四种酵母在酒精大生产中的应用

isooyahligem

摘 要：酵母作为发酵过程中的主要微生物， 其质量直接决定了酒精发酵的效果。研究选择了 4 种活性干酵母进行发酵对比试验的研究并得出实验结论， 从而选择出发酵能力较强、 挥发酸较低、 产酒率高的两种活性干酵母产品应用到大生产中。
关键词：酵母；发酵；还原糖；产酒率；
中图分类号：TS262.2 文献标识码：B 文章编号：1674-3520（2014）-08-00-02
酵母菌是一类不同于细菌的单细胞真核微生物。现代工业中可将酵母作为发酵过程中的主要微生物来酿制酒类、 乙醇等。目前， 酒精发酵的菌种主要以酵母菌为主。通过糖酵解途径， 酵母菌在氧气充足的条件下进行有氧呼吸， 将葡萄糖高效分解成CO 2 和 H 2 O，在无氧条件下将葡萄糖分解成 CO 2 和C 2 H 5 OH 。在酿酒工业中， 可将酵母菌在不同条件下
的分解方式， 通过控制通气量情况来实现酒精的最大产量生产，即在酿酒过程中先通入一定量的氧气让酵母菌进行有氧呼吸，目的是在有氧阶段进行大量出芽生殖， 快速达到酵母个体的扩增量。 继而进行酵母菌的无氧呼吸， 从而将葡萄糖转化为酒精。
酵母菌的种类很多， 包括孢子酵母、 产冬孢子类酵母、 掷孢酵母和无孢子酵母等， 涵盖 60 多个类别，500多种。在酒精发酵行业里， 酒精发酵的效果直接取决于酵母的质量。从众多种类的酵母中选择优良品种的耐性强的酿酒酵母对我国许多研究单位来说提出了新的要求。 酿酒活性干酵母是现代高新技术融合发展的一种生物活性制品，具有发酵性能优良、细胞耐性强、絮凝性好、保存期长等特点。随着石化燃料的日趋紧张和环境污染的日益严重， 开发利用新型能源燃料乙醇已变的极其普遍。为了增加市场竞争力， 降低生产成本， 提高淀粉质原料的利用率，对于酿酒活性干酵母的优良品质的要求也越来越高。
利用以玉米为原料的酒精生产过程， 以发酵时间长短差异的条件对比， 从而验证 4 种不同酵母的发酵性能， 根据出酒率、 还原糖、 残总糖等的关键发酵指标来分析， 最终选取出较好的酵母， 为进一步在生产中的应用奠定了基础。现如今在酒精生产过程中，玉米已成为广泛应用的主要原料，下面仅以玉米为原料从酒精酒精生产的一系列过程，来验证4 种不同酵母的发酵性能。通过实验数据对各种酵母优势的分析。
一、材料和方法
（一）材料
1、原料与酵母
原料为玉米。
酵母品种 1#、 2#、 3#、 4# 分别购自 A、 B、 C、 D 公司。
2、试剂与酶
20% 氢氧化钠、 10% 硫酸、 尿素、 磷酸氢二胺。液化酶、糖化酶标示酶活力分别 为 260000 u/ m L 和8000u/ m L。
3、主要仪器设备
高效液相色谱仪、 数码显微镜、 恒温震荡培养箱、 阿贝折射仪、 红外水分测定仪、 恒温水浴锅、 血球计数板、 分析天平、 酸度计、 低速离心机等。
（二）实验方法
1、实验方案
本试验采用两批实验的发酵时间不同进行比对，实验一发酵时间控制为 55h，其余按工艺流程中参数执行。 实验二发酵时间控制为 65h。 其余按工艺流程中参数执行。
2、 实验工艺流程
原料→粉碎→液化→糖化→酒母→发酵
3、原料粉碎
取原料玉米共 2. 2kg， 于样品磨迅速磨成玉米粉。并取 4 个 1000m L 三角瓶标记 1#～4# 备用， 按每个样瓶加 220 克玉米粉计， 分别置于 1#～4# 三角瓶中并在每个瓶中加 100m L 过滤水和 400m L 蒸发冷凝液， 搅拌均匀。
4、醪液的液化
通过 20% 氢氧化钠溶液调节每个试样的 pH值，使其在 5. 2～5. 8 之间；每个试样瓶中加入0. 02m L 液化酶 （为准确添加可将液化酶稀释至一定倍数）， 搅拌均匀， 在 95℃水浴条件下维持 50 分钟后冷却至 65℃。
5、 醪液的糖化
通过 10% 稀硫酸溶液调节每个试样的 pH ， 使其在 4. 0～4. 8 之间； 向每个试样分别加入 0. 2m L 糖化酶 （为准确添加可将液化酶稀释至一定倍数） ， 搅拌均匀， 在 65℃水浴条件下维持 60 分钟。
