固定化酵母細胞發(fā)酵啤酒的初步研究

1、隨著生物工程技術的發(fā)展,應用固定化酵母細胞發(fā)酵生產啤酒,是當前啤酒生產工藝的重大改革和發(fā)展方向。固定化細胞具有生長快、反應快、抗污染能力強、可連續(xù)使用、有利于產物分離的特點,越來越廣泛地應用于食品與發(fā)酵工業(yè)中1。海藻酸鹽大量應用于酵母的固定化,可實現(xiàn)連續(xù)化生產,提高產品的轉化率和生產效率2。據國內外文獻報道,選用最優(yōu)的保麥載體海藻酸鈉為載體,首先對固定化條件進行研究,在最佳固定化條件下,對發(fā)酵啤酒的工藝條件進行了優(yōu)化,確定了最佳發(fā)酵條件,對固定化酵母的發(fā)酵性能有了更加深入的了解,為進一步實現(xiàn)固定化酵母的連續(xù)發(fā)酵啤酒創(chuàng)造條件。1材料1.1菌種啤酒酵母:安琪公司。1.2培養(yǎng)基斜面培養(yǎng)基:12

2、76;P麥芽汁+2%瓊脂;酵母擴大培養(yǎng)基:12°P麥芽汁;固定化酵母發(fā)酵培養(yǎng)基:12°P麥芽汁。1.3試劑海藻酸鈉,CaCl2,乳酸,酒花,大麥芽。2方法2.1麥芽汁的制備方法麥芽粉碎糖化過濾加酒花煮沸分離調整糖度2.2固定化細胞的制備方法海藻酸鈉固定方法3-4:將活化后的酵母接種液體試管,28培養(yǎng)24h。再以10%的接種量接種搖瓶液體培養(yǎng)基, 28培養(yǎng)24h。取適量培養(yǎng)液10000r/min離心10min,傾去上清液,用無菌生理鹽水洗滌菌體,離心后得濕菌體。稱取一定質量的濕菌體,將菌體細胞加入2%6%(w/v的海藻酸鈉溶液,充分混勻。將海藻酸鈉菌體懸液移入10mL 注射器

3、中,適度加力,將海藻酸鈉菌懸液滴入CaCl2溶液中(37水浴。滴完后將三角瓶移入2022水浴中放置1h。傾去溶液,加入100mL無菌去離子水沖洗1次。重固定化酵母細胞發(fā)酵啤酒的初步研究李娜,李樹立,郭忠鵬(河北經貿大學生物科學與工程學院,河北石家莊050061摘要:對啤酒酵母細胞的固定化條件進行了研究,使用不同濃度的海藻酸鈉與不同濃度的氯化鈣反應包埋酵母細胞,分批發(fā)酵的結果表明:用2%海藻酸鈉與4%的氯化鈣反應所制得的固定化細胞能夠達到最佳的效果,發(fā)酵性能和機械強度均達到最佳化。以最佳固定化條件固定啤酒酵母細胞進行啤酒發(fā)酵,研究其最佳的發(fā)酵條件,結果表明:采用接種溫度810,主發(fā)酵溫度1315

4、,pH4.3,填充量0.45g/mL時,發(fā)酵速度快,雙乙酰含量低。易釀成淡爽型風味良好的啤酒。關鍵詞:固定化細胞;啤酒酵母;發(fā)酵中圖分類號:Q814.2;TS262.5文獻標識碼:A文章編號:2054-0571(200709-0018-04Primary study on beer fermentation by immobilized yeastLI Na,LI Shu-li,GUO Zhong-peng(College of Biological Sciences and Bioengineering,Hebei University of Economic Trade,Shijiazhu

5、ang,050061,ChinaAbstract:The batch fermentation in beer production was performed using immobilized yeast cells by sodium alginate and calcium chloride. The immobilization and fermentation conditions were studied.The results indicated that when2%sodium alginate and4%calcium chloride were used for imm

6、obilization,the optimal conditions of fermentation were as follows:inoculation at810,primary fermentation at1314,pH4.3,and filling fraction of0.45g/ml.Under the conditions,the speed of fermentation was improved,while the concentration of diacetyl was reduced,which was helpful for the production of l

7、ight beer with nice flavor.Key words:immobilized cell;Saccharomyces cerevisiae;fermentation收稿日期:2007-02-06作者簡介:李娜(1965-,女,河北辛集人,高級工程師,研究方向為微生物資源與發(fā)酵工程。圖1不同溫度對發(fā)酵速度和雙乙酰產生的影響Figrue 1.Effects of different temperatures on fermentation speed and 雙乙酰production表1海藻酸鈉與CaCl 2對膠粒強度及發(fā)酵的影響Table 1.Effects of sodiu

