生料乙醇發(fā)酵試驗

24食品工程2009年第3期 FOOD ENGINEERING9月出版生料乙醇發(fā)酵試驗 Experiments on ethanol fermentation of uncooked rice費立發(fā)張鵬(滄州市制酒廠(chǎng)技術(shù)科,滄州061000) FEI Li-fa' ZHANG Peng (Technical Department of Cangzhou Distillery. Cangzhou061000, China)摘要以整粒生大米為原料,直接加水,接入酒燃料乙醇作為可替代日益減少的石油資源的可曲,在自然pH條件下,通過(guò)對發(fā)酵過(guò)程中pH、再生的、環(huán)保的生物能源,越來(lái)越受到世界各國的發(fā)酵溫度、醪液中還原糖含量、酒精度的變化情況重視,尤其在發(fā)達國家,起步更早。作為替代產(chǎn)的觀(guān)察、分析、化驗,探討生料乙醇發(fā)酵工藝的可品,其能夠被廣泛應用的前提是性能優(yōu)于或接近被行性實(shí)驗表明:以整粒生大米為原料,接入以純替代產(chǎn)品,成本低于被替代產(chǎn)品,原料來(lái)源充足,種根霉、酵母培養的酒曲,可以保證生料大米乙醇經(jīng)濟環(huán)保。因此,燃料乙醇作為不可再生的石油的發(fā)酵的安全進(jìn)行。此工藝具有工序簡(jiǎn)單,操作簡(jiǎn)替代品,在當前就成為首選。易,設備少,節約能源,出酒率高,顯著(zhù)降低產(chǎn)品在傳統的乙醇發(fā)酵中,作為終端產(chǎn)品的乙醇,成本的優(yōu)點(diǎn)。發(fā)酵的工藝條件為:自然pH、料水是靠消耗大量的能源為代價(jià)獲得的,能源利用率質(zhì)量比1:2.5、接種溫度35℃~36℃、接種量為低,而且對環(huán)境造成污染。在高溫蒸煮、降溫糖原料質(zhì)量的1%左右(本試驗所用酒曲)、發(fā)酵周期化、發(fā)酵的過(guò)程中即消耗了生產(chǎn)總耗能的35%~13d~14d40%。為保證發(fā)酵生產(chǎn)的順利、安全進(jìn)行所采取的關(guān)鍵詞大米生料;乙醇發(fā)酵;可行性工藝這些必要措施,導致了產(chǎn)品成本居高不下,從而限 Abstract The uncooked rice were added with water制了乙醇作為燃料的推廣應用。 and the starter then fermented for period. To study the降低產(chǎn)品的成本,主要通過(guò)采用新原料、研制 feasability of making ethanol with uncooked rice,hfer-新設備、開(kāi)發(fā)新工藝的途徑,從目前的現狀來(lái)看, mentation properties of ethanol-fermentation- with pH,進(jìn)行新工藝的探索是最具潛力的。 temperature, reducing sugar content, the change of alco-生料乙醇發(fā)酵,不僅可以減少工序,節省設 hol content were analysed and tested This technology had備,而且可以顯著(zhù)節省原料粉碎、蒸煮殺菌等工序 the advantages of simple operation,energy saved cost的能源消耗,大大降低產(chǎn)品成本 lower than the traditional one, and could increase the我們以大米為原料,接入以純種根霉、酵母培 yield of alcohol and decrease the energy consumption養的酒曲,對生料乙醇發(fā)酵工藝的可行性進(jìn)行了探 The best conditions for the production were confirmed as的試驗,同時(shí)以相同條件下的熟料發(fā)酵做對比。 