3 国内有的酒精企业玉米粉 (脱胚去皮) 中淀粉含量 68% 考虑酵母菌增殖的消耗 、杂菌产酸等消耗和发酵成熟醪
的保障措施 。
中残糖的剩余 ,实际需要玉米粉的数量比理论值还高些 。一
发酵醪液酒精浓度的提高要求酵母菌耐酒精浓度的能
般估计按 115% ～116% 增加 。 从计算结果表可知 ,浓醪发酵 ,发酵成熟醪酒精浓度超
快速繁殖状态的酵母生产酒精的能力是非快速繁殖状态酵 母的 30 倍 。基于此 ,保持发酵罐中相当数量的酵母菌并使 多数酵母菌处于增殖状态是高浓度酒精生产在酵母菌控制 方面的主要措施 。
在间歇发酵工艺中 ,开始时酵母菌的细胞浓度应在 015 ×108 个细胞/mL, 发酵高峰时应增加到 (115～210) ×108 个 细胞/mL, 发酵结束时还应保持 110～108 个细胞/mL 。这是 一个较高的指标 ,如果预发酵罐 (酵母扩培罐) 里的酵母菌细 胞数能确保 (4～5) ×108 个细胞/mL, 则接种量应在 (1∶8) ～ (1∶10) 。
尽管生物传感器在国内的应用才开始起步 ,但是它们有 十分良好的发展前景 。生物传感器由于采用了专一性高的 酶法分析 ,在分析中不受颜色和其它成分的干扰 ,因而具有 选择性好 、灵敏度高 、测速快捷和操作简便等优点 。虽然目 前国内相当一部分传感器的研究还停留在实验室阶段 ,但相 信随着传感器研究的不断深入 ,传感器在白酒工业中的规模
表1
发酵成熟醪乙醇浓度 ,调浆罐中水和玉米粉的原始理论比例 ( %w/v )
发酵成熟醪 葡萄糖理论浓度
乙醇浓度 %(v/v )
10
15144
1215
19130
15
23116
18
27179
23
35152
淀粉理论 浓度
13189 17137 20184 25101 31197
玉米粉浓度
68 % 3
20144 25155 30166 36179 47101
发酵强度 (g/Lh ) 是考核发酵产业的一个重要指标 。酒 精浓醪发酵是提高发酵强度的重要措施 ,因为它是在发酵罐 容积不变的前提下 ,提高发酵成熟醪酒精浓度的 。 112 能源消耗和用水数量大幅降低
浓醪发酵 ,玉米粉调浆用水量减少 ,这样将使蒸馏后的 发酵成熟醪 (酒精糟液) 经卧式螺旋离心机后酒精糟清液数
由于葡 萄 糖 属 于 单 糖 , 因 此 可 以 通 过 葡 萄 糖 氧 化 酶 ( GOD) 而被氧化为葡萄糖酸 ,即由于 GOD的催化作用 ,氧随 着葡萄糖被氧化的量而逐渐消耗 ,同时产生 H2O2 。因此 ,只 要通过电化学装置测量氧或双氧水 ,就可间接的测量葡萄糖 的浓度 。(图 2) 3 结语
多项基本措施 ,最直接的工艺及原料粉碎 、糖化 、发酵罐中的 发酵过程的控制 。
好大型发酵系统杂菌感染已成高浓度酒精发酵的第二位关 键措施 。
311 玉米粉的糖化 酒精浓醪发酵 (发酵成熟醪酒精浓度超过 18% ) ,葡萄糖
的浓度可达 2718%, 这样葡萄糖浓度的渗透压对酵母菌的增
31311 控制杂菌需要特殊注意的几项有效方法 发酵罐应设计成容易彻底排空的锥形发酵罐或角度合
化应用将为时不远 。
图 2 葡萄糖传感器的原理 [ 参考文献 ]
