食品工程2009年第3期FOOD ENGINEERING9月出版生料乙醇發(fā)酵試驗(yàn)Experiments on ethanol fermentation of uncooked rice費(fèi)立發(fā)·張鵬(滄州市制酒廠技術(shù)科滄州061000FEI 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(duì)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(guó)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(dá)國(guó)家,起步更早。作為替代產(chǎn)的觀察、分析、化驗(yàn),探討生料乙醇發(fā)酵工藝的可品,其能夠被廣泛應(yīng)用的前提是性能優(yōu)于或接近被行性。實(shí)驗(yàn)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(yǎng)的酒曲,可以保誣生料大米乙醇經(jīng)濟(jì)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(dāng)前就成為首選。易,設(shè)備少,節(jié)約能源,出酒率高,顯著降低產(chǎn)品在傳統(tǒng)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(duì)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(yàn)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(dǎo)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(yīng)用。and the starter, then fermented for a 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, he fer-新設(shè)備、開(kāi)發(fā)新工藝的途徑,從目前的現(xiàn)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(jié)省設(shè)hol content were analysed and tested. This technology had備,而且可以顯著節(jié)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(yǎng)的酒曲,對(duì)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討性的試驗(yàn),同時(shí)以相同條件下的熟料發(fā)酵做對(duì)比f(wàn)ollows: the inoculation quantity was 1%, the ratio of rawrial to water was 1:25, innoculate temperature was1試驗(yàn)?zāi)康?6C, and fermentation period was 13 d-14 d.keywords crude rice; ethanol-fermentation feasiblea)通過(guò)對(duì)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(biāo)的觀察分析,驗(yàn)證生料中國(guó)煤化工費(fèi)立發(fā),男,1966年出生,1987年畢業(yè)于河北化工學(xué)院食品CNMHG境溫度、不同接工程系,工程師。種溫度友靜的刈比,明疋迫且的工藝條件收稿日期:2009-08-11200年第3期費(fèi)立發(fā),等:生料乙醇發(fā)酵試驗(yàn)9月出版喪2第二輪分析化驗(yàn)結(jié)果2實(shí)驗(yàn)器材還原糖殘淀粉時(shí)間m/0 DmLg/100mLg/100mL3L三角瓶、恒溫箱、蒸餾裝置?！干辖M熟料組生料組熟料組生料組熟料組14.23原料0803.121440803147.8大米:黑龍江建三盛達(dá)精米加工廠生產(chǎn),水分615300213.2g/0Og、淀粉71g/l00g0803.18|90生料高產(chǎn)曲:湖南永州產(chǎn);自來(lái)水:PH=7。42第二輪實(shí)驗(yàn)4試驗(yàn)步驟a)操作步驟同第一輪實(shí)驗(yàn)。b)加曲量均增至1%,加曲溫度降至35℃。4.1第一輪實(shí)驗(yàn)c)恒溫箱溫度調(diào)至30℃。a)分別稱取1000g大米兩份,直接放入兩個(gè)觀察結(jié)果見(jiàn)表3,分析化驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。3L三角瓶?jī)?nèi),按原料質(zhì)量的25倍加水,調(diào)節(jié)品溫衰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。b)分別稱取1000g大米兩份,浸泡蒸熟。將生料組熟料組生料組熟料組蒸熟的大米攤晾打散降溫,要求松散無(wú)飯團(tuán)。分別放入兩個(gè)三角瓶,按原料質(zhì)量的1.5倍加水,在品溫08.03.2536℃條件下加入原料質(zhì)量0.5%的酒曲,攪拌均勻,66密封放置于33℃恒溫箱中。34c)發(fā)酵2d后,每隔2d攪拌一次,觀察記錄0發(fā)酵醪的溫度、pH。結(jié)果見(jiàn)表1。08.04.01衰1第一輪發(fā)酵記錄08.04.035555發(fā)酵溫度08.04053350804.06生料組熟料組生料組熟料組表4第二輪分析化驗(yàn)結(jié)果2008030636酒精度還原糖殘淀粉時(shí)間m0omLg/100mLg/100mL2008031034生料組熟料組生料組熟料組生料組熟料組0803.2714.8200803.1234350803.2913716.31.00920080314335208066353080331144169004接近于0200031833.50804011522008032033中國(guó)煤化工d)自第二次攪拌開(kāi)始,分別取生料、熟料發(fā)004CNMHG酵醪各一個(gè)做樣品,化驗(yàn)分析酒精度、糖度變化情8a4061650.06況。結(jié)果見(jiàn)表2。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(wěn)定的水平,這是由雙邊5試驗(yàn)結(jié)果發(fā)酵工藝的機(jī)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(duì)優(yōu)勢(shì)的根霉菌,均勻的層層51第一輪實(shí)驗(yàn)作用于原料,這就為同時(shí)占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位的酵母511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(jī)會(huì)出酒折體積濃度96%的酒精為340g繁殖。當(dāng)根霉菌與酵母繁殖到一定的數(shù)量,發(fā)酵達(dá)原料出酒率=出酒質(zhì)量÷原料質(zhì)量×10%到平衡狀態(tài),在這樣一個(gè)平緩的、持續(xù)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=340%÷(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(wěn)定。從化式中:71%大米的淀粉含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)驗(yàn)結(jié)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(xiàn)象,發(fā)酵所處的環(huán)境有利于酵512熟料組母保持旺盛的活力,雜菌也沒(méi)有機(jī)會(huì)繁殖。