玉米酒精超高濃度發酵工藝條件的優化

滕宇欣

摘 要：酒類產品在中國一直具有極高的應用價值，近年來玉米酒精的發酵工藝逐漸成熟，經過對各種應用于玉米發酵流程的生產工藝進行對比，最終獲得了對玉米酒精超高濃度發酵的優化工藝。本文結合具體玉米酒精超高濃度發酵工藝的相關實驗，包括實驗材料的選取與實驗方法以及對實驗結果進行分析等，得出玉米酒精發酵濃度的相關結論，對提高玉米發酵酒精濃度的優化方法進行了相關闡述。

關鍵詞：玉米酒精;超高濃度發酵;工藝條件;優化

玉米酒精，顧名思義，就是以玉米為原料進行發酵制作的酒精，我國的玉米產量在世界排名占第二，所以玉米酒精的發酵工藝逐漸酒精行業占據重要地位。一般來說，高濃度的酒精制備都是通過比常規發酵過程添加更少量的水來實現的，濃度越高的酒精發酵，其水資源需求越少，相對也更加節約成本，所以大部分酒精發酵企業都更加注重高濃度酒精的發酵工藝。本文通過多種試驗方法對影響玉米酒精發酵濃度的因素進行了分析。

1 工藝流程

1.1 脫胚玉米浸泡預處理

首先制備一定量的玉米碎，并將其浸泡在水中一段時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節水體酸堿程度的化學物質，讓水體呈現酸性繼續浸泡，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，送入粉碎機濕法粉碎。粉碎后的漿料屬于粗粉碎，尚含有小顆粒。之后進行二次粉碎磨細重復處理。之后將所得漿料置于恒溫水浴中90℃液化至終點。過濾2次后，所得濾液即為液化液。同時干法粉碎玉米原料至40目，加酶液化做對照實驗。然后測定升溫至90℃后的液化時間、液化液得率、黏度及顆粒分布指標。液化液降溫至60℃，加入糖化酶、酸性蛋白酶、木聚糖酶，再經均質化處理1次，60℃條件下處理60min，糖化然后冷卻到35℃，準備發酵。

2 玉米酒精超高濃度發酵工藝條件的優化分析

2.1 玉米原料浸泡吸水率對液化醪液黏度的影響

當溫度達到70℃以上并在80℃以下時，玉米淀粉會發生糊化，這個溫度下玉米醪的粘度達到最高值。本次實驗通過對吸收率不同的玉米原料置于相同環境，統一按照濕法加酶法對其進行粉碎液化，對比實驗結果發現，玉米原料的吸水率越高，經過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，從而使玉米醪的黏度降低。吸水率超過45%時其黏度達到最低，且玉米醪中的分子狀態分布均勻，濃度達到最佳狀態，淀粉酶的充分水解作用有效控制了玉米醪的黏度。而當吸水率持續增加遠遠超過45%時，玉米醪的黏度反而有快速增加，發生這種現象的原因是發酵液中的小顆粒分子過多，導致黏度發生變化。所以之后的實驗過程他統一選用了吸水率在45%左右的玉米原料。

2.2 多酶協同糖化發酵對酒精發酵的影響

2.2.1 酸性蛋白酶的添加對酒精發酵的影響

一般濃度的酒精發酵工藝中只會添加10-16U/g的酸性蛋白酶，然而經過實踐發現，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。所以本次實驗將酸性蛋白酶的添加量做了適當增加，并保持溫度在30℃不變。最終實驗結果顯示，增加酸性蛋白酶的玉米醪酒精濃度明顯高于常規酒精濃度，且基本保持在12.0%vol左右不變。出現這種結果的原因是，酸性蛋白酶中的蛋白質會發生水解，進而將玉米原料的結構拆分，將其中不溶性的物質釋放出來，促進淀粉的水解效果。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，提升了酒精發酵效果，超高濃度玉米酒精的產出率更高。

2.2.2 木聚糖酶對酒精發酵的影響

木聚糖酶對細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酵過程中的黏度，釋放其中不溶性物質，從而減少玉米釀造過程中的非淀粉類多糖含量，對相關物質的吸收效果具有顯著提高作用。本次實驗在玉米醪中添加木聚糖酶并保持30℃發酵溫度不變進行發酵生產，實驗后發現，添加了木聚糖酶的玉米醪液酒精濃度得到了有效提升。產生這種結果的原因主要是由于木聚糖酶會對玉米類物質中的細胞結構產生一定的破壞效果，從而使原料中的蛋白質和淀粉等組成成分得到更好的釋放效果，同時還能促進其他種類酶的發酵性能，獲取更高濃度的玉米酒精。

2.3 溫度控制對酒精發酵的影響

實驗表明，通過溫度梯度對玉米發酵流程進行控制，其酵母菌的繁殖能力更強，酒精的發酵濃度更高，比普通恒溫發酵的方法效果更佳，所以在玉米酒精超高濃度發酵工藝中，通過梯度溫度可以有效優化其發酵效果。

3 結語

經過以上分析不難發現，在玉米酒精發酵工藝中，利用多酶物質進行糖化發酵能夠有效提高酵母的對酒精的耐受程度、促進淀粉的水解作用，從而提高發酵過程的液化程度，提高玉米酒精的發酵濃度。這對降低玉米酒精發酵企業的生產成本，節約水資源，促進我國酒行業發酵技術的進步等，都具有重要意義。所以相關研究人員要進一步深化對玉米酒精超高濃度發酵工藝的研究力度，促進我國酒精發酵行業的良性發展。

參考文獻：

[1]韓翠波.玉米原料超高濃度酒精發酵[J].化工設計通訊，2018，44（12）：200-201.