酒曲在菊芋發(fā)酵生產(chǎn)乙醇中的應用

2011No2·144· Serial No227China BrewingInnovation and Knowledge Transfer酒曲在菊芋發(fā)酵生產(chǎn)乙醇中的應用馮迪,隆小華,劉兆普南京農業(yè)大學(xué)江蘇省海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室江蘇南京210095)摘要:菊芋是一種極具潛力的乙醇發(fā)酵原料,利用安琪釀酒曲具有發(fā)酵菊芋生產(chǎn)乙醇的能力研究安琪釀酒曲應用于菊芋發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的工藝參數。確定最佳工藝條件為以14w)的料液比調漿,32℃發(fā)酵60h。在此工藝條件下酒精度可達121%v,酒精產(chǎn)率達3819%。從試驗結果可推論,利用安琪酸酒曲發(fā)酵菊芋生產(chǎn)乙醇是可行的。關(guān)鍵詞:菊芋;酒曲;乙醇;發(fā)酵中圖分類(lèi)號:TQ9206文獻標識碼:A文章編號:02545071(2011)020144Application of Chinese liguor Qu in ethanol production from Jerusalem artichokeFENG Di, LONG Xiaohua, LIU Zhaopu'Abstract: Jerusalem artichoke is a potential material for ethanol fermentation. The Angel Starter of Liquor Making can be used for ethanolfermentation of Jerusalem artichoke. The fermentation parameters of Angel" Starter of Liquor Making for ethanol production from Jerusalemartichoke were studied. The optimal conditions were determined as follows the ratio of materials to water was 1:4(w/v), the fermentation temperaturewas 32C and the fermentation time was 60h. Under above conditions, the alcoholicity reached 12. 1%vol, and the ethanol yield was 38.19%. Theresults indicated that the ethanol production from Jerusalem artichoke fermented by Angel M Starter of Liquor Making was feasibleKey words: Jerusalem artichoke, Qu; ethanol; fermention菊芋(俗稱(chēng)洋姜、鬼子姜)屬菊科向日葵屬。其主要成用非糧作物生產(chǎn)燃料乙醇是我國燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基分是多聚果糖除此之外還含有淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素、半本方向。因此,菊芋成為可代替糧食作物生產(chǎn)燃料乙醇用纖維素、果膠質(zhì)等成分。這些成分在酶的作用下可被分的很有潛力的能源植物解成易于被酵母利用的成分而產(chǎn)生乙醇的物質(zhì)。另外,菊我國釀酒歷史悠久,酒曲中蘊藏了豐富的有用微生物芋具有耐寒、耐旱、耐鹽堿、抗風(fēng)沙、適應性廣、繁殖性強等資源。19世紀末法國人卡爾邁特從我國的酒藥中分離出優(yōu)點(diǎn)在全國各地均有分布。在糧食資源緊缺的今天,利糖化力強的莓菌應用在酒精生產(chǎn)上,號稱(chēng)“阿米諾法”,才收稿日期:2010-1013基金項目:國家“948~項目(2009-);公益性行業(yè)(農業(yè))科研專(zhuān)項經(jīng)費項目(20090001405);南京農業(yè)大學(xué)青年創(chuàng )新基金K08010作者簡(jiǎn)介:馮迪(1983-),女,山東東營(yíng)人,碩士研究生,研究方向為微生物發(fā)酵:劉兆普·教授,通訊作者。