follows: the inoculation quantity was 1%, the ratio of raw material to water was1: innoculate temperature was1試驗目的35℃~36℃, and fermentation period was13d~14d keywords crude rice; ethanol-fermentation-; feasible)通過(guò)對生料、熟料發(fā)酵過(guò)程中酸度、溫度、 technolygy發(fā)酵醪中的糖分、酒精等各指標的觀(guān)察分析,驗證生料乙醇發(fā)酵工藝的可行性。*費立發(fā),男,1966年出生,1987年畢業(yè)于河北化工學(xué)院食品b)通過(guò)對不同加曲量、不同環(huán)境溫度、不同接工程系,工程師。種溫度發(fā)酵情況的對比,確定適宜的工藝條件。收稿日期:2009-08-112009年第3期費立發(fā),等:生料乙醇發(fā)酵試驗259月出版表2第二輪分析化驗結果2實(shí)驗器材酒精度還原糖殘淀粉時(shí)間m/100mg/100mg/100mL3L三角瓶、恒溫箱、蒸餾裝置。生料組熟料組生料組熟料組生料組熟料組08.03.106.714.20.50.93原料08.03.1214.41.108.03.147.8111.0大米:黑龍江建三盛達精米加工廠(chǎng)生產(chǎn),水分08.03.1615.30.020.913.2g/100g、淀粉71g/100g;08.03.189.01.1生料高產(chǎn)曲:湖南永州產(chǎn);08.03.2010.10.33.1自來(lái)水:PH=7。4.2第二輪實(shí)驗4試驗步驟a)操作步驟同第一輪實(shí)驗。b)加曲量均增至1%,加曲溫度降至35℃。4.1第一輪實(shí)驗c)恒溫箱溫度調至30℃。a)分別稱(chēng)取1000g大米兩份,直接放入兩個(gè)觀(guān)察結果見(jiàn)表3,分析化驗結果見(jiàn)表43L三角瓶?jì)?按原料質(zhì)量的2.5倍加水,調節品溫表3第二輪發(fā)酵記錄至36℃,加入原料質(zhì)量0.7%的酒曲,攪拌均勻,發(fā)酵溫度密封放置于33℃恒溫箱中。 pH時(shí)間℃b)分別稱(chēng)取1000g大米兩份,浸泡蒸熟。將蒸熟的大米攤晾打散降溫,要求松散無(wú)飯團。分別生料組熟料組生料組熟料組放入兩個(gè)三角瓶,按原料質(zhì)量的1.5倍加水,在品溫08.03.253535736℃條件下加入原料質(zhì)量0.5%的酒曲,攪拌均勻,765508.03.2735356密封放置于33℃恒溫箱中。08.03293434c)發(fā)酵2d后,每隔2d攪拌一次,觀(guān)察記錄0.03.3134346555發(fā)酵醪的溫度、pH。結果見(jiàn)表108.04.013433表1第一輪發(fā)酵記錄08.04.0334發(fā)酵溫度08.04.0533.55555時(shí)間℃ pH08.04.0633.5生料組熟料組生料組熟料組表4第二輪分析化驗結果2008.03.06363666酒精度還原糖殘淀粉2008.0.0836320000342008031234357555554408.01433.533755544時(shí)間m/100ml/100mLg/100mL生料組熟料組生料組熟料組生料組熟料組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)自第二次攪拌開(kāi)始,分別取生料、熟料發(fā)08.04.0516.3酵醪各一個(gè)做樣品,化驗分析酒精度、糖度變化情08.04.0616.50.060.6況。結果見(jiàn)表2。26食品工程2009年第3期9月出版基本維持在一個(gè)較低的、穩定的水平,這是由雙邊5試驗結果發(fā)酵工藝的機理決定的。在邊糖化邊發(fā)酵的工藝條件下,開(kāi)始就處于絕對優(yōu)勢的根霉菌,均勻的層層5.1第一輪實(shí)驗作用于原料,這就為同時(shí)占據絕對優(yōu)勢地位的酵母5.1.1生料組充分利用創(chuàng )造了便利的自然條件,使雜菌沒(méi)有機會(huì )出酒折體積濃度96%的酒精為340g繁殖。當根霉菌與酵母繁殖到一定的數量,發(fā)酵達原料出酒率=出酒質(zhì)量÷原料質(zhì)量×100%到平衡狀態(tài),在這樣一個(gè)平緩的、持續的平衡狀態(tài)=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,從而不會(huì )造成發(fā)酵醪中還原糖的積累,因=79.1%,此,發(fā)酵醪中的還原糖含量比較低而且穩定。