木薯原料酒精發(fā)酵工藝研究

木薯原料酒精發(fā)酵工藝研究

0關于馬鈴薯酒精發(fā)酵的原料甘薯是廣泛種植于亞熱帶和亞熱帶的糧食和作物。它是一種很多年生的科他科。這是一棵灌木狀的。植株高2.3米，莖干直徑5厘米，質(zhì)地脆弱，多髓心，葉尖。根為塊根,呈柱形或紡錘形,直徑5～15cm,長30～40cm,長者可達80～100cm。塊根表面為一層棕色或淡黃色的表皮,塊根質(zhì)地松脆,淀粉較純,除供食用和淀粉工業(yè)原料之外,大多數(shù)國家作飼料用。由于木薯適應性強,耐水、耐旱,在任何土質(zhì)中都能生長,是一種不與糧食爭地的有發(fā)展前途的酒精生產(chǎn)原料。木薯品種很多,一般分為苦味木薯(Manihotutilissima)和甜味木薯(Manihotaipi)。苦味木薯;又稱有毒木薯,莖桿為紅色或淡紅色,產(chǎn)量高,但生長期較長,一般為18個月,且含氫氰酸較多。氫氰酸易揮發(fā),在木薯曬干后大部分消失,在酒精生產(chǎn)過程中,經(jīng)蒸煮后幾乎大部分消失,故不會影響酒精發(fā)酵和成品質(zhì)量。甜味木薯:又稱無毒木薯,莖桿為綠色或棕色,生長期較短,一般為12個月,產(chǎn)量較低。塊根中氫氰酸含量較少,處理后可以食用。木薯塊根的化學成分,除水外,主要是碳水化合物,其他成分,如蛋白質(zhì)、脂肪、果膠質(zhì)等含量都比較少。木薯被譽為“淀粉之王”。鮮木薯淀粉含量達25%～30%(木薯干可達70%左右),此外還含有4%左右的蔗糖。木薯表皮含有的氫氰酸配體,是氫氰酸的主要來源。木薯作為世界公認的一種具有很大發(fā)展?jié)摿Φ木凭a(chǎn)再生資源。在國內(nèi)受到廣泛的關注。但作為酒精生產(chǎn)原料木薯也存在一些缺點,如第一,木薯干原料的淀粉顆粒大,其中所含的支鏈淀粉所占的比例要大于瓜干中支鏈淀粉的比例。這些原因都影響著糖化的效果,繼而影響了發(fā)酵的最終結果。第二,木薯干根的表面有一層棕色或淡黃色的表皮,其中含有的單寧、色素等對酵母生長繁殖的抑制作用的有機生長因子,直接影響著發(fā)酵的結果。如發(fā)酵期延長,殘?zhí)侵灯叩缺撞∫嘤诖擞嘘P。第三,木薯含氮量較低,不能滿足酵母生長所需,所以在用木薯生產(chǎn)酒精時,必須在酒母糖化醪和發(fā)酵糖化醪中補充氮源,以利于酵母生長。目前,國內(nèi)采用木薯原料進行酒精發(fā)酵的企業(yè)越來越多,但對木薯原料酒精發(fā)酵進行系統(tǒng)研究的很少。本文考察了各種因素對木薯酒精發(fā)酵的影響,確定了木薯酒精發(fā)酵的最佳條件。同時研究了無機鹽對酒母培養(yǎng)條件的影響,為生產(chǎn)實踐提供可靠的工藝依據(jù)。1材料和方法1.1材料表面1.1.1原材料木薯取自工廠的生產(chǎn)原料。1.1.2酒精干分解母安齊牌防水干分解母1.1.3其他1.1.3.1α-淀粉酶20000μ/mL1.1.3.2糖化酶100000μ/mL1.1.3.3植酸1.2蒸餾出液的制備將三角瓶中的發(fā)酵成熟醪,置于500mL蒸餾燒瓶中。量取100mL的蒸餾水,清洗三角瓶,將洗液倒入蒸餾燒瓶內(nèi),裝上冷凝管,用100mL的量筒做接受器進行蒸餾,收集餾出液100mL,用酒精計直接讀數(shù)。1.3流程和操作的要點木薯干→粉碎→加水拌料→蒸煮糊化→糖化→加酒母發(fā)酵→蒸餾→酒精1.3.1粉碎將原料粗篩一遍,除去大部分灰土雜質(zhì)。然后將木薯干敲成約0.5cm3的小塊,用粉碎機粉碎至均勻的細粉,混合攪拌后使用。1.3.2給水帶來麻煩木薯原料含雜質(zhì)較少,淀粉含量高,故采用1∶4的加水比調(diào)漿。水溫70℃。1.3.3蒸煮溫度的確定木薯中果膠質(zhì)含量較甘薯中少,所以木薯的蒸煮溫度可以較甘薯高些。實驗將蒸煮糊化溫度定為121℃(latm,60min)。蒸煮完成后,迅速水冷至60℃加酶糖化。1.3.4糖化酶的添加因為木薯干的淀粉含量高且含有較多的支鏈淀粉,添加糖化酶也相應的增加。糖化酶的添加量為150u/g原料。60℃下糖化30min,糖化結束后,水冷至30℃左右。1.3.5活性干物質(zhì)的添加量為0.1%木薯中所缺乏營養(yǎng)物質(zhì)主要為氮源,因此,酒母制備時添加投料量0.5%的硫酸銨。