檬酸組合的抗氧化效果最為顯著(zhù)。[3]翁新楚吳侯抗氧化劑的抗氧化活性的測定方法及其評價(jià)門(mén)中3結論國油脂,2000,25(6):119122(63+)℃加速氧化試驗結果表明米糠油本身具有較汪家銘米油的深加工及開(kāi)發(fā)應用前景門(mén)江蘇食品與發(fā)酵203(1):3134好的貯存穩定性,在18d-21d之前都處于穩定期,相當于[5]意永鵬蒙剛,米糠的綜合利用[門(mén)化學(xué)教育,2006(1):45,16常溫條件下18-21個(gè)月的保質(zhì)期。添加抗氧化劑可明顯提(6]凌關(guān)庭,唐述潮陶民強食品添加劑手冊隊北京:化學(xué)工業(yè)出版高米糠油抗氧化性,延長(cháng)貯存穩定性。 TBHQ, PG和BHT3社,2003種抗氧化劑對米糖油的抗氧化效果不同,其中以TBHQ的四李嘉陳波水方建華植物油抗氧化劑合成潤滑材料.20032抗氧化效果最好,其次為PG、BHT。對米糠油而言復合抗Q):1824.氧化劑的抗氧化效果優(yōu)于單一抗氧化劑的,其中以黃池寶,羅宗銘食品抗氧化劑的種類(lèi)及其作用機理門(mén)廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2001,18(3):77-800015%TBHQ+0.005%PG組合的抗氧化效果最好。復合抗9]胡國華食品添加劑應用基礎DM北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005氧化劑與增效劑的復合作用效果比不加增效劑的效果[0陳文瞬植物油脂中的天然抗氧化劑食品研究與開(kāi)發(fā),1989(2好,其中以0.015%TBHQ+0.005%PG001%檸檬酸復合作用的抗氧化效果最好,是同組最低抗氧化效果的3倍,與[ MADHAVI D L Food antioxidants [M]. New York: Marcel Dekker不加抗氧化劑的米糠油相比,抗氧化效果也提高了8倍,為解決米糠油的儲存問(wèn)題提供了有力的理論依據[12] LOLIGER R The use of antioxidants in food in free radicals and food中國煤化工[3]GB參考文獻:[4]BRACNMH Grk: Mareel Dekker, Inc[張偉敏鐘耕王煒單不飽和脂肪酸營(yíng)養及其生理功能研究概況糧食與油脂,2005(3):1315[15] BLOCK G, LANGSETH L Antioxidant vitamins and disease preven[2]吳時(shí)敏.功能性油脂M]北京:中國輕工業(yè)出版社,2004too[] Food Techno 1994, 48: 80-842011年第2期創(chuàng )新與借鑒中國釀造總第227期145突破了供生產(chǎn)酒精用淀粉非用麥芽不可的狀況網(wǎng)。因此,2結果與分析利用傳統酒曲對發(fā)酵新原料菊芋進(jìn)行研究意義深遠。另21菊芋原料分析外,傳統的制曲是多種微生物進(jìn)入曲料競爭生存,能適應制曲環(huán)境的保存下來(lái)并生長(cháng)繁殖積累了豐富的代謝產(chǎn)物豪1菊芋粉的組成成分分析和種類(lèi)繁多的酶系的過(guò)程。因此與單菌種發(fā)酵相比酒Table 1. Composition analysis of Jerusalem artichoke powder組成成分水分%總糖%還原糖%曲能夠提供更豐富穩定的發(fā)酵菌種與酶系更加有利于乙質(zhì)量分數4225醇生產(chǎn)的工業(yè)化自20世紀30年代以來(lái)菊芋一步法生產(chǎn)乙醇的工藝主由表1可知,菊芋全粉成分主要包括糖類(lèi)化合物粗纖要是利用具有產(chǎn)菊粉酶的酵母,直接發(fā)酵生產(chǎn)酒精該法維、全氮、灰分其中總糖的質(zhì)量分數為4225%,還原糖質(zhì)的最終發(fā)酵醪酒精含量較低同時(shí)菊粉的轉化率也較低明。量分數為6.1%。因此,直接利用菊芋粉發(fā)酵產(chǎn)乙醇是可鑒于酒曲擁有更豐富穩定的發(fā)酵菌種與酶系且菊芋糊化行的,此外,菊芋全粉中還含有一定量的蛋白質(zhì)和灰分,不溫度較淀粉質(zhì)原料低的特性0,本試驗在對幾種酒曲發(fā)需添加氮源和無(wú)機鹽可以降低乙醇發(fā)酵的成本。