從化式中:71%大米的淀粉含量質(zhì)量分數;驗結果看,在生料、熟料發(fā)酵中,還原糖的水平均60.54%100單位淀粉理論出酒率(折體維持在1g/100mL左右。在這樣一個(gè)低水平下,不積濃度96%酒精),下同。會(huì )造成發(fā)酵過(guò)猛的現象,發(fā)酵所處的環(huán)境有利于酵.5.1.2熟料組母保持旺盛的活力,雜菌也沒(méi)有機會(huì )繁殖。同時(shí)隨出酒折體積濃度96%酒精為383.7g著(zhù)發(fā)酵過(guò)程的進(jìn)行不斷積累的乙醇也抑制了雜菌的原料出酒率=388.7/1000×100%=38.37%繁殖。在這種發(fā)酵機理作用下,生料乙醇發(fā)酵的原淀粉利用率=38.37%÷(71%×60.54%)×10%料雖然沒(méi)有經(jīng)過(guò)高溫殺菌,也沒(méi)有通過(guò)其他措施控=89.3%制雜菌,卻沒(méi)有出現雜菌污染,并能使發(fā)酵安全、5.2第二輪實(shí)驗徹底進(jìn)行,說(shuō)明雙邊發(fā)酵的工藝具有自身免疫的優(yōu)5.2.1生料組勢,從上面的分析也可以說(shuō)明這一點(diǎn)。出酒折體積濃度96%酒精為381.7gc)為有利于酒曲菌種的迅速復活,保證發(fā)酵原料出酒率=381.7/1000×100%=38.17%的啟動(dòng),把接種溫度設計在35℃~36℃,可以避淀粉利用率=38.17%÷(71%×60.54%)×100%免為原料本身所帶的雜菌創(chuàng )造適宜的繁殖環(huán)境(雜=88.8%菌繁殖的適宜溫度為37℃~50℃)。在雙邊發(fā)酵的殘渣收得率=烘干后的殘渣質(zhì)量÷原料質(zhì)量機理下,發(fā)酵醪中的還原糖不會(huì )大量積累,進(jìn)而出100%=37.8/1000×100%=3.78%現發(fā)酵過(guò)猛、品溫過(guò)高的現象,從發(fā)酵品溫的觀(guān)察5.2.2熟料組記錄印證了邊糖化邊發(fā)酵工藝所具有的這種優(yōu)點(diǎn)。出酒折體積濃度96%酒精為390.6g原料出酒率=396/00×100%=39.06%7試驗結論淀粉利用率=39.06%÷(71%×60.54%)×100%=90.9%a)以整粒大米為原料,接種以純根霉、酵母殘渣收得率=24.6/1000×100%=2.46%培養而成的酒曲,進(jìn)行生料乙醇發(fā)酵,可以安全順利進(jìn)行。6試驗分析b)發(fā)酵的適宜工藝條件:自然pH環(huán)境,料水質(zhì)量比為1:2.5,接種溫度35℃~36℃,接種量a)通過(guò)兩輪實(shí)驗結果看,發(fā)酵醪的pH值經(jīng)過(guò)為原料質(zhì)量的1%左右,發(fā)酵周期13d~14d3d4d的發(fā)酵后,無(wú)論是生料還是熟料從起始c)此工藝的優(yōu)點(diǎn):①工序簡(jiǎn)單。用大米或與pH7下降到pH5,然后維持在pH5的水平,在這階大米差不多粒徑的原料,可以省去了粉碎、蒸煮、段,從發(fā)酵的表面觀(guān)察正是發(fā)酵旺盛期。在這個(gè)糖化等工序。②設備少,減少了投資和占地。由于pH值水平上,正是根霉糖化、酵母發(fā)酵比較適宜的工序的簡(jiǎn)化,省去了蒸煮、糖化設備,減少了這部酸度環(huán)境。從pH值的變化情況可以分析得出:在分設備的投資及占地。③節約能源。節約了粉碎、發(fā)酵的過(guò)程中沒(méi)有染菌的現象,發(fā)酵是安全的。蒸煮、糖化等所消耗的水、電、汽(其占總能耗的b)在發(fā)酵的主酵期,發(fā)酵醪中的還原糖水平35~40%),節能效果顯著(zhù),可大(下轉第34頁(yè))34食品工程2009年第3期9月出版由圖6可知:整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中加蒜與加鹽對腸量隨著(zhù)pH值的下降而增加,當pH值降到3.5左右桿菌數含量變化影響的差異性不顯著(zhù)(P0.05)不添時(shí)達到最高峰,之后有所下降?？