玉米生料釀酒工藝優化及設備選型的研究

王瑛+喻恩森+張捷+嚴一紅

摘要：通過正交試驗對玉米生料釀酒的工藝進行了優化研究。結果表明，玉米生料釀酒的最佳條件以生料酒曲添加量0.7%，加水量300 kg/100 kg玉米粉，介質pH 4.0，玉米粒度140目為宜，攪拌式發酵反應器為較好的發酵設備。

關鍵詞：玉米;生料釀酒;正交試驗;發酵設備

中圖分類號：S513;TS261.4 ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：0439-8114（2014）21-5230-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.21.047

Optimization of Wine Brewing with Uncooked Corn Materials and Equipment Selection

WANG Ying，YU En-sen，ZHANG Jie，YAN Yi-hong

（Enshi Polytechnic College， Enshi 445000， Hubei， China）

Abstract： Technology of brewing wine with raw mainze was optimized with orthogonal design. The results showed that optimal conditions were distilled yeast dosage of 0.7%， the amount of water of 300 kg/100 kg raw materials， the best medium pH of 4.0 and maize particle size of 140. The most suitable equipment for wine making with raw maize was agitated fermentation equipment.

Key words： maize; raw material wine making; orthogonal experiment; fermentation equipment

生料釀酒就是釀酒酵母利用生淀粉直接進行生長、繁殖及代謝的過程[1]。玉米中淀粉含量較高，達到70%～72%。在釀酒過程中，首先微生物利用自身代謝所產生的α淀粉酶、β淀粉酶、葡萄糖淀粉酶等將生淀粉轉化成葡萄糖，在乙醇轉化酶的作用下，將葡萄糖轉化成乙醇，并排出細胞外。與傳統高溫蒸煮工藝相比，可以節約能源，提高出酒率，設備利用率提高30%，具有操作簡便，便于工業化生產等優點[2]。20世紀20年代Stamberg提出α淀粉酶可將4%～10%的小麥生淀粉水解[3]，研究者在生料淀粉水解方面進行了大量研究。我國的釀酒業以大米為主要原料，由于大米原料日益緊缺，價格高漲，束縛了我國釀酒行業的發展，而玉米作為一種高產作物，其價格低廉。但在我國，玉米大部分作為飼料的原料，如果能夠進行綜合利用，進一步完善玉米生料釀酒工藝，提高出酒率，改善成品酒口感風味，對降低對大米的依賴和生產成本具有重要的意義。

將玉米的胚芽和表皮脫掉，僅用胚乳發酵，可避免因高含量的高級脂肪酸酯、丙烯醛等的產生而影響酒的質量[4]。生料發酵時不需要經過高溫滅菌處理，雜菌數目多，為抑制雜菌污染，可在發酵液中加入防腐劑，如青霉素、焦性亞硫酸鉀等[5]。但防腐劑的加入，會影響發酵相關酶類的活性。研究發現，只要控制發酵液的最初pH為4.0左右，雜菌也能得到抑制，也不影響生料發酵酶類的活性[6]。

發酵設備選型對于生料釀酒和熟料釀酒工藝而言，都是其工藝流程中的關鍵。傳統的開放式生料釀酒設備，發酵效率低下，出酒率、口感風味均達不到現代化釀酒工藝的要求，因此有必要對生料釀酒設備進行選型，以篩選出高效節能、符合現代化釀酒技術發展趨勢的生料釀酒反應器。

本試驗以去表皮和胚芽的玉米為材料，通過生料酒曲菌種選育，菌種加量、顆粒大小、料水來源與比例等的確定對玉米生料釀酒工藝進行了優化，并對相關設備選型進行了比較分析，旨在為推動生料釀酒技術的普及提供理論指導。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

玉米（鄂玉26），生料酒曲（山東海天釀造設備有限公司生產的快速高產生料酒曲、襄陽德林生物制品廠生產的小神童生料酒曲、永州雅大科技實業有限公司生產的雅大牌生料高產酒曲，分別記為Y1，Y2，Y3），純凈水，磷酸等。