[1] 于兆林编译 ,生物传感器[M] 1 上海远东出版社 ,上海 ,19921 [2] 沈怡方 ,白酒生产技术全书[M] 1 中国轻工业出版社 ,北京 ,19981
第 4 期 吴国峰 ,等 :酒精浓醪发酵的计算与分析 · 17 ·
第30 卷 第4期 酿 酒
Vol130,No14
2003 年 7 月
LIQUORMAKING
July, 2003
文章编号 :1002-8110 (2003) 04-0070-03
酒精浓醪发酵的计算与分析
吴国峰1 ,赵 辉1 ,李盛贤1 ,贾树彪1 ,岳国君2 ,陈世忠2
我们以 1000m3 发酵罐为例 ,在成熟醪酒精浓度 10% 时 , 发酵罐中乙醇的量为 :
1000 ×10% ×017893t/m3 =78.93t
这样按照上述反应方程式即可计算出该酒精浓度情况 下需要葡萄糖量 、淀粉量以及玉米粉量 ,依此类推 ,酒精浓度 为 1215% 、15% 、18% 、23% 时亦可算出 ,结果见表 1:
(11 黑龙江大学生命科学学院 ,黑龙江 哈尔滨 150080;21 黑龙江华润酒精有限公司 ,黑龙江 肇东 151100)
摘 要 :分析了酒精浓醪发酵玉米粉的理论浓度与相应酒精发酵工艺全流程的变化方向 ,并提出了实现高浓 度酒精工艺的几项保障措施 。 关键词 :酒精 ;浓醪 ;发酵 中图分类号 :TS262 12;TS261 14 文献标识码 :B
由于酒精在能源重要上应用的扩展 ,发酵酒精作为可再 生环保新能源之一 ,其社会需求量目前已明确为全球汽车用 油的 10% ～20%, 甚至更多 。特别是乙醇燃料汽车和飞机的 出现 ,发酵酒精的需求量与日俱增 。这样涉及能源的重大社 会需求必将促进发酵酒精工艺将有重大进步 ,而酒精浓醪发 酵又将是发酵酒精工艺的重大技术进步之一 。 1 酒精浓醪发酵的意义 111 提高发酵强度
术思想 ,即大颗粒 (3mm) 粉碎 。由于大颗粒粉碎 ,使醪液中有 “浓”有“稀”,比细粉效果好 。这是近年来美国大酒精企业的 新做法 。 312 发酵罐的降温和增氧均质措施
浓醪发酵由于发酵罐内酵母菌数量多 、糖液浓度高 、反 应强度大 ,故将产生的生物热及时排除 ,是给酵母菌创造持 续良性发酵的重要措施 ,人工强制致冷降温技术是必需的保 障措施之一 。
玉米粉碎工艺 :高浓度玉米粉一次加入需改进粉碎的技
要定期清洗 ,并清除结垢 ,因为罐壁的垢物是最容易积存杂 菌的地方 ,必要时要适当使用抑垢剂 ; 如有可能取消液化后 的糖化工艺 ,因为 60 ℃的糖化罐中有耐高温乳酸菌生存扩繁 的可能 ,这样糖化罐就成了感染源 ;设计的预发酵罐及时给 主发酵罐提供足够的优势酵母菌群 ,以促进酒精发酵尽快完 成 ,同时也起到避免杂菌的作用 。
化 ,这是高浓度酒精发酵的物质基础和工艺基础 。
计算原理与方法
玉米粉中淀粉水解 ,理论上精制玉米粉 (脱胚去皮) 中淀
粉含量按 78% 计算 。
淀粉酶
(C6 H10O5) n +nH 2O 糖化酶 nC6 H12O6
①
酵母菌
nC6 H2O6
2nC2 H5OH+2nCO 2 ↑
②
发酵过程中糖量的变化是衡量发酵正常与否的标准 ,同时也 是计算出酒率的一个重要依据[2] 。通过测量葡萄糖含量 ,就 可得知其淀粉含量或糖量的变化 ,而使用酶传感器便可简单 的测出样品中的葡萄糖含量 。