梢酝茰ypH值的加大蒜的腸桿菌含量較多,發(fā)酵過(guò)程中變化緩慢;降低可以抑制腸桿菌以及真菌的生長(cháng),從而影響亞大蒜白菜質(zhì)量比為5%的下降最快,第10d后降至硝酸鹽的生成。有資料報道pH值的降低和乳酸菌較小值,5%、8%的第10d后降至幾乎為0;10%、的增加能夠抑制發(fā)酵體系中其他微生物的出現,像20%的腸桿菌含量一直較少。腸桿菌的減少。因此由于pH值的降低,使具有硝酸還原酶活性的微生物的生長(cháng)受到抑制,從而使得3討論亞硝酸鹽含量也減少。本研究結果表明:泡菜在不同處理條件下均出4結論現“亞硝峰”,但出現的時(shí)間并不相同,不加蒜的“亞硝峰”明顯高于加蒜的“亞硝峰”。大蒜白菜質(zhì)加適宜的大蒜會(huì )減少發(fā)酵白菜中的亞硝酸鹽含量比為5%的“亞硝峰”值低于其他組樣品的“亞量,大蒜白菜質(zhì)量比為5%的發(fā)酵白菜中乳酸菌較硝峰”,第10d后5%的樣品的亞硝酸鹽含量低于自多,腸桿菌等雜菌較少,亞硝酸鹽含量較少。然發(fā)酵的泡菜。這是因為大蒜中含有巰基化合物,能夠與亞硝酸形成脂類(lèi)化合物從而降低了亞硝酸鹽參考文獻的含量,泡菜中的雜菌可以把硝酸鹽還原成為亞硝]賈琦,葉秀蓮楊成根不同處理對常見(jiàn)葉菜中亞硝酸鹽酸鹽,而大蒜中含有植物殺菌素具有很強的抑菌作含量的影響[]江蘇農業(yè)研究,1997,18(2):94-96.用。較少加量的大蒜能夠有效抑制雜菌(腸桿菌[]林觀(guān)捷林家寶陳火英影響蔬菜硝酸鹽含量累積因素等)生長(cháng)的同時(shí),乳酸菌能夠很好的生長(cháng),乳酸菌的探討[J]上海農學(xué)院學(xué)報,1995(1):47-52可以產(chǎn)生亞硝酸還原酶,能夠降解亞硝酸鹽,所以[3]張慶芳,遲乃玉,魏毓棠大白腌漬發(fā)酵研究的現狀、勢及存在問(wèn)題[J]食品研究與開(kāi)發(fā),2000,21(3):8-12.5%的質(zhì)量比中乳酸菌含量較高,腸桿菌、亞硝酸鹽[4]輸英泡萊亞硝酸鹽積累問(wèn)題研究]食品研究與開(kāi)含量較低,20%的質(zhì)量比中的乳酸菌含量較低,腸發(fā),2001,22(6):15-17桿菌含量較高,亞硝酸鹽含量較高。[5]陳秋麗,蔡秀成,郭英大蒜不同加工品對亞硝酸鹽的清白菜發(fā)酵過(guò)程中有多種有機酸的生成,其中乳除作用[』]食品工業(yè)與科技,2009(1):142-143酸具有抑制雜菌生長(cháng)的作用。隨著(zhù)發(fā)酵的進(jìn)行,發(fā)[6]燕平梅,薛文通,張惠,等不同貯藏甘藍中亞硝酸鹽變化酵白菜鹵中pH值整體呈下降趨勢,且趨向硝酸還的研究[]食品科學(xué),2006(6):242-246.原酶的最適pH,因此亞硝酸鹽含量均呈上升趨勢;7]盧瑞芳王偉萍古麗巴哈大蒜素片體外抑菌實(shí)驗[新但隨著(zhù)發(fā)酵時(shí)間的繼續延長(cháng),發(fā)酵白菜鹵中pH值疆中醫藥,2003(2):9-10.更低,低pH有利于乳酸菌的生長(cháng),而且可以抑制8]周光燕,張小平,仲凱等乳酸菌對泡萊發(fā)酵過(guò)程中亞硝酸鹽含量變化及泡菜品質(zhì)的影響[]]西南農業(yè)學(xué)報,雜菌的繁殖,故能加快亞硝酸鹽降解使亞硝酸鹽含2006(2):290-293量降低。[9趙書(shū)欣接種乳酸菌腌制清菜過(guò)程中亞硝酸鹽變化規律隨著(zhù)發(fā)酵過(guò)程的進(jìn)行,可滴定酸的量增加,pH的研究[]中國高產(chǎn)與食品,1998,5(4):153-154值逐漸降低,亞硝酸鹽含量也逐漸減少。當pH值[10]白小軍,高欣,劉瑾,等食鹽與大蒜發(fā)酵泡菜品質(zhì)的對比降低到3.5以下時(shí),腸桿菌的數量降到0,真菌數分析[]食品工程,2009(2):35-38;42量也有所減少,亞硝酸鹽含量也降低。乳酸菌的數 sssssssss ssssssssss8gs66s6(上接第26頁(yè))大降低產(chǎn)品成本。④出酒率高,淀參考文獻粉利用率高。原料出酒率可達39%,淀粉利用率可[1]無(wú)錫輕工業(yè)學(xué)院酒精與白酒工藝學(xué)[M]北京:輕工業(yè)出達90%。⑤人員減少,節省開(kāi)支。工序的簡(jiǎn)化,帶版社,1983.來(lái)的是操作人員的減少,費用的降低。[2]蔡定城釀酒工業(yè)分析手冊[M]北京:輕工業(yè)出版社,1988