酒曲在菊芋发酵生产乙醇中的应用

2011No2·144· Serial No227China BrewingInnovation and Knowledge Transfer酒曲在菊芋发酵生产乙醇中的应用冯迪,隆小华,刘兆普南京农业大学江苏省海洋生物学重点实验室江苏南京210095)摘要:菊芋是一种极具潜力的乙醇发酵原料,利用安琪酿酒曲具有发酵菊芋生产乙醇的能力研究安琪酿酒曲应用于菊芋发酵生产乙醇的工艺参数。确定最佳工艺条件为以14w)的料液比调浆,32℃发酵60h。在此工艺条件下酒精度可达121%v,酒精产率达3819%。从试验结果可推论,利用安琪酸酒曲发酵菊芋生产乙醇是可行的。关键词:菊芋;酒曲;乙醇;发酵中图分类号:TQ9206文献标识码:A文章编号: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(俗称洋姜、鬼子姜)属菊科向日葵属。其主要成用非粮作物生产燃料乙醇是我国燃料乙醇产业发展的基分是多聚果糖除此之外还含有淀粉、蛋白质、纤维素、半本方向。因此,菊芋成为可代替粮食作物生产燃料乙醇用纤维素、果胶质等成分。这些成分在酶的作用下可被分的很有潜力的能源植物解成易于被酵母利用的成分而产生乙醇的物质。另外,菊我国酿酒历史悠久,酒曲中蕴藏了丰富的有用微生物芋具有耐寒、耐旱、耐盐碱、抗风沙、适应性广、繁殖性强等资源。19世纪末法国人卡尔迈特从我国的酒药中分离出优点在全国各地均有分布。在粮食资源紧缺的今天,利糖化力强的莓菌应用在酒精生产上,号称“阿米诺法”,才收稿日期:2010-1013基金项目:国家“948~项目(2009-);公益性行业(农业)科研专项经费项目(20090001405);南京农业大学青年创新基金K08010作者简介:冯迪(1983-),女,山东东营人,硕士研究生,研究方向为微生物发酵:刘兆普·教授,通讯作者。檬酸组合的抗氧化效果最为显著。[3]翁新楚吴侯抗氧化剂的抗氧化活性的测定方法及其评价门中3结论国油脂,2000,25(6):119122(63+)℃加速氧化试验结果表明米糠油本身具有较汪家铭米油的深加工及开发应用前景门江苏食品与发酵203(1):3134好的贮存稳定性,在18d-21d之前都处于稳定期,相当于[5]意永鹏蒙刚,米糠的综合利用[门化学教育,2006(1):45,16常温条件下18-21个月的保质期。添加抗氧化剂可明显提(6]凌关庭,唐述潮陶民强食品添加剂手册队北京:化学工业出版高米糠油抗氧化性,延长贮存稳定性。 TBHQ, PG和BHT3社,2003种抗氧化剂对米糖油的抗氧化效果不同,其中以TBHQ的四李嘉陈波水方建华植物油抗氧化剂合成润滑材料.20032抗氧化效果最好,其次为PG、BHT。对米糠油而言复合抗Q):1824.氧化剂的抗氧化效果优于单一抗氧化剂的,其中以黄池宝,罗宗铭食品抗氧化剂的种类及其作用机理门广东工业大学学报,2001,18(3):77-800015%TBHQ+0.005%PG组合的抗氧化效果最好。复合抗9]胡国华食品添加剂应用基础DM北京:化学工业出版社,2005氧化剂与增效剂的复合作用效果比不加增效剂的效果[0陈文瞬植物油脂中的天然抗氧化剂食品研究与开发,1989(2好,其中以0.015%TBHQ+0.005%PG001%柠檬酸复合作用的抗氧化效果最好,是同组最低抗氧化效果的3倍,与[ MADHAVI D L Food antioxidants [M]. New York: Marcel Dekker不加抗氧化剂的米糠油相比,抗氧化效果也提高了8倍,为解决米糠油的储存问题提供了有力的理论依据[12] LOLIGER R The use of antioxidants in food in free radicals and food中国煤化工[3]GB参考文献:[4]BRACNMH Grk: Mareel Dekker, Inc[张伟敏钟耕王炜单不饱和脂肪酸营养及其生理功能研究概况粮食与油脂,2005(3):1315[15] BLOCK G, LANGSETH L Antioxidant vitamins and disease preven[2]吴时敏.