1.2 ?儀器及設備

DHP-9162型電熱恒溫培養箱（上海柏欣儀器設備廠），BX-9030A型250度精密立式鼓風干燥箱（上海柏欣儀器設備廠），LH-A80型酒精測定儀（杭州陸恒生物科技有限公司）;手持糖量計（杭州陸恒生物科技有限公司）;TP310型臺式精密酸度計（北京時代新維測控設備有限公司）;轉鼓式發酵器、旋轉圓盤式發酵機和攪拌式發酵反應器（鎮江恒順醬醋廠）。

1.3 ?方法

1.3.1 ?生料酒曲的篩選 ?為了確定3種生料酒曲的發酵性能，將玉米粉碎成140目的顆粒細粉，按100 kg玉米細粉加入30 ℃左右的溫水300 kg，按0.7%的比例加入生料酒曲，在30 ℃條件下進行發酵。在5、10、13、20、25、35、40、50、60、70、80 h時用酒精測定儀測定酒精度。并在1～9 d內用手持糖量計每天測定發酵液表觀糖度變化，手持糖量計的操作流程參照黃雪松[7]的方法。

1.3.2 ?玉米生料釀酒工藝的優化 ?為了確定玉米生料釀酒的最優工藝，在前人研究[6，8-11]的基礎上，采用4因素3水平的正交試驗，以顆粒大小、加水量、介質 pH、酒曲添加量為因素，發酵溫度30 ℃，以100 g玉米粉為基準，以發酵酒產量和表觀糖濃度為指標，每天測定直至乙醇含量和表觀糖度不再升高為止。正交試驗因素和水平見表1。

1.3.3 ?發酵反應器的選型 ?為了比較不同發酵器的出酒能力，通過測定在最優工藝條件下的酒精度，控制發酵溫度為30 ℃，比較轉鼓式發酵器、旋轉圓盤式發酵機和攪拌式發酵反應器3種發酵設備（分別記為X1，X2和X3）的發酵性能。

2 ? 結果與分析

2.1 ?生料酒曲的篩選

酒曲發酵出酒率的高低顯示出酒曲發酵性能的好壞，以此作為酒曲篩選的評判標準之一。篩選出的酒曲發酵出酒率結果如圖1所示。由圖1可知，Y1酒曲在10 h時乙醇體積分數達到最大值，其他兩種酒曲則在13 h時達到最大值，隨后發酵力逐漸下降，產酒精能力也逐步減小，Y1酒曲在35 h出現第二個發酵高峰，Y3酒曲則在40 h出現第二個高峰期，Y2酒曲則沒有出現第二個高峰期。從整個發酵過程中的總出酒率可以看出，Y1的出酒率最大，達到56.06%，Y3次之，為43.7%。

酒曲中的酵母所利用的糖來自酒曲中所含的糖化酶、液化酶對淀粉水解而產生的糖類，通過測定發酵液中糖濃度含量的變化，可以了解酒曲的作用效果。對發酵液表觀糖度的測定結果如圖2所示。結果表明，Y1、Y2、Y3酒曲的表觀糖度在第六天均達到最高值，隨后逐步降低;Y1酒曲的糖度高于Y2與Y3，因此以Y1酒曲作為玉米生料釀酒的發酵菌種。

2.2 ?玉米生料釀酒工藝的優化

由表2中的極差值可知，各指標對乙醇體積分數的影響大小依次為酒曲添加量、介質pH、原料顆粒大小、加水量;各指標對發酵液表觀糖度的影響依次為原料顆粒大小、介質pH、酒曲添加量、加水量。從中可以得出，最佳因素水平組合為原料顆粒大小140目，加水量為300 kg/100 kg玉米粉，介質pH 4.0，酒曲加量為0.7%。

