專利名稱：提高淀粉質(zhì)原料酒精濃醪發(fā)酵酒精度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種淀粉質(zhì)原料酒精發(fā)酵的方法，特別是以酒曲為促進(jìn)劑提高淀粉質(zhì)原料酒精濃醪發(fā)酵酒精度的方法。
背景技術(shù)：
酒精是酵母自然代謝的產(chǎn)物，在高濃度發(fā)酵后期，高濃度的酒精是抑制發(fā)酵的主要因素。酒精的毒性表現(xiàn)在增加質(zhì)子向酵母細(xì)胞的遷移速度，從而降低ATP酶活性，抑制氨基酸的吸收和細(xì)胞的繁殖；酒精還能破壞細(xì)胞膜中的磷脂雙層結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)組分的流失；酒精對(duì)酒精脫氫酶的活力也有抑制作用，增加了乙醛的毒性。在正常發(fā)酵中，發(fā)酵停滯的主要原因是所產(chǎn)酒精的濃度過高帶來的毒性作用。許多酵母研究者報(bào)道了在酒精濃度增加的情況下，細(xì)胞的反應(yīng)是補(bǔ)充細(xì)胞膜中的存活因子，包括不飽和長(zhǎng)鏈脂肪酸和甾醇(常帶有不飽和側(cè)鏈)。這些保護(hù)因子在一定程度上抵消了酒精的破壞作用，使細(xì)胞膜恢復(fù)原有的通透性和流動(dòng)性。
我國傳統(tǒng)的黃酒釀造過程中，采用米曲霉、根霉等菌種制成曲料，作為糖化劑，其發(fā)酵醪酒精含量可高達(dá)20％以上；在大曲釀造中，大曲中的微生物是自然采集的，酒醅酒精含量為8％～12％，對(duì)其中的液相而言酒精含量為14％～18％；而酒精發(fā)酵是以黑曲霉生產(chǎn)的純糖化酶為糖化劑，相同的酵母菌種在酒精生產(chǎn)中其酒精耐性一般不超過12％。
國內(nèi)外有不少關(guān)于酒精濃醪發(fā)酵的研究報(bào)告，其中許多報(bào)道的酒精濃度達(dá)15％～20％，但均為實(shí)驗(yàn)室成果，離實(shí)際應(yīng)用還有一定距離。存在的主要問題有一是有些菌種酒精耐性雖高，但其發(fā)酵速度慢，且只適宜于低溫發(fā)酵，當(dāng)發(fā)酵溫度較高時(shí)菌種對(duì)酒精的耐性即大為下降；二是添加某些發(fā)酵輔助因子(如氨基酸、維生素、酵母膏、蛋白胨等)雖然可以提高發(fā)酵速度和酒精發(fā)酵濃度，但其成本過高，不符合生產(chǎn)實(shí)際；三是大多數(shù)報(bào)道均為實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，一旦放大至發(fā)酵罐規(guī)模其發(fā)酵速度和酒精發(fā)酵濃度都大為下降，不能投入實(shí)際生產(chǎn)。我國年產(chǎn)酒精約300萬噸，占世界第三位，但發(fā)酵濃度低、生產(chǎn)成本高，特別是與世界先進(jìn)水平相比，發(fā)酵醪濃度低25～35％，能源消耗高30％左右。降低酒精生產(chǎn)的能耗和成本，是發(fā)展燃料酒精的關(guān)鍵所在。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是解決上述已有酒精濃醪發(fā)酵方法或?yàn)閷?shí)驗(yàn)室成果、或生產(chǎn)成本過高，不符合生產(chǎn)實(shí)際，不能投入實(shí)際生產(chǎn)的問題，開發(fā)一種廉價(jià)而又適合于大生產(chǎn)應(yīng)用的酒精發(fā)酵促進(jìn)劑，降低高濃度酒精對(duì)釀酒酵母的毒害作用，從而提供了一種提高發(fā)酵速率和酒精發(fā)酵濃度的酒精濃醪發(fā)酵的方法。
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的主要問題所采取的技術(shù)方案是在淀粉質(zhì)原料的酒精發(fā)酵中，添加一定量的傳統(tǒng)酒曲代替部分糖化酶進(jìn)行酒精發(fā)酵，其作用在于一方面，酒曲中除含有較高的糖化酶活性外，還含有一定量的蛋白酶、纖維素酶和果膠酶等多酶系，這些酶的協(xié)同作用可提高淀粉質(zhì)原料糖化發(fā)酵的效率，從而提高酒精發(fā)酵的速度；另一方面，酒曲中含有麥角甾醇、不飽和長(zhǎng)鏈脂肪酸等保護(hù)因子，可以幫助酵母抵抗酒精毒性，保持細(xì)胞活力，從而可提高酒精發(fā)酵的濃度，其具體方法如下(1)將淀粉質(zhì)原料經(jīng)粉碎后，用50℃至70℃的溫水按1∶1.8～3.0的加水比調(diào)漿；(2)向(1)中加入耐高溫α-淀粉酶2