8、m alginate and calcium chloride on themechanicalstrength ofgelgranules項目63677478828585833.53.7殘?zhí)橇?%實驗組數(shù)123456789新加入50mL 0.6%CaCl 2溶液,4平衡過夜。2.3測定標準殘?zhí)菧y定:糖度計測定法。酒精含量測定:蒸餾-比重法。雙乙酰(VDK 含量的測定:紫外分光光度法測定。包埋菌數(shù)測定:取一定數(shù)量固定化顆粒,用一定量的5%檸檬酸鈉徹底溶解后,適當稀釋,顯微鏡下血球計數(shù)板計數(shù)。發(fā)酵速度的測定:發(fā)酵速度=(起始糖量-殘?zhí)橇?發(fā)酵時間固定化細胞機械強度測定:取100粒固定化細胞顆粒在

9、相同條件下,加50粒玻璃珠,轉速170r/min 振蕩4h 后計算完整率:完整率=(振蕩后完整的細胞顆粒/100×100%3結果與分析3.1不同濃度海藻酸鈉與氯化鈣對膠粒強度及發(fā)酵的影響按0.2g/mL 填充量(4g 濕菌體加入到20mL 包埋劑海藻酸鈉溶液中,以2%、2.5%、3%的海藻酸鈉菌懸液分別與2%、3%、4%的CaCl 2溶液進行凝膠化,將固定化細胞置于200mL 麥芽汁中,測定所得的固定化酵母顆粒的強度和在912發(fā)酵7d 后的酒精產量與殘?zhí)橇?。實驗結果見表1。從表1可以看出,以2%海藻酸鈉與4%氯化鈣形成的凝膠固定化效果最好,912連續(xù)發(fā)酵,機械強度下降緩慢,使用性能好

10、。Ca 2+是決定海藻酸鈣固定化酵母機械強度的重要因素,隨著Ca 2+濃度的增加,固定化酵母的強度增加,較低的海藻酸鈉濃度使凝膠相對滲透性能好,有利于底物的進入和產物排出5,因此,利于酵母細胞的發(fā)酵作用,故選擇2%海藻酸鈉與4%氯化鈣為固定細胞的最佳條件。3.2固定化酵母發(fā)酵條件的優(yōu)化研究以2%海藻酸鈉與4%氯化鈣固定啤酒酵母細胞,進行啤酒發(fā)酵條件的優(yōu)化。溫度對固定化酵母發(fā)酵的影響6:按0.2g/mL 填充量,將固定化細胞置于200mL 麥芽汁中,溫度選擇在515,pH5.4,起始糖度12°P ,發(fā)酵7d 。通過測定不同溫度下的發(fā)酵速度,研究溫度對固定化酵母發(fā)酵的影響,結果見圖1A

11、。溫度對酵母的生長繁殖、酒花酶活力、發(fā)酵速度與周期、雜菌污染等影響較大7。由圖1A 可知,當溫度低于7時,固定化酵母發(fā)酵速度較慢,5以下極度緩慢,甚至停滯,高于7后,隨著溫度的升高,發(fā)酵速度逐漸加快,發(fā)酵周期符合生產要求。根據溫度的不同,啤酒發(fā)酵分為低溫發(fā)酵(79、中溫發(fā)酵(1012、高溫發(fā)酵(13153種發(fā)酵方式,為了縮短發(fā)酵周期工業(yè)上較多采用中溫發(fā)酵。選擇上述3個不同溫度分別代表3種發(fā)酵方式作為研究對象,在pH5.4、填充量0.2g/mL 、起始糖度12°P 的條件下,發(fā)酵7d 。通過測定不同發(fā)酵溫度下的VDK 含量,研究溫圖2pH 值對發(fā)酵速度、雙乙酰產生的影響Figure 2

12、.Effects of pH on fermentation speed and 雙乙酰productionAB度對固定化酵母發(fā)酵啤酒中的VDK 影響,結果見圖1B 。由圖1B 可知,VDK 含量在高溫發(fā)酵時的峰值最大,溫度高VDK 還原速度快,發(fā)酵結束時VDK 含量低于其他溫度。但隨著溫度的繼續(xù)升高,固定化細胞株的機械強度減弱,因此溫度不宜過高,采用發(fā)酵溫度1315,發(fā)酵周期短,相同貯酒期可以釀成爽口、細膩的啤酒。pH 值對固定化酵母發(fā)酵的影響:選擇pH 值在3.06.0,溫度1315,0.2g/mL 填充量,起始糖度12°P ,發(fā)酵6d 。通過測定不同溫度下的發(fā)酵速度和VDK 含

