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【转载】生料酿酒技术有关问题探讨  

2016-10-22 10:32:49|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文转载自xiaowanzi7299@126《生料酿酒技术有关问题探讨》

 

39

2000年第6期(总第102期)酿酒科技

No.62000Tol.102Liquor-makingScience&Technology

生料酿酒技术有关问题探讨

摘要:探讨了生料酿酒技术的有关问题,包括生料糖化机理、生料酿酒用原料、生料酒曲的

生产方法与质量标准、生料酿酒工艺及原料出酒率等。

关键词:白酒;生料发酵;生料酒曲;生产工艺

中图分类号:TS262.3;TS261.4文献标识码:A文章编号:1001-9286(2000)06-0039-04

肖冬光,邹海晏

(天津轻工业学院,天津300222)

淀粉质原料的生料发酵,由于取消了蒸煮工序,从

而可节省能耗25%~30%[1]。早在1944年,Balls等报道

了小麦、玉米和甘薯的生淀粉颗粒能被从胰和米曲霉浸

出酶的混合液转化成可发酵性的糖。他们指出生淀粉

和糊化了的淀粉其酶解的差异只是在水解的速率上

[2]。1981年,日本三得利公司实现了玉米淀粉无蒸煮酒

精发酵的工业性生产试验[3],从此生料发酵开始进入工

业化生产。

在我国,生料发酵的研究始于20世纪80年代初。

如辽宁朝阳酒厂[4]以玉米、高粱为原料采用烟台操作法

生料发酵酿制白酒,吴锡麟先生[5]以大米为原料采用粉

粮液态发酵工艺生产白酒等,都是生料发酵的成功例

子。然而,生料发酵对糖化发酵剂的要求高、用量大,而

当时我国糖化酶的生产水平较低、价格较高,这就限制

了当时生料酿酒技术的发展。进入20世纪90年代后

期,随着我国糖化酶生产水平的提高和耐高温酿酒活性

干酵母的问世,使生料发酵有了新的进步,技术逐渐成

熟,并很快在全国各地得以迅速发展。下面是我们根据

多年研究生料发酵的实践,对生料酿酒技术的有关问题

进行的探讨,以求抛砖引玉,不足之处敬请读者赐教。

1生料糖化机理

生料酿酒技术的关键是生淀粉颗粒的水解糖化,与

淀粉酶水解糊化淀粉不同,只有能被生淀粉吸附的葡萄

糖淀粉酶才具有水解生淀粉的能力。Ueda.S等[2]用玉

米淀粉吸附技术分离根霉和黑曲霉的葡萄糖淀粉酶

(GA),得到两种形式的酶GAⅠ和GAⅡ。其中GAⅠ能

吸附在生淀粉上,对生淀粉有强的水解活性;而GAⅡ

不能吸附到生淀粉上,对生淀粉的水解能力很弱。上田

诚之助[6]的报道认为,GAⅠ是一种既能水解支链淀粉

α-1,4-糖苷键,又能水解α-1,6-糖苷键的淀粉酶;