2.3 ?發酵反應器的選型

為比較不同的發酵器的出酒能力，通過測定在最優工藝條件下的乙醇體積分數，比較了轉鼓式發酵器、旋轉圓盤式發酵機和攪拌式發酵反應器（分別記為X1、X2和X3）的發酵性能，結果如圖3所示。由圖3可知，發酵設備X2的發酵乙醇體積分數較X1和X3高，發酵能力最強。生料發酵液的乙醇體積分數隨發酵時間的變化而變化，生料發酵的時間為3～5 d，發酵液的最終乙醇體積分數可達13.53%。

3 ?討論

3.1 ?生料酒曲的篩選

生料發酵所用的酒曲為白酒發酵提供豐富的酵母種類、發酵酶（如糖化酶、液化酶等）及白酒調味物質，其質量的好壞直接關系到白酒的出酒率和酒質。本試驗對來自3個廠家的酒曲進行發酵性能對比發現，Y1的酒曲在10 h時乙醇體積分數達到最大值，其他兩種則在13 h時達到最大值，隨后發酵力逐漸下降，產乙醇能力也逐步減小。Y1酒曲在35 h出現第二個發酵高峰，Y3則在40 h出現第二個高峰期，Y2沒有出現第二個高峰期。何靜等[12]研究了來自閩清新農星食品商貿有限公司的生料酒曲，同樣發現有兩次發酵高峰的出現。本試驗中Y1的總出酒率最大，達到56.06%，Y3次之，為43.7%。從表觀糖度來說，Y1的糖度高于Y2與Y3，因此以Y1為玉米生料釀酒的最佳酒曲發酵菌種。

3.2 ?玉米生料釀酒工藝

生料酒曲發酵力的強弱與酒曲中所含的糖化酶活力、酵母量的高低有關。李祥等[6]通過試驗發現，液化淀粉酶（α淀粉酶）與糖化酶混合使用時，糖化酶的活力升高到原來的3～5倍，因此，酒曲的篩選不是淀粉酶、糖化酶及酵母菌的簡單復合。但酒曲過量的情況下，因酵母量大，可能會導致酸性物質的產生，影響酒的口感和質量。韋珂等[8]、曾凡洲等[10]研究發現，0.7%的酒曲加量，發酵液的發酵力最強，與本試驗研究結果一致。

生料的粒度有利于淀粉與酒曲的接觸，粒度的大小影響出酒率[13]，也影響酒的風味。粒度過粗，發酵結束時有硬心存在于玉米粒中間，即生料沒有完全被利用;粒度過細，不僅粉碎時耗能多， 而且混入的皮、胚較多，發酵雖透徹，但是酒香味和口感不好。本試驗結果表明，140目的玉米顆粒用于釀酒時，出酒率最高，最適合于生料發酵釀酒，發酵液的表觀糖度適宜。

加水量的多少直接影響著生料粉漿濃度，濃度過高，會對出酒產生抑制作用。韋珂等[8]研究發現料水比為1∶4時，玉米生料乙醇發酵產率最高，而劉振等[9]研究發現1∶2為最佳料水比，本試驗發現加水量在300 kg/100 kg玉米粉時較適合。

用磷酸調節發酵液的pH，將發酵系統控制在酸性范圍，可高效殺滅雜菌，本研究將pH控制在4.0時，發酵系統的發酵性能最高。這與何靜等[12]、韋珂等[8]研究結論不同，其研究發現最佳發酵起始pH分別為5.0與5.5。

3.3 ?發酵反應器的選型

要使生料釀出的酒具有醇和爽凈的優雅品質，而又兼具清、濃醬或其他香型的獨特風味，發酵設備的選擇至關重要。石貴陽等[14]在研究外環流式發酵罐用于玉米生料乙醇發酵時，發現較大的高徑比對發酵有利。本試驗結果表明，攪拌式發酵反應器的發酵能力最強。