同時(shí)隨出酒折體積濃度96%酒精為3837g著發(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=388711000×100%=3837%。繁殖。在這種發(fā)酵機(jī)理作用下,生料乙醇發(fā)酵的原淀粉利用率=3837%÷(71%×60.54%)×100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(xiàn)雜菌污染,并能使發(fā)酵安全52第二輪實(shí)驗(yàn)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)521生料組勢(shì),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?gòu)?fù)活,保證發(fā)酵原料出酒率=381.7/000×100%=3817%。的啟動(dòng),把接種溫度設(shè)計(jì)在35℃~36℃,可以避淀粉利用率=38.17%÷(η1%×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(雜菌繁殖的適宜溫度為37℃-50℃)。在雙邊發(fā)酵的殘?jiān)盏寐?烘干后的殘?jiān)|(zhì)量÷原料質(zhì)量ⅹ機(jī)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(xiàn)發(fā)酵過(guò)猛、品溫過(guò)高的現(xiàn)象,從發(fā)酵品溫的觀察522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3906g原料出酒率=39661000×100%=3906%。7試驗(yàn)結(jié)論淀粉利用率=3906%÷(71%×60.54%)×100%a)以整粒大米為原料,接種以純根霉、酵母殘?jiān)盏寐?2461000×100%=246%培養(yǎng)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(yàn)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(yàn)結(jié)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-143d-4d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)酵的表面觀察正是發(fā)酵旺盛期。在這個(gè)糖化等工序。②設(shè)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4V凵中國(guó)煤化工備,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(shè)CNMHG原。節(jié)約了粉碎發(fā)酵的過(guò)程中沒(méi)有染菌的現(xiàn)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(jié)能效果顯著,可大(下轉(zhuǎn)第34頁(yè)食品工程200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(duì)腸量隨著pH值的下降而增加,當(dāng)pH值降到3.5左右桿菌數(shù)含量變化影響的差異性不顯著(P>005),不添時(shí)達(dá)到最高峰,之后有所下降?？梢酝茰y(cè)pH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(zhǎng),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(bào)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(xiàn),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(zhǎng)受到抑制,從而使得3討論亞硝酸鹽含量也減少。本研究結(jié)果表明:泡菜在不同處理?xiàng)l件下均出4結(jié)論現(xiàn)“亞硝峰”,但出現(xiàn)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?yàn)榇笏庵泻袔€基化合物能夠與亞硝酸形成脂類化合物從而降低了亞硝酸鹽參考文獻(xiàn)的含量,泡菜中的雜菌可以把硝酸鹽還原成為亞硝[1]賈琦,葉秀蘧,楊成根不同處理對(duì)常見(jiàn)葉萊中亞硝酸鹽酸鹽,而大蒜中含有植物殺菌素具有很強(qiáng)的抑菌作含量的影啊門(mén)江蘇農(nóng)業(yè)研究,1997,18(2):94-%6.用。較少加量的大蒜能夠有效抑制雜菌(腸桿菌2]林觀犍林家寶陳火英影響蔬菜瑞酸鹽含量累積因素等)生長(zhǎng)的同時(shí),乳酸菌能夠很好的生長(zhǎng),乳酸菌的探討[門(mén)]上海農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào),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,魏毓大白萊腌漬發(fā)酵研究的現(xiàn)狀、趨勢(shì)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]段輸英泡菜亞對(duì)酸益積累問(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(duì)亞硝酸鹽的清白菜發(fā)酵過(guò)程中有多種有機(jī)酸的生成,其中乳除作用[食品工業(yè)與科技,200(1):142-143.酸具有抑制雜菌生長(zhǎng)的作用。隨著發(fā)酵的進(jìn)行,發(fā)[6]燕平梅薛文通張息等不同貯藏甘籃中亞硝酸鹽變化酵白菜鹵中pH值整體呈下降趨勢(shì),且趨向硝酸還的研究[J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(shì);{7]盧芳,王偉萍,古麗巴哈大蒜素片體外押菌實(shí)驗(yàn)斷但隨著發(fā)酵時(shí)間的繼續(xù)延長(zhǎng),發(fā)酵白菜鹵中pH值疆中醫(yī)藥,2000(2):9-10.更低,低pH有利于乳酸菌的生長(zhǎng),而且可以抑制8]周光燕,張小平,仲凱等乳酸菌對(duì)泡菜發(fā)酵過(guò)程中亞硝酸鹽含量變化及泡萊品質(zhì)的影響[]西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)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)欣接種乳酸菌腌制漬菜過(guò)程中亞硝酸鹽變化規(guī)律隨著發(fā)酵過(guò)程的進(jìn)行,可滴定酸的量增加,pH的研究[中國(guó)畜產(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(dāng)pH值[Io]白小軍,高欣,劉瑾,等食鹽與大蒜發(fā)酵泡萊品質(zhì)的對(duì)比降低到3.5以下時(shí),腸桿菌的數(shù)量降到0,真菌數(shù)分析[門(mén)]食品工程,200(2):35-38;42量也有所減少,亞硝酸鹽含量也降低。乳酸菌的數(shù)333公公④$公3公公68公④43388488384公公35器含上接第26頁(yè))大降低產(chǎn)品成本。④出酒率高,淀中國(guó)煤化工粉利用率高。原料出酒率可達(dá)39%,淀粉利用率可1]看CNMHGIM北京輕工業(yè)出達(dá)90%。⑤人員減少,節(jié)省開(kāi)支。工序的簡(jiǎn)化,帶來(lái)的是操作人員的減少,費(fèi)用的降低[2]蔡定域釀酒工業(yè)分析手冊(cè)[M]北京:輕工業(yè)出版社,1988