生料釀酒工藝概述

1、生料釀酒工藝概述摘 要: 論述了淀粉的糖化機理、生料釀酒的原理、工藝過程、酒曲的配方及生料釀酒在我國的發(fā)展情況。生料釀酒較傳統(tǒng)的釀酒工藝過程簡單、節(jié)約能源、便于工業(yè)化生產(chǎn)。前 言生料釀酒就是微生物利用生淀粉直接進行生長、繁殖及代謝的過程。在這個過程中, 首先微生物利用自身所產(chǎn)的酶將生淀粉轉(zhuǎn)化成葡萄糖, 提供微生物生長、繁殖所需要的能量。同時在酒化酶的作用下, 將葡萄糖轉(zhuǎn)化成酒精, 排出細胞外。生料釀酒工藝與傳統(tǒng)發(fā)酵酒精工藝比較, 具有節(jié)約能源,提高出酒率, 操作簡便, 便于工業(yè)化生產(chǎn)。全球性的能源危機, 使生料釀酒項目的研究愈來愈迫切。自 20 世紀 20 年代 stamberg 等人提出。-

2、 淀粉酶能水解 4%10%的小麥生淀粉以來, 各國科學家在此方面做了大量的研究工作。生料液態(tài)發(fā)酵法釀酒, 即原料 + 水 + 曲發(fā)酵蒸餾白酒。工藝流程簡單, 易操作。其實質(zhì)是將原料中的生淀粉直接水解, 在糖化淀粉酶和酵母的作用下直接進行酒精發(fā)酵, 蒸餾而成。它摒棄了傳統(tǒng)白酒高溫蒸煮工藝, 出酒率提高 20%,設(shè)備利用率提高 30%, 噸酒耗煤降低 35%, 單位成本大大降低, 是釀酒行業(yè)的一大突破。1 生料釀酒的基本原理1.1 生淀粉的結(jié)構(gòu)生淀粉常以顆粒狀態(tài)積蓄于植物的種子、莖、根中, 細胞壁和外膜保護。淀粉由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成。直鏈淀粉由葡萄糖以 - 1, 4 糖苷鍵縮合而成, 聚合度較

3、小。在水溶液中不是線型分子, 而是由分子內(nèi)的氫鍵作用卷曲成螺旋狀, 每個環(huán)含有 6 個葡萄糖殘基。支鏈淀粉是葡萄糖經(jīng) - 1, 4 和- 1, 6 糖苷鍵連接而成很多分支結(jié)構(gòu), 每個分支含 30 個左右的葡萄糖殘基, 分支卷曲成螺旋狀, 聚合度較大。直鏈淀粉分子間在氫鍵作用下形成束狀結(jié)構(gòu), 不易分散于水中; 支鏈淀粉由于高度的分支性, 結(jié)構(gòu)比較開放, 有利于與水分子形成氫鍵, 而易于分散在水中。1.2 生淀粉酶生淀粉酶至今還沒有一個嚴格的定義, 它為哪一種酶, 一般來說是指可以直接作用、水解或糖化未經(jīng)蒸煮的淀粉顆粒的酶。此生淀粉酶所涉及的酶有好幾種, - 淀粉酶、- 淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、脫枝

4、酶中都有對生淀粉作用的成分。豬胰臟 - 淀粉酶對生淀粉具有較好的水解能力, 霉菌的 -淀粉酶分解生淀粉的能力較弱, 倒是其葡萄糖淀粉酶能較好地分解生淀粉。1.3 生淀粉糖化機理生淀粉糖化酶水解生淀粉與水解糊化淀粉的機理與方式雖然有相同的地方, 即都是從非還原末端外切淀粉的 - 1,4葡糖苷鍵和 - 1,6 葡糖苷鍵, 但也存在著很大的差別。對于糊化淀粉和可溶性淀粉來說, 由于在水中水分子可以直接滲透到淀粉分子內(nèi)部, 淀粉分子在水中呈松散狀態(tài), 酶極容易切斷糖苷鍵。而生淀粉顆粒在水中由于其表面與水分子形成氫鍵, 從而形成水束, 生淀粉顆粒表面大量的水束形成了一層水分子無法通過的水束層。只有當溫度

