摘要：通过试验研究,在玉米发酵生产酒精的过程中,与酵母生长繁殖及发酵密切相关的部分主要因素:无机盐、氮源及pH等对酵母的影响程度是不同的。
关键词：玉米发酵生产酒精；酵母；影响因素
引言
玉米发酵生产酒精的原理是利用玉米中富含的淀粉,通过各种酶的作用,将淀粉分解为可发酵性糖,然后经过酵母的发酵作用,将可发酵性糖转化为酒精,同其它的淀粉质原料生产酒精的原理基本相同。酵母在整个发酵过程中起着非常关键的作用,只有充分了解了在玉米发酵过程中酵母的各阶段状态以及各种因素对酵母的影响程度如何,才能为酵母创造更好的生长繁殖及发酵环境,充分发挥酵母的发酵作用。本文作者对玉米发酵生产酒精过程中的酵母影响因素进行了大量的试验,得出了重要的结论。
1玉米发酵生产酒精过程概述
随着生物酶技术的发展,糖化酶、淀粉酶和高效酵母菌的使用,使玉米发酵出酒率和原料利用率大大的提高,酶技术被广泛应用在发酵行业。玉米颗粒除了含有大量淀粉外,还含有一定量的粗纤维、粗蛋白,糖化酶对淀粉颗粒的分解速度除了与玉米颗粒的形态、淀粉含量有关外,还与粗纤维、粗蛋白的量有关,粗纤维、粗蛋白结合得越多,分解速度也就越慢。然而复合酶除了含有糖化酶外,还含有蛋白酶、果胶酶、纤维素酶等,可破坏粗纤维、粗蛋白等对淀粉颗粒的保护作用,从而提高水解淀粉的能力。酒精发酵是典型的产物抑制型发酵反应,发酵产物浓度一般只有6%～8%,致使乙醇发酵产率低,分离费用高。本试验采用的复合酶简化了工艺,节约了生产时间,降低了生产成本,提高了生产效率,同时对这种生物复合酶发酵玉米生产酒精的工艺条件进行试验研究,并取得了较好的效果。目前世界上有能力的国家均加大了对玉米酒精燃料的开发和利用,中国玉米产量增长较快,用玉米来生产乙醇,在我国大有可为,玉米酒精燃料的市场前景十分广阔。以玉米淀粉质为原料生产酒精的原理是首先利用糖化酶将淀粉和糊精转化为单糖,然后利用单糖进行厌氧发酵,通过EMP途径将葡萄糖降解为乙醇。糖化最适温度为60℃,最适pH4.0～4.6,酵母菌的最适温度在30～33℃,最适生长pH为4.5～5.5,为了抑制杂菌生长,保证酵母正常发酵,常将醪液pH控制在4.0～4.5。
2试验材料与方法
2.1菌种和酶制剂
1）酵母菌种:安琪新型酿酒高活性酵母,湖北安琪酵母股份有限公司生产。使用量为:1g/kg。2）淀粉酶(液体):酶活力60000u/ml,诺维信(中国)生物技术有限公司生产。使用量为:0.34g/kg。3）糖化酶(液体):酶活力120000u/ml,中外合资苏州宏达制酶有限公司生产。使用量为:1.0g/kg。4）尿素:石家庄金石化肥有限公司生产。使用量:6.67g/kg。
2.2原料
原料共采用了三种:玉米混合粉、脱去脐与皮的玉米纯面和提过油后的玉米粕,90%过20目筛,淀粉含量分别为65%、69%、36%。(备注:玉米混合粉包括整个玉米粒中各部分;玉米纯面只是玉米的胚乳部分;玉米粕是经过提油的玉米胚芽。)
2.3醪液制备及发酵方法
2.3.1液化醪的制备
称取一定量的玉米面,用69±1℃水配成所需酒份浓度的浆液,调pH至5.90±0.1,加入总用酶量的1/3淀粉酶,65±1℃保持30min,然后升温至95±1℃,加入总用酶量的2/3淀粉酶,保持1.5h。
2.3.2酒母醪的制备
将液化醪迅速降温至30℃左右,加入各种辅料(糖化酶、尿素、青霉素)后,加入已用35～40℃的水活化30min的酵母,在29±1℃的培养箱中培养14-18h后作为成熟酒母醪液。
