生料酿酒工艺研究

桂林理工大学生化生学院物工程专业 11 级技能实习报告 生料酿酒工艺研究生料酿酒工艺研究 学生姓名 韦尚徐 指导教师 李海云 李子院 摘要摘要 生料酿酒就是微生物利用生淀粉直接进行生长 繁殖及代谢的过程犤 犦 在这个过程 中 首先微生物利用自身所产的生酶将生淀粉转化成葡萄糖 提供微生物生长 繁殖所需要的能量 同时在酒化酶的作用下 将葡萄糖转化成酒精 排出细胞外的过程 生料酿酒工艺与传统发酵酒精 工艺 关键词关键词 生料酿酒 大米 糖化 发酵 Technology of liquor making with uncooked materials Student WEI Shang xu Teacher LI Hai yun LI Zi yuan Abstract Is microorganisms with uncooked materials using raw starch directly to the growth reproduction and metabolism process of 迥 迥 1 In this process first of all produced by microorganisms using their own living enzyme will raw starch into glucose and provide the energy needed to microbial growth reproduction and at the same time under the action of the zymase glucose into alcohol the process of the discharge cells Technology with traditional alcohol fermentation with uncooked materials process Key words Liquor making with uncooked materials rice saccharification fermentation 桂林理工大学生化生学院物工程专业 11 级技能实习报告 前前 言言 随着当前经济的不断发展 我国酒类市场有不断扩大的趋势 人们对各种食用酒 精 蒸馏酒 发酵酒的数量和质量的要求都有很大的提高 从而推动了酿酒行业的不 断发展 同时由于节能和环保的需求 酿酒的生产方法也有了很大的进步 除了传统 的高温蒸煮发酵酿酒技术 生料免蒸煮酿酒技术应运而生 生料酿酒工艺与传统酿酒 工艺比较 具有节约能源 提高出酒率 操作简便 便于工业化生产等优点 被誉为 我国酿酒工业发展的方向 1 生料酿酒是微生物利用生淀粉直接进行生长 繁殖及代谢的过程 2 在这个过程 中 首先微生物利用自身所产的酶将生淀粉转化成葡萄糖 提供微生物生长 繁殖所需 要的能量 同时在酒化酶的作用下 将葡萄糖转化成酒精 排出细胞外 加水糖化发酵 蒸馏而成 其特点是采用生原料 不经蒸煮糊化 不需配糟 整个发酵过程是在液态 中进行 此法具有投资省 操作简便 清洁卫生 出酒率高的特点 效益较明显 又 因为在其酿造过程中不需添加稻壳等辅料 所以其酿酒废酒糟可直接作饲料 一种 营养价值较高的优质饲料 在某些地区甚至出现了以生产饲料喂猪为主 产酒为辅的 现象 总之 生料酿酒项目是特别适合在我国农村大力推广的项目 生料酿酒工艺与传统发酵酒精工艺比较 具有节约能源 提高出酒率 操作简便 便于 工业化生产 3 全球性的能源危机 使生料酿酒项目的研究愈来愈迫切 生料酒曲是一种含有多菌种 多酶系的复合霉曲 它具有较强的糖化力 发酵力 运用现代生物工程手段 采用具有高生淀粉分解力的优良活性酵母 生香酵母进行纯种 培养 分别制曲 