生料發酵技術及其在酒精生產中的應用

闞金蘭

摘 ?要：隨著酶工程的發展生料發酵取得了實質性的進展。生物技術被使用到工業化生產中。文章簡要介紹生料發酵機理和影響糖化酶水解生淀粉的幾大因素及生料發酵在酒精生產過程中的技術研發與應用。

關鍵詞：生料發酵;酒精生產;技術;應用

前言

生料發酵是微生物直接利用生淀粉進行生長、繁殖及代謝的過程。微生物在新陳代謝過程中利用其自身所帶的酶將生淀粉轉化成葡萄糖，葡萄糖又可作為能量供給者維持微生物的代謝活動等。在微生物的其它酶類作用下將葡萄糖相應的轉化成酒精、醋和酶等產物。生料發酵技術的開創和成功應用，取代了傳統淀粉原料蒸煮工藝，不僅節省能耗、操作簡便，還增強了企業的競爭力、增加糧食等農產品的附加值，值得國家大力推廣和采用。

1 具有生淀粉糖化能力的微生物菌種

眾多微生物菌種中能產生葡萄糖淀粉酶的主要因素是霉菌，其次是細菌，它們所產的葡萄糖淀粉酶都有一定的糖化能力。葡萄糖淀粉酶通常又叫作糖化酶。具有糖化能力的淀粉酶菌有：黑曲霉、根霉、米曲霉、毛霉、枯草桿菌、芽孢桿菌、球菌等。工業上的糖化酶主要是從黑曲霉、米曲霉、根霉等絲狀真菌和酵母中獲取的。

2 生料發酵釀酒技術的機理

釀酒的原料無需蒸熟和糊化，直接可利用生料把淀粉轉化成糖，緊接著再轉化成酒精。生料釀酒工藝流程：生料+曲→發酵→蒸餾→成品酒。生料糖化是指在糖化酶酶解的作用下將原料中的生淀粉水解后生成葡萄糖。分析糖化酶的分子結構可知：酶分子結構式中存在親和生淀粉的特異性位點，加上生淀粉本身具有一定的吸附能力，使得糖化酶和生淀粉更容易緊密結合，從而催化水解產生葡萄糖。糖化酶因來源和活性的不同而影響生淀粉的水解能力[1]。

3 糖化酶對生淀粉的水解能力與原料的性質、pH值、溫度、酶活力等條件有關

3.1 原料的品種、質量等對糖化酶水解生淀粉速率的影響

生料糖化中，只要糖化酶的活力足夠高，各種含淀粉的原料都可用于生料發酵。Jane[2]研究了淀粉分子量和支鏈淀粉的含量對淀粉粘度的影響：當淀粉顆粒越細小、支鏈淀粉越多時，其粘度越大。我國現階段用于釀酒的淀粉質原料有高粱、玉米、大米、小麥等。其中，大米的出酒率最高，可達80%。高粱中含有的單寧和色素這類物質，會對糖化發酵產生一定的抑制作用。大米和玉米在熟料發酵過程中因溫度過高對淀粉造成一定程度上的損失，所以生料發酵出酒率比熟料發酵出酒率高[3]。玉米中雜醇油含量較高，影響酒質。釀酒的原料一般要求是要經過粉碎的，像大米粒般細度大小的原料就不必經過粉碎。達到那樣細度的原料顆粒在被水充分浸泡數小時后，霉菌就能廣泛隨機的與原料淀粉接觸，從而達到酶解的目的。要想用生料釀出的白酒口感好，必須搭配好釀酒的原料及其比例。如果將玉米和高粱按照好比例混合后進行發酵，可沖淡單寧等有害物質對糖化發酵的影響[4]。生料釀酒對的原料要求是無蟲蛀、無雜質、無霉爛、無變質等。當原料顆粒粉碎細小時，其表面積大，可暴露出更多的顆粒淀粉鏈酶結合位點，增加酶解的機率，所以對原料的要求要細。

3.2 pH值對糖化酶水解生淀粉速率的影響

生料發酵中常常使用的酶是多菌種復合型酶系，pH值對菌體的新陳代謝有明顯的作用，其各自的作用pH不盡相同。實際生產中通過控制發酵液的pH值，來抑制雜菌的生長，從而控制反應。由生淀糖化實際操作經驗可知，黑曲淀粉酶的最適pH為3.5，根霉淀粉酶的最適pH為4.5[5]。一般生料發酵的初始pH在4.0～6.0范圍內影響不大。

