生料乙醇发酵试验

24食品工程2009年第3期 FOOD ENGINEERING9月出版生料乙醇发酵试验 Experiments on ethanol fermentation of uncooked rice费立发张鹏(沧州市制酒厂技术科,沧州061000) FEI Li-fa' ZHANG Peng (Technical Department of Cangzhou Distillery. Cangzhou061000, China)摘要以整粒生大米为原料,直接加水,接入酒燃料乙醇作为可替代日益减少的石油资源的可曲,在自然pH条件下,通过对发酵过程中pH、再生的、环保的生物能源,越来越受到世界各国的发酵温度、醪液中还原糖含量、酒精度的变化情况重视,尤其在发达国家,起步更早。作为替代产的观察、分析、化验,探讨生料乙醇发酵工艺的可品,其能够被广泛应用的前提是性能优于或接近被行性实验表明:以整粒生大米为原料,接入以纯替代产品,成本低于被替代产品,原料来源充足,种根霉、酵母培养的酒曲,可以保证生料大米乙醇经济环保。因此,燃料乙醇作为不可再生的石油的发酵的安全进行。此工艺具有工序简单,操作简替代品,在当前就成为首选。易,设备少,节约能源,出酒率高,显著降低产品在传统的乙醇发酵中,作为终端产品的乙醇,成本的优点。发酵的工艺条件为:自然pH、料水是靠消耗大量的能源为代价获得的,能源利用率质量比1:2.5、接种温度35℃~36℃、接种量为低,而且对环境造成污染。在高温蒸煮、降温糖原料质量的1%左右(本试验所用酒曲)、发酵周期化、发酵的过程中即消耗了生产总耗能的35%~13d~14d40%。为保证发酵生产的顺利、安全进行所采取的关键词大米生料;乙醇发酵;可行性工艺这些必要措施,导致了产品成本居高不下,从而限 Abstract The uncooked rice were added with water制了乙醇作为燃料的推广应用。 and the starter then fermented for period. To study the降低产品的成本,主要通过采用新原料、研制 feasability of making ethanol with uncooked rice,hfer-新设备、开发新工艺的途径,从目前的现状来看, mentation properties of ethanol-fermentation- with pH,进行新工艺的探索是最具潜力的。 temperature, reducing sugar content, the change of alco-生料乙醇发酵,不仅可以减少工序,节省设 hol content were analysed and tested This technology had备,而且可以显著节省原料粉碎、蒸煮杀菌等工序 the advantages of simple operation,energy saved cost的能源消耗,大大降低产品成本 lower than the traditional one, and could increase the我们以大米为原料,接入以纯种根霉、酵母培 yield of alcohol and decrease the energy consumption养的酒曲,对生料乙醇发酵工艺的可行性进行了探 The best conditions for the production were confirmed as的试验,同时以相同条件下的熟料发酵做对比。 follows: the inoculation quantity was 1%, the ratio of raw material to water was1: innoculate temperature was1试验目的35℃~36℃, and fermentation period was13d~14d keywords crude rice; ethanol-fermentation-; feasible)通过对生料、熟料发酵过程中酸度、温度、 technolygy发酵醪中的糖分、酒精等各指标的观察分析,验证生料乙醇发酵工艺的可行性。*费立发,男,1966年出生,1987年毕业于河北化工学院食品b)通过对不同加曲量、不同环境温度、不同接工程系,工程师。种温度发酵情况的对比,确定适宜的工艺条件。收稿日期:2009-08-112009年第3期费立发,等:生料乙醇发酵试验259月出版表2第二轮分析化验结果2实验器材酒精度还原糖残淀粉时间m/100mg/100mg/100mL3L三角瓶、恒温箱、蒸馏装置。生料组熟料组生料组熟料组生料组熟料组08.03.106.714.20.50.93原料08.03.1214.41.108.03.147.8111.0大米:黑龙江建三盛达精米加工厂生产,水分08.03.1615.30.020.913.2g/100g、淀粉71g/100g;08.03.189.01.1生料高产曲:湖南永州产;08.03.2010.10.33.1自来水:PH=7。