再和多种酿酒酶系混合配制而成 它含有糖化淀粉酶 纤维素酶 蛋 白酶等较全面的酿酒酶系和活性酵母 生香酵母等多种菌系 可用于生料酿酒的原料多种多样 大米 玉米 高粱 小麦 粉渣 青稞 小米 薯干均可 原料不同 工艺也不尽相同 本文主要探讨以大米为原料的生产工艺 大米的淀粉含量比其它原料要高 发酵容易 出酒率高 大米质地柔软 易于糖 化发酵 可免去粉碎工序 发酵周期短 单位成本较低 是生料酿酒最佳原料 自 20 世纪 20 年代 Stamberg 等人提出 淀粉酶能水解 4 10 的小麦生淀粉 以来 3 各国科学家在此方面做了大量的研究工作 生料液态发酵法酿酒 即原料 水 曲 发 酵 蒸馏 白酒 工艺流程简单 易操作 其实质是将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进行酒精发酵 蒸馏而成 它摒弃了传统白酒高温蒸煮工 艺 出酒率提高 20 设备利用率提高 30 吨酒耗煤降低 35 单位成本大大降低 是 桂林理工大学生化生学院物工程专业 11 级技能实习报告 酿酒行业的一大突破 4 在传统操作中 熟料工艺因浸泡及蒸料时间长 可发酵性物质损失大 据酒精生产 测定 可发酵性糖的损失随温度的升高和时间的延长而增加 在温度 130e 原料颗粒直 径为 1 5mm 蒸煮时间 30min 条件下 可发酵性物质的损失可达 2 6 生料工艺与熟 料工艺相比 可将淀粉不彻底糊化的损失降到等于或低于熟料工艺的可发酵性物质损失 量 在生料酿造中所用的酶制剂有糖化酶和根霉淀粉酶等 黑曲糖化酶系除具有高活 性的淀粉酶系外 还有相当活力的纤维素酶和果胶酶系 这种较全面的酶系为生料工艺 奠定了良好的基础 此外 根霉淀粉酶系中含有比黑曲糖化酶生淀粉分解能力强 3 倍的 淀粉酶系 两种酶系配合使用 可大幅度提高淀粉利用率 提高出酒率 5 随着当前经济的不断发展 我国酒类市场有不断扩大的趋势 人们对各种食用酒 精 蒸馏酒 发酵酒的数量和质量的要求都有很大的提高 从而推动了酿酒行业的不 断发展 同时由于节能和环保的需求 酿酒的生产方法也有了很大的进步 除了传统 的高温蒸煮发酵酿酒技术 生料免蒸煮酿酒技术应运而生 生料酿酒工艺与传统酿酒 工艺比较 具有节约能源 提高出酒率 操作简便 便于工业化生产等优点 被誉为 我国酿酒工业发展的方向 6 由于生料酿酒工艺具有节约能源 提高出酒率 操作简便 便于工业化生产等优 点 其在酒精 白酒 黄酒生产中的应用日益广泛 在酒精生产方面 1981 年 eiuosuke Ued 2 等人报道了用木薯制酒精的试验方法 将 Asp awamori NRRL 3l12 和 Asp niger 菌种在麸皮上于 30 培养 3 d 制成淀粉酶 将粉碎的木薯浆和淀粉酶 酵母混合 在 pH 3 5 30 下发酵 5 d 生木薯的酒精产量是理论值的 82 99 1983 年 四川 省食品工业研究所进行了生料发酵制酒精的工业化生产性试验 并取得了丰硕成果 3 Nobuya Matsumoto 4 等阐述了以谷物为原料的无蒸煮酒精发酵的工业化问题 其发酵效 率等于或高于高温和低温蒸煮法 在以玉米等的谷物为原料进行酒精的工业化生产中 采用无蒸煮法可以节省大量能源 秦先魁 5 论述了用低脂玉米粉无蒸煮液态发酵新工艺 制取酒精的工艺流程 操作及主要技术参数 提出用低脂玉米粉生产酒精其综合效益 高于薯类原料及玉米整粒 白酒是世界上六大蒸馏酒之一 是我国的国酒 目前 白酒行业年产 3 万 t 以上 的企业有 17 家 白酒集团公司约 20 家 白酒行业年利税亿元以上的有 20 余家 白 酒全国年产量为 500 600 万 t 1999 年 四川省食品发酵工业研究设计院刘义刚先 生发表了 无蒸煮原料液态法酿酒技术初探 一文 