5、升高時水束層被破壞, 水 47 分子滲入淀粉顆粒, 使淀粉顆粒膨脹、糊化人們稱之為“ 水束隔離模式”。因此, 酶是否能與生淀粉顆粒表面結(jié)合是水解生淀粉的關(guān)鍵。生淀粉糖化酶的親合位不僅與肽鏈的氨基酸殘基有關(guān), 而且與親合位點中的碳水化合物有關(guān), 當含量高時有利于生淀粉的吸附和水解。淀粉本身具有一定的吸附能力, 當它遇水時, 水分子會逐步侵入其內(nèi)部, 與一部分淀粉分子結(jié)合, 淀粉膠束間隙逐漸擴大, 體積膨脹, 其淀粉卷繞螺旋圈伸展,暴露出許多羥基, 它能與其他有機物質(zhì)以氫鍵連結(jié), 吸附物質(zhì)。由于淀粉的吸附作用, 加上糖化酶中有生淀粉親和力位置存在, 使糖化酶更易接近淀粉粒而催化水解成葡萄糖?？傊?

6、生淀粉糖化酶的水解過程是: 吸附, 形成酶 - 淀粉復(fù)合體, 復(fù)合體中水分子破壞維系淀粉分子螺旋結(jié)構(gòu)的氫鍵, 水解糖苷鍵。2 生料酒曲的生產(chǎn)工藝高效生物混合酶制劑、根霉曲釀酒活性酵母曲 混合拌勻 包裝 生料酒曲生香活性酵母生料酒曲是一種多功能微生物復(fù)合酶酒曲。含糖化劑、發(fā)酵劑和生香劑; 糖化劑要選擇適應(yīng)多種生原料在高濃度、自然ph 和常溫情況下直接將糖較徹底的水解成葡萄糖; 發(fā)酵劑選擇耐高溫、耐酸和耐乙醇、抗雜菌能力強、產(chǎn)酒能力強的高活性酵母; 同時應(yīng)輔以適量的酸性蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶等酶系以提高糖化發(fā)酵速率。生料酒曲中各組分應(yīng)比例適當。糖化速率與發(fā)酵效率要協(xié)調(diào)一致。邊糖化邊發(fā)酵。發(fā)酵過程

7、符合前緩、中挺、后緩落的要求。因生料酒曲是由多種微生物和復(fù)合酶組成。其適用性較強, 既可用于生料釀酒,也可用于熟料, 既可用于大曲酒也可用于小曲酒生產(chǎn)以提高出酒率。還可以用于調(diào)味品如制醋、制醬行業(yè)。生料酒曲組分見表 1:表 13 生料釀酒工藝3.1 原料選擇及前處理3.1.1 原料選擇的理論依據(jù)淀粉酶能水解自然狀態(tài)的淀粉顆粒, 對不同原料的淀粉其水解速度不一樣, 淀粉顆粒被酶浸蝕,改變顆粒初始狀態(tài),其受酶侵蝕速度隨淀粉顆粒相對表面積增加而加大。許多研究表明, 葡萄糖淀粉酶能水解各種生淀粉生成葡萄糖, 水解速度與淀粉種類有關(guān), 一般原料被水解的速率依次為: 大米 小麥 玉米 高粱 木薯 甘薯、馬

8、鈴薯。其中高粱原料含有較多的單寧和色素, 對糖化發(fā)酵有一定的抑制作用。在熟料發(fā)酵時, 高溫對單寧和色素有一定的破壞作用, 因而熟料發(fā)酵的抑制作用相對較低, 生料發(fā)酵時原料出酒率會有所下降。與熟料發(fā)酵比較, 高粱原料生料發(fā)酵的出酒率下降了 13.02%。對于大米和玉米原料, 由于沒有熟料發(fā)酵中高溫所造成的淀粉損失, 生料發(fā)酵的原料出酒率比熟料時有所提高。就成品質(zhì)量而言, 大米和高粱原料較好, 而玉米原料釀酒時雜醇油含量較高( 同熟料發(fā)酵一樣) , 酒質(zhì)較差。如果將玉米原料和高粱原料混合生料發(fā)酵。則可沖淡單寧等有害物質(zhì)對糖化發(fā)酵的影響,既可保證較高的出酒率, 又可獲得較好的酒質(zhì)。3.1.2 原料的

