看,无酸发酵的实施例1比对比例低44%,说明本发明的无酸发酵方法抑制杂菌效果突出。同时实施例1的酵母数、出芽率、死亡率均明显优于对比例,表明复合酶改善了酵母的生长环境,促进酵母的生长。酵母数量质量的提升有利于其在发酵体系中占据绝对优势,能进一步抑制杂菌的生长。
表2 成熟发酵醪结果
实施例1的挥发酸比对比例低37%,说明实施例1的整个发酵过程中杂菌控制情况良好,能够完全替代硫酸及抗生素的作用。实施例1的成熟醪pH远高于对比例。高pH更有利于酵母生长,同时由于复合酶降低体系粘度、改善传质效率、促进酵母生长,最终实施例1的成熟醪酒份比对比例高0.3,提高了出酒率,从而能够提高酒精生产效益。此外成熟醪pH的提高还将减轻废水处理的难度,减轻环保压力。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种木薯无酸发酵生产酒精的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)木薯原料经除杂、粉碎后加水调成木薯粉浆,控制绝干木薯含量为15~20%,按10~15U/g绝干木薯加入高温α淀粉酶,升温至85~102℃液化60~90min,得到液化醪;
(2)将液化醪降温至55~60℃,添加糖化酶,保温30~60min后,得到糖化醪;
(3)将糖化醪降温至30~33℃,按0.5~1kg/吨绝干木薯添加尿素,按100~150g/吨绝干木薯添加复合酶制剂,得到发酵培养基,其中所述复合酶制剂由以下质量百分比的各组分组成:30~50%的溶菌酶、20~30%的蛋白酶、10~20%的纤维素酶、10~20%的果胶酶、3~5%的乙二胺四乙酸二钠;
(4)取发酵培养基按原料重量的0.10~0.30‰加入干酵母,在28~32℃下培养8~10h得到成熟酒母醪,然后将酒母醪与发酵培养基按1:4加入发酵罐中进行厌氧发酵,发酵温度控制在30~35℃,发酵60~72小时之后,得到发酵成熟醪;
(5)将发酵成熟醪蒸馏提纯即得成品酒精。
2.根据权利要求1所述的木薯无酸发酵生产酒精的方法,其特征在于,步骤(1)中,木薯原料可以是木薯干片、鲜木薯,或两者的组合。
3.根据权利要求1所述的木薯无酸发酵生产酒精的方法,其特征在于,步骤(2)中,糖化酶可以是最适pH4.0~4.5的糖化酶,也可以是最适pH5.5~6.0的糖化酶。
4.根据权利要求1所述的木薯无酸发酵生产酒精的方法,其特征在于,步骤(2)中,糖化酶是最适pH4.0~4.5的糖化酶,其用量为150~200U/g绝干木薯。
5.根据权利要求1所述的木薯无酸发酵生产酒精的方法,其特征在于,步骤(2)中,糖化酶是最适pH5.5~6.0的糖化酶,其用量为100~150U/g绝干木薯。
6.根据权利要求1所述的木薯无酸发酵生产酒精的方法,其特征在于,步骤(3)中复合酶制剂的溶菌酶组分,可以是鸡蛋中提取的溶菌酶、发酵生产的溶菌酶中的一种,或两种的组合。
7.根据权利要求1所述的木薯无酸发酵生产酒精的方法,其特征在于,步骤(3)中复合酶制剂由50%的溶菌酶、20%的蛋白酶、10%的纤维素酶、15%的果胶酶、5%的乙二胺四乙酸二钠组成。
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