4.2第二轮实验4试验步骤a)操作步骤同第一轮实验。b)加曲量均增至1%,加曲温度降至35℃。4.1第一轮实验c)恒温箱温度调至30℃。a)分别称取1000g大米两份,直接放入两个观察结果见表3,分析化验结果见表43L三角瓶内,按原料质量的2.5倍加水,调节品温表3第二轮发酵记录至36℃,加入原料质量0.7%的酒曲,搅拌均匀,发酵温度密封放置于33℃恒温箱中。 pH时间℃b)分别称取1000g大米两份,浸泡蒸熟。将蒸熟的大米摊晾打散降温,要求松散无饭团。分别生料组熟料组生料组熟料组放入两个三角瓶,按原料质量的1.5倍加水,在品温08.03.253535736℃条件下加入原料质量0.5%的酒曲,搅拌均匀,765508.03.2735356密封放置于33℃恒温箱中。08.03293434c)发酵2d后,每隔2d搅拌一次,观察记录0.03.3134346555发酵醪的温度、pH。结果见表108.04.013433表1第一轮发酵记录08.04.0334发酵温度08.04.0533.55555时间℃ pH08.04.0633.5生料组熟料组生料组熟料组表4第二轮分析化验结果2008.03.06363666酒精度还原糖残淀粉2008.0.0836320000342008031234357555554408.01433.533755544时间m/100ml/100mLg/100mL生料组熟料组生料组熟料组生料组熟料组08.03.2714.81.108.03.2913.716.31.00.9001633.53308.03.3114.416.90.04接近于02008.0.1833.508.04.0115.21.12008.0.203308.04.0315.80.9d)自第二次搅拌开始,分别取生料、熟料发08.04.0516.3酵醪各一个做样品,化验分析酒精度、糖度变化情08.04.0616.50.060.6况。结果见表2。26食品工程2009年第3期9月出版基本维持在一个较低的、稳定的水平,这是由双边5试验结果发酵工艺的机理决定的。在边糖化边发酵的工艺条件下,开始就处于绝对优势的根霉菌,均匀的层层5.1第一轮实验作用于原料,这就为同时占据绝对优势地位的酵母5.1.1生料组充分利用创造了便利的自然条件,使杂菌没有机会出酒折体积浓度96%的酒精为340g繁殖。当根霉菌与酵母繁殖到一定的数量,发酵达原料出酒率=出酒质量÷原料质量×100%到平衡状态,在这样一个平缓的、持续的平衡状态=340/1000×100%=34.0%下,根霉菌分解淀粉得到的糖分被酵母菌迅速充分淀粉利用率=34.0%÷(71%×60.54%)×100%的利用,从而不会造成发酵醪中还原糖的积累,因=79.1%,此,发酵醪中的还原糖含量比较低而且稳定。从化式中:71%大米的淀粉含量质量分数;验结果看,在生料、熟料发酵中,还原糖的水平均60.54%100单位淀粉理论出酒率(折体维持在1g/100mL左右。在这样一个低水平下,不积浓度96%酒精),下同。会造成发酵过猛的现象,发酵所处的环境有利于酵.5.1.2熟料组母保持旺盛的活力,杂菌也没有机会繁殖。同时随出酒折体积浓度96%酒精为383.7g着发酵过程的进行不断积累的乙醇也抑制了杂菌的原料出酒率=388.7/1000×100%=38.37%繁殖。在这种发酵机理作用下,生料乙醇发酵的原淀粉利用率=38.37%÷(71%×60.54%)×10%料虽然没有经过高温杀菌,也没有通过其他措施控=89.3%制杂菌,却没有出现杂菌污染,并能使发酵安全、5.2第二轮实验彻底进行,说明双边发酵的工艺具有自身免疫的优5.2.1生料组势,从上面的分析也可以说明这一点。出酒折体积浓度96%酒精为381.7gc)为有利于酒曲菌种的迅速复活,保证发酵原料出酒率=381.7/1000×100%=38.17%的启动,把接种温度设计在35℃~36℃,可以避淀粉利用率=38.17%÷(71%×60.54%)×100%免为原料本身所带的杂菌创造适宜的繁殖环境(杂=88.8%菌繁殖的适宜温度为37℃~50℃)。在双边发酵的残渣收得率=烘干后的残渣质量÷原料质量机理下,发酵醪中的还原糖不会大量积累,进而出100%=37.8/1000×100%=3.78%现发酵过猛、品温过高的现象,从发酵品温的观察5.2.2熟料组记录印证了边糖化边发酵工艺所具有的这种优点。出酒折体积浓度96%酒精为390.6g原料出酒率=396/00×100%=39.06%7试验结论淀粉利用率=39.06%÷(71%×60.54%)×100%=90.9%a)以整粒大米为原料,接种以纯根霉、酵母残渣收得率=24.6/1000×100%=2.46%培养而成的酒曲,进行生料乙醇发酵,可以安全顺利进行。