收稿日期 :2003-03-21 作者简介 :吴国峰 (1964- ) ,女 ,本科 ,工程师 ,黑龙江省人 , 主要从事工业发酵教学与科研工作 。
量大幅减少 ,除去大部分用于玉米粉调浆的酒精糟液外剩余
部分将是很少的 ,给耗能很大的 DDS的酒精糟液将很少 ,即
可减少蒸发设备投入和能源消耗 。
2 浓醪发酵玉米粉浓度的计算
我们以精制玉米粉为原料分析和计算浓醪发酵玉米粉
的浓度 。目前我国大型酒精企业发酵成熟浓醪酒精浓度大
约在 12% 左右 ,据资料报道 ,美国有的酒精企业发酵浓醪酒
精浓度已达 18%, 并且正向 23% 努力 。这样可以从发酵成熟
醪酒精浓度来反推计算玉米粉和调浆用水的比例 ,以确定玉
米粉的科学用量 ,并解决一些相应的浓醪出现的具体工艺变
理的斜底发酵罐 ,发酵罐连接相管路应尽可能简短 、畅通
殖和酒精发酵将有很大的负面影响 。为更好地解决这一矛 以避免死角 ;几个发酵罐绝不能共用一个热交换器 ; 发酵罐
盾 ,可将糖化一步完成 ,即彻底糖化 。具体的可以采用流加 糖液的办法 ,能够很理想地控制发酵 。纯糖液发酵的优点是 发酵周期相对短 ,酵母菌回收容易 (啤酒发酵的启示) 发酵罐 内容物无残渣产生 ,蒸馏过程将有全新的技术变化 。另一种 技术思想是边糖化边发酵 。
过 18% 之后 ,玉米粉与水的比例发生很大的变化 。如果水与 玉米粉达不到最基本的理论比例 ,其他措施再好也完不成预 期的酒精浓度 ! 玉米粉与水的比例达到 52199∶47101, 将近 1∶ 1, 这样的比例如果用细玉米粉调浆 ,其粘度很大 ,所以美国 一些大酒精企业 ,采用粗玉米粉 (直径 3mm) 以降低玉米浆液 粘度 ,同时采用边糖化边发酵的工艺 。 3 实现浓醪高酒精浓度发酵的基本措施
78 %
17177 22126 26172 32106 40198
水∶玉米粉
68 % 3
79156∶20144 74145∶25155 69134∶30166 63121∶36179 52199∶47101
78 %
82123∶17177 77174∶22126 73118∶26172 67194∶32106 59102∶40198
对一些大型酒精企业技术和经济的评价 ,很难设定更多 的绝对标准 。为更好地实现浓醪高酒精浓度发酵可以提出
力也要提高 ,这是酵母菌育种的一个实际任务 。 313 控制杂菌
酵母菌在发酵过程中虽产生的一些有机酸 ,但与感染的 乳酸菌 、醋酸菌消耗葡萄糖产生的乳酸 、醋酸等相比是很低 的 。有些乳酸菌是厌氧菌 ,乳酸菌还有耐温特性 ,在无氧条 件下其生存和发酵能力比酵母菌可能要大 。在大型酒精发 酵罐中若感染乳酸菌等杂菌对葡萄糖的消耗量将是很大的 。 如果初始未污染醪液的滴定酸度是 x, 那么发酵成熟醪液滴 定酸度将升至 115x, 这是目前工艺水平发酵比较正常的经验 系数 ;如果滴定酸度明显大 115x, 则表明感染杂菌的情况比 较严重 。过于严重后将影响酵母菌扩增和发酵水平 。控制
在连续发酵工艺中 ,应将酵母菌细胞数保持在 115 ×108 个细胞/mL, 发酵高峰时能达到 (210～310) ×108 个细胞/mL 是最理想的 。