～12U/g原料，CaCl20.10～0.2g/100g原料，混勻后升溫至80～95℃，糊化液化60～120min；(3)糊化醪冷卻到55～60℃，加糖化酶60～150U/g原料，糖化10～90min；(4)糖化醪冷卻至30℃，加原料重量0.10％～0.20％的尿素，0.5％～8％的酒曲粉，其中酒曲粉亦可在糖化過程中或發(fā)酵開始一段時(shí)間如0～24h后加入；(5)接入培養(yǎng)的酒母或活性干酵母活化液，酵母細(xì)胞接種量為1.5×107～4.5×107/mL，30～40℃發(fā)酵，發(fā)酵后期間歇適量通風(fēng)數(shù)次，發(fā)酵周期48～80h，發(fā)酵醪酒精濃度為14％(V)～18％(V)。
上述淀粉質(zhì)原料可以是玉米、薯干、木薯、高粱、大米、小麥等。
上述酒曲可以是紅曲、黃酒曲、根霉曲、大曲、小曲中的一種或它們中的幾種組成的混合物。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果本發(fā)明將傳統(tǒng)酒曲作為發(fā)酵促進(jìn)劑應(yīng)用到淀粉質(zhì)原料的酒精濃醪發(fā)酵生產(chǎn)中，一方面，酒曲中含有較高糖化酶和其他酒精發(fā)酵有益酶系，可代替部分糖化酶，并協(xié)同糖化酶和酵母進(jìn)行酒精發(fā)酵，提高發(fā)酵速度，縮短發(fā)酵周期6～15h；另一方面，酒曲中含有麥角甾醇、不飽和長(zhǎng)鏈脂肪酸等保護(hù)因子，可以幫助酵母抵抗酒精毒性，保持酵母細(xì)胞活力，使最終發(fā)酵醪的酒精濃度提高1～2°，而酒精濃度的提高將大大降低酒精蒸餾和DDGS的加工成本，使每噸酒精的生產(chǎn)成本可下降50～200元。
具體實(shí)施方式實(shí)施例1杜氏管發(fā)酵試驗(yàn)10Bx麥芽汁培養(yǎng)基，酒精含量16％(V)～24％(V)，每一酒精梯度分別添加液體體積2％的紅曲、黃酒曲、根霉曲、大曲和小曲。液體酵母種子接種量為10％，置于30℃恒溫箱靜置培養(yǎng)，每種酒曲每個(gè)酒精濃度做三個(gè)平行試驗(yàn)。發(fā)酵12h后，隨時(shí)觀察有無氣泡產(chǎn)生，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。與空白比較，添加酒曲后，釀酒酵母的耐酒精能力明顯提高，其中添加黃酒曲和小曲的效果最好，耐酒精能力提高了4度。
表1不同酒曲對(duì)釀酒酵母耐酒精能力的影響
注“++”表示發(fā)酵良好，“+”表示發(fā)酵，“-”表示不發(fā)酵。
實(shí)施例2250mL三角瓶發(fā)酵試驗(yàn)(1)糊化液化取80g玉米粉于250mL三角瓶中，加70℃溫水160mL調(diào)漿，加耐高溫α-淀粉酶800U，CaCl20.1g，混勻后升溫至85～90℃，糊化液化90min。
(2)糖化糊化醪冷卻到60℃，每瓶加糖化酶8800～11040U(糖化酶的用量視酒曲糖化酶活力而定)，糖化40min。
(3)加酒曲糖化醪冷卻到30℃，每瓶加尿素0.12g，分別添加3.2g紅曲、黃酒曲、根霉曲、大曲和小曲作發(fā)酵促進(jìn)劑。每瓶的總糖化力(糖化酶+酒曲)相同，都為12000U(或150U/g原料)。
(4)發(fā)酵每瓶接AY-15酵母培養(yǎng)種子(酵母細(xì)胞數(shù)為1.5億/mL)40mL，30℃恒溫靜置發(fā)酵72h。
(5)發(fā)酵結(jié)束后分別測(cè)定殘?zhí)?、酒精濃度，并?jì)算淀粉對(duì)乙醇得率，結(jié)果見表2。從結(jié)果看，添加酒曲后，發(fā)酵醪酒精濃度明顯提高，其中添加黃酒曲的效果最好，發(fā)酵醪酒精濃度比空白提高1.6度，相對(duì)出酒率提高11.1％。
表2不同酒曲酒精發(fā)酵效果比較(三次試驗(yàn)平均值)
注計(jì)算淀粉對(duì)乙醇得率時(shí)，按投入的總淀粉計(jì)。
實(shí)施例35L罐酒精濃醪發(fā)酵試驗(yàn)(1)糊化液化取玉米粉1350g，加70℃溫水2430mL調(diào)漿，加耐高溫α-淀粉酶(20000U/mL)0.7mL，CaCl21.7g，混勻后升溫至85～90℃，糊化液化90min。
(2)糖化糊化醪冷卻到60℃，加糖化酶(105U/mL)1.6mL，糖化30min。
(3)加酒曲糖化醪冷卻到30℃，加黃酒曲(糖化酶活力1000U/g)27g，加尿素2.2g。
(4)接種發(fā)酵取耐高溫活性干酵母3.5g，加入2％糖水中，35℃活化30min，接入5L發(fā)酵罐開始發(fā)酵，發(fā)酵液總體積約3600mL。
