碳酸钠对陈化小麦酒精发酵中酒母质量影响的研究

刘飞翔，刘西岭，王小梅，郭 慧，吴文睿，郭文杰，蒲顺昌

（1.亳州学院生物与化学工程系，安徽亳州236800；2.安徽瑞福祥食品有限公司，安徽亳州236800）

陈化粮是指储存时间较长，已经变质、霉变，霉菌毒素等有害成分超标，且不可直接作为口粮的粮食。国家规定，陈化粮只能通过拍卖的方式向特定的饲料加工和酿造企业定向销售。陈化粮拥有丰富的碳水化合物，是现代酒精发酵工业发展的方向之一[1]。2013年以来，利用霉变的陈化粮进行酒精发酵，其在酒精发酵原料中的占比逐渐增加，但霉变的真菌毒素会导致酒精发酵系统中的酒母培养质量下降，干酵母投料量加大等后果[2-3]。

许多报道显示，碱处理法可以有效去除真菌毒素[4]。故本试验以陈化霉变小麦淀粉乳为原料，通过添加碳酸钠的方式，以期去除真菌毒素酵母菌的影响，为如何改善陈化粮培养酒母质量的问题提供一些思路。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

材料：陈化和非陈化小麦淀粉乳，取自谷朊粉生产车间。

试剂：淀粉酶（100000 U/g，杰能科（中国）生物工程有限公司）；糖化酶（200000 U/g，波利）；耐高温活性干酵母，安琪酵母股份有限公司；碳酸钠、硫酸等均购于国药集团。

仪器设备：显微镜（OLYMPLUS CX22）；摇床（欧诺HNY-100B）；pH计（梅特勒PE28）；电子分析天平（梅特勒ME20E）等。

1.2 试验方法

1.2.1 糖化醪的制备

取谷朊粉车间A/B混合淀粉乳，其浓度在20%左右，调节pH5.5，加一定量的耐高温α-淀粉酶，并在水浴锅95℃条件下液化60 min；然后降温至60℃，调节pH4.5，添加一定量的糖化酶，60℃条件下糖化40 min，并加入营养盐尿素和磷酸二氢钾，添加量分别为0.25 g/L和0.125g/L[5]。

1.2.2 摇瓶酒母培养方法

取100 mL糖化醪置于500 mL已灭菌的三角瓶内，待糖化醪降温至30℃时，每瓶准确称取并加入0.075 g干酵母，然后在恒温摇床中进行酒母培养，培养温度为30℃，摇床转速为100 r/min，培养7 h后，在显微镜下镜检酒母质量。

1.2.3 50 L发酵罐酒母培养方法

取新制取的60℃的糖化醪加入至提前蒸汽灭菌后的50 L发酵罐中，装料量为60%（即30 L），并加入相应方案的营养物质；发酵温度设置为30℃，搅拌转速为100 r/min，通气量为0.2 vvm；待上述参数稳定后调整溶氧为100%；加入干酵母，开始酒母培养，培养到8 h时计为培养一轮酒母结束，然后放出20 L成熟酒母醪，并泵入20 L新鲜的已冷却至30℃的糖化醪，继续培养8 h，连续培养5代，观察酒母质量变化。

1.2.4 酵母镜检

镜检：采用血球计数板和次甲基蓝染色法，测定酒母醪中的酒母细胞数、出芽率和死亡率[6]。

2 结果与讨论

2.1 碳酸钠对陈化小麦酒母培养质量的影响

向陈化小麦糖化醪中加入0.5 g/L的碳酸钠作为实验组，以不添加碳酸钠的陈化糖化醪和非陈化小麦糖化醪作为对照组，研究碳酸钠对陈化小麦醪酒母质量的影响，结果见表1。

