生料发酵技术及其在酒精生产中的应用

阚金兰

摘  要：随着酶工程的发展生料发酵取得了实质性的进展。生物技术被使用到工业化生产中。文章简要介绍生料发酵机理和影响糖化酶水解生淀粉的几大因素及生料发酵在酒精生产过程中的技术研发与应用。

关键词：生料发酵;酒精生产;技术;应用

前言

生料发酵是微生物直接利用生淀粉进行生长、繁殖及代谢的过程。微生物在新陈代谢过程中利用其自身所带的酶将生淀粉转化成葡萄糖，葡萄糖又可作为能量供给者维持微生物的代谢活动等。在微生物的其它酶类作用下将葡萄糖相应的转化成酒精、醋和酶等产物。生料发酵技术的开创和成功应用，取代了传统淀粉原料蒸煮工艺，不仅节省能耗、操作简便，还增强了企业的竞争力、增加粮食等农产品的附加值，值得国家大力推广和采用。

1 具有生淀粉糖化能力的微生物菌种

众多微生物菌种中能产生葡萄糖淀粉酶的主要因素是霉菌，其次是细菌，它们所产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、枯草杆菌、芽孢杆菌、球菌等。工业上的糖化酶主要是从黑曲霉、米曲霉、根霉等丝状真菌和酵母中获取的。

2 生料发酵酿酒技术的机理

酿酒的原料无需蒸熟和糊化，直接可利用生料把淀粉转化成糖，紧接着再转化成酒精。生料酿酒工艺流程：生料+曲→发酵→蒸馏→成品酒。生料糖化是指在糖化酶酶解的作用下将原料中的生淀粉水解后生成葡萄糖。分析糖化酶的分子结构可知：酶分子结构式中存在亲和生淀粉的特异性位点，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紧密结合，从而催化水解产生葡萄糖。糖化酶因来源和活性的不同而影响生淀粉的水解能力[1]。

3 糖化酶对生淀粉的水解能力与原料的性质、pH值、温度、酶活力等条件有关

3.1 原料的品种、质量等对糖化酶水解生淀粉速率的影响

生料糖化中，只要糖化酶的活力足够高，各种含淀粉的原料都可用于生料发酵。Jane[2]研究了淀粉分子量和支链淀粉的含量对淀粉粘度的影响：当淀粉颗粒越细小、支链淀粉越多时，其粘度越大。我国现阶段用于酿酒的淀粉质原料有高粱、玉米、大米、小麦等。其中，大米的出酒率最高，可达80%。高粱中含有的单宁和色素这类物质，会对糖化发酵产生一定的抑制作用。大米和玉米在熟料发酵过程中因温度过高对淀粉造成一定程度上的损失，所以生料发酵出酒率比熟料发酵出酒率高[3]。玉米中杂醇油含量较高，影响酒质。酿酒的原料一般要求是要经过粉碎的，像大米粒般细度大小的原料就不必经过粉碎。达到那样细度的原料颗粒在被水充分浸泡数小时后，霉菌就能广泛随机的与原料淀粉接触，从而达到酶解的目的。要想用生料酿出的白酒口感好，必须搭配好酿酒的原料及其比例。如果将玉米和高粱按照好比例混合后进行发酵，可冲淡单宁等有害物质对糖化发酵的影响[4]。生料酿酒对的原料要求是无虫蛀、无杂质、无霉烂、无变质等。当原料颗粒粉碎细小时，其表面积大，可暴露出更多的颗粒淀粉链酶结合位点，增加酶解的机率，所以对原料的要求要细。

3.2 pH值对糖化酶水解生淀粉速率的影响

生料发酵中常常使用的酶是多菌种复合型酶系，pH值对菌体的新陈代谢有明显的作用，其各自的作用pH不尽相同。实际生产中通过控制发酵液的pH值，来抑制杂菌的生长，从而控制反应。由生淀糖化实际操作经验可知，黑曲淀粉酶的最适pH为3.5，根霉淀粉酶的最适pH为4.5[5]。一般生料发酵的初始pH在4.0～6.0范围内影响不大。