而GAⅡ对α-1,6-糖苷键的水解能力明显低于它对

α-1,4-糖苷键的水解能力。因此,GAⅠ较GAⅡ具有

较强的生淀粉水解能力。黄曲霉的淀粉酶系几乎全是

α-淀粉酶,但其中GAⅠ的含量很低,仅为黑曲霉的十

分之一,因此黄曲淀粉酶系水解生淀粉的能力很差。

β-淀粉酶几乎不能水解生淀粉,所以含β-淀粉酶为

主的麦芽淀粉酶系对生淀粉的水解能力也很差。

综上所述,只有含GAⅠ较高的根霉和黑曲霉的淀

粉酶系才具有较强的水解生淀粉的能力。虽然目前市

场上销售的商品糖化酶都是由黑曲霉生产的,但由于各

企业使用的菌种不同和生产工艺的差异,其商品酶中

GAⅠ的含量有所不同,因而相同单位的糖化酶在水解

糊化生淀粉时的糖化能力相同,但在水解生淀粉时可能

会有明显的差别。王详观等[7]用4种市售糖化酶进行试

验,有2种效果较好,1种稍差,而另1种不宜用于生料

发酵。

2原料的选择

2.1原料品种

就糖化发酵而言,只要所用糖化剂或酒曲中GAⅠ

的活力足够高,各种淀粉质原料都可用于生料发酵。在

我国,用于酿酒的淀粉质原料主要有高粱、玉米、大米和

薯干4种。薯干原料由于含果胶质较多,原料如不蒸煮,

则成品中甲醇含量会很高,因此薯干原料不宜用于生料

酿酒。其余3种原料都可用于生料酿酒,从淀粉出酒率

看,则大米>玉米>高粱(见表1)。其中高粱原料含有

较多的单宁和色素,对糖化发酵有一定的抑制作用。在

熟料发酵时,高温对单宁和色素有一定的破坏作用,因

而熟料发酵的抑制作用相对较低,生料发酵时原料出酒

率会有所下降。如表1所示,与熟料发酵比较,高粱原料

生料发酵的出酒率下降了13.02%。对于大米和玉米原

料,由于没有熟料发酵中高温所造成的淀粉损失,生料

发酵的原料出酒率比熟料时有所提高(见表1)。

就成品质量而言,大米和高粱原料较好,而玉米原

料酿酒时杂醇油含量较高(同熟料发酵一样),酒质较差。如果将玉米原料和高粱原料混合生料发酵,则可冲

淡单宁等有害物质对糖化发酵的影响,既可保证较高的

出酒率,又可获得较好的酒质。如表2所示,随着玉米比

例的增加,单宁的有害作用减弱,原料淀粉出酒率逐渐

提高。  2.2原料的质量与粉碎

由于生料发酵没有熟料发酵蒸煮过程中的杀菌作

用,因此对原料的要求相对较高。用于生料酿酒的原料

要求无杂质、无虫蛀和霉烂变质现象,对于陈粮,一般说

来只有水分含量较低的原料才能用于生料酿酒。

关于原料的粉碎,细点比粗点好,易于糖化过程的

进行,同时也不存在熟料发酵中粉碎过细会引起发粘和

淀粉损失增加的问题,一般情况下,筛孔直径以≤

1.6mm为宜。

对于大米或碎米原料,不粉碎亦可进行生料发酵,

但发酵周期较长(一般达14天以上),发酵过程易染菌,

引起出酒率下降和产品质量不稳,需适当加大用曲量,

且生料酒曲最好分2~3次添加。

3生料酒曲

3.1生料酒曲的生产方法

目前,全国各地生产生料酒曲的单位有数十家,产

品质量良莠不齐,生产方法也不尽相同,概括起来大致

可分为如下几种。

3.1.1由糖化酶和活性干酵母配制而成

此种生产方法最简单,成本也较低,但酿制的生料

白酒闻香欠佳、口感淡泊,成品质量较差,而且由于缺乏

其他酿酒酶系和微生物的协同作用,原料出酒率也不会

太高。

3.1.2由多酶系和活性干酵母配制而成

在此类生料酒曲中,除糖化酶和酿酒活性干酵母外,还含有一定量的纤维素酶、液化酶、果胶酶、蛋白酶

和酯化酶等多酶系。此类生料酒曲出酒率高,如配制合

理还可获得较好的酒质。但用此法生产的生料酒曲,其

产品质量受酶制剂质量的影响,成本也较高,若酶系不

丰富或关键酶用量小,则出酒率和酒质受影响。

3.1.3由多种纯种培养的微生物制剂配制而成

此法采用纯粹培养技术,分别培养黑曲霉、根霉、毛

霉、红曲霉、酒精酵母、产酯酵母等多种微生物活性干细

胞或微生物粗酶制剂,然后再按一定的比例混合配制成

生料酿酒曲。生产此类生料酒曲,技术要求高,投资较

大,相对成本较低。其生料酒曲的特点是成品酒质量较

好,比较接近熟料发酵,但原料出酒率相对较低。

3.1.4由多酶系和多种活性微生物制剂配制而成

其中多酶系包括糖化酶、液化酶、蛋白酶和纤维素

酶等;多种活性微生物制剂包括酒精活性干酵母、产酯

活性干酵母、活性根霉和红曲等,“方润”牌生料酒曲属

此类。此类生料酒曲既保留了传统酒曲多菌种多酶系

糖化发酵的特点,又克服了传统酒曲中菌群良莠不齐、

出酒率低、白酒杂味偏重的弱点,因而酒质较好,出酒率

也较高。生产此类生料酒曲技术要求高,若其中的活性

微生物制剂质量不好、杂菌污染严重,会影响原料出酒

率和酒质。

3.2生料酒曲质量