1.3.6發(fā)酵木薯原料前期酒精發(fā)酵緩慢,所以將發(fā)酵溫度定為,前期溫度30℃(12h),中后期溫度35℃。總發(fā)酵時間為72h。1.3.7蒸餾按酒精度的測定方法,蒸餾出酒液,測定酒精度。注意蒸餾時間控制在30min左右。2結果與討論2.1尿素對酒精發(fā)酵的影響因為薯類原料含氮量不足,所以在酒精發(fā)酵時必須添加氮源。一般生產(chǎn)常用的氮源有硫酸銨、尿素等。本次實驗主要是比較硫酸銨和尿素對酒精發(fā)酵的影響。其發(fā)酵結果見表1。表1實驗數(shù)據(jù)表明:發(fā)酵成熟醪中總糖和還原糖很高,酒度分別為7.1°和6.3°。主要是由于醪液粘稠度太大,醪液糖化不好,造成發(fā)酵不完全所致?？紤]中通過添加α-淀粉酶達到降低醪液黏度的目的。根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析可知:添加氮源對提高原料出酒率有一定的好處,添加硫酸銨的效果優(yōu)于添加尿素,硫酸銨添加量為0.5%～0.8%為宜。2.2-淀粉酶發(fā)酵結果因為添加α-淀粉酶可使木薯醪液的粘稠度下降,利于醪液的糖化。所以這次試驗采用添加α-淀粉酶,考察其對木薯酒精發(fā)酵的影響。其發(fā)酵結果見表2。由表2實驗數(shù)據(jù)表明:添加α-淀粉酶后,發(fā)酵成熟醪中還原糖和總糖明顯降低,總酸和揮發(fā)酸略有下降,酒度有了顯著提高,出酒率大幅增加,發(fā)酵比較徹底。因此可以肯定添加α-淀粉酶對木薯酒精發(fā)酵有很大的好處。根據(jù)表2數(shù)據(jù)進行分析,可知添加α-淀粉酶的量在5u/g的時候就可以滿足需要,所以可以確定α-淀粉酶最佳添加量為5μ/g。2.3糖化酶的用量糖化酶在木薯酒精發(fā)酵中有很大的作用,它將木薯中的淀粉分解成可發(fā)酵性糖,以利于酵母酒精發(fā)酵。糖化酶的用量對酒精發(fā)酵有很大的影響,糖化酶的用量太少,會造成發(fā)酵不徹底;糖化酶太多,則增加了生產(chǎn)成本。糖化酶的添加量對酒精發(fā)酵的影響結果見表3。由表3實驗數(shù)據(jù)表明:糖化酶的添加量在180u/g和150u/g時,各種理化指標相對差不大,出酒率相同。但當添加量低于150u/g時,出酒率下降。所以確定糖化酶的添加量為150u/g。2.4糖化時間對馬鈴薯酒精發(fā)酵的影響糖化的效果不僅取決于糖化酶的添加量,而且與糖化時間有很大的關系。因此本次實驗考察糖化時間對木薯酒精發(fā)酵的影響。其結果見表4。由表4實驗數(shù)據(jù)表明:糖化時間對木薯酒精發(fā)酵影響不是太大,當糖化時間為30min時,發(fā)酵醪的各項理化數(shù)據(jù)都很正常。所以確定糖化時間為30min。2.5糖化前后調(diào)ph值的影響酵母菌的適宜生長條件為弱酸性,pH值為4～4.5。而且調(diào)整pH值為弱酸性時,可以抑制木薯糖化醪中的雜菌生長,達到以酸治酸,促進酵母酒精發(fā)酵的作用,其結果見表5。由表4實驗數(shù)據(jù)表明:醪液pH值對酒精的發(fā)酵有一定影響。當醪液pH值在4～5時,酒精發(fā)酵結果最好,出酒率高。糖化前調(diào)pH值又比糖化后調(diào)pH值的效果好。這是因為糖化酶的最適pH值也是在4～4.5,糖化前調(diào)pH值可使糖化酶發(fā)揮更大的糖化作用。然而當pH值太低(≤3.5)時,則不利于酵母的生長,發(fā)酵結果較差。2.6酵母生長對酒精發(fā)酵的影響植酸作為酶母生長因子,對淀粉質(zhì)原料酒精發(fā)酵過程中的酵母生長繁殖有促進作用,因而在糖化醪中添加適量的植酸有利于木薯原料酒精發(fā)酵的進行,其結果見表6。2.7發(fā)酵時間的確定木薯原料酒精發(fā)酵時間以72h為佳,其結果見表7。2.8正交試驗及結果分析因為木薯糖化醪中酒母的生長與無機鹽的添加有著很直接的關系,無機鹽可以促進酒母生長,補充酒母所需的營養(yǎng)。所以我們研究無機鹽的不同配比對酒母培養(yǎng)的影響。首先根據(jù)查閱的資料和前面試驗的數(shù)據(jù)分析,選定添加氨鹽和添加鉀鹽源作為兩個因素,再考慮到鎂鹽對酒母生長的作用選定。共添加氨鹽、添加鉀鹽和添加