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现代生物技术在传统白酒产业中的应用

发布时间:2014-03-19    浏览次数:1476 次

 

现代生物技术在传统白酒产业中的应用

   

白酒产业是我国的一大传统民族工业,多年来为我国的国民经济发展作出了较大贡献,如何面对我国已加入WTO的现实,实现传统产业的提升和进一步发展,是摆在全行业面前的大课题。笔者认为越具民族性的产业,越具世界性,但传统产业必须与现代科学技术紧密结合,才能使古老的传统产业插上腾飞的翅膀。

20世纪60年代轻工业部组织专家对白酒生产工艺的查定和总结,揭开了白酒工业“足踢手摸,人窖观天象”等神秘面纱,白酒工业从此步入了科学发展的道路。近年来,生物技术生物技术的发展,也被有意识地渗入到白酒产业的各个环节,极大地推动了白酒产业的发展,提高了我国白酒生产的科学技术水平。本文拟就现代生物技术在传统白酒产业中的应用进行简要概述。

1 现代生物技术在酒曲中的应用

以酒曲酿酒是我国先民的一项伟大发明,在世界酿酒史上独树一帜。现代生物技术在酒曲中的应用已经非常广泛:

1.1 强化大曲的生产

60年代中期开始,随着对大曲微生物的深入研究,人们在踩曲配料时,加入纯种培养的菌株,以便提高大曲的酶活力,进而减少用曲量,此种方法称之为强化大曲。强化大曲与普通曲的区别在于前者是人为接种大量微生物,使其与优质大曲特定的微生物区系近似。[1]现在推广的强化大曲中不仅移植有酵母、霉菌等优良菌系,并加入酯化生香功能菌,包括红曲霉及生香酵母,使得其使用效果明显。

    强化大曲用于酿酒试验,可降低用曲量58%,提高出酒率25%,优质品率提高5%左右。[2

1.2代谢指纹技术在曲药分析中的应用

   曲药分析检测手段的不完善一直是制约传统白酒制曲质量提高的一个重要原因。新兴的快速检测技术丰富了曲药分析检测手段,代谢指纹技术应用于曲药的分析研究,不仅可较为准确的刻画曲药的性质,对不同种类、来源、性质的曲药进行较为有效地区分与归类,而且还可以分析出某种具体因素对曲药微生物群系造成的具体影响,从而达到科学指导生产的目的。

    代谢指纹指微生物通过BioLog MicroPlate(美国BioLog公司生产的一种微孔板,包括96个微孔,每一个微孔中包含一种不同的选择性碳源),培养所呈现的一种特征性的反应图纹(当微生物可以并开始利用微孔内的碳源时,细胞的呼吸会使存在于微孔内的四氮唑盐还原而显色)。使用MicroPlate阅读器并利用一定的统计分析软件,便可对这种反应图纹进行有效的分析。[3

2       现代生物技术在白酒酿造中的应用

2.1人工培养己酸菌的应用

2.1.1人工老窖技术

   “千年老窖产好酒”是长期生产实践的科学总结,为了加速新窖的老熟,利用直接培养己酸菌的方法制备窖泥,涂布到窖池的内表面,这就是人工老窖。[1]现代人工老窖技术利用甲烷菌、己酸菌共窖的生理生态关系,根据其“种间氢转移”原理,即己酸菌发酵产生氢用于甲烷发酵产生甲烷使己酸菌消除了量的抑制而促进了产酸,最终提高己酸乙酯含量。[4]使得其效果优于使用单一己酸菌。

2.1.2人工培养己酸菌用于灌窖

    采用人工培养己酸菌液进行灌窖,不但可向酒醅内直接加入大量己酸及己酸前体物质参与发酵,同时还可向酒醅中带入大量己酸菌,使己酸菌直接接种到酒醅内部,扩大己酸菌的接种范围和接种数量。[5]

2.1.3 夹泥发酵

    微生物最适在窖泥与酒醅接触面栖息,并将其作为活动场所,因此浓香型酒窖池在保持容积不变的前提下,应充分考虑最大限度的扩大单位体积酒醅占窖泥的表面积(A值)。[6]夹泥发酵(在发酵粮糟中,每甑或隔甑铺入两寸左右的人工优质窖泥)使己酸菌和窖泥微生物活动区域相应增大,从而提高出酒酒质。[7

2.2 酶制剂的应用

    酶是生物细胞合成的具有高度催化活性物质的特殊蛋白质,是一种生物催化剂。酿酒工业中广泛应用的酶主要是糖化酶、液化酶、纤维素酶、蛋白酶、酯化酶等,具有酶活力强、用量少、使用方便等优点,适量添加可提高出酒率和品质。