表1 碳酸钠对陈化小麦酒母培养质量的影响

从表1可知，用陈化小麦醪培养的酒母质量较非陈化小麦醪培养酒母质量差很多，接种的活性干酵母几乎没有繁殖，酵母数为0.27亿个/mL，且镜检结果显示全部死亡。这主要是由于陈化小麦中的一些真菌毒素对酵母的生长产生了显著的抑制，影响了酒母的质量[2-3]。向陈化小麦糖化醪中加入0.5 g/L的碳酸钠，酒母质量明显提升，酵母总数提升至1.2亿个/mL，酵母死亡率下降至7.4%。可见，碳酸钠对于解除真菌毒素对酵母生长的抑制有着明显的效果，这主要是由于碱类物质具有可有效破坏真菌毒素结构的能力[4]。

2.2 不同碳酸钠添加量对陈化小麦酒母培养质量的影响

向陈化小麦醪中分别加入不同浓度的碳酸钠（0、0.25 g/L、0.50 g/L、0.10 g/L、1.5 g/L），以研究不同浓度的碳酸钠对陈化小麦酒母培养质量的影响，实验结果见表2。

表2 不同碳酸钠浓度对酒母培养的影响

由表2可看出，随着碳酸钠添加浓度的增加，醪液的pH值逐渐增加，在0至1.0 g/L时，酵母数和出芽率逐渐增加，死亡率逐渐下降；碳酸钠添加浓度为1.5 g/L时，酒母质量开始降低，这主要是由于此时培养基中的初始pH值已达到7.37，该pH值已不是酿酒酵母最适的pH值，抑制了酵母的生长。因此，在上述培养条件下，碳酸钠的最佳添加浓度应为1.0 g/L左右。

2.3 50 L发酵罐连续培养验证实验

为进一步验证碳酸钠对陈化小麦醪酒母质量的影响，故在50 L发酵罐中模拟车间进行酒母连续培养验证实验，以考察酒母质量的变化，结果见图1。

图1 50 L发酵罐连续培养5代酒母实验结果

如图1所示，用添加了1 g/L碳酸钠的陈化小麦糖化醪在50 L发酵罐上进行连续5代酒母培养，酒母质量均较好，且前3轮次酒母质量逐渐提高；到第3轮次以后，酵母总数达到了3亿个/mL左右的水平，出芽率基本维持在20%以上，且死亡率均在1%以下。较高的酵母细胞数和出芽率可以保证整个发酵系统中酵母菌为优势菌，从而防止杂菌的入侵导致醪液生酸和出酒率降低，同时一定酵母数和出芽率也可以使整个系统的发酵强度得到保证[7]。本实验说明，碳酸钠在陈化小麦醪的酒母连续培养中可以提高并得到稳定的酒母质量，可为进一步的车间大生产应用提供参考。

3 结论

陈化小麦醪使酵母菌的生长受到抑制，严重影响酒母的质量，进而影响整个酒精发酵系统。通过添加碳酸钠可以显著解除该抑制，并提高酵母的出芽率和存活率；通过碳酸钠的浓度优化，认为碳酸钠浓度达到1 g/L左右时，酒母质量最好；在50 L发酵罐上进行连续酒母培养，酒母质量较稳定，初步认为通过添加碳酸钠可用于解决陈化粮发酵酒精中酒母质量差的难题。

[1]罗秋水,周志娥,闵嗣番,等.用陈化粮发酵生产燃料酒精的工艺[J].湖北农业科学,2008,48(1)：96-97.

[2]施清.浅析霉变粮、陈化粮对酒精生产的影响及解决方法[J].酿酒科技,2013(9)：128.

[3]BOEIRA L S,BRYCE J H,STEWART G G,et al.The effect of combinations ofFusariummycotoxins(deoxynivalenol,zearalenone and fumonisin B1)on growth of brewing yeasts[J].Journal of applied microbiology,2000,88(3)：388-403.

[4]朱克卫,任尧.粮食作物中真菌毒素及其检测与脱除方法研究进展[J].粮食与油脂,2014,27(8)：66-69.

[5]方颂平,梁臣臣,田启梅,等.酸性蛋白酶在小麦淀粉乳酒母培养中的应用[J].酿酒科技,2018(2)：88-90.

[6]王福荣.酿酒分析与检测[M].2版.北京：化学工业出版社,2012:239.

[7]刘劲松,施清,罗天,等.应用有机营养优化酒精发酵水平[J].酿酒科技,2016(9)：83-85.