木薯原料酒精發(fā)酵工藝研究

木薯原料酒精發(fā)酵工藝研究

0關(guān)于馬鈴薯酒精發(fā)酵的原料甘薯是廣泛種植于亞熱帶和亞熱帶的糧食和作物。它是一種很多年生的科他科。這是一棵灌木狀的。植株高2.3米，莖干直徑5厘米，質(zhì)地脆弱，多髓心，葉尖。根為塊根,呈柱形或紡錘形,直徑5～15cm,長(zhǎng)30～40cm,長(zhǎng)者可達(dá)80～100cm。塊根表面為一層棕色或淡黃色的表皮,塊根質(zhì)地松脆,淀粉較純,除供食用和淀粉工業(yè)原料之外,大多數(shù)國(guó)家作飼料用。由于木薯適應(yīng)性強(qiáng),耐水、耐旱,在任何土質(zhì)中都能生長(zhǎng),是一種不與糧食爭(zhēng)地的有發(fā)展前途的酒精生產(chǎn)原料。木薯品種很多,一般分為苦味木薯(Manihotutilissima)和甜味木薯(Manihotaipi)?？辔赌臼?又稱有毒木薯,莖桿為紅色或淡紅色,產(chǎn)量高,但生長(zhǎng)期較長(zhǎng),一般為18個(gè)月,且含氫氰酸較多。氫氰酸易揮發(fā),在木薯曬干后大部分消失,在酒精生產(chǎn)過(guò)程中,經(jīng)蒸煮后幾乎大部分消失,故不會(huì)影響酒精發(fā)酵和成品質(zhì)量。甜味木薯:又稱無(wú)毒木薯,莖桿為綠色或棕色,生長(zhǎng)期較短,一般為12個(gè)月,產(chǎn)量較低。塊根中氫氰酸含量較少,處理后可以食用。木薯塊根的化學(xué)成分,除水外,主要是碳水化合物,其他成分,如蛋白質(zhì)、脂肪、果膠質(zhì)等含量都比較少。木薯被譽(yù)為“淀粉之王”。鮮木薯淀粉含量達(dá)25%～30%(木薯干可達(dá)70%左右),此外還含有4%左右的蔗糖。木薯表皮含有的氫氰酸配體,是氫氰酸的主要來(lái)源。木薯作為世界公認(rèn)的一種具有很大發(fā)展?jié)摿Φ木凭a(chǎn)再生資源。在國(guó)內(nèi)受到廣泛的關(guān)注。但作為酒精生產(chǎn)原料木薯也存在一些缺點(diǎn),如第一,木薯干原料的淀粉顆粒大,其中所含的支鏈淀粉所占的比例要大于瓜干中支鏈淀粉的比例。這些原因都影響著糖化的效果,繼而影響了發(fā)酵的最終結(jié)果。第二,木薯干根的表面有一層棕色或淡黃色的表皮,其中含有的單寧、色素等對(duì)酵母生長(zhǎng)繁殖的抑制作用的有機(jī)生長(zhǎng)因子,直接影響著發(fā)酵的結(jié)果。如發(fā)酵期延長(zhǎng),殘?zhí)侵灯叩缺撞∫嘤诖擞嘘P(guān)。第三,木薯含氮量較低,不能滿足酵母生長(zhǎng)所需,所以在用木薯生產(chǎn)酒精時(shí),必須在酒母糖化醪和發(fā)酵糖化醪中補(bǔ)充氮源,以利于酵母生長(zhǎng)。目前,國(guó)內(nèi)采用木薯原料進(jìn)行酒精發(fā)酵的企業(yè)越來(lái)越多,但對(duì)木薯原料酒精發(fā)酵進(jìn)行系統(tǒng)研究的很少。本文考察了各種因素對(duì)木薯酒精發(fā)酵的影響,確定了木薯酒精發(fā)酵的最佳條件。同時(shí)研究了無(wú)機(jī)鹽對(duì)酒母培養(yǎng)條件的影響,為生產(chǎn)實(shí)踐提供可靠的工藝依據(jù)。1材料和方法1.1材料表面1.1.1原材料木薯取自工廠的生產(chǎn)原料。1.1.2酒精干分解母安齊牌防水干分解母1.1.3其他1.1.3.1α-淀粉酶20000μ/mL1.1.3.2糖化酶100000μ/mL1.1.3.3植酸1.2蒸餾出液的制備將三角瓶中的發(fā)酵成熟醪,置于500mL蒸餾燒瓶中。