(5)溫度控制發(fā)酵前期(0～12h)30℃，主發(fā)酵期(12～28h)35℃，后發(fā)酵期30℃，72h發(fā)酵結(jié)束。
(6)發(fā)酵結(jié)束后分測(cè)定殘?zhí)恰⒕凭珴舛?，并?jì)算淀粉對(duì)乙醇得率，結(jié)果見表3。結(jié)果表明，與對(duì)照相比，加黃酒曲的酒度提高0.9度，淀粉出酒度提高3.5個(gè)百分點(diǎn)；加黃酒曲且發(fā)酵后期間歇通風(fēng)的酒度提高1.9度，淀粉出酒度提高6.04個(gè)百分點(diǎn)，相對(duì)出酒率提高13.1％，且發(fā)酵周期縮短12h。
表3 5L罐酒精濃醪發(fā)酵試驗(yàn)結(jié)果(三次試驗(yàn)平均值)
注計(jì)算淀粉對(duì)乙醇得率時(shí)，按投入的總淀粉計(jì)。
實(shí)施例45m3罐酒精濃醪發(fā)酵試驗(yàn)(1)糊化液化取玉米粉1400kg，加60℃左右溫水2500L調(diào)漿，加耐高溫α-淀粉酶(20000U/mL)350mL，CaCl21.5kg，混勻后升溫至85～90℃，糊化液化90min。
(2)糖化糊化醪冷卻到60℃，加糖化酶(105U/mL)1.4L，糖化30min。
(3)加酒曲糖化醪冷卻到30℃，加小曲(糖化酶活力800U/g)30kg，加尿素2kg。
(4)接種發(fā)酵取耐高溫活性干酵母3kg，加入2％糖水中，35℃活化30min，接入5m3發(fā)酵罐開始發(fā)酵，發(fā)酵液總體積約3900L。
(5)溫度控制發(fā)酵前期(0～12h)28～30℃，主發(fā)酵期(12～30h)33～35℃，后發(fā)酵期30～33℃。
(6)通風(fēng)發(fā)酵30h后，間歇通風(fēng)，每次5min，每8h左右通一次。
發(fā)酵結(jié)束后分測(cè)定殘?zhí)?、酒精濃度，并?jì)算淀粉對(duì)乙醇得率，結(jié)果見表4。結(jié)果表明，與對(duì)照相比，加小曲的酒度提高1.3度，相對(duì)出酒率提高9.1％，發(fā)酵周期縮短8h。
表4 5L罐酒精濃醪發(fā)酵試驗(yàn)結(jié)果(三次試驗(yàn)平均值)
注計(jì)算淀粉對(duì)乙醇得率時(shí)，按投入的總淀粉計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種提高淀粉質(zhì)原料酒精濃醪發(fā)酵酒精度的方法，通常它包括原料預(yù)處理、調(diào)漿、液化、糊化、糖化、發(fā)酵和蒸餾，其特征在于在公知的糖化過程中或發(fā)酵開始后0～24h，添加原料重量0.5％～8.0％的酒曲粉作為發(fā)酵促進(jìn)劑，以保護(hù)酵母細(xì)胞活力，提高釀酒酵母的耐酒精能力和淀粉質(zhì)原料酒精發(fā)酵的濃度以及發(fā)酵速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高淀粉質(zhì)原料酒精濃醪發(fā)酵酒精度的方法，其特征是淀粉質(zhì)原料可以是玉米、薯干、木薯、高粱、大米、小麥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高淀粉質(zhì)原料酒精濃醪發(fā)酵酒精度的方法，其特征是酒曲可以是紅曲、黃酒曲、根霉曲、大曲、小曲中的一種或它們中的幾種組成的混合物。
全文摘要
提高淀粉質(zhì)原料酒精濃醪發(fā)酵酒精度的方法。本發(fā)明將傳統(tǒng)酒曲作為發(fā)酵促進(jìn)劑，應(yīng)用于淀粉質(zhì)原料的酒精濃醪發(fā)酵中，一方面，酒曲中含有較高糖化酶和其他酒精發(fā)酵有益酶系，可代替部分糖化酶，并協(xié)同糖化酶和酵母進(jìn)行酒精發(fā)酵，提高發(fā)酵速度，縮短發(fā)酵周期6～15h；另一方面，酒曲中含有麥角甾醇、不飽和長(zhǎng)鏈脂肪酸等保護(hù)因子，可以幫助酵母抵抗酒精毒性，保持酵母細(xì)胞活力，使最終發(fā)酵醪的酒精濃度提高1°～2°，使每噸酒精的生產(chǎn)成本下降50～200元。
文檔編號(hào)C12P7/06GK1661024SQ20041009410
公開日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2004年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者肖冬光, 趙華, 趙樹欣, 許葵, 陳葉福, 杜麗平, 郭波 申請(qǐng)人:天津科技大學(xué)