3.3 發酵溫度對糖化酶水解生淀粉速率的影響

由于酶在不同溫度下的酶活力不一樣，導致各類淀粉酶解速率不一樣。酶反應速度隨著溫度的升高而加快，之后會達到一個最大值，我們把最快速率下對應的溫度定義為“最適宜溫度”。與熟料發酵相比，常溫發酵溫度不高，發酵周期長。糖化酶的最適作用溫度為55℃左右，而生料發酵在常溫下進行，故而沒能達到最適溫度，使得淀粉酶作用緩慢，延長發酵時間和發酵周期。有的酒曲酶在室內溫度20～38℃能發酵出酒，因其最適溫度為25℃左右。在一定溫度范圍區間，溫度越高，發酵用時越少，酒釀的香味越好。反之，溫度越低，發酵速率越慢，酒質越差。在釀酒生產中，酶作用的最適溫度，因生產日和生產地的不同，而選擇不同。

4 生料釀酒技術在白酒生產中的應用

白酒是我國的國酒，因其工藝獨特、風味甘醇，聞名中外，是世界上六大蒸餾酒之一。生料釀酒工藝的最大特色是釀酒原料無需蒸煮就可直接進入發酵工藝。生料釀酒的生產操作簡單、低耗，節省了大量的人力和物力，且原料出酒率可達70%～80%。1989年，日本高峰和則[6]對糖化酶釀制生料和熟料甘薯燒酒做了試驗。結果熟料比生料更節省時間，出酒率更高。1999年，四川省食品發酵設計院的劉義剛發表了“無蒸煮原料液態法釀酒技術初探”一文[7]，對生料釀酒工藝技術作了研究試驗，出酒率達61%。2004年，劉忠義等“雙曲生料發酵”釀制高粱燒酒的研究[8]，研究出一種生料釀酒的新式方法，即在高粱生料發酵過程中加入一種芳香酒曲，釀出的酒味美醇正，出酒率高?，F代工業制酒中，像茅臺、五糧液、豐谷等知名品牌的酒業已開始使用生料制酒的工藝，大大提高了產業效益。

5 結束語

眾所周知，中國傳統的釀酒法都是將原料進行蒸煮后再來進行糖化和發酵。這種傳統的釀酒法，工藝操作繁瑣復雜，所需勞動力強度大，工藝設備占地面大，不僅生產成本居高不下，產酒率也不理想。隨著生物技術的飛速展，生料直接經酶制劑作用發酵成酒變為現實，生料釀酒是我國傳統釀酒工藝的技術性突破，也是中國白酒史上的重大突破。此外，生料釀酒在寒冷的東北等地區還有另一個重大現實意義，粉料在蒸熟后冷卻時，冬季低溫下極易回生黏結成硬團，難打散，不僅增加勞動強度，也影響出酒率。若采用生料釀酒便可以避免此弊病。生料釀酒技術順應現代酒業發展趨勢和潮流動態，保持了傳統酒釀固有特色，酒質高品、香甜醇正，促進了酒業的更新和發展起到了很大的推動和助力作用，對發展工業化經濟也具有一定的現實意義和發展前景。

參考文獻

[1]何丹，肖更生，吳繼軍，等.生料釀酒技術的研究與應用[J].現代食品科技，2007，10：93-96+92.

[2]J.L.Jane and J.F.Chen，Effect of amylase molecular size and amylopectin branch chain length on paste properties of starch[J].CerealChem，1992（69）：60-65.

[3]康明官.白酒工業手冊[M].北京：中國輕工業出版社，1993.

[4]華南工學院，等.酒精與白酒工藝學[M].北京：輕工業出版社，1990.

[5]上田誠之助.無蒸煮酒精發酵[J].孫志浩，譯.應用微生物，1993（3）.

[6]高峰和則，等.糖化酶釀制生料甘薯燒酒和熟料甘薯燒酒的試驗研究[J].黃平，等譯.釀酒科技，1992（3）.

[7]劉義剛.無蒸煮原料液態法釀酒技術初探[J].釀酒科技，1999（5）.

[8]劉忠義，等.“雙曲生料發酵”釀制高粱燒酒的研究[J].中國釀造，2004（11）.