3.3 发酵温度对糖化酶水解生淀粉速率的影响

由于酶在不同温度下的酶活力不一样，导致各类淀粉酶解速率不一样。酶反应速度随着温度的升高而加快，之后会达到一个最大值，我们把最快速率下对应的温度定义为“最适宜温度”。与熟料发酵相比，常温发酵温度不高，发酵周期长。糖化酶的最适作用温度为55℃左右，而生料发酵在常温下進行，故而没能达到最适温度，使得淀粉酶作用缓慢，延长发酵时间和发酵周期。有的酒曲酶在室内温度20～38℃能发酵出酒，因其最适温度为25℃左右。在一定温度范围区间，温度越高，发酵用时越少，酒酿的香味越好。反之，温度越低，发酵速率越慢，酒质越差。在酿酒生产中，酶作用的最适温度，因生产日和生产地的不同，而选择不同。

4 生料酿酒技术在白酒生产中的应用

白酒是我国的国酒，因其工艺独特、风味甘醇，闻名中外，是世界上六大蒸馏酒之一。生料酿酒工艺的最大特色是酿酒原料无需蒸煮就可直接进入发酵工艺。生料酿酒的生产操作简单、低耗，节省了大量的人力和物力，且原料出酒率可达70%～80%。1989年，日本高峰和则[6]对糖化酶酿制生料和熟料甘薯烧酒做了试验。结果熟料比生料更节省时间，出酒率更高。1999年，四川省食品发酵设计院的刘义刚发表了“无蒸煮原料液态法酿酒技术初探”一文[7]，对生料酿酒工艺技术作了研究试验，出酒率达61%。2004年，刘忠义等“双曲生料发酵”酿制高粱烧酒的研究[8]，研究出一种生料酿酒的新式方法，即在高粱生料发酵过程中加入一种芳香酒曲，酿出的酒味美醇正，出酒率高。现代工业制酒中，像茅台、五粮液、丰谷等知名品牌的酒业已开始使用生料制酒的工艺，大大提高了产业效益。

5 结束语

众所周知，中国传统的酿酒法都是将原料进行蒸煮后再来进行糖化和发酵。这种传统的酿酒法，工艺操作繁琐复杂，所需劳动力强度大，工艺设备占地面大，不仅生产成本居高不下，产酒率也不理想。随着生物技术的飞速展，生料直接经酶制剂作用发酵成酒变为现实，生料酿酒是我国传统酿酒工艺的技术性突破，也是中国白酒史上的重大突破。此外，生料酿酒在寒冷的东北等地区还有另一个重大现实意义，粉料在蒸熟后冷却时，冬季低温下极易回生黏结成硬团，难打散，不仅增加劳动强度，也影响出酒率。若采用生料酿酒便可以避免此弊病。生料酿酒技术顺应现代酒业发展趋势和潮流动态，保持了传统酒酿固有特色，酒质高品、香甜醇正，促进了酒业的更新和发展起到了很大的推动和助力作用，对发展工业化经济也具有一定的现实意义和发展前景。

参考文献

[1]何丹，肖更生，吴继军，等.生料酿酒技术的研究与应用[J].现代食品科技，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.白酒工业手册[M].北京：中国轻工业出版社，1993.

[4]华南工学院，等.酒精与白酒工艺学[M].北京：轻工业出版社，1990.

[5]上田诚之助.无蒸煮酒精发酵[J].孙志浩，译.应用微生物，1993（3）.

[6]高峰和则，等.糖化酶酿制生料甘薯烧酒和熟料甘薯烧酒的试验研究[J].黄平，等译.酿酒科技，1992（3）.

[7]刘义刚.无蒸煮原料液态法酿酒技术初探[J].酿酒科技，1999（5）.

[8]刘忠义，等.“双曲生料发酵”酿制高粱烧酒的研究[J].中国酿造，2004（11）.