3.4 ? 生料釀酒與熟料釀酒的比較

玉米經過前期蒸煮消毒，制成熟料釀酒具有發酵速度快、殘糖濃度低的特點，出酒率在28%～30%[15]，本研究發現生料釀酒出酒率達到56.06%，表明生料釀酒的淀粉和原料出酒率比熟料釀酒高，而且熟料玉米更多的消耗其他材料，特別是煤炭等資源。因此，采用玉米生料比熟料釀酒更具有優勢。

4 ?結論

通過對生料釀酒的酒曲篩選和工藝進行了研究和優化，最佳發酵酒曲和工藝為山東海天釀造設備有限公司提供的快速高效生料酒曲，原料顆粒大小為140目，加水量為300 kg/100 kg玉米粉，介質pH為4.0，酒曲添加量為0.7%，并確定攪拌式發酵反應器為最適宜的發酵設備。

參考文獻：

[1] 劉義剛.無蒸煮原料液態法釀酒技術初探[J].釀酒科技，1999（5）：49-50.

[2] 盧世明.再論生料釀酒的特點及其工藝操作[J].釀酒科技，2001（1）：107-110.

[3] 王俊英.真菌葡萄糖淀粉酶對生淀粉的降解及酒精發酵[J].中國釀造，1983（2）：32-34.

[4] 劉長貴.以玉米做釀酒原料的合理途徑[J].中國釀造，1984（5）：22-23.

[5] 王懷能.生淀粉糖化酶的研究[J].釀酒科技，2000（3）：32-34.

[6] 李 ?祥，呂嘉櫪，李小奎.生料釀酒工藝技術研究[J].釀酒科技，2002（6）：42-44.

[7] 黃雪松.利用手持糖量計估計葡萄酒發酵液的糖度和酒度[J]. 葡萄酒釀造與栽培，1990（3）：60-62.

[8] 韋 ?珂，黎金鋒，覃曉霞，等.玉米淀粉質原料生料酒精發酵的研究[J].廣西農業生物科學，2007，26（3）：253-255.

[9] 劉 ?振，馮書曉.玉米生料發酵制乙醇[J].釀酒，2008，35（2）：42-44.

[10] 曾凡洲，衛 ?民，蔣劍春，等.乙醇發酵菌種的選育及發酵條件的初步探索試驗[J].生物質化學工程，2010，44（5）：35-40.

[11] 高宗穎，王振斌.玉米生料發酵生產酒精的研究[J].農產品加工·學刊，2011（11）：16-19.

[12] 何 ?靜，廖樹全，章冰潮，等.生料酒曲的菌種優選及配方研究[J].食品工業科技，2003（增刊）：143-148.

[13] 辛崇博.玉米芯原料生產燃料乙醇的研究[D].遼寧大連：大連理工大學，2013.

[14] 石貴陽，馬文超，張 ?梁，等.外環流式發酵罐用于玉米生料酒精發酵的研究[J].西北農林科技大學學報（自然科學版）， 2005，33（11）：73-77.

[15] 王鵬銀，郭學武，黃 ?媛，等.玉米原料生料和熟料釀酒工藝的比較[J].釀酒科技，2007（8）：17-20.

（責任編輯 ?趙 ?娟）

參考文獻：

[1] 劉義剛.無蒸煮原料液態法釀酒技術初探[J].釀酒科技，1999（5）：49-50.

[2] 盧世明.再論生料釀酒的特點及其工藝操作[J].釀酒科技，2001（1）：107-110.

[3] 王俊英.真菌葡萄糖淀粉酶對生淀粉的降解及酒精發酵[J].中國釀造，1983（2）：32-34.

[4] 劉長貴.以玉米做釀酒原料的合理途徑[J].中國釀造，1984（5）：22-23.

[5] 王懷能.生淀粉糖化酶的研究[J].釀酒科技，2000（3）：32-34.

[6] 李 ?祥，呂嘉櫪，李小奎.生料釀酒工藝技術研究[J].釀酒科技，2002（6）：42-44.