2.2.1 糖化酶

糖化酶又称葡萄糖淀粉酶,它能从淀粉的非还原性末端开始,依次水解α-14葡萄糖苷键,也能缓慢水解α-16键和α-13键,转化为葡萄糖。其作用条件为4065℃、pH 3.05.5。应用于酿酒生产,既要保持原酒的风味特色,又要提高出酒率、简化操作,故特别要重视保持原有的生产工艺,尤其是传统工艺。[8

2.2.2 耐高温α-淀粉酶

该酶制剂是一种内切淀粉酶,能在较高温度下随机水解淀粉、可溶性糊精及低聚糖中的α-14糖苷键,酶作用后可使糊化淀粉的粘度迅速降低、变成液体淀粉,水解生成糊精和少量葡萄糖、麦芽糖。其适用条件为8597℃,pH5.57.0  

2.2.3 中温α-淀粉酶

    该酶能以随机的方式切断淀粉分子的α-14葡萄糖苷键,使淀粉分解成长短不一的短链糊精和少量的低分子量糖类,从而使淀粉的粘度迅速下降,达到液化淀粉的作用,故又称其为液化酶。其作用条件为6070℃,pH6.07.0

2.2.4 酸性蛋白酶

酸性蛋白酶是一种在酸性环境下(pH2.54.0)催化水解动植物蛋白质的酶制剂。在白酒生产过程中添加适量酸性蛋白酶能提高出酒率(促进原料中蛋白质降解为氨基酸,使得酵母营养丰富,活力增强,从而提高出酒率);改善风味(氨基酸本身是风味物质,又可进一步转化为其它风味成分,从而改进风味);降低杂醇油含量(酵母繁殖过程减少了从糖代谢过程中间体酮酸生成高级醇的数量)[9]。其作用条件为40℃,pH3.0

2.2.5 纤维素酶

    纤维素酶制剂由内切葡聚糖酶、纤维二糖水解酶和β-葡萄糖苷酶组成,能将纤维素水解为葡萄糖。在低温蒸煮酒精发酵过程中应用纤维素酶处理原料,出酒率可提高5%以上,而且可降低醪液粘度。[10]其作用条件为5060℃,pH4.05.0

2.2.6生淀粉酶

    生料发酵可节省大量人力、物力,品均出酒率较传统工艺出酒率高,其关键在于使粮食生淀粉进行有效水解的糖化酶。生淀粉酶所涉及的酶有α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、脱枝酶,都有对生淀粉酶作用的成分。具有可将传统工艺的糊化、液化、糖化合并为一步,直接糖化的优点。[11

2.3纯菌种发酵技术在酿酒生产上的应用

   自然酒曲发酵是传统酿酒工艺的重要特征。采用优良纯菌种进行酿酒生产,是我国酿酒工业的重大科技成果。

2.3.1红曲酯化酶在浓香型大曲白酒上的应用

     红曲酯化酶是将酿酒大曲中分离到的红曲野生菌种,应用遗传工程等手段加以改造,利用纯培养技术生产的一类粗酶制剂,具有很强的酯化能力。在浓香型大曲酒中应用广泛,以提高其出酒优级率。另外,由于红曲酯化反应可大幅提高己酸乙酯,从而减少酒醅中己酸的积累,有利于酵母的增殖,且具有一定的糖化力,故有利于提高出酒率。武汉佳成生物制品有限公司在伊川杜康等十多个酒厂生产中应用红曲酯化酶等均取得了良好的经济效益。[12]

2.3.2曲霉菌和酵母菌在固态法和液态白酒生产中的应用

    1995年轻工业部等总结的“烟台酿制白酒操作法”在全国第一届酿酒专业会议上向全国推广,取得了很好的效果。其操作核心是“麸曲酒母”,即纯种提高糖化和发酵力,从而提高出酒率。它标志着纯种发酵技术的成功,为我国酿酒工业采用纯种发酵提供了经验,是我国酒曲史上的一项重大革命。[2

2.3.3根霉和酵母制曲在小曲白酒上的应用

    1978年采用As3.866根霉或Q303根霉和酵母分别制成麸皮根霉曲和麸皮固体酵母,配合用于小曲白酒生产,荣获“全国科学大会奖”。[2

2.3.4细菌在细菌麸曲生产上的应用

    80年代,贵州省轻工科研所在麸曲酱香型酒研制、生产中,采用6株细菌为一组扩大培养制成细菌麸皮曲,用于酱香型麸曲白酒生产,其产出酒香型具有典型酱香型风格,该技术被推广后,均收到提高酒产量和质量的效果。[2