2.3.3发酵方法
相同的原料与1.3.1相同的过程制备相同的液化醪,降温至32℃左右,与成熟酒母醪进行对接(1:1),在32±1℃恒温摇床培养箱中发酵56-60h后检测各项指标。
2.4分析检测方法
残总糖及残还原糖采用菲林试剂定糖法,酒份采用液相色谱检测,其他指标测定为酒精厂常规检测方法。
3 结果与讨论
表1 酒母发酵实验的因素与水平
3.1不同原料对酒母发酵的影响
实验中所用到的三种原料虽然都是从玉米中提出来的,但是它们所包含的营养元素不同,表2为三种原料中营养成分的检测表(由省农业检测中心提供)。
表2 原料中营养成分检测表
这些无机盐类(包括宏量元素和微量元素)是酵母生长所必需的营养物质。磷、硫、钾、钠、钙、镁等元素需求量相对大些,称之为宏量元素,它们参与酵母细胞结构物质的组成,并有能量转移,细胞透性调节等功能;铁、铜、锌及未检测的锰、钴、钼等微量元素,主要是作为酶的活性基的成分,或者是作为酶的激活剂,与酶的活动密切相关。从此次实验中我们可以看出,混合面的发酵效果是最好的,也就是说,在玉米籽粒中,单纯的胚乳或胚乳+胚芽都不能完全满足酵母生长繁殖及发酵所需的营养元素,而种皮和果皮中还包含一部分营养物质。这与上表所显示的检测结果也是一致的,纯面中含有无机盐是最少的,粕中几乎不含有淀粉,所以无机盐的含量相对大些。
3.2pH对酒母发酵的影响
对于此次实验中的三种pH,对酒母发酵影响最大的是pH为4.0±0.1的发酵醪,因为大多数酵母在pH为5.0-6.0的微酸性环境中生长最好,所以pH为4.0±0.1的醪液不适合它的作用,而pH为6.0±0.1的发酵醪虽然在其最适的作用范围,但是这么高的pH,难以抑制杂菌的生长,此醪液容易染菌,挥发酸较高,从而影响了淀粉出酒率。所以此实验来看,应该选择pH值为5.0±0.1的醪液进行酒母发酵生产酒精。当然,这具体还要结合辅料的经济成本来考虑。
3.3尿素对酒母发酵的影响
从实验结果中我们可以看出,尿素的加量不是越多越好,因为当尿素提供的氮源完全可以满足酵母自身生命活动的需要时,再多的氮源只能是抑制其生长代谢,因为微生物的营养物质的浓度应适当,太低不能满足生长需要,过高又会抑制微生物生长。因此,我们认为尿素的最适加量为1.0g/kg。
4结论
根据以上实验结果,通过极差法分析得出,在玉米发酵生产酒精的过程中,原料应采用玉米混合面;最适的pH为5.0±0.1,当然,这也需要同调整pH的辅料的经济成本一起考虑;尿素最适加量为1.0g/kg。另外,对酒母的主要影响因素还有溶解氧等,这有待于我们进一步实验研究。
结束语
总之，我们通过多因素正交试验来对玉米发酵生产酒精的过程中酵母影响因素进行分析和确定，发现原料和pH等对酵母作用的影响较大，我们通过反复试验找到了最适合的发酵条件，以期给相关人员一定的参考价值。
参考文献
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论文作者:刘海滨
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/17
标签：玉米论文; 酵母论文; 酒母论文; 酒精论文; 淀粉论文; 糖化酶论文; 尿素论文; 《基层建设》2018年第28期论文;