生料釀酒工藝概述

1、生料釀酒工藝概述摘 要: 論述了淀粉的糖化機(jī)理、生料釀酒的原理、工藝過(guò)程、酒曲的配方及生料釀酒在我國(guó)的發(fā)展情況。生料釀酒較傳統(tǒng)的釀酒工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、節(jié)約能源、便于工業(yè)化生產(chǎn)。前 言生料釀酒就是微生物利用生淀粉直接進(jìn)行生長(zhǎng)、繁殖及代謝的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中, 首先微生物利用自身所產(chǎn)的酶將生淀粉轉(zhuǎn)化成葡萄糖, 提供微生物生長(zhǎng)、繁殖所需要的能量。同時(shí)在酒化酶的作用下, 將葡萄糖轉(zhuǎn)化成酒精, 排出細(xì)胞外。生料釀酒工藝與傳統(tǒng)發(fā)酵酒精工藝比較, 具有節(jié)約能源,提高出酒率, 操作簡(jiǎn)便, 便于工業(yè)化生產(chǎn)。全球性的能源危機(jī), 使生料釀酒項(xiàng)目的研究愈來(lái)愈迫切。自 20 世紀(jì) 20 年代 stamberg 等人提出。-

2、 淀粉酶能水解 4%10%的小麥生淀粉以來(lái), 各國(guó)科學(xué)家在此方面做了大量的研究工作。生料液態(tài)發(fā)酵法釀酒, 即原料 + 水 + 曲發(fā)酵蒸餾白酒。工藝流程簡(jiǎn)單, 易操作。其實(shí)質(zhì)是將原料中的生淀粉直接水解, 在糖化淀粉酶和酵母的作用下直接進(jìn)行酒精發(fā)酵, 蒸餾而成。它摒棄了傳統(tǒng)白酒高溫蒸煮工藝, 出酒率提高 20%,設(shè)備利用率提高 30%, 噸酒耗煤降低 35%, 單位成本大大降低, 是釀酒行業(yè)的一大突破。1 生料釀酒的基本原理1.1 生淀粉的結(jié)構(gòu)生淀粉常以顆粒狀態(tài)積蓄于植物的種子、莖、根中, 細(xì)胞壁和外膜保護(hù)。淀粉由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成。直鏈淀粉由葡萄糖以 - 1, 4 糖苷鍵縮合而成, 聚合度較

3、小。在水溶液中不是線型分子, 而是由分子內(nèi)的氫鍵作用卷曲成螺旋狀, 每個(gè)環(huán)含有 6 個(gè)葡萄糖殘基。支鏈淀粉是葡萄糖經(jīng) - 1, 4 和- 1, 6 糖苷鍵連接而成很多分支結(jié)構(gòu), 每個(gè)分支含 30 個(gè)左右的葡萄糖殘基, 分支卷曲成螺旋狀, 聚合度較大。直鏈淀粉分子間在氫鍵作用下形成束狀結(jié)構(gòu), 不易分散于水中; 支鏈淀粉由于高度的分支性, 結(jié)構(gòu)比較開(kāi)放, 有利于與水分子形成氫鍵, 而易于分散在水中。1.2 生淀粉酶生淀粉酶至今還沒(méi)有一個(gè)嚴(yán)格的定義, 它為哪一種酶, 一般來(lái)說(shuō)是指可以直接作用、水解或糖化未經(jīng)蒸煮的淀粉顆粒的酶。此生淀粉酶所涉及的酶有好幾種, - 淀粉酶、- 淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、脫枝

4、酶中都有對(duì)生淀粉作用的成分。豬胰臟 - 淀粉酶對(duì)生淀粉具有較好的水解能力, 霉菌的 -淀粉酶分解生淀粉的能力較弱, 倒是其葡萄糖淀粉酶能較好地分解生淀粉。1.3 生淀粉糖化機(jī)理生淀粉糖化酶水解生淀粉與水解糊化淀粉的機(jī)理與方式雖然有相同的地方, 即都是從非還原末端外切淀粉的 - 1,4葡糖苷鍵和 - 1,6 葡糖苷鍵, 但也存在著很大的差別。對(duì)于糊化淀粉和可溶性淀粉來(lái)說(shuō), 由于在水中水分子可以直接滲透到淀粉分子內(nèi)部, 淀粉分子在水中呈松散狀態(tài), 酶極容易切斷糖苷鍵。而生淀粉顆粒在水中由于其表面與水分子形成氫鍵, 從而形成水束, 生淀粉顆粒表面大量的水束形成了一層水分子無(wú)法通過(guò)的水束層。只有當(dāng)溫度