酵效果比較的基礎上,選取了發(fā)酵效果最佳的安琪釀酒曲2,2料液比對發(fā)酵的影響進(jìn)行進(jìn)一步研究,以達到直接利用優(yōu)良的傳統酒曲發(fā)酵新料液比影響發(fā)酵的醪液濃度和酶濃度在32℃搖床培原料菊芋生產(chǎn)乙醇的目的。養料液比分別設為14、1:5、1:6、1:7和1:8。發(fā)酵結束后測1材料與方法定酒精度和還原糖含量,結果見(jiàn)表2。11原料與試劑菊芋:2009年11月份采摘于南京農業(yè)大學(xué)海洋863江裹2料液比對乙醇發(fā)酵的影響蘇大豐實(shí)驗基地;安琪酸酒曲:安琪酵母股份有限公司:乙Table 2. Effect of materal-liquid ratio料液比酒精度%vol殘還原糖含量/(g·100mL)酒精產(chǎn)率%醇(分析純):上海中試化工總公司:3,5二硝基水楊酸(DNS)33.772 molL NaOH200mL、酒石酸甲鈉130g結晶酚5g、亞硫酸52840鈉5g;葡萄糖:中國醫藥集團上?；瘜W(xué)試劑公司。0.242279312試驗儀器1:75.10.20128.161:8020027.77Agilent7890AGC配有氫火焰離子檢測器(FID)和Agilent Chemstation:美國 Agilent:公司; SpectraMax M5酶標由表2可知,在上述條件下,隨著(zhù)料液比的增大,殘還儀:美國 molecular devices公司:161A2電熱鼓風(fēng)干燥箱:原糖量減少酒精度明顯下降,酒精產(chǎn)率整體也呈下降趨上海試驗廠(chǎng):SHz881臺式水浴恒溫振蕩器:中國江蘇太勢。當料水比為4時(shí),酒精度和酒精產(chǎn)率均達到最大值,倉市光明實(shí)驗分析儀器廠(chǎng):DH乙D恒溫冷凍振蕩培養箱:分別為107%和337y%太倉市實(shí)驗設備廠(chǎng);滅菌鍋:北京發(fā)恩科貿有限公司1213測定方法還原糖:采用3,5-二硝基水楊酸比色總糖測定:采用蒽酮比色法酒度測定:色譜條件色譜柱: HP-FFAP30m25μm);升溫程序:升溫至200C:載氣N)流速15mL/min壓力24KPa,進(jìn)樣量02uL:分流比1:50。134試驗計算酒精產(chǎn)量(g2×109%酒精產(chǎn)率=原料總重(g時(shí)間/d囝1料液比對乙醇發(fā)酵的影響14試驗工藝Figure 1. Effect of solid- liquid ratio on ethanol fementation14.1工藝流程菊節→100℃殺酶5min→切片烘干→粉碎→過(guò)40目篩→菊芋粉→由圖1可知,當料液比為1:4和1:5時(shí),乙醇含量最高值調漿→糊化→滅菌→加入酒曲→發(fā)酵出現在34而隨著(zhù)醒誠濃度的降低,當料液比為16、1:7142操作要點(diǎn)和1:8中國煤化工.這是因為酒曲中微菊芋粉:準確稱(chēng)量10g菊芋粉每組3個(gè)平行。生物的CNMHG有一定關(guān)系,在一定糊化:糊化溫度為50℃,糊化時(shí)間30min范圍內酶反應速度隨醪液濃度增加而成正比例增大。但滅菌:115℃滅菌30min當醪液濃度達到一定值時(shí),反應速度便不再增加,超過(guò)時(shí)011No2146· Serial No227China BrewingInnovation and Knowledge transfe活力反而下降同時(shí)酶自身濃度在一定范圍內時(shí)濃度高,定發(fā)酵的最佳時(shí)間為60h生成物也多。但這并非完全成正比關(guān)系。當酶濃度達到一定限度以上時(shí),反應速度也成一定值而變化極小。因此在適合的醪液濃度和酶液濃度時(shí),酒精度最高,原料出酒率也最高。結合表2和圖1,確定14為發(fā)酵產(chǎn)乙醇的最佳料水比。2.3適宜發(fā)酵溫度的確定發(fā)酵溫度影響酒曲中各種微生物的作用效果和繁殖速度。調漿使料液比為1:4,搖床培養,設定溫度為28℃、時(shí)間/h32℃、36℃C、40℃C圖3發(fā)酵時(shí)間對乙醇發(fā)酵的影響Figure 3. Effect of fermentation time on ethanol fermentation3結論32℃C31通過(guò)試驗,確定發(fā)酵最佳料液比為1:4,最佳發(fā)酵溫度36℃為36℃,最佳發(fā)酵時(shí)間為60h。