量取100mL的蒸餾水,清洗三角瓶,將洗液倒入蒸餾燒瓶?jī)?nèi),裝上冷凝管,用100mL的量筒做接受器進(jìn)行蒸餾,收集餾出液100mL,用酒精計(jì)直接讀數(shù)。1.3流程和操作的要點(diǎn)木薯干→粉碎→加水拌料→蒸煮糊化→糖化→加酒母發(fā)酵→蒸餾→酒精1.3.1粉碎將原料粗篩一遍,除去大部分灰土雜質(zhì)。然后將木薯干敲成約0.5cm3的小塊,用粉碎機(jī)粉碎至均勻的細(xì)粉,混合攪拌后使用。1.3.2給水帶來(lái)麻煩木薯原料含雜質(zhì)較少,淀粉含量高,故采用1∶4的加水比調(diào)漿。水溫70℃。1.3.3蒸煮溫度的確定木薯中果膠質(zhì)含量較甘薯中少,所以木薯的蒸煮溫度可以較甘薯高些。實(shí)驗(yàn)將蒸煮糊化溫度定為121℃(latm,60min)。蒸煮完成后,迅速水冷至60℃加酶糖化。1.3.4糖化酶的添加因?yàn)槟臼砀傻牡矸酆扛咔液休^多的支鏈淀粉,添加糖化酶也相應(yīng)的增加。糖化酶的添加量為150u/g原料。60℃下糖化30min,糖化結(jié)束后,水冷至30℃左右。1.3.5活性干物質(zhì)的添加量為0.1%木薯中所缺乏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要為氮源,因此,酒母制備時(shí)添加投料量0.5%的硫酸銨。1.3.6發(fā)酵木薯原料前期酒精發(fā)酵緩慢,所以將發(fā)酵溫度定為,前期溫度30℃(12h),中后期溫度35℃?？偘l(fā)酵時(shí)間為72h。1.3.7蒸餾按酒精度的測(cè)定方法,蒸餾出酒液,測(cè)定酒精度。注意蒸餾時(shí)間控制在30min左右。2結(jié)果與討論2.1尿素對(duì)酒精發(fā)酵的影響因?yàn)槭眍?lèi)原料含氮量不足,所以在酒精發(fā)酵時(shí)必須添加氮源。一般生產(chǎn)常用的氮源有硫酸銨、尿素等。本次實(shí)驗(yàn)主要是比較硫酸銨和尿素對(duì)酒精發(fā)酵的影響。其發(fā)酵結(jié)果見(jiàn)表1。表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:發(fā)酵成熟醪中總糖和還原糖很高,酒度分別為7.1°和6.3°。主要是由于醪液粘稠度太大,醪液糖化不好,造成發(fā)酵不完全所致?？紤]中通過(guò)添加α-淀粉酶達(dá)到降低醪液黏度的目的。根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析可知:添加氮源對(duì)提高原料出酒率有一定的好處,添加硫酸銨的效果優(yōu)于添加尿素,硫酸銨添加量為0.5%～0.8%為宜。2.2-淀粉酶發(fā)酵結(jié)果因?yàn)樘砑应?淀粉酶可使木薯醪液的粘稠度下降,利于醪液的糖化。所以這次試驗(yàn)采用添加α-淀粉酶,考察其對(duì)木薯酒精發(fā)酵的影響。其發(fā)酵結(jié)果見(jiàn)表2。由表2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:添加α-淀粉酶后,發(fā)酵成熟醪中還原糖和總糖明顯降低,總酸和揮發(fā)酸略有下降,酒度有了顯著提高,出酒率大幅增加,發(fā)酵比較徹底。因此可以肯定添加α-淀粉酶對(duì)木薯酒精發(fā)酵有很大的好處。根據(jù)表2數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,可知添加α-淀粉酶的量在5u/g的時(shí)候就可以滿足需要,所以可以確定α-淀粉酶最佳添加量為5μ/g。