对生料酿酒工艺技术作了研究 并做了酿酒生产试验 取玉米粉 50 kg 加清水 125 kg 生料酒曲 300 g 控制品温 桂林理工大学生化生学院物工程专业 11 级技能实习报告 28 35 发酵 7 d 蒸馏产酒 30 5 kg 酒精含量以 60 计 出酒率达 61 2000 年 黑龙江哈尔滨市三丰酿酒发酵研究所孙有波 6 等对生料液态白酒生产技术做了研究 认为液态生料制酒 所产白酒的总酸 总酯及杂醇油含量与固态酶法酒相近 采用多 功能生香酒曲可提高和改善酒质 同时延长发酵期 使白酒酯香和醇香更协调 酒体 更丰满 同时口感更绵柔 杂味减少 香味突出 在黄酒生产方面 岳春 7 等的 生料法在玉米黄酒中的应用 论述了生料液态法酿 造玉米黄酒的全过程 糖化发酵时 加水量为 250 曲霉的加入量为 10 根霉曲 加入量为 10 黄酒活性干酵母的加入量为 0 4 陈酿时采用高低温间隔法 既提 高了原料利用率 又缩短了黄酒酿造时间 2004 年 侯振建 8 等对生料法酿造黄酒的 工艺条件进行了初步研究 以糯米为原料 无蒸煮技术采用淀粉糖化和酒精发酵同时 进行 接入 3 的麦曲和 0 6 的生料曲 于 26 左右发酵 可制得醇香浓郁的黄酒 本实验主要进行了发酵前期 发酵中期 发酵后期三个发酵期 为期 8 天 通过 发酵期间糖度 酒精度 酸度等的检测来观察发酵情况 发酵期间检测 发酵前期 进行一次染菌情况检查 发酵中期 每天一次酒精度 总酸度及糖度的检测 发酵后期 每两个小时检测一次酒精度 总酸度及糖度 桂林理工大学生化生学院物工程专业 11 级技能实习报告 1 实验原理实验原理 1 1 生料酿酒原理生料酿酒原理 生料酿酒是一种新兴的白酒酿造技术 使用的原料是大米 玉米等 相比熟料 生料酿酒酒曲使用糖化能力较强的酶直接作用于淀粉颗粒的外膜 使淀粉分解 生成 糊精 再转化成麦芽糖 最终得到可发酵性葡萄糖 可发酵性葡萄糖在经过一系列和 熟料相似的程序 生成酒精等 然后分离 纯化 就得到了白酒 1 2 总酸度测定原理总酸度测定原理 6 食品中的有机弱酸可用标准强碱 如 NaOH 测定 用酚酞作指示剂 当滴定至终点 pH 8 2 指示剂显红色 根据滴定所消耗的标准 NaOH 的体积 可计算出样品中总酸含 量 1 3 总酯测定原理总酯测定原理 7 用碱中和样品中的游离酸 再准确加入一定量的碱 加热回流使酯类皂化 通过消耗碱的量计 算出总酯的含量 先用 NaOH 中和酒样中的酸性物质 然后加入过量且定量的 NaOH 标 准溶液使之与酒样中的酯类起皂化反应 CH3C00C2H5 Na0H CH3COONa C2H5OH 剩余的碱再用硫酸标准溶液滴定至终点 根据皂化反应所消耗碱量计算酯类总量 1 4 甲醇测定原理甲醇测定原理 8 甲醇的测定方法有气相色谱法和比色法等 气相色谱法简单 快速 准确 已订 为国家标准 GB7917 4 一 87 但国内目前实验室条件不同 没有气相色谱仪的实验室 可用化学法测定甲醇含量 此方法对仪器设备要求简单 方法精度可以满足化妆品卫 生标准要求 含乙醇的化妆品中的甲醇在蒸馏时 乙醇 甲醇一起被蒸出 蒸出物中 的甲醇在酸性条件下被高锰酸钾氧化成甲醛 甲醛在浓硫酸中与变色酸共热 生成紫 红色水溶性化合物 于波长 580nm 处比色定量 桂林理工大学生化生学院物工程专业 11 级技能实习报告 2 实验部分实验部分 2 1 材料 试剂与仪器材料 试剂与仪器 2 1 2 实验原料实验原料 1 糖化酶 北京奥博星生物技术有限公司 2 活性酵母 广州丹宝利公司 3 生香酵母 湖北安琪酵母股份有限公司产 4 大米 要求颗粒饱满 无霉变 无杂质 大米淀粉含量 69 5 细菌培养基 酵母培养基 2 1 3 主要试剂主要试剂 细菌培养基 牛肉膏 5g 蛋白胨 10g NaCl 5g 