玉米酒精超高濃度發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化

滕宇欣

摘 要：酒類產(chǎn)品在中國(guó)一直具有極高的應(yīng)用價(jià)值，近年來(lái)玉米酒精的發(fā)酵工藝逐漸成熟，經(jīng)過(guò)對(duì)各種應(yīng)用于玉米發(fā)酵流程的生產(chǎn)工藝進(jìn)行對(duì)比，最終獲得了對(duì)玉米酒精超高濃度發(fā)酵的優(yōu)化工藝。本文結(jié)合具體玉米酒精超高濃度發(fā)酵工藝的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，包括實(shí)驗(yàn)材料的選取與實(shí)驗(yàn)方法以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析等，得出玉米酒精發(fā)酵濃度的相關(guān)結(jié)論，對(duì)提高玉米發(fā)酵酒精濃度的優(yōu)化方法進(jìn)行了相關(guān)闡述。

關(guān)鍵詞：玉米酒精;超高濃度發(fā)酵;工藝條件;優(yōu)化

玉米酒精，顧名思義，就是以玉米為原料進(jìn)行發(fā)酵制作的酒精，我國(guó)的玉米產(chǎn)量在世界排名占第二，所以玉米酒精的發(fā)酵工藝逐漸酒精行業(yè)占據(jù)重要地位。一般來(lái)說(shuō)，高濃度的酒精制備都是通過(guò)比常規(guī)發(fā)酵過(guò)程添加更少量的水來(lái)實(shí)現(xiàn)的，濃度越高的酒精發(fā)酵，其水資源需求越少，相對(duì)也更加節(jié)約成本，所以大部分酒精發(fā)酵企業(yè)都更加注重高濃度酒精的發(fā)酵工藝。本文通過(guò)多種試驗(yàn)方法對(duì)影響玉米酒精發(fā)酵濃度的因素進(jìn)行了分析。

1 工藝流程

1.1 脫胚玉米浸泡預(yù)處理

首先制備一定量的玉米碎，并將其浸泡在水中一段時(shí)間讓其充分吸收水分，玉米碎與水的比例控制在1：2.1為最佳，在其形成玉米醪后再加入調(diào)節(jié)水體酸堿程度的化學(xué)物質(zhì)，讓水體呈現(xiàn)酸性繼續(xù)浸泡，并保持水溫在60℃左右。

1.2 玉米濕法加酶粉碎液化糖化

將浸泡后的玉米原料醪液，加入耐高溫α-淀粉酶，送入粉碎機(jī)濕法粉碎。粉碎后的漿料屬于粗粉碎，尚含有小顆粒。之后進(jìn)行二次粉碎磨細(xì)重復(fù)處理。之后將所得漿料置于恒溫水浴中90℃液化至終點(diǎn)。過(guò)濾2次后，所得濾液即為液化液。同時(shí)干法粉碎玉米原料至40目，加酶液化做對(duì)照實(shí)驗(yàn)。然后測(cè)定升溫至90℃后的液化時(shí)間、液化液得率、黏度及顆粒分布指標(biāo)。液化液降溫至60℃，加入糖化酶、酸性蛋白酶、木聚糖酶，再經(jīng)均質(zhì)化處理1次，60℃條件下處理60min，糖化然后冷卻到35℃，準(zhǔn)備發(fā)酵。

2 玉米酒精超高濃度發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化分析

2.1 玉米原料浸泡吸水率對(duì)液化醪液黏度的影響

當(dāng)溫度達(dá)到70℃以上并在80℃以下時(shí)，玉米淀粉會(huì)發(fā)生糊化，這個(gè)溫度下玉米醪的粘度達(dá)到最高值。本次實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)吸收率不同的玉米原料置于相同環(huán)境，統(tǒng)一按照濕法加酶法對(duì)其進(jìn)行粉碎液化，對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，玉米原料的吸水率越高，經(jīng)過(guò)液化后的玉米醪黏度越低。原因是玉米原料充分吸收水分之后，淀粉酶的水解作用得到了加強(qiáng)，從而使玉米醪的黏度降低。吸水率超過(guò)45%時(shí)其黏度達(dá)到最低，且玉米醪中的分子狀態(tài)分布均勻，濃度達(dá)到最佳狀態(tài)，淀粉酶的充分水解作用有效控制了玉米醪的黏度。而當(dāng)吸水率持續(xù)增加遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)45%時(shí)，玉米醪的黏度反而有快速增加，發(fā)生這種現(xiàn)象的原因是發(fā)酵液中的小顆粒分子過(guò)多，導(dǎo)致黏度發(fā)生變化。所以之后的實(shí)驗(yàn)過(guò)程他統(tǒng)一選用了吸水率在45%左右的玉米原料。