功能性油脂M]北京:中国轻工业出版社,2004too[] Food Techno 1994, 48: 80-842011年第2期创新与借鉴中国酿造总第227期145突破了供生产酒精用淀粉非用麦芽不可的状况网。因此,2结果与分析利用传统酒曲对发酵新原料菊芋进行研究意义深远。另21菊芋原料分析外,传统的制曲是多种微生物进入曲料竞争生存,能适应制曲环境的保存下来并生长繁殖积累了丰富的代谢产物豪1菊芋粉的组成成分分析和种类繁多的酶系的过程。因此与单菌种发酵相比酒Table 1. Composition analysis of Jerusalem artichoke powder组成成分水分%总糖%还原糖%曲能够提供更丰富稳定的发酵菌种与酶系更加有利于乙质量分数4225醇生产的工业化自20世纪30年代以来菊芋一步法生产乙醇的工艺主由表1可知,菊芋全粉成分主要包括糖类化合物粗纤要是利用具有产菊粉酶的酵母,直接发酵生产酒精该法维、全氮、灰分其中总糖的质量分数为4225%,还原糖质的最终发酵醪酒精含量较低同时菊粉的转化率也较低明。量分数为6.1%。因此,直接利用菊芋粉发酵产乙醇是可鉴于酒曲拥有更丰富稳定的发酵菌种与酶系且菊芋糊化行的,此外,菊芋全粉中还含有一定量的蛋白质和灰分,不温度较淀粉质原料低的特性0,本试验在对几种酒曲发需添加氮源和无机盐可以降低乙醇发酵的成本。酵效果比较的基础上,选取了发酵效果最佳的安琪酿酒曲2,2料液比对发酵的影响进行进一步研究,以达到直接利用优良的传统酒曲发酵新料液比影响发酵的醪液浓度和酶浓度在32℃摇床培原料菊芋生产乙醇的目的。养料液比分别设为14、1:5、1:6、1:7和1:8。发酵结束后测1材料与方法定酒精度和还原糖含量,结果见表2。11原料与试剂菊芋:2009年11月份采摘于南京农业大学海洋863江裹2料液比对乙醇发酵的影响苏大丰实验基地;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残还原糖含量/(g·100mL)酒精产率%醇(分析纯):上海中试化工总公司:3,5二硝基水杨酸(DNS)33.772 molL NaOH200mL、酒石酸甲钠130g结晶酚5g、亚硫酸52840钠5g;葡萄糖:中国医药集团上海化学试剂公司。0.242279312试验仪器1:75.10.20128.161:8020027.77Agilent7890AGC配有氢火焰离子检测器(FID)和Agilent Chemstation:美国 Agilent:公司; SpectraMax M5酶标由表2可知,在上述条件下,随着料液比的增大,残还仪:美国 molecular devices公司:161A2电热鼓风干燥箱:原糖量减少酒精度明显下降,酒精产率整体也呈下降趋上海试验厂:SHz881台式水浴恒温振荡器:中国江苏太势。当料水比为4时,酒精度和酒精产率均达到最大值,仓市光明实验分析仪器厂:DH乙D恒温冷冻振荡培养箱:分别为107%和337y%太仓市实验设备厂;灭菌锅:北京发恩科贸有限公司1213测定方法还原糖:采用3,5-二硝基水杨酸比色总糖测定:采用蒽酮比色法酒度测定:色谱条件色谱柱: HP-FFAP30m25μm);升温程序:升温至200C:载气N)流速15mL/min压力24KPa,进样量02uL:分流比1:50。