6、醪液的发酵
将糖化醪冷却至 35℃左右。 分别准确称取重量W x。准确称取不同厂家的酵母 1#～4#，每份样品0. 15 克， 对应加入 1#、 2#、 3#、 4# 三角瓶中， 后加入30m L 蒸馏水， 在 35℃条件下， 复水活化 30m i n， 并用20m L 蒸馏水进行洗瓶， 一并加入试样中。将锥形瓶连接好导气管及吸收瓶，进行整体称重并记录， 置于 35℃生化培养箱中进行发酵，同时连续振荡搅拌。 实验一进行发酵时间 55 小时后， 最终定容 1#～4# 三角瓶溶液至 720m L。
7、对比实验
其他条件不变， 实验二发酵时间为 65h， 进行另一批实验。
二、结果与分析
（一） 实验一发酵数据分析
1、 发酵过程中酵母检测
发酵 23h： 镜检： 酵母生长均健壮， 均未见死亡。
发酵 46h： 镜检： 1# 酵母部分衰老， 均未见死亡。
发酵 55h： 镜检： 酵母衰老严重顺序： 1#、 4#、 3#、2#， 但均未见死亡。
2、 发酵 23h 结束分析
3、发酵结束分析
发酵 55h 结束时， 分析 1#～4# 三角瓶中发酵成熟醪的指标如下：
4、发酵 55h 发酵成熟醪液相分析（ 见表 3）
5、原料产酒率计算
通过公式计算得出 1#～4# 发酵醪的产酒率：
1# 产酒率% =29. 45； 2# 产酒率% =29. 75
3# 产酒率% =30. 62； 4# 产酒率% =30. 94
（二）实验二发酵数据分析
1、 发酵 65h 发酵成熟醪指标分析 （见表 4 ）
2、 发酵 65h 成熟醪液相分析 （见表 5 ）
3、发酵过程中酵母形态
发酵 17h、 63h 电子显微镜下 3# 和 4# 酵母的形态图见图 2：
4、原料产酒率计算
通过公式计算得出 1#～4# 发酵醪的产酒率：
1#产酒率%=30.23
1# 产酒率% =30. 23
2# 产酒率% =30. 55
3# 产酒率% =31. 21
4# 产酒率% =31. 54
三、讨论
从实验数据对比分析， 可以得出如下结论：
（一）实验一讨论
1、酵母 1# 从原料出酒率等指标看，效果尚好，只是有时残总糖波动较大，后期发酵速率较好， 残还原糖偏高， 导致后期残总糖也偏高。
2、酵母 2# 由于发酵比较旺盛， 原料出酒率等各项指标较好， 但不是很稳定， 发酵后期残还原糖偏高。
3、酵母 3# 从原料出酒率及残总糖、还原糖看，指标都比较接近安琪， 但是其前期发酵不如 4# 快，但总的挥发酸还是偏低的。
4、酵母 4# 总体讲各批次实验比较稳定， 无论是原料出酒率， 还是残总糖及还原糖， 指标都比较稳定， 只是个别批次杆菌较多。
（二）实验二讨论
1、4# 酵母前期发酵速度快，整个发酵周期相对较短； 3# 酵母延滞期稍长些， 但中期发酵速度较快；其它两种酵母速度一直比较平缓。
2、在发酵至 23h， 4# 酵母的产酒率比 3# 酵母高11. 8% ， 比 1# 的高 15. 7% ， 比 2# 的高 22. 14% 。而在65h， 酒分从高低的顺序为 4#- 3#- 1#- 2#。
3、从多批次实验数据的平均值分析残总糖、 还原糖及挥发酸：残总糖从低到高依次为 4#- 3#-2#-1#；残还原糖从低到高依次为 3#- 2#- 1#-4#。挥发酸从低到高依次为 3#- 1#- 2#-4#。
通过对上述分析， 可以看出 3# 和 4# 酵母具有较大的优势，可以继续在大生产中试验进一步验证， 从而增加辅料的竞争性。
参考文献：
[1]贾树彪，李盛贤，吴国锋.新编酒精工艺学[M].北京：化学工业出版社，2006，17
[2]周鹏.乙醇生产介绍-第一部分酶制剂简要概述[J].酒精，2005，4：48-50
[3]段钢.新型酒精工业用酶制剂技术与应用[M].北京：化学工业出版社，2010，1
作者简介：于波，男，1989年12月19日， 河北科技大学 制药工程专业，承德避暑山庄企业集团有限责任公司，生产专员。