2.3.5活性干酵母在白酒生产上的应用

2.3.5.1 生香活性干酵母:

生香活性干酵母在我国近年生产和应用已非常广泛,其应用于各种麸曲白酒、清香型大曲酒及小曲酒的生产中,可大幅度提高酒中总酯及乙酸乙酯含量。但其产酒能力相对较低。

2.3.5.2耐高温酿酒高活性干酵母

   其典型特征为在酿酒过程中能耐温(主发酵可达42℃)、耐酸、抑制升酸,适用于小烧、麸曲、小曲以及生料发酵等,由于耐温,夏季可正常生产,冬季可高温入池(温度可达30℃)。在操作上更方便、更简捷,用量更少,出酒更多、更快。

2.3.5.3常温型酿酒高活性干酵母

这类酵母除了不具备耐温性能外其它性能与耐高温酿酒高活性干酵母相似,但用量比耐高温酒酵母增加3050%。

酒精活性干酵母产酒精能力特别强,但在酒发酵中酯化能力很低。要想既提高出酒率又保持酒的香味,必须与酯化酶和生香活性干酵母配合使用。

3 现代生物技术在废水废液综合利用中的利用

3.1黄水的利用-红曲酯化液

   传统白酒生产中的黄水一部分留窖,另一部分作为废水排掉,既浪费了粮食又污染了环境,武汉佳成生物制品有限公司经过多年应用研究,采用红曲酯化技术可变废水为宝,其具体制作方法如下:

3.1.1制作方法

    a) 配方 ①黄水  50%;②酒尾(20°) 20%;③曲粉  2%;④香醅  2%;    ⑤超浓缩复合己酸菌液  58%;⑥酒精 10%;⑦己酸  2%;⑧酯化酶(酯化红曲) 8%。

    b) 培养方法

    将上列物质①~⑤按比例配好后,放入大缸搅拌均匀(测试pH4.56.0),密封,3035℃左右保温培养,每天搅拌一次,培养15天左右,将液体取出至另一缸(罐)中,加入配方中的⑥、⑦、⑧项物质,调整PH 3.54.5,搅拌均匀,密封,50℃左右培养,每天搅拌一次,依发酵情况,培养1520天,开缸可闻到浓郁的己酸乙酯香气。

3.1.2黄水酯化液的应用

3.1.2.1制作高酯调味酒

      将酯化液上清液注入分馏器,收集酒精含量60%以上馏出液,残液循环使用,馏出液香味浓烈,可作为高酯调味酒。

3.1.2.2 串蒸酒醅

酯化液成熟后,大量香味成分除游离在液体内,还有相当部分以吸附形式附着在沉于底部的固形物中,将其串蒸酒醅,可使白酒中己酸乙酯大幅增加。

3.1.3优点

红曲酯化液以自然发酵生成,与酒体能融洽结合,其酯香自然,无化学香精之“生香”、“浮香”味。同时,与酯化酶及己酸菌灌窖等多种措施综合运用,其效果更加显著。

3.2酿酒工业中废弃物的综合利用

    酿酒工业一方面需要原辅料经微生物发酵生产白酒等重要产品;另一方面也要在其生产过程中产生大量的废弃物,如CO2等气体、废水及废渣。在工业生态学形成、发展的今天,提出酿酒生态工程的创建及发展,使传统发酵的生物产业,结合酿酒工业生态工程技术向现代生物农业发展,对迎接未来知识经济的到来,促进民族工业和生物产业的健康发展有其深远的意义。

3.2.1酿酒废液经特种微生物好氧发酵,上层清液含有一定活力单位的α-淀粉酶和糖化酶,将其大部分(约70%)返回液化及糖化工序;

3.2.2二次发酵后固液分离,固态菌丝体经脱水及干燥,获得初蛋白含量>30%的饲料蛋白;

3.2.3废液高效厌氧处理产生沼气,采用如下新技术:①新型厌氧反应器;②新型固定化污泥技术;③添加微量元素;④新型膜分离技术。

3.2.4采用混合菌株的固态发酵技术,与废水废液配套,分别处理固态酿酒废渣,使之成为优质含酶饲料;以及处理厌氧发酵后的污泥,使之成为高效有机肥。

    由此,形成一个良性物质循环,使酒类企业无废弃物污染环境,又提高企业经济效益。[13

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