2.2 多酶協(xié)同糖化發(fā)酵對(duì)酒精發(fā)酵的影響

2.2.1 酸性蛋白酶的添加對(duì)酒精發(fā)酵的影響

一般濃度的酒精發(fā)酵工藝中只會(huì)添加10-16U/g的酸性蛋白酶，然而經(jīng)過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，增加酸性蛋白酶的用量可以提高酵母的酒精耐受性，從而提高酒精濃度。所以本次實(shí)驗(yàn)將酸性蛋白酶的添加量做了適當(dāng)增加，并保持溫度在30℃不變。最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，增加酸性蛋白酶的玉米醪酒精濃度明顯高于常規(guī)酒精濃度，且基本保持在12.0%vol左右不變。出現(xiàn)這種結(jié)果的原因是，酸性蛋白酶中的蛋白質(zhì)會(huì)發(fā)生水解，進(jìn)而將玉米原料的結(jié)構(gòu)拆分，將其中不溶性的物質(zhì)釋放出來(lái)，促進(jìn)淀粉的水解效果。水解效果提升，玉米醪的酒精濃度就隨之增加了。另一方面，酸性蛋白酶的水解通過(guò)提高酵母的酒精耐受性，使酵母菌得以更好地繁殖，提升了酒精發(fā)酵效果，超高濃度玉米酒精的產(chǎn)出率更高。

2.2.2 木聚糖酶對(duì)酒精發(fā)酵的影響

木聚糖酶對(duì)細(xì)胞壁和葡聚糖具有很好的分解作用，可以有效減少玉米原料在發(fā)酵過(guò)程中的黏度，釋放其中不溶性物質(zhì)，從而減少玉米釀造過(guò)程中的非淀粉類多糖含量，對(duì)相關(guān)物質(zhì)的吸收效果具有顯著提高作用。本次實(shí)驗(yàn)在玉米醪中添加木聚糖酶并保持30℃發(fā)酵溫度不變進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)，實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，添加了木聚糖酶的玉米醪液酒精濃度得到了有效提升。產(chǎn)生這種結(jié)果的原因主要是由于木聚糖酶會(huì)對(duì)玉米類物質(zhì)中的細(xì)胞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的破壞效果，從而使原料中的蛋白質(zhì)和淀粉等組成成分得到更好的釋放效果，同時(shí)還能促進(jìn)其他種類酶的發(fā)酵性能，獲取更高濃度的玉米酒精。

2.3 溫度控制對(duì)酒精發(fā)酵的影響

實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)溫度梯度對(duì)玉米發(fā)酵流程進(jìn)行控制，其酵母菌的繁殖能力更強(qiáng)，酒精的發(fā)酵濃度更高，比普通恒溫發(fā)酵的方法效果更佳，所以在玉米酒精超高濃度發(fā)酵工藝中，通過(guò)梯度溫度可以有效優(yōu)化其發(fā)酵效果。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上分析不難發(fā)現(xiàn)，在玉米酒精發(fā)酵工藝中，利用多酶物質(zhì)進(jìn)行糖化發(fā)酵能夠有效提高酵母的對(duì)酒精的耐受程度、促進(jìn)淀粉的水解作用，從而提高發(fā)酵過(guò)程的液化程度，提高玉米酒精的發(fā)酵濃度。這對(duì)降低玉米酒精發(fā)酵企業(yè)的生產(chǎn)成本，節(jié)約水資源，促進(jìn)我國(guó)酒行業(yè)發(fā)酵技術(shù)的進(jìn)步等，都具有重要意義。所以相關(guān)研究人員要進(jìn)一步深化對(duì)玉米酒精超高濃度發(fā)酵工藝的研究力度，促進(jìn)我國(guó)酒精發(fā)酵行業(yè)的良性發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓翠波.玉米原料超高濃度酒精發(fā)酵[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2018，44（12）：200-201.