琼脂 15 20g 水 1000ml pH7 4 7 6 酵母培养基 马铃薯 200g 琼脂 15 20g 自然 pH 加水至 1000ml 高锰酸钾 磷酸溶液 称取 3 克 KMnO4 加入 15 毫升 H3PO4 85 与 70 毫升水 的混合物中 溶解后加水至 100 毫升 贮于棕色瓶内 为防止氧化能力降低 保存时 间不宜过长 草酸 硫酸溶液 称取 5 克 H2C2O4或 7 克 H2C2O4 2H2O 溶于 H2SO4 1 1 中至 100 毫升 品红 亚硫酸溶液 称取 0 1 克碱性品红研细后 分批加入共 60 毫升 80 的水 边加入水边研磨使其溶解 用滴管吸取上层溶液过滤于 100 毫升容量瓶中 冷却后加 人 10 毫升 10 Na2SO3溶液 1 毫升浓 HCI 再加水至刻度 充分混匀 放置过夜 如 溶液有颜色 可加少量活性炭搅拌后过滤 贮于棕色瓶中 置暗处保存 溶液呈红色 时 应弃去重新配制 0 1mol L NaOH 溶液 0 05mol L 硫酸溶液 2 1 4 主要仪器主要仪器 500ml 三角瓶 2 个 糖度仪 100ml 三角瓶一个 100ml 量筒 滴定管 酒精度仪 水浴锅 旋转蒸发仪 烧杯 滴管 滤纸 容量瓶若干 粉碎机等 桂林理工大学生化生学院物工程专业 11 级技能实习报告 2 2 实验方法实验方法 2 2 1 大米生料酿酒工艺大米生料酿酒工艺 9 大米生料酿酒基本工艺路线如下所示 原料 粉碎 水 生料酒曲 糖化酶 活性干酵母 生香酵母 搅拌 封口 发酵 蒸馏 成品 取粉碎后的大米 40 目以上 100g 两份 再取 500mL 三角烧瓶两个 各加 300mL 水 然后将称好的大米加入其中 充分搅拌 用 1 的柠檬酸调 pH 值 4 0 5 0 温度控制在 26 30 按粮 酶比例加入 0 3 的糖化酶 同时加入 0 2 的活性干酵母 和 0 1 生香酵母 搅拌均匀 做到不成团 不起疙瘩即可 封闭进行发酵 发酵温度 30 发酵期控制为 8 天 发酵前期每天搅拌一次 使发酵瓶底部的原料与糖化 发酵剂充分接触 均匀彻 底发酵 使所有淀粉能充分利用 发酵中期 搅拌醪液时一定要注意封闭隔氧 搅棒 要清洗干净 以免发酵醪液染菌 升酸较快 较大 影响出酒率 发酵后期 不宜频 繁搅拌 以减少酒精分的挥发损失 发酵完毕 采用旋转蒸发仪 将酒蒸出 酒精度在 40 50 之间 掐去酒头 前 4 5mL 取酒 去尾 30 以下的酒 2 2 2 大米生料酿酒过程监控大米生料酿酒过程监控 发酵前期 进行一次染菌情况检查 发酵中期 每天一次酒精度 总酸度及糖度 的检测 发酵后期 每两个小时检测一次酒精度 总酸度及糖度 发酵液的成熟检查 眼看液面料糟是否都沉入瓶底 醪液由浑浊变清 发酵终止 醪液呈淡茶色 整个发酵醪液呈静止状态 无气泡现象 闻有舒畅的香味和冲鼻的香 味逸出 口尝微酸不甜 成熟度理化检测指标见表 2 1 表 2 1 理化检测指标 检测项目酒精度 还原糖总酸 指标9 12 0 35 0 50 成品检验 感官无色透明 无沉淀 无悬浮物 香气具有本产品固有的香气 口 味味醇和 净爽 无邪杂味 总酯 总酸和甲醇含量测定 2 2 3 检测方法检测方法 2 2 3 1 总酸度的测定总酸度的测定 10 NaOH 的标定 精确称取 0 6 克的基准物邻苯二甲酸氢钾 于 250mL 锥形瓶中 加 50mL 蒸馏水溶解 加酚酞 2 滴作指示剂 用配置的 NaOH 标准溶液滴定至显淡红 桂林理工大学生化生学院物工程专业 11 级技能实习报告 色 30 秒不退色 同时做空白实验 利用公式计算出氢氧化钠标准溶液浓度 2 204 1000 21 VV M C C 氢氧化钠标准溶液浓度 M 基准物邻苯二甲酸氢钾的质量 V1 滴定时所消 耗的氢氧化钠标准溶液体积 V2 