9、選擇對原料出酒率的影響因素依次為: 原料種類 介質(zhì) ph發(fā)酵菌劑的加入 淀粉濃度。原料的種類不同, 發(fā)酵液最終的酒精度及原料的出酒率也小同, 大米較其他幾種原料的出酒率高, 這與大米中直鏈淀粉的含量較高有關(guān), 直鏈淀粉易水解。故為了提高生料釀酒的效率及發(fā)酵液的最終酒精度, 應(yīng)選大米作為原料。原料粉碎要求相對細一些, 90%以上過 40 目篩, 這樣可以增加原料與酒曲的接觸面積, 加快分解速度, 縮短發(fā)酵周期, 減少雜菌污染概率。大米原料也可不粉碎, 但發(fā)酵周期相對長一些。3.2 裝壇(罐)按壇(罐)容積的 1/3 裝入大米。按大米重量的兩倍加入水(糟液)。水溫調(diào)至 2530時加入糖化酶、生料曲

10、, 糖化酶、生料曲分別按大米重量的 0.6%、1%比例加入。糟液的加入不超過總加水量的 50%。3.3 前期半封閉發(fā)酵一般 35d。每天攪拌一次, 有大量氣泡生成時, 加生香酵母、耐高溫酵母。密封壇(罐)。進入后期發(fā)酵生香酵母、耐高溫活性干酵母加入比例分別為大米重的 0.6、0.4、0.6。3.4 后期發(fā)酵發(fā)酵期 1220d 控制室溫在 20以上, 以 2530最好, 發(fā)酵期間經(jīng)常檢查壇( 罐) 口的密封情況。當米粒上下翻騰停止。發(fā)酵液變清時。應(yīng)進行蒸餾。3.5 蒸餾蒸餾時掐頭去尾。酒頭單獨存放。酒尾轉(zhuǎn)入下一鍋蒸餾。4 生料釀酒中的一些問題4.1 關(guān)于出酒率高低問題按淀粉理論出酒率 100kg

11、 淀粉可產(chǎn)無水酒精 56.78kg計,100kg 大米( 含淀粉 72kg) , 曲 0.6kg( 含淀粉 0.33kg) , 可產(chǎn)50度 白 酒 96. 81kg。實際生產(chǎn)每 100kg 大 米 產(chǎn) 50% vol 白 酒84.85kg。說明生料釀酒在提高出酒率上還有潛力可挖, 這寄希望于有更高活力的高效生淀粉糖化酶研制產(chǎn)生。4.2 關(guān)于酒糟綜合利用問題變廢為寶, 解決環(huán)境污染,是白酒行業(yè)降耗挖潛的又一有效辦法。我們的做法是: 將蒸餾后的廢糟直接進行簡單的固液分離, 液態(tài)糟液全回流加入到發(fā)酵壇( 罐) 中, 含水 75%的酒糟直接作為飼料售出。4.3 關(guān)于糟液全回流利用問題生料發(fā)酵成功的關(guān)鍵

12、是高效生淀粉糖化酶的研制和雜菌污染的防止, 營養(yǎng)豐富、酸度較高( ph3.0 左右) 的糟液全回流應(yīng)用。一是在不影響根霉淀粉酶系及耐酸性黑曲淀粉酶系的名 稱組分%葡萄糖淀粉酶(糖化酶), 根霉曲 75- 淀粉酶, 酸性蛋自酶, 纖維素酶 510耐高溫活性酵母曲 810生香活性酵母 48其他(防酸劑、香料等) 2正常糖化作用前提下, 將發(fā)酵料液的 ph 調(diào)到 4.5 左右來防止雜菌污染; 二是糟液中豐富的氨基酸、維生素和核糖核酸及嘌呤等有益成分, 既利于酵母菌的生長繁殖, 又利于生香酵母香味成分的合成與轉(zhuǎn)化。4.4 關(guān)于室溫控制問題生料釀酒的優(yōu)勢, 解決了米香型白酒夏季停產(chǎn)的難題。一般湖南、湖北

13、等中原省市每年的 411 月, 可直接進行生料釀酒, 而不必調(diào)節(jié)品溫及室溫, 南方廣東、廣西、海南、福建等省市的生料釀酒時間還可延長。冬春季節(jié), 要調(diào)節(jié)室溫在 20以上, 無調(diào)溫條件的則仍需要采用熟料釀酒。衡量生料釀酒工藝優(yōu)劣的標準有 3 條。一是能耗比蒸煮工藝要低; 二是原料出酒率不低于熟料釀酒; 三是酒質(zhì)風味不低于傳統(tǒng)工藝。5 生料釀酒在我國的研究進程我國在生料發(fā)酵研究方面雖然起步晚, 但應(yīng)用早, 發(fā)展快, 在 1978 年, 廣東豐順酒廠就搞了生料堆積發(fā)酵制白酒的應(yīng)用研究, 方法是將原料粉碎加入曲、廢糟拌勻后投入發(fā)酵窖中, 密封發(fā)酵 28d, 出窖后將酒醅加涼水, 再加黑曲、小曲少用硫酸