5、升高時(shí)水束層被破壞, 水 47 分子滲入淀粉顆粒, 使淀粉顆粒膨脹、糊化人們稱(chēng)之為“ 水束隔離模式”。因此, 酶是否能與生淀粉顆粒表面結(jié)合是水解生淀粉的關(guān)鍵。生淀粉糖化酶的親合位不僅與肽鏈的氨基酸殘基有關(guān), 而且與親合位點(diǎn)中的碳水化合物有關(guān), 當(dāng)含量高時(shí)有利于生淀粉的吸附和水解。淀粉本身具有一定的吸附能力, 當(dāng)它遇水時(shí), 水分子會(huì)逐步侵入其內(nèi)部, 與一部分淀粉分子結(jié)合, 淀粉膠束間隙逐漸擴(kuò)大, 體積膨脹, 其淀粉卷繞螺旋圈伸展,暴露出許多羥基, 它能與其他有機(jī)物質(zhì)以氫鍵連結(jié), 吸附物質(zhì)。由于淀粉的吸附作用, 加上糖化酶中有生淀粉親和力位置存在, 使糖化酶更易接近淀粉粒而催化水解成葡萄糖。總之,

6、生淀粉糖化酶的水解過(guò)程是: 吸附, 形成酶 - 淀粉復(fù)合體, 復(fù)合體中水分子破壞維系淀粉分子螺旋結(jié)構(gòu)的氫鍵, 水解糖苷鍵。2 生料酒曲的生產(chǎn)工藝高效生物混合酶制劑、根霉曲釀酒活性酵母曲 混合拌勻 包裝 生料酒曲生香活性酵母生料酒曲是一種多功能微生物復(fù)合酶酒曲。含糖化劑、發(fā)酵劑和生香劑; 糖化劑要選擇適應(yīng)多種生原料在高濃度、自然ph 和常溫情況下直接將糖較徹底的水解成葡萄糖; 發(fā)酵劑選擇耐高溫、耐酸和耐乙醇、抗雜菌能力強(qiáng)、產(chǎn)酒能力強(qiáng)的高活性酵母; 同時(shí)應(yīng)輔以適量的酸性蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶等酶系以提高糖化發(fā)酵速率。生料酒曲中各組分應(yīng)比例適當(dāng)。糖化速率與發(fā)酵效率要協(xié)調(diào)一致。邊糖化邊發(fā)酵。發(fā)酵過(guò)程

7、符合前緩、中挺、后緩落的要求。因生料酒曲是由多種微生物和復(fù)合酶組成。其適用性較強(qiáng), 既可用于生料釀酒,也可用于熟料, 既可用于大曲酒也可用于小曲酒生產(chǎn)以提高出酒率。還可以用于調(diào)味品如制醋、制醬行業(yè)。生料酒曲組分見(jiàn)表 1:表 13 生料釀酒工藝3.1 原料選擇及前處理3.1.1 原料選擇的理論依據(jù)淀粉酶能水解自然狀態(tài)的淀粉顆粒, 對(duì)不同原料的淀粉其水解速度不一樣, 淀粉顆粒被酶浸蝕,改變顆粒初始狀態(tài),其受酶侵蝕速度隨淀粉顆粒相對(duì)表面積增加而加大。許多研究表明, 葡萄糖淀粉酶能水解各種生淀粉生成葡萄糖, 水解速度與淀粉種類(lèi)有關(guān), 一般原料被水解的速率依次為: 大米 小麥 玉米 高粱 木薯 甘薯、馬

8、鈴薯。其中高粱原料含有較多的單寧和色素, 對(duì)糖化發(fā)酵有一定的抑制作用。在熟料發(fā)酵時(shí), 高溫對(duì)單寧和色素有一定的破壞作用, 因而熟料發(fā)酵的抑制作用相對(duì)較低, 生料發(fā)酵時(shí)原料出酒率會(huì)有所下降。與熟料發(fā)酵比較, 高粱原料生料發(fā)酵的出酒率下降了 13.02%。對(duì)于大米和玉米原料, 由于沒(méi)有熟料發(fā)酵中高溫所造成的淀粉損失, 生料發(fā)酵的原料出酒率比熟料時(shí)有所提高。就成品質(zhì)量而言, 大米和高粱原料較好, 而玉米原料釀酒時(shí)雜醇油含量較高( 同熟料發(fā)酵一樣) , 酒質(zhì)較差。如果將玉米原料和高粱原料混合生料發(fā)酵。則可沖淡單寧等有害物質(zhì)對(duì)糖化發(fā)酵的影響,既可保證較高的出酒率, 又可獲得較好的酒質(zhì)。3.1.2 原料的