2.3糖化酶的用量糖化酶在木薯酒精發(fā)酵中有很大的作用,它將木薯中的淀粉分解成可發(fā)酵性糖,以利于酵母酒精發(fā)酵。糖化酶的用量對(duì)酒精發(fā)酵有很大的影響,糖化酶的用量太少,會(huì)造成發(fā)酵不徹底;糖化酶太多,則增加了生產(chǎn)成本。糖化酶的添加量對(duì)酒精發(fā)酵的影響結(jié)果見(jiàn)表3。由表3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:糖化酶的添加量在180u/g和150u/g時(shí),各種理化指標(biāo)相對(duì)差不大,出酒率相同。但當(dāng)添加量低于150u/g時(shí),出酒率下降。所以確定糖化酶的添加量為150u/g。2.4糖化時(shí)間對(duì)馬鈴薯酒精發(fā)酵的影響糖化的效果不僅取決于糖化酶的添加量,而且與糖化時(shí)間有很大的關(guān)系。因此本次實(shí)驗(yàn)考察糖化時(shí)間對(duì)木薯酒精發(fā)酵的影響。其結(jié)果見(jiàn)表4。由表4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:糖化時(shí)間對(duì)木薯酒精發(fā)酵影響不是太大,當(dāng)糖化時(shí)間為30min時(shí),發(fā)酵醪的各項(xiàng)理化數(shù)據(jù)都很正常。所以確定糖化時(shí)間為30min。2.5糖化前后調(diào)ph值的影響酵母菌的適宜生長(zhǎng)條件為弱酸性,pH值為4～4.5。而且調(diào)整pH值為弱酸性時(shí),可以抑制木薯糖化醪中的雜菌生長(zhǎng),達(dá)到以酸治酸,促進(jìn)酵母酒精發(fā)酵的作用,其結(jié)果見(jiàn)表5。由表4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:醪液pH值對(duì)酒精的發(fā)酵有一定影響。當(dāng)醪液pH值在4～5時(shí),酒精發(fā)酵結(jié)果最好,出酒率高。糖化前調(diào)pH值又比糖化后調(diào)pH值的效果好。這是因?yàn)樘腔傅淖钸mpH值也是在4～4.5,糖化前調(diào)pH值可使糖化酶發(fā)揮更大的糖化作用。然而當(dāng)pH值太低(≤3.5)時(shí),則不利于酵母的生長(zhǎng),發(fā)酵結(jié)果較差。2.6酵母生長(zhǎng)對(duì)酒精發(fā)酵的影響植酸作為酶母生長(zhǎng)因子,對(duì)淀粉質(zhì)原料酒精發(fā)酵過(guò)程中的酵母生長(zhǎng)繁殖有促進(jìn)作用,因而在糖化醪中添加適量的植酸有利于木薯原料酒精發(fā)酵的進(jìn)行,其結(jié)果見(jiàn)表6。2.7發(fā)酵時(shí)間的確定木薯原料酒精發(fā)酵時(shí)間以72h為佳,其結(jié)果見(jiàn)表7。2.8正交試驗(yàn)及結(jié)果分析因?yàn)槟臼硖腔仓芯颇傅纳L(zhǎng)與無(wú)機(jī)鹽的添加有著很直接的關(guān)系,無(wú)機(jī)鹽可以促進(jìn)酒母生長(zhǎng),補(bǔ)充酒母所需的營(yíng)養(yǎng)。所以我們研究無(wú)機(jī)鹽的不同配比對(duì)酒母培養(yǎng)的影響。首先根據(jù)查閱的資料和前面試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析,選定添加氨鹽和添加鉀鹽源作為兩個(gè)因素,再考慮到鎂鹽對(duì)酒母生長(zhǎng)的作用選定。共添加氨鹽、添加鉀鹽和添加