空白试验所消耗氢氧化钠标准溶液体积 总酸度的测定 对于酒类物质 混匀样品直接取样 准确吸取已制备的滤液 15mL 于 250mL 锥形瓶中滴加 2 滴酚酞作指示剂 用 0 1mol L 氢氧化钠标准溶液滴定至溶 液显淡红色 30 秒不褪色 记录消耗 0 1mol L 氢氧化钠标准溶液的量 利用下公式 计算总酸度 100 1 0 V V M KVC X 其中 X 总酸度 C 氢氧化钠标准溶液浓度 mol L V 消耗氢氧化钠标准 溶液体积 mL M 样品的体积 mL V0 样品稀释液总体积 V1 滴定时吸取样品 液的体积 K 0 06 2 2 3 2 总酯的测定总酯的测定 取酒样 12 5mL V3 注入 250m1 具塞锥形瓶中 加 2 3 滴酚酞作指示剂 用 0 1mol L 氢氧化钠标准溶液滴定至溶液微红 30 秒不褪色 准确加入 0 1mol L 氢氧化钠标准溶液 12 5mL 摇匀 加塞在水浴上回流 30 分钟 用 0 05mol L 硫酸标准溶液 用标定后的 0 1mol L 的 NaOH 标定 滴定至溶液红色刚褪 按下式计算总酯含量 总酯 g L 以乙酸乙酯计 3 421 088 0 2 5 12 1000 V VCC 式中 C1 氢氧化钠标准溶液的浓度 mol L C2 硫酸标准溶液的浓度 mol L V3 酒样的体积 mL V4 滴定消耗硫酸标准溶液的体积 mL 2 2 3 3 甲醇的测定甲醇的测定 1 甲醇标准曲线的制备 甲醇标准曲线的制备 吸取 0 0 0 20 0 40 0 60 0 80 1 00mL 甲醇标准使用液 相当于 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0mg 甲醇 分别置于 25mL 具塞比色管中 并加入 0 5m1 60 不含甲醇的乙醇溶液 各加水至 5mL 再依次各加 2mL 高锰酸钾 磷酸溶液 混匀 放置 10min 各加 2mL 草酸 硫酸溶液 混匀使之褪色 再各加 5mL 品红 亚硫酸溶 液 混匀 于 20 以上静置 0 5h 用 2cm 比色皿 以零管调节零点 于波长 590nm 处 桂林理工大学生化生学院物工程专业 11 级技能实习报告 测吸光度 绘制标准曲线 2 样品甲醇含量的测定 样品甲醇含量的测定 根据样品中乙醇浓度适当取样 乙醇浓度 30 取 1 0mL 40 取 0 8mL 50 取 0 6mL 60 取 0 5mL 置于 25mL 具塞比色管中 加水至 5mL 按标准曲线再依次加 2mL 高锰酸钾 磷酸 方法 测波长 590nm 处吸光度值 按下式计算样品甲醇浓度 甲醇 g 100mL 1000 5 V C 式中 C 测定样品中甲醇的含量 mg V5 样品体积 mL 桂林理工大学生化生学院物工程专业 11 级技能实习报告 3 结果与讨论结果与讨论 3 1 发酵期间各指标检测发酵期间各指标检测 3 1 1 糖度糖度 发酵期间的糖度检测结果如表 3 1 所示 表 3 1 1 糖度检测数据表 测底日期总糖度 2014 5 307 2014 5 316 2014 6 16 6 62014 6 2 5 2014 6 34 介于操作人员的不同等条件 所测数据存在些许问题 但从大体上 发酵过程的 总糖度是成下降状态 符合实验要求 3 1 2酸度酸度 发酵期间发酵液的酸度检测结果如图 3 2 所示 表 3 1 2 酸度检测数据表 酸度测定 测底日期 NaOH 用量酸度值 2014 5 308 7ml0 35 2014 5 317ml0 28 2014 6 15 6ml0 23 6 3ml0 25 7 6ml0 31 2014 6 2 8ml0 32 2014 6 38 4ml0 34 介于操作人员的不同等条件 所测数据存在些许问题 