9、選擇對(duì)原料出酒率的影響因素依次為: 原料種類(lèi) 介質(zhì) ph發(fā)酵菌劑的加入 淀粉濃度。原料的種類(lèi)不同, 發(fā)酵液最終的酒精度及原料的出酒率也小同, 大米較其他幾種原料的出酒率高, 這與大米中直鏈淀粉的含量較高有關(guān), 直鏈淀粉易水解。故為了提高生料釀酒的效率及發(fā)酵液的最終酒精度, 應(yīng)選大米作為原料。原料粉碎要求相對(duì)細(xì)一些, 90%以上過(guò) 40 目篩, 這樣可以增加原料與酒曲的接觸面積, 加快分解速度, 縮短發(fā)酵周期, 減少雜菌污染概率。大米原料也可不粉碎, 但發(fā)酵周期相對(duì)長(zhǎng)一些。3.2 裝壇(罐)按壇(罐)容積的 1/3 裝入大米。按大米重量的兩倍加入水(糟液)。水溫調(diào)至 2530時(shí)加入糖化酶、生料曲

10、, 糖化酶、生料曲分別按大米重量的 0.6%、1%比例加入。糟液的加入不超過(guò)總加水量的 50%。3.3 前期半封閉發(fā)酵一般 35d。每天攪拌一次, 有大量氣泡生成時(shí), 加生香酵母、耐高溫酵母。密封壇(罐)。進(jìn)入后期發(fā)酵生香酵母、耐高溫活性干酵母加入比例分別為大米重的 0.6、0.4、0.6。3.4 后期發(fā)酵發(fā)酵期 1220d 控制室溫在 20以上, 以 2530最好, 發(fā)酵期間經(jīng)常檢查壇( 罐) 口的密封情況。當(dāng)米粒上下翻騰停止。發(fā)酵液變清時(shí)。應(yīng)進(jìn)行蒸餾。3.5 蒸餾蒸餾時(shí)掐頭去尾。酒頭單獨(dú)存放。酒尾轉(zhuǎn)入下一鍋蒸餾。4 生料釀酒中的一些問(wèn)題4.1 關(guān)于出酒率高低問(wèn)題按淀粉理論出酒率 100kg

11、 淀粉可產(chǎn)無(wú)水酒精 56.78kg計(jì),100kg 大米( 含淀粉 72kg) , 曲 0.6kg( 含淀粉 0.33kg) , 可產(chǎn)50度 白 酒 96. 81kg。實(shí)際生產(chǎn)每 100kg 大 米 產(chǎn) 50% vol 白 酒84.85kg。說(shuō)明生料釀酒在提高出酒率上還有潛力可挖, 這寄希望于有更高活力的高效生淀粉糖化酶研制產(chǎn)生。4.2 關(guān)于酒糟綜合利用問(wèn)題變廢為寶, 解決環(huán)境污染,是白酒行業(yè)降耗挖潛的又一有效辦法。我們的做法是: 將蒸餾后的廢糟直接進(jìn)行簡(jiǎn)單的固液分離, 液態(tài)糟液全回流加入到發(fā)酵壇( 罐) 中, 含水 75%的酒糟直接作為飼料售出。4.3 關(guān)于糟液全回流利用問(wèn)題生料發(fā)酵成功的關(guān)鍵

12、是高效生淀粉糖化酶的研制和雜菌污染的防止, 營(yíng)養(yǎng)豐富、酸度較高( ph3.0 左右) 的糟液全回流應(yīng)用。一是在不影響根霉淀粉酶系及耐酸性黑曲淀粉酶系的名 稱(chēng)組分%葡萄糖淀粉酶(糖化酶), 根霉曲 75- 淀粉酶, 酸性蛋自酶, 纖維素酶 510耐高溫活性酵母曲 810生香活性酵母 48其他(防酸劑、香料等) 2正常糖化作用前提下, 將發(fā)酵料液的 ph 調(diào)到 4.5 左右來(lái)防止雜菌污染; 二是糟液中豐富的氨基酸、維生素和核糖核酸及嘌呤等有益成分, 既利于酵母菌的生長(zhǎng)繁殖, 又利于生香酵母香味成分的合成與轉(zhuǎn)化。4.4 關(guān)于室溫控制問(wèn)題生料釀酒的優(yōu)勢(shì), 解決了米香型白酒夏季停產(chǎn)的難題。一般湖南、湖北

13、等中原省市每年的 411 月, 可直接進(jìn)行生料釀酒, 而不必調(diào)節(jié)品溫及室溫, 南方廣東、廣西、海南、福建等省市的生料釀酒時(shí)間還可延長(zhǎng)。冬春季節(jié), 要調(diào)節(jié)室溫在 20以上, 無(wú)調(diào)溫條件的則仍需要采用熟料釀酒。衡量生料釀酒工藝優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)有 3 條。一是能耗比蒸煮工藝要低; 二是原料出酒率不低于熟料釀酒; 三是酒質(zhì)風(fēng)味不低于傳統(tǒng)工藝。5 生料釀酒在我國(guó)的研究進(jìn)程我國(guó)在生料發(fā)酵研究方面雖然起步晚, 但應(yīng)用早, 發(fā)展快, 在 1978 年, 廣東豐順酒廠就搞了生料堆積發(fā)酵制白酒的應(yīng)用研究, 方法是將原料粉碎加入曲、廢糟拌勻后投入發(fā)酵窖中, 密封發(fā)酵 28d, 出窖后將酒醅加涼水, 再加黑曲、小曲少用硫酸