6试验分析b)发酵的适宜工艺条件:自然pH环境,料水质量比为1:2.5,接种温度35℃~36℃,接种量a)通过两轮实验结果看,发酵醪的pH值经过为原料质量的1%左右,发酵周期13d~14d3d4d的发酵后,无论是生料还是熟料从起始c)此工艺的优点:①工序简单。用大米或与pH7下降到pH5,然后维持在pH5的水平,在这阶大米差不多粒径的原料,可以省去了粉碎、蒸煮、段,从发酵的表面观察正是发酵旺盛期。在这个糖化等工序。②设备少,减少了投资和占地。由于pH值水平上,正是根霉糖化、酵母发酵比较适宜的工序的简化,省去了蒸煮、糖化设备,减少了这部酸度环境。从pH值的变化情况可以分析得出:在分设备的投资及占地。③节约能源。节约了粉碎、发酵的过程中没有染菌的现象,发酵是安全的。蒸煮、糖化等所消耗的水、电、汽(其占总能耗的b)在发酵的主酵期,发酵醪中的还原糖水平35~40%),节能效果显著,可大(下转第34页)34食品工程2009年第3期9月出版由图6可知:整个发酵过程中加蒜与加盐对肠量随着pH值的下降而增加,当pH值降到3.5左右杆菌数含量变化影响的差异性不显著(P0.05)不添时达到最高峰,之后有所下降。可以推测pH值的加大蒜的肠杆菌含量较多,发酵过程中变化缓慢;降低可以抑制肠杆菌以及真菌的生长,从而影响亚大蒜白菜质量比为5%的下降最快,第10d后降至硝酸盐的生成。有资料报道pH值的降低和乳酸菌较小值,5%、8%的第10d后降至几乎为0;10%、的增加能够抑制发酵体系中其他微生物的出现,像20%的肠杆菌含量一直较少。肠杆菌的减少。因此由于pH值的降低,使具有硝酸还原酶活性的微生物的生长受到抑制,从而使得3讨论亚硝酸盐含量也减少。本研究结果表明:泡菜在不同处理条件下均出4结论现“亚硝峰”,但出现的时间并不相同,不加蒜的“亚硝峰”明显高于加蒜的“亚硝峰”。大蒜白菜质加适宜的大蒜会减少发酵白菜中的亚硝酸盐含量比为5%的“亚硝峰”值低于其他组样品的“亚量,大蒜白菜质量比为5%的发酵白菜中乳酸菌较硝峰”,第10d后5%的样品的亚硝酸盐含量低于自多,肠杆菌等杂菌较少,亚硝酸盐含量较少。然发酵的泡菜。这是因为大蒜中含有巯基化合物,能够与亚硝酸形成脂类化合物从而降低了亚硝酸盐参考文献的含量,泡菜中的杂菌可以把硝酸盐还原成为亚硝]贾琦,叶秀莲杨成根不同处理对常见叶菜中亚硝酸盐酸盐,而大蒜中含有植物杀菌素具有很强的抑菌作含量的影响[]江苏农业研究,1997,18(2):94-96.用。较少加量的大蒜能够有效抑制杂菌(肠杆菌[]林观捷林家宝陈火英影响蔬菜硝酸盐含量累积因素等)生长的同时,乳酸菌能够很好的生长,乳酸菌的探讨[J]上海农学院学报,1995(1):47-52可以产生亚硝酸还原酶,能够降解亚硝酸盐,所以[3]张庆芳,迟乃玉,魏毓棠大白腌渍发酵研究的现状、势及存在问题[J]食品研究与开发,2000,21(3):8-12.5%的质量比中乳酸菌含量较高,肠杆菌、亚硝酸盐[4]输英泡莱亚硝酸盐积累问题研究]食品研究与开含量较低,20%的质量比中的乳酸菌含量较低,肠发,2001,22(6):15-17杆菌含量较高,亚硝酸盐含量较高。[5]陈秋丽,蔡秀成,郭英大蒜不同加工品对亚硝酸盐的清白菜发酵过程中有多种有机酸的生成,其中乳除作用[』]食品工业与科技,2009(1):142-143酸具有抑制杂菌生长的作用。随着发酵的进行,发[6]燕平梅,薛文通,张惠,等不同贮藏甘蓝中亚硝酸盐变化酵白菜卤中pH值整体呈下降趋势,且趋向硝酸还的研究[]食品科学,2006(6):242-246.原酶的最适pH,因此亚硝酸盐含量均呈上升趋势;7]卢瑞芳王伟萍古丽巴哈大蒜素片体外抑菌实验[新但随着发酵时间的继续延长,发酵白菜卤中pH值疆中医药,2003(2):9-10.更低,低pH有利于乳酸菌的生长,而且可以抑制8]周光燕,张小平,仲凯等乳酸菌对泡莱发酵过程中亚硝酸盐含量变化及泡菜品质的影响[]]西南农业学报,杂菌的繁殖,故能加快亚硝酸盐降解使亚硝酸盐含2006(2):290-293量降低。[9赵书欣接种乳酸菌腌制清菜过程中亚硝酸盐变化规律随着发酵过程的进行,可滴定酸的量增加,pH的研究[]中国高产与食品,1998,5(4):153-154值逐渐降低,亚硝酸盐含量也逐渐减少。当pH值[10]白小军,高欣,刘瑾,等食盐与大蒜发酵泡菜品质的对比降低到3.5以下时,肠杆菌的数量降到0,真菌数分析[]食品工程,2009(2):35-38;42量也有所减少,亚硝酸盐含量也降低。乳酸菌的数 sssssssss ssssssssss8gs66s6(上接第26页)大降低产品成本。④出酒率高,淀参考文献粉利用率高。原料出酒率可达39%,淀粉利用率可[1]无锡轻工业学院酒精与白酒工艺学[M]北京:轻工业出达90%。⑤人员减少,节省开支。工序的简化,带版社,1983.来的是操作人员的减少,费用的降低。[2]蔡定城酿酒工业分析手册[M]北京:轻工业出版社,1988