生醪發(fā)酵生產(chǎn)食用酒精方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于酒精發(fā)酵生產(chǎn)領(lǐng)域，具體的說是一種生醪發(fā)酵生產(chǎn)食用酒精方法。
【背景技術(shù)】
[0002]酒精行業(yè)是能源消耗比較大的行業(yè)，據(jù)商務(wù)部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2012年全國全年生產(chǎn)食用酒精672萬噸(95% V/V)，因此酒精行業(yè)節(jié)能減排潛力巨大。目前國內(nèi)酒精生產(chǎn)企業(yè)在糖液化部分采用的生產(chǎn)工藝為:除雜、粉碎、拌料、105-110°C高溫蒸煮、汽液分離、冷卻去糖化，最后發(fā)酵。以上工藝在蒸煮中需要將醪液從59-61°C加熱到105-110°C，蒸煮時(shí)間為90分鐘以上，其缺點(diǎn)為:(I)耗用蒸汽量大。(2)糖化前要降溫，需要消耗大量的一次水。(3)通過高溫處理，使在蒸煮前自糖化產(chǎn)生的糖類被分解，生成不可發(fā)酵性糖，降低了淀粉的轉(zhuǎn)化率。(4)帶壓操作，安全隱患大。(5)排放大量的廢汽，污染環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服傳統(tǒng)酒精生產(chǎn)中的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種以谷物、薯類為原料的生醪發(fā)酵生產(chǎn)酒精方法，該方法不經(jīng)過105-110°C高溫蒸煮，采用延長糊化時(shí)間為6-8小時(shí)的方法，解決了現(xiàn)有生產(chǎn)方法耗氣量、耗水量大的問題。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種生醪發(fā)酵生產(chǎn)食用酒精方法，其特征在于以下步驟:步驟(I)除雜粉碎:將原料除去雜質(zhì)后粉碎成1.8-2.0mm的顆粒；步驟(2)拌料:將粉碎后的原料用59_61°C的溫水拌料，然后按每立方米醪液加入1g抑菌劑，再加入10-12u/g原料量淀粉酶；步驟(3)糊化:以64-66°C的溫度對原料進(jìn)行糊化6-8小時(shí)；步驟(4)糖化:將糊化后的原料加硫酸調(diào)PH值為4.0-4.2，并按原料量加入120-150u/g的糖化酶，再按原料量加入0.10-0.16%的硫酸銨，得到糖化醪液；步驟(5)酒母培養(yǎng):將糖化醪液按原料量加入0.10-0.16%的硫酸銨，再按原料量加入0.5-1.0%。的酵母，連續(xù)培養(yǎng)12-14小時(shí)；步驟(6)發(fā)酵:將糖化醪液加入0.10-0.16%的硫酸銨，再加入0.5-1.0%。的酵母，進(jìn)行發(fā)酵，總發(fā)酵時(shí)間80-85小時(shí)，最后經(jīng)蒸餾后獲得符合國標(biāo)的食用酒精產(chǎn)品。
[0006]生醪發(fā)酵可行與否的關(guān)鍵在于:無蒸煮酒精生產(chǎn)工藝在正常的生產(chǎn)周期內(nèi)，淀粉是否能被徹底轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵性糖；轉(zhuǎn)化的時(shí)間梯度是否能滿足酵母發(fā)酵的營養(yǎng)要求；染菌問題如何解決。
[0007]淀粉轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵性糖有以下步驟:(I)淀粉的膨化:淀粉是一種親水性膠體，遇水后大量水分子利用滲透作用，進(jìn)入淀粉顆粒的晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部，由于大量水分子的進(jìn)入，使淀粉的巨大分子鏈發(fā)生擴(kuò)張，使淀粉顆粒的體積和質(zhì)量明顯增加。(2)淀粉的糊化:淀粉顆粒發(fā)生膨化時(shí)，支鏈淀粉起著半透膜的作用，隨著溫度的升高，淀粉顆粒滲透壓逐漸增大，膨化程度逐漸增強(qiáng)，當(dāng)溫度升高到某一特定溫度時(shí)，淀粉顆粒的體積膨脹到原體積的50-100倍，此時(shí)淀粉分子之間的氫鍵開始逐步被削弱，淀粉顆粒的晶體結(jié)構(gòu)也逐步解體。淀粉出現(xiàn)液化現(xiàn)象后，如果繼續(xù)升溫，當(dāng)達(dá)到120-130度時(shí)，大量的支鏈淀粉也會(huì)完全溶化，淀粉顆粒的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)徹底被破壞，醪液的膠體性質(zhì)隨之被改變，淀粉溶液也隨之變成黏度較低的，均一的流動(dòng)性醪液，這種現(xiàn)象叫做液化，這也是蒸煮的目地。