13、量,研究pH 值對固定化酵母發(fā)酵的影響,結果見圖2A 。pH 值的控制應考慮酵母發(fā)酵和發(fā)酵的最適pH 值、防止雜菌污染。由圖2A 可見,當pH 值較低或pH>5時,酵母細胞活力下降,固定化酵母細胞最佳發(fā)酵pH 值為4.05.0,此時酵母可正常發(fā)育和發(fā)酵。由圖2B 可見,在pH4.5條件下,VDK 還原迅速,發(fā)酵結束時的含量較低,經后酵啤酒風味純正、爽口。填充量對固定化酵母發(fā)酵啤酒的影響:選擇填充量在0.1g/mL0.5g/mL ,溫度1315,起始糖度12°P ,發(fā)酵5d 。通過測定不同填充量下的發(fā)酵速度和VDK 含量,研究填充量對固定化酵母發(fā)酵的影響,結果見圖3A 。圖3填充

14、量對發(fā)酵速度、雙乙酰產生的影響Figure 3.Effects of cell filling amount on fermentation speed and 雙乙酰productionAB由圖3A 可知,填充量越大,酵母細胞含量越多,發(fā)酵速度越快,填充量繼續(xù)增加,發(fā)酵速度反而下降,經研究發(fā)現(xiàn),酵母濃度過高,易造成無氧環(huán)境,影響酵母細胞的增殖,同時由于酒精含量的增加也對酵母的發(fā)酵發(fā)生抑制。由圖3B 可知,隨著填充量的增加,酵母細胞濃度和酵母的增殖速率也隨之增大,因此VDK 的含量也增大,峰值較高,當填充量繼續(xù)增大接近0.4g/mL 時,此時酵母細胞的增殖濃度降低,VDK 含量顯著下降,峰值也

15、較其他條件的低,填充量繼續(xù)增加VDK 含量變化不大,而發(fā)酵速度卻隨之下降,因此,填充量選擇0.4g/mL 較為合適。以溫度pH 值和填充量為因素,設計為L 9(34的正交試驗8,正交試驗因素水平見表2。以麥芽汁中糖的利用速度、發(fā)酵終了VDK 含量為指標正交試驗結果見表3。由表3對發(fā)酵速度的極差分析可見,R C >R A >R B ,因此填充量對固定化酵母的發(fā)酵速度的影響最為顯著,其次為溫度和pH 值。由表3對VDK 含量的極差分析可見R A >R C >R B ,因此溫度對啤酒中VDK 含量的影響最為顯著,其次為填充量和pH 值。雙乙酰河南省長葛市毛莊主力釀造廠現(xiàn)有以下

16、舊設備待處理:3m 3旋轉蒸鍋;板框壓濾機(內框規(guī)格450mm ×450mm 和相配套螺桿濃漿泵一臺。另該廠代培固體醋釀造技術,該法較傳統(tǒng)工藝的勞動量減輕一半,煤耗減少1/3,風味與傳統(tǒng)工藝一樣,四季主糧平均出醋(國標二級10.5斤以上。聯(lián)系電話:0374-*聯(lián)系人:李振旗!設備信息!"""""""""""""""""""""""""&q

17、uot;"""""""""""""""""""""#""""""""""""$%$""""""""""""$確定最佳組合為A 3B 1C 3,即發(fā)酵溫

18、度為1315,pH4.3,填充量為0.45g/mL 。低溫810接種,降低酵母細胞增殖濃度,減少風味物質的形成,固定化酵母發(fā)酵速度快,發(fā)酵周期短,同時高填充量進一步降低了酵母增殖濃度,主酵期VDK 的含量低,溫度高在后期加速了雙乙酰的還原,消除了啤酒中的不愉快氣味。4結論試驗研究結果表明,以2%海藻酸鈉與4%的氯化鈣反應所制得的固定化細胞膠粒能夠達到最佳的效果,發(fā)酵性能和機械強度均達到最佳化。采用L 9(34正交試驗對固定化酵母發(fā)酵工藝條件進行研究結果表明,采用接種溫度810,主發(fā)酵溫度1315,pH4.3,填充量0.45g/mL 進行發(fā)酵,結果最佳。在此條件下發(fā)酵速度快,高填充量降低了酵母增

19、殖濃度,加速了VDK 的還原。研究為固定化酵母細胞發(fā)酵啤酒的工業(yè)化生產提供了理論依據,后酵的發(fā)酵條件有待于進一步研究。參考文獻:1陳陶生,等.固定化酶理論與應用M.北京:輕工業(yè)出版社,1987:170-172.2CHEETHAM P S J,BLUNT K W,BUCKE C.Physical studies on cell immobilization using calcium alginate cells J.Biotech-nol Bioeng,1979(21:2155.3GRAURI S,MITTAL.Food Biotechnology Techniques and Ap-plication M.Canada:1992:148-153.4DAVID A R,CHARLES E,BONITA A G.Improved or