134试验计算酒精产量(g2×109%酒精产率=原料总重(g时间/d囝1料液比对乙醇发酵的影响14试验工艺Figure 1. Effect of solid- liquid ratio on ethanol fementation14.1工艺流程菊节→100℃杀酶5min→切片烘干→粉碎→过40目筛→菊芋粉→由图1可知,当料液比为1:4和1:5时,乙醇含量最高值调浆→糊化→灭菌→加入酒曲→发酵出现在34而随着醒诚浓度的降低,当料液比为16、1:7142操作要点和1:8中国煤化工.这是因为酒曲中微菊芋粉:准确称量10g菊芋粉每组3个平行。生物的CNMHG有一定关系,在一定糊化:糊化温度为50℃,糊化时间30min范围内酶反应速度随醪液浓度增加而成正比例增大。但灭菌:115℃灭菌30min当醪液浓度达到一定值时,反应速度便不再增加,超过时011No2146· Serial No227China BrewingInnovation and Knowledge transfe活力反而下降同时酶自身浓度在一定范围内时浓度高,定发酵的最佳时间为60h生成物也多。但这并非完全成正比关系。当酶浓度达到一定限度以上时,反应速度也成一定值而变化极小。因此在适合的醪液浓度和酶液浓度时,酒精度最高,原料出酒率也最高。结合表2和图1,确定14为发酵产乙醇的最佳料水比。2.3适宜发酵温度的确定发酵温度影响酒曲中各种微生物的作用效果和繁殖速度。调浆使料液比为1:4,摇床培养,设定温度为28℃、时间/h32℃、36℃C、40℃C图3发酵时间对乙醇发酵的影响Figure 3. Effect of fermentation time on ethanol fermentation3结论32℃C31通过试验,确定发酵最佳料液比为1:4,最佳发酵温度36℃为36℃,最佳发酵时间为60h。在此条件下发酵,酒精度可达121%V,酒精产率达38.9%32将酒曲应用于菊芋发酵生产乙醇,其原料价格低廉、操作步骤简单、稳定性好,具有良好的应用前景。时间/d图2发酵温度对乙醇发酵的影响参考文献:Fgue2. Effect of fermentation temperature on ethanol fermentation]陈铭达,刘兆普菊芋的加工及开发利用门中国林副特产,2004(4)由图2可知,当发酵温度为28℃、3℃和36℃时,酒精2孙纪录,贾英民,桑亚新菊芋资源的开发利用门食品科技,2003度于发酵第3d达到最大值,分别10.1%vo、1l4%vl和(1):27-2998%vol:而当发酵温度为40℃时,乙醇含量最高值出现在]周正曹海龙朱豫等菊芋替代玉米发酵生产乙醇的初步研究西北农业学报,200817(4):297-301第2d。这是因为随发酵温度的升高,酵母热耐受性降低,虽傅金泉中国酒曲的起源与发展史探i中国酸造,2010(6:180185然起始发酵迅速较早达到乙醇含量最高值但随着发酵(徐颗宣徐尔尼冯乃宪等微生物混菌发酵应用研究进展门中国时间的延长,酵母死亡率增加,导致后发酵几乎停止,水解酿造,2008(9):14.产生的可发酵性糖利用不完全使得乙醇含量下降并且向ADMM因为发酵迅速,过程不易控制,试验过程中,发酵第3d,发39-176酵温度为40℃的发酵液出现醋酸味因此,通过此试验确门 GUIRAUDJ F, DAURELLES. GALZY P. Alcohol production from定发酵的最适温度为32℃Jerusalem artichoke using yeasts with inulinase activity[]. Biotechnol24适宜发酵时间的确定Bioeng,1981,23:487493发酵时间