按理说,判断生料酒曲质量最好的方法是酿酒试

验,看其原料出酒率和成品酒质量是否能达到理想的效

果。但由于各酿酒作坊的条件不同和操作人员素质的

差异,酿酒试验的结果常存在较大的差别。一般说来,

可从如下几个方面来评价生料酒曲的质量。

3.2.1生淀粉糖化能力

如前所述,我们不能完全根据糖化酶活力的高低来

判断生料酒曲的质量,因为不同来源的淀粉酶系其GA

Ⅰ的活力不同,对生淀粉的水解能力也就不同。目前还

没有定量测量GAⅠ活力的方法,但可通过测量生料发

酵过程中生淀粉的水解情况来判断,若淀粉的水解速率

较快,说明GAⅠ的活力就较高。

就糖化酶活力而言,一般生料发酵所需的糖化酶活

力单位为熟料发酵的2~3倍。此外,不同原料的生淀粉

其水解的难易程度不同,所需糖化酶的活力也就不同。

一般说,大米生淀粉的水解最容易,玉米次之,而高粱和

薯干原料较困难[8]。

3.2.2活酵母细胞数

在生料发酵过程中,其原料糖化的速度比熟料发酵

要慢得多,按理说酵母的接种量可少于熟料发酵,但事

实上酵母的接种量必须大于熟料发酵1倍以上才能保

证生料发酵的顺利进行。这是因为在生料发酵中采用

较大的接种量可保持酵母菌的繁殖优势,从而抑制杂菌

的生长。一般生料发酵的酵母细胞接种量,按发酵液体

积计,应为0.06~0.12亿/ml;按原料重量计,应为

0.25~0.4亿/g原料。例如,若生料酒曲对原料的使用

量为0.5%,则生料酒曲的活酵母细胞数应为50~80

亿/g。

3.2.3其他酶活力除含有足够的生淀粉糖化酶和酵母细胞数外,生料

酒曲还应含有一定量的与酿酒有关的其他酶类,如液化

酶、酸性蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、脂肪酶和酯化酶

等。这些酶中,一方面,有些酶与生淀粉糖化酶有协同

作用,它们的存在可促进糖化发酵过程的进行,从而可

缩短发酵周期和提高原料出酒率;另一方面,有些酶的

酶解作用可形成许多香味前体物质,而有些酶的合成作

用可合成多种香味成分,特别是酯类物质,从而提高成

品酒质量。

4生料酿酒工艺

对于粉粮生料液态发酵工艺,生料酿酒的操作要点

如下。

4.1加水比

一般地,生料发酵的加水比为1∶2.5~4.0,发酵

成熟醪酒精度控制在10%~12%(v/v)为宜。酒精度过

高,将抑制酵母菌的发酵,影响发酵周期和原料出酒

率。加水比的大小与原料淀粉含量和发酵温度等有关,

原料淀粉含量高,加水比宜大;发酵温度低,发酵周期

长,加水比可适当小些。

4.2拌料温度

表3所示为3种不同拌料条件玉米原料生料发酵

的试验情况。从结果看,采用60~70℃的温水拌料效果

最好,30~35℃常温拌料次之,开水拌料的效果最差。这

是因为采用60~70℃水拌料既可杀死原料中的大部分

营养细胞,净化发酵体系;又有利于发酵初期糖化酶的

作用,因而具有较高的出酒率。采用开水拌料,由于温

度较高,醪液发粘,不利于糖化酶的作用,出酒率反而有

所下降。 4.3pH的影响

生料发酵为多酶系多菌种复合发酵,其各自的最适

作用pH不尽相同。就生淀粉糖化而言,黑曲淀粉酶的

最适pH为3.5,而根霉淀粉酶的最适pH为4.5[6]。酵母

菌大多在pH3.5~6.0范围内发酵正常。一般地,生料发

酵的初始pH在4.0~6.0范围内影响不大。有时为了控

制杂菌和加速生淀粉的糖化,可加适量硫酸将初始p

调至4.0左右。

4.4发酵温度

与熟料发酵相比,生料发酵由于发酵周期长,发酵

温度宜低。对于采用常温酿酒酵母的生料酒曲,适宜发

酵温度为26~32℃,短期最高发酵温度不宜超过35℃

对于采用耐高温酒精酵母的生料曲,适宜发酵温度为

28~35℃,短期最高发酵温度不宜超过38℃。温度过,

;

低,发酵缓慢,发酵周期延长;温度过高,酵母易衰老,发

酵不彻底,且易升酸,酒质差,原料出酒率低。

4.5发酵周期

发酵周期与原料种类、粉碎粒度、生料酒曲质量和

发酵温度等因素有关,其中生料酒曲质量是最主要的因

素。正常情况下,发酵5~7天,酒精发酵已完成,醪液酒

精含量达最高值,此后醪液酒精度会有所下降。但为了

获得较好的酒质,发酵周期应适当延长至10天左右或

更长,以便形成较多的风味物质。在发酵周期延长期

间,温度应控制在32℃以下,否则,极易升酸,引起原料

出酒率大幅度下降,且酒质也不会提高。

此外,发酵的最初几天,粉粮易沉淀,需每天搅拌一

次,以利于糖化发酵的顺利进行。

5原料出酒率

5.1理论出酒率与淀粉损失

以淀粉质原料生产酒精,进行糖化发酵的总反应式

可表示为:

(C6H10O5)n+nH2O→2nC2H5OH+2nCO2

按此公式计算,淀粉对无水酒精(乙醇)的理论得率

为56.79%。然而,在酒精生产过程中,原料中的淀粉不

可避免地存在各种损失,使实际出酒率下降。概括起

来,淀粉或酒精的损失大致可分成如下几部分:

①人为损失。人为损失存在于各个酿酒环节,由设

备和人为因素造成。

②粉碎损失。一般不大于0.3%。

③蒸煮损失。取决于蒸煮方式、温度和时间,一般为

1%~2%,生料发酵不存在蒸煮损失。

④糖化损失,包括未被糖化的淀粉和淀粉的测定误

差两部分。与原料品种、粉碎粒度、蒸煮条件、糖化剂的

质量及淀粉的测定方法等因素有关,一般为2%~

5%。其中较大部分是由于淀粉的测定误差引起的,这是

因为在测定淀粉含量时大多采用酸法水解和斐林试剂

滴定,而酸水解时生成的某些还原性物质并非为可发酵

的糖,这就使得淀粉含量的测定值偏高。原料粉碎较粗

和采用生料发酵时,糖化损失较大。此外,玉米、高粱的

糖化损失比大米大。

⑤发酵过程损失,包括用于酵母细胞生长、形成除

乙醇以外的其他代谢产物和CO2带走的酒精损失等3

部分。主要取决于酵母菌种、发酵工艺条件、杂菌情况

和发酵周期等因素。对于酒精生产,发酵过程的淀粉损

失为4%~8%;对于白酒生产,由于采用多菌种发酵,

形成的其他代谢产物较多,因而发酵过程的损失比酒精

生产大得多,特别是发酵周期较长的固态发酵,其淀粉

损失可达50%以上。

⑥蒸馏损失。大多为1%左右。

5.2生料发酵实际出酒率

综上所述,对于酒精生产,淀粉的总损失一般为

8%~14%。若按11%计算,则酒精生产淀粉对无水酒

精的实际得率为50.54%,淀粉对95%(v/v)的酒精的

得率为54.70%。

对于白酒生产,为了保证酒质,常采用自然微生物多菌种多酶系糖化发酵和较长的发酵周期,其淀粉对无

水酒精的实际得率比酒精生产要低得多。而不同的白

酒品种和生产工艺,淀粉出酒率的差别很大,达1倍以

上。

就粉粮液态生料发酵工艺而言,其淀粉对无水酒精

的得率与原料品种、生料曲质量、发酵操作条件和发酵

周期等因素有关,一般情况下,大米原料可达46%~

52%,玉米原料为44%~50%。生料发酵原料的实际出

酒率则与原料的淀粉含量和成品的酒度有关,例如:若

大米原料的淀粉含量为73%,则50度白酒的原料出酒

率范围为79.20%~89.53%;若玉米原料的淀粉含量为

67%,则50度白酒的原料出酒率范围为69.53%~

79.01%。某些生料酒曲广告宣称,50度白酒的原料出

酒率可达100%以上,显然缺乏科学依据。

参考文献:

[1]王涛.米香型白酒生料酿酒工艺[J].酿酒科技,2000,

(4):43~44.

[2]程志娟,邹海晏.用生淀粉生产酒精的理论研究(综述)

[J].酿酒科技精选(1980~1985),1998,139~142.

[3]周恒刚.关于生料糖化[J].酿酒科技精选(1980~

1985),1998,154~155.

[4]河北廊房地区食品研究所,辽宁省朝阳酒厂.生料酿制

白酒的生产试验报告[J].酿酒科技精选(1980~1985),

1998,184~186.

[5]吴锡麟.籼米生料酿制白酒大生产实验小结[J].酿酒

科技精选(1980~1985),1998,196~197.

[6]上田诚之助(孙志浩译).无蒸煮酒精发酵[J].应用微生

物,1993,(3):1~5.

[7]王详观,等.无蒸煮玉米酒精发酵新工艺的研究[J].酿

酒科技,1992,(3):18~20.

[8]王怀能,王辉.生淀粉糖化酶的研究[J].酿酒科技,

2000,(3):32~34.

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