14、調(diào)酸度, 不經(jīng)蒸煮再密封發(fā)酵 1115d, 蒸酒, 效果較好。1983 年, 四川省食品工業(yè)研究所(四川省食品發(fā)酵工業(yè)研究設(shè)計(jì)院前身) 對(duì)生大米粉直接糖化發(fā)酵釀制白酒進(jìn)行了研究, 結(jié)果表明: 成熱醪含酒量在 12%以上, 最高達(dá) 15.3%, 比熟料發(fā)酵含酒量高, 發(fā)酵率穩(wěn)定在 90%左右。1984 年, 廣東番禺人崗醬油廠郭兆泉以大米為原料, 淀粉含量 75%, 粗蛋白 7.7%, 粗脂肪 0.4%; 以黑曲霉制成酒餅作發(fā)酵劑, 用 20%, 發(fā)酵時(shí)間夏季約 15d, 冬季約 20d, 出酒率與熟料發(fā)酵差異不大。1986 年, 遼寧朝陽(yáng)酒廠做了液態(tài)生料釀制白酒的應(yīng)用研究, 采用自培淀粉酶液體

15、曲和酵母液, 對(duì)不同用曲量 ( 用酶量) , 不同淀粉濃度, 不同用糟量和不同糖化方法進(jìn)行了研究,獲得成功, 并在生產(chǎn)上大規(guī)模推廣應(yīng)用其工藝條件為原料粉碎通過(guò) 2040 目, 按料糟比 13 加入 70的糟液, 攪拌均勻, 燜料 40min 后降溫至 55加 5%的液曲 (糖化酶活力在5000u/ml), 待降至 30時(shí)按料水比 11 加入冷水, 接種10%的酵母液, 發(fā)酵 70h 蒸酒, 達(dá)到了與熟料工藝一樣的效果。1989 年, 盧世明應(yīng)用生料發(fā)酵技術(shù)規(guī)模地生產(chǎn)了“ 糯米酒”, 取得了非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益。1992 年, 大規(guī)模生產(chǎn)了“ 糯米酒“”、 少紫米酒”“、 少清酒“”、 小茅酒”“

16、、 南瓜酒”等七八個(gè)產(chǎn)品, 也取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。所生產(chǎn)的“ 人參三、七酒”拿到北京參展時(shí)還被評(píng)為“ 金獎(jiǎng)”。自 1996 年以來(lái)在許多單位和個(gè)人的大力宣傳和推廣下,我國(guó)的生料釀酒技術(shù)得到了迅速發(fā)展,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì), 截至目前為止, 全國(guó)各地用生料釀酒的酒廠已達(dá)近萬(wàn)家; 采用生料發(fā)酵生產(chǎn)僅白酒一項(xiàng), 其年產(chǎn)量已達(dá)到 30 萬(wàn)噸以上, 而且中國(guó)的生料釀酒技術(shù)已飄洋過(guò)海, 流入到臺(tái)灣、越南、緬甸、泰國(guó)等國(guó)家和地區(qū), 甚至到了非洲的加納。但是, 迄今為止,世界上除了中國(guó)外, 沒(méi)有任何一個(gè)國(guó)家有采用生料發(fā)酵工業(yè)化生產(chǎn)酒精和生產(chǎn)白酒的事例。參考文獻(xiàn)1劉義剛. 無(wú)蒸煮原料液態(tài)法釀酒技術(shù)初探j(luò). 釀酒科技, 1999,( 5) : 4950.2盧世明. 再論生料釀酒的特點(diǎn)及其工藝操作j. 釀酒科技, 2001,( 1) : 107110.3王俊英. 真菌葡萄糖淀粉酶對(duì)生淀粉的降解及發(fā)酵j. 中國(guó)釀造, 18,( 2) : 3234.4余乾偉. 生料釀酒技術(shù)雛議 t . 四川食品與發(fā)酵. 第 38 卷(總第 112 期)5李起斌. 生料制曲與生料釀酒技術(shù). 釀造技術(shù), 2001,( 6) : 38.6李祥, 呂嘉枷, 李小奎. 釀酒科技, 2002,( 6) : 437王濤. 米香型白酒生料釀酒工藝. 2000,( 4) : 438諸