[0008]通過總結(jié)淀粉以上的物理性質(zhì)，總結(jié)出淀粉水解的三個(gè)條件:(I)水:水分子是誘發(fā)淀粉顆粒發(fā)生膨化和糊化最主要的誘因，因?yàn)橹挥写罅克肿舆M(jìn)入到淀粉分子的結(jié)晶體內(nèi)部，才能使淀粉顆粒內(nèi)部發(fā)生變化，即體積和質(zhì)量增大。(2)溫度:水分子進(jìn)入淀粉顆粒的晶體內(nèi)部，需要一定的分子動(dòng)能，而水分子分子動(dòng)能的高低與溫度的高低有著密切的關(guān)系，溫度高則水分子動(dòng)能高，水分子運(yùn)動(dòng)速度快，膨化和糊化的作用就快。(3)時(shí)間:有了一定量的水和能量，但如果沒有一定的時(shí)間也達(dá)不到液化的效果。
[0009]按照以上淀粉糊化的基本理論，發(fā)明人研究出以下生醪發(fā)酵的發(fā)酵理論:(I)淀粉的低溫轉(zhuǎn)化理論:在國內(nèi)，大多采用拌料兩小時(shí)，溫度控制在60±1°C，溫度升至80-85°C 2小時(shí)后105-110°C液化1.5小時(shí)。醪液經(jīng)過以上處理被液化后，淀粉顆粒的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞，膠體性質(zhì)也遭到破壞。糖化酶是外切酶，會(huì)很快的把葡萄糖一個(gè)一個(gè)的切下來，因此經(jīng)過糖化后葡萄糖產(chǎn)生的會(huì)更多。總結(jié)以上熟醪發(fā)酵的淀粉水解過程為淀粉的膨化、糊化、液化和糖化。而生醪發(fā)酵不經(jīng)過液化，淀粉在糊化時(shí)，淀粉分子之間的氫鍵被削弱，淀粉顆粒的晶體被解體。α-淀粉酶是內(nèi)切酶，α-淀粉酶隨著水分子滲透到淀粉分子的內(nèi)部，在淀粉分子的內(nèi)部將葡萄糖分子切斷，結(jié)果生成了少部分葡萄糖和部分糊精和麥芽糖，同時(shí)還存在沒有被轉(zhuǎn)化的淀粉，因?yàn)闆]有經(jīng)過液化，淀粉顆粒的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)沒有遭到破壞，因此在糖化過程中，得不到更多的葡萄糖，但采用延長糊化時(shí)間到6-8小時(shí)的方法，一方面在一定程度上提高了淀粉的糊化率，經(jīng)過糖化，使一部分糊精和麥芽糖轉(zhuǎn)化成葡萄糖，另一方面為淀粉在以后過程中加速轉(zhuǎn)化奠定一個(gè)基礎(chǔ)，因?yàn)樵蠜]有經(jīng)過高溫蒸煮，沒有能量破壞淀粉的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和膠體性質(zhì)，因此，如果不延長糊化時(shí)間，原料從本質(zhì)上仍是堅(jiān)硬的，水分進(jìn)入不了原料內(nèi)部，淀粉酶就無法作用于淀粉分子，也就無法糊化。但沒有經(jīng)過高溫處理的醪液，醪液中的淀粉酶始終保持著很好的活力，在發(fā)酵過程中仍能發(fā)揮著很好的作用，這樣，在酵母發(fā)酵過程中，淀粉邊糊化、邊糖化，邊發(fā)酵，直到淀粉最終轉(zhuǎn)化成乙醇。延長糊化時(shí)間的目的是加快淀粉的糊化速度，使酵母的發(fā)酵時(shí)間縮短。總結(jié)生醪發(fā)酵淀粉的轉(zhuǎn)化過程為:膨化、糊化、糖化。(2)生醪發(fā)酵過程中，邊糖化邊發(fā)酵理論:按照酵母的生長曲線，酵母的生長代謝分為四個(gè)階段，即:遲滯期、對數(shù)生長期、平衡期和死亡期。在傳統(tǒng)的酒精發(fā)酵理論中，曾經(jīng)把糖化醪液中還原糖的含量提高到80%甚至90%，即“全糖發(fā)酵法”，通過生產(chǎn)實(shí)際證明，其結(jié)果不但沒有使發(fā)酵醪的殘?zhí)墙档?，反而升高，其原因是違反了酵母發(fā)酵的理論，因?yàn)榻湍冈谶t滯期，酵母只是個(gè)體增大，因此不需要很多的還原糖，提供大量的還原糖，反而會(huì)抑制酵母的繁殖，到對數(shù)生長期酵母個(gè)體成長到一定程度后開始加速繁殖。酵母在生長繁殖過程中符合微生物繁殖的“饑餓”發(fā)酵理論，即:微生物在繁殖過程中使其處于“饑餓”狀態(tài)，在純種發(fā)酵生產(chǎn)中，如:土霉素和青霉素發(fā)酵等，為了使微生物處在“饑餓”狀態(tài)，采用中間補(bǔ)料工藝，這樣可以使微生物更加健壯，在平衡期和發(fā)酵后期仍能保持很強(qiáng)的活力，而生醪發(fā)酵洽洽符合了這個(gè)理論，沒有經(jīng)過蒸煮的醪液在糖化過程中，沒有將淀粉轉(zhuǎn)化成更多的還原糖，在對數(shù)生長期酵母耗糖量大，淀粉酶和糖化酶不斷的將淀粉轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵性糖，產(chǎn)生了一定積累的同時(shí)馬上被酵母消耗，因此，在整個(gè)發(fā)酵過程中使酵母始