[7] 黃雪松.利用手持糖量計估計葡萄酒發酵液的糖度和酒度[J]. 葡萄酒釀造與栽培，1990（3）：60-62.

[8] 韋 ?珂，黎金鋒，覃曉霞，等.玉米淀粉質原料生料酒精發酵的研究[J].廣西農業生物科學，2007，26（3）：253-255.

[9] 劉 ?振，馮書曉.玉米生料發酵制乙醇[J].釀酒，2008，35（2）：42-44.

[10] 曾凡洲，衛 ?民，蔣劍春，等.乙醇發酵菌種的選育及發酵條件的初步探索試驗[J].生物質化學工程，2010，44（5）：35-40.

[11] 高宗穎，王振斌.玉米生料發酵生產酒精的研究[J].農產品加工·學刊，2011（11）：16-19.

[12] 何 ?靜，廖樹全，章冰潮，等.生料酒曲的菌種優選及配方研究[J].食品工業科技，2003（增刊）：143-148.

[13] 辛崇博.玉米芯原料生產燃料乙醇的研究[D].遼寧大連：大連理工大學，2013.

[14] 石貴陽，馬文超，張 ?梁，等.外環流式發酵罐用于玉米生料酒精發酵的研究[J].西北農林科技大學學報（自然科學版）， 2005，33（11）：73-77.

[15] 王鵬銀，郭學武，黃 ?媛，等.玉米原料生料和熟料釀酒工藝的比較[J].釀酒科技，2007（8）：17-20.

（責任編輯 ?趙 ?娟）

參考文獻：

[1] 劉義剛.無蒸煮原料液態法釀酒技術初探[J].釀酒科技，1999（5）：49-50.

[2] 盧世明.再論生料釀酒的特點及其工藝操作[J].釀酒科技，2001（1）：107-110.

[3] 王俊英.真菌葡萄糖淀粉酶對生淀粉的降解及酒精發酵[J].中國釀造，1983（2）：32-34.

[4] 劉長貴.以玉米做釀酒原料的合理途徑[J].中國釀造，1984（5）：22-23.

[5] 王懷能.生淀粉糖化酶的研究[J].釀酒科技，2000（3）：32-34.

[6] 李 ?祥，呂嘉櫪，李小奎.生料釀酒工藝技術研究[J].釀酒科技，2002（6）：42-44.

[7] 黃雪松.利用手持糖量計估計葡萄酒發酵液的糖度和酒度[J]. 葡萄酒釀造與栽培，1990（3）：60-62.

[8] 韋 ?珂，黎金鋒，覃曉霞，等.玉米淀粉質原料生料酒精發酵的研究[J].廣西農業生物科學，2007，26（3）：253-255.

[9] 劉 ?振，馮書曉.玉米生料發酵制乙醇[J].釀酒，2008，35（2）：42-44.

[10] 曾凡洲，衛 ?民，蔣劍春，等.乙醇發酵菌種的選育及發酵條件的初步探索試驗[J].生物質化學工程，2010，44（5）：35-40.

[11] 高宗穎，王振斌.玉米生料發酵生產酒精的研究[J].農產品加工·學刊，2011（11）：16-19.

[12] 何 ?靜，廖樹全，章冰潮，等.生料酒曲的菌種優選及配方研究[J].食品工業科技，2003（增刊）：143-148.

[13] 辛崇博.玉米芯原料生產燃料乙醇的研究[D].遼寧大連：大連理工大學，2013.

[14] 石貴陽，馬文超，張 ?梁，等.外環流式發酵罐用于玉米生料酒精發酵的研究[J].西北農林科技大學學報（自然科學版）， 2005，33（11）：73-77.

[15] 王鵬銀，郭學武，黃 ?媛，等.玉米原料生料和熟料釀酒工藝的比較[J].釀酒科技，2007（8）：17-20.

（責任編輯 ?趙 ?娟）