碳酸鈉對(duì)陳化小麥酒精發(fā)酵中酒母質(zhì)量影響的研究

劉飛翔，劉西嶺，王小梅，郭 慧，吳文睿，郭文杰，蒲順昌

（1.亳州學(xué)院生物與化學(xué)工程系，安徽亳州236800；2.安徽瑞福祥食品有限公司，安徽亳州236800）

陳化糧是指儲(chǔ)存時(shí)間較長(zhǎng)，已經(jīng)變質(zhì)、霉變，霉菌毒素等有害成分超標(biāo)，且不可直接作為口糧的糧食。國家規(guī)定，陳化糧只能通過拍賣的方式向特定的飼料加工和釀造企業(yè)定向銷售。陳化糧擁有豐富的碳水化合物，是現(xiàn)代酒精發(fā)酵工業(yè)發(fā)展的方向之一[1]。2013年以來，利用霉變的陳化糧進(jìn)行酒精發(fā)酵，其在酒精發(fā)酵原料中的占比逐漸增加，但霉變的真菌毒素會(huì)導(dǎo)致酒精發(fā)酵系統(tǒng)中的酒母培養(yǎng)質(zhì)量下降，干酵母投料量加大等后果[2-3]。

許多報(bào)道顯示，堿處理法可以有效去除真菌毒素[4]。故本試驗(yàn)以陳化霉變小麥淀粉乳為原料，通過添加碳酸鈉的方式，以期去除真菌毒素酵母菌的影響，為如何改善陳化糧培養(yǎng)酒母質(zhì)量的問題提供一些思路。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

材料：陳化和非陳化小麥淀粉乳，取自谷朊粉生產(chǎn)車間。

試劑：淀粉酶（100000 U/g，杰能科（中國）生物工程有限公司）；糖化酶（200000 U/g，波利）；耐高溫活性干酵母，安琪酵母股份有限公司；碳酸鈉、硫酸等均購于國藥集團(tuán)。

儀器設(shè)備：顯微鏡（OLYMPLUS CX22）；搖床（歐諾HNY-100B）；pH計(jì)（梅特勒PE28）；電子分析天平（梅特勒ME20E）等。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 糖化醪的制備

取谷朊粉車間A/B混合淀粉乳，其濃度在20%左右，調(diào)節(jié)pH5.5，加一定量的耐高溫α-淀粉酶，并在水浴鍋95℃條件下液化60 min；然后降溫至60℃，調(diào)節(jié)pH4.5，添加一定量的糖化酶，60℃條件下糖化40 min，并加入營(yíng)養(yǎng)鹽尿素和磷酸二氫鉀，添加量分別為0.25 g/L和0.125g/L[5]。

1.2.2 搖瓶酒母培養(yǎng)方法

取100 mL糖化醪置于500 mL已滅菌的三角瓶?jī)?nèi)，待糖化醪降溫至30℃時(shí)，每瓶準(zhǔn)確稱取并加入0.075 g干酵母，然后在恒溫?fù)u床中進(jìn)行酒母培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為30℃，搖床轉(zhuǎn)速為100 r/min，培養(yǎng)7 h后，在顯微鏡下鏡檢酒母質(zhì)量。

1.2.3 50 L發(fā)酵罐酒母培養(yǎng)方法

取新制取的60℃的糖化醪加入至提前蒸汽滅菌后的50 L發(fā)酵罐中，裝料量為60%（即30 L），并加入相應(yīng)方案的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；發(fā)酵溫度設(shè)置為30℃，攪拌轉(zhuǎn)速為100 r/min，通氣量為0.2 vvm；待上述參數(shù)穩(wěn)定后調(diào)整溶氧為100%；加入干酵母，開始酒母培養(yǎng)，培養(yǎng)到8 h時(shí)計(jì)為培養(yǎng)一輪酒母結(jié)束，然后放出20 L成熟酒母醪，并泵入20 L新鮮的已冷卻至30℃的糖化醪，繼續(xù)培養(yǎng)8 h，連續(xù)培養(yǎng)5代，觀察酒母質(zhì)量變化。

1.2.4 酵母鏡檢

鏡檢：采用血球計(jì)數(shù)板和次甲基藍(lán)染色法，測(cè)定酒母醪中的酒母細(xì)胞數(shù)、出芽率和死亡率[6]。

2 結(jié)果與討論

2.1 碳酸鈉對(duì)陳化小麥酒母培養(yǎng)質(zhì)量的影響

向陳化小麥糖化醪中加入0.5 g/L的碳酸鈉作為實(shí)驗(yàn)組，以不添加碳酸鈉的陳化糖化醪和非陳化小麥糖化醪作為對(duì)照組，研究碳酸鈉對(duì)陳化小麥醪酒母質(zhì)量的影響，結(jié)果見表1。