在此條件下發(fā)酵,酒精度可達121%V,酒精產(chǎn)率達38.9%32將酒曲應用于菊芋發(fā)酵生產(chǎn)乙醇,其原料價(jià)格低廉、操作步驟簡(jiǎn)單、穩定性好,具有良好的應用前景。時(shí)間/d圖2發(fā)酵溫度對乙醇發(fā)酵的影響參考文獻:Fgue2. Effect of fermentation temperature on ethanol fermentation]陳銘達,劉兆普菊芋的加工及開(kāi)發(fā)利用門(mén)中國林副特產(chǎn),2004(4)由圖2可知,當發(fā)酵溫度為28℃、3℃和36℃時(shí),酒精2孫紀錄,賈英民,桑亞新菊芋資源的開(kāi)發(fā)利用門(mén)食品科技,2003度于發(fā)酵第3d達到最大值,分別10.1%vo、1l4%vl和(1):27-2998%vol:而當發(fā)酵溫度為40℃時(shí),乙醇含量最高值出現在]周正曹海龍朱豫等菊芋替代玉米發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的初步研究西北農業(yè)學(xué)報,200817(4):297-301第2d。這是因為隨發(fā)酵溫度的升高,酵母熱耐受性降低,雖傅金泉中國酒曲的起源與發(fā)展史探i中國酸造,2010(6:180185然起始發(fā)酵迅速較早達到乙醇含量最高值但隨著(zhù)發(fā)酵(徐顆宣徐爾尼馮乃憲等微生物混菌發(fā)酵應用研究進(jìn)展門(mén)中國時(shí)間的延長(cháng),酵母死亡率增加,導致后發(fā)酵幾乎停止,水解釀造,2008(9):14.產(chǎn)生的可發(fā)酵性糖利用不完全使得乙醇含量下降并且向ADMM因為發(fā)酵迅速,過(guò)程不易控制,試驗過(guò)程中,發(fā)酵第3d,發(fā)39-176酵溫度為40℃的發(fā)酵液出現醋酸味因此,通過(guò)此試驗確門(mén) GUIRAUDJ F, DAURELLES. GALZY P. Alcohol production from定發(fā)酵的最適溫度為32℃Jerusalem artichoke using yeasts with inulinase activity[]. Biotechnol24適宜發(fā)酵時(shí)間的確定Bioeng,1981,23:487493發(fā)酵時(shí)間影響發(fā)酵產(chǎn)物的質(zhì)量以及原料和設備的利 GUIRAUD J P, DAURELLES J, GALZY P. Alcohol production from用率。料液比14,在32℃搖床培養,發(fā)酵時(shí)間分別設定為Jerusalem artichoke using yeasts with inulinase activity[]. Biotechnoll2h、24h、36h、48h、60h、72h、84h、96h和108h9]袁文杰趙心清白風(fēng)武一步法發(fā)酵菊芋產(chǎn)乙醇菌種的篩選及產(chǎn)酶由圖3可知在上述條件下隨著(zhù)發(fā)酵時(shí)間的延長(cháng),乙醇條件酶學(xué)性質(zhì)的研究門(mén)生物加工過(guò)程2008,6(6):2529含量先增加,后減少并在發(fā)酵60h時(shí)達到最高值(121%vo。[李杰菊芋醇發(fā)酵工藝的初步研究南京:南京農業(yè)大學(xué)說(shuō)明隨著(zhù)發(fā)酵時(shí)間的延長(cháng),酵母利用的可發(fā)酵性糖越來(lái)越碩士論文,2009少,在極度匱乏的條件下,酵母菌有可能利用已生成的乙[l李合生植物生理生化試驗原理和技術(shù)M]北京:高等教育出版社,醇為原料來(lái)維持其生存將乙醇轉化為酸等物質(zhì)最終導[12]李俊俊,唐艷斌唐湘華,等復合酶在菊芋粉發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇中致酒精度隨發(fā)酵時(shí)間的延長(cháng)而下降。因此,通過(guò)此試驗確的應用[門(mén)釀酒科技,2009(3):65中國煤化工《中國釀造》201年每?jì)訷HNMHG元