14、調(diào)酸度, 不經(jīng)蒸煮再密封發(fā)酵 1115d, 蒸酒, 效果較好。1983 年, 四川省食品工業(yè)研究所(四川省食品發(fā)酵工業(yè)研究設(shè)計院前身) 對生大米粉直接糖化發(fā)酵釀制白酒進行了研究, 結(jié)果表明: 成熱醪含酒量在 12%以上, 最高達 15.3%, 比熟料發(fā)酵含酒量高, 發(fā)酵率穩(wěn)定在 90%左右。1984 年, 廣東番禺人崗醬油廠郭兆泉以大米為原料, 淀粉含量 75%, 粗蛋白 7.7%, 粗脂肪 0.4%; 以黑曲霉制成酒餅作發(fā)酵劑, 用 20%, 發(fā)酵時間夏季約 15d, 冬季約 20d, 出酒率與熟料發(fā)酵差異不大。1986 年, 遼寧朝陽酒廠做了液態(tài)生料釀制白酒的應(yīng)用研究, 采用自培淀粉酶液體

15、曲和酵母液, 對不同用曲量 ( 用酶量) , 不同淀粉濃度, 不同用糟量和不同糖化方法進行了研究,獲得成功, 并在生產(chǎn)上大規(guī)模推廣應(yīng)用其工藝條件為原料粉碎通過 2040 目, 按料糟比 13 加入 70的糟液, 攪拌均勻, 燜料 40min 后降溫至 55加 5%的液曲 (糖化酶活力在5000u/ml), 待降至 30時按料水比 11 加入冷水, 接種10%的酵母液, 發(fā)酵 70h 蒸酒, 達到了與熟料工藝一樣的效果。1989 年, 盧世明應(yīng)用生料發(fā)酵技術(shù)規(guī)模地生產(chǎn)了“ 糯米酒”, 取得了非常顯著的經(jīng)濟效益。1992 年, 大規(guī)模生產(chǎn)了“ 糯米酒“”、 少紫米酒”“、 少清酒“”、 小茅酒”“

16、、 南瓜酒”等七八個產(chǎn)品, 也取得了可觀的經(jīng)濟效益。所生產(chǎn)的“ 人參三、七酒”拿到北京參展時還被評為“ 金獎”。自 1996 年以來在許多單位和個人的大力宣傳和推廣下,我國的生料釀酒技術(shù)得到了迅速發(fā)展,據(jù)不完全統(tǒng)計, 截至目前為止, 全國各地用生料釀酒的酒廠已達近萬家; 采用生料發(fā)酵生產(chǎn)僅白酒一項, 其年產(chǎn)量已達到 30 萬噸以上, 而且中國的生料釀酒技術(shù)已飄洋過海, 流入到臺灣、越南、緬甸、泰國等國家和地區(qū), 甚至到了非洲的加納。但是, 迄今為止,世界上除了中國外, 沒有任何一個國家有采用生料發(fā)酵工業(yè)化生產(chǎn)酒精和生產(chǎn)白酒的事例。參考文獻1劉義剛. 無蒸煮原料液態(tài)法釀酒技術(shù)初探j(luò). 釀酒科技, 1999,( 5) : 4950.2盧世明. 再論生料釀酒的特點及其工藝操作j. 釀酒科技, 2001,( 1) : 107110.3王俊英. 真菌葡萄糖淀粉酶對生淀粉的降解及發(fā)酵j. 中國釀造, 18,( 2) : 3234.4余乾偉. 生料釀酒技術(shù)雛議 t . 四川食品與發(fā)酵. 第 38 卷(總第 112 期)5李起斌. 生料制曲與生料釀酒技術(shù). 釀造技術(shù), 2001,( 6) : 38.6李祥, 呂嘉枷, 李小奎. 釀酒科技, 2002,( 6) : 437王濤. 米香型白酒生料釀酒工藝. 2000,( 4) : 438諸