表1 碳酸鈉對(duì)陳化小麥酒母培養(yǎng)質(zhì)量的影響

從表1可知，用陳化小麥醪培養(yǎng)的酒母質(zhì)量較非陳化小麥醪培養(yǎng)酒母質(zhì)量差很多，接種的活性干酵母幾乎沒有繁殖，酵母數(shù)為0.27億個(gè)/mL，且鏡檢結(jié)果顯示全部死亡。這主要是由于陳化小麥中的一些真菌毒素對(duì)酵母的生長(zhǎng)產(chǎn)生了顯著的抑制，影響了酒母的質(zhì)量[2-3]。向陳化小麥糖化醪中加入0.5 g/L的碳酸鈉，酒母質(zhì)量明顯提升，酵母總數(shù)提升至1.2億個(gè)/mL，酵母死亡率下降至7.4%?？梢?，碳酸鈉對(duì)于解除真菌毒素對(duì)酵母生長(zhǎng)的抑制有著明顯的效果，這主要是由于堿類物質(zhì)具有可有效破壞真菌毒素結(jié)構(gòu)的能力[4]。

2.2 不同碳酸鈉添加量對(duì)陳化小麥酒母培養(yǎng)質(zhì)量的影響

向陳化小麥醪中分別加入不同濃度的碳酸鈉（0、0.25 g/L、0.50 g/L、0.10 g/L、1.5 g/L），以研究不同濃度的碳酸鈉對(duì)陳化小麥酒母培養(yǎng)質(zhì)量的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 不同碳酸鈉濃度對(duì)酒母培養(yǎng)的影響

由表2可看出，隨著碳酸鈉添加濃度的增加，醪液的pH值逐漸增加，在0至1.0 g/L時(shí)，酵母數(shù)和出芽率逐漸增加，死亡率逐漸下降；碳酸鈉添加濃度為1.5 g/L時(shí)，酒母質(zhì)量開始降低，這主要是由于此時(shí)培養(yǎng)基中的初始pH值已達(dá)到7.37，該pH值已不是釀酒酵母最適的pH值，抑制了酵母的生長(zhǎng)。因此，在上述培養(yǎng)條件下，碳酸鈉的最佳添加濃度應(yīng)為1.0 g/L左右。

2.3 50 L發(fā)酵罐連續(xù)培養(yǎng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證碳酸鈉對(duì)陳化小麥醪酒母質(zhì)量的影響，故在50 L發(fā)酵罐中模擬車間進(jìn)行酒母連續(xù)培養(yǎng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，以考察酒母質(zhì)量的變化，結(jié)果見圖1。

圖1 50 L發(fā)酵罐連續(xù)培養(yǎng)5代酒母實(shí)驗(yàn)結(jié)果

如圖1所示，用添加了1 g/L碳酸鈉的陳化小麥糖化醪在50 L發(fā)酵罐上進(jìn)行連續(xù)5代酒母培養(yǎng)，酒母質(zhì)量均較好，且前3輪次酒母質(zhì)量逐漸提高；到第3輪次以后，酵母總數(shù)達(dá)到了3億個(gè)/mL左右的水平，出芽率基本維持在20%以上，且死亡率均在1%以下。較高的酵母細(xì)胞數(shù)和出芽率可以保證整個(gè)發(fā)酵系統(tǒng)中酵母菌為優(yōu)勢(shì)菌，從而防止雜菌的入侵導(dǎo)致醪液生酸和出酒率降低，同時(shí)一定酵母數(shù)和出芽率也可以使整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)酵強(qiáng)度得到保證[7]。本實(shí)驗(yàn)說明，碳酸鈉在陳化小麥醪的酒母連續(xù)培養(yǎng)中可以提高并得到穩(wěn)定的酒母質(zhì)量，可為進(jìn)一步的車間大生產(chǎn)應(yīng)用提供參考。

3 結(jié)論

陳化小麥醪使酵母菌的生長(zhǎng)受到抑制，嚴(yán)重影響酒母的質(zhì)量，進(jìn)而影響整個(gè)酒精發(fā)酵系統(tǒng)。通過添加碳酸鈉可以顯著解除該抑制，并提高酵母的出芽率和存活率；通過碳酸鈉的濃度優(yōu)化，認(rèn)為碳酸鈉濃度達(dá)到1 g/L左右時(shí)，酒母質(zhì)量最好；在50 L發(fā)酵罐上進(jìn)行連續(xù)酒母培養(yǎng)，酒母質(zhì)量較穩(wěn)定，初步認(rèn)為通過添加碳酸鈉可用于解決陳化糧發(fā)酵酒精中酒母質(zhì)量差的難題。

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[6]王福榮.釀酒分析與檢測(cè)[M].2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2012:239.

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