由此显示出的数据不尽人 意 可以看出本组实验员在操作等的方面仍有待提高 桂林理工大学生化生学院物工程专业 11 级技能实习报告 3 1 3酒精度酒精度 发酵期间的酒精度测定数据如表 3 1 3 所示 表 3 1 3 发酵期间酒精读测试数据表 测底日期酒精度 2014 5 308 2014 5 316 2014 6 18 9 72014 6 2 8 2014 6 39 介于操作人员的不同等条件 所测数据存在些许问题 发酵期间的酒精度与发酵 时间吾明显线性关系 说明测试过程存在些许问题 3 2 成品酒各指标检测成品酒各指标检测 成品就的指标检测包括多方面 总酸度的检测 总酯的检测 甲醇含量的检测 酒精度的检测等 本次实验也就从上述的四个方面来进行对成品就的指标检测 看看 实验做出来的成品就能够达到一个怎样的标准 其检测结果如下 3 2 1 酒精度酒精度 成品酒的酒精测试结果如表 3 2 1 所示 表 3 2 1 成品酒酒精度检测数据表 测试样品酒精度 成品酒 20 3 2 2 总酸度总酸度 成品酒的总酸度测试数据如表 3 2 2 所示 表 3 2 2 成品酒总酸度检测数据表 酸度测定 测试样品 NaOH 用量酸度值 成品酒 0 7ml0 03 桂林理工大学生化生学院物工程专业 11 级技能实习报告 3 2 3 总酯总酯 成品酒的总酯的检测数据如表 3 2 3 所示 表 3 2 3 成品酒总酯检测数据表 3 2 4 甲醇含量甲醇含量 正成品酒的甲醇含量检测数据如表 3 2 4 所示 表 3 2 4 成品酒甲醇含量检测数据表 测定项目样品液甲醇含量成品酒甲醇酶100ml 含量 甲醇含量 0 092mg0 000092 g 100ml 3 2 4 1 甲醇标准曲线绘制甲醇标准曲线绘制 甲醇标准曲线的数据如表 3 2 5 所示 表 3 2 5 甲醇标准曲线数据表 甲醇含量 mg 吸光度值 00 0 20 028 0 40 183 0 60 242 0 80 347 10 496 甲醇标准曲线如图 3 2 5 所示 图 3 2 5 甲醇标准曲线图 成品酒测定项目结果数据 总酯测定 1 597g l 桂林理工大学生化生学院物工程专业 11 级技能实习报告 3 2 4 2 甲醇含量计算甲醇含量计算 总酯 g L 以乙酸乙脂计 3 421 088 0 2 5 12 1000 V VCC 式中 C1一氢氧化钠标准溶液的浓度 mol L C2 硫酸标准溶液的浓度 mol L V3 酒样的体积 ml V4 滴定消耗硫酸标准溶液的体积 m1 所以 本实验本小组的成品酒的总酯计算如下 总酯 g L 以乙酸乙脂计 597 1 5 12 088 0 9 72067 0 5 121017 0 1000 桂林理工大学生化生学院物工程专业 11 级技能实习报告 4 结论结论 白酒 我们日常生活都可以见到 可以喝到 或许也大概知道它是怎么酿的 用 什么酿的 只知道它是大米之类的发酵后提纯而来 却不知道具体的步骤方法 经过 本次的生料酿酒 让我更加深入了解了酿酒的工艺流程 从磨米 发酵到提纯 每一 步的操作细节 让我们最后酿出了自己的白酒 虽然没有市售的香纯 但是我们还是 很开心很满足 通过本次实习 让我们把为生物发酵等理论知识应用到实际那中来 以实际出发 去探讨理论的本质精神 让我们拓广了自己的认识与认知 再生实际生产中 把理论 与实践结合 通过实习 让我等得了很多 学到了很多 同时也感谢老师们的带领 桂林理工大学生化生学院物工程专业 11 级技能实习报告 参考文献参考文献 1 黄平主编 生料酿酒技术 M 中国轻工业出版社 2001 10 1 前言 2 卢世明 再论生料酿酒的特点及其工艺操作 J 酿酒科技 2001 1 107 110 3 康明官 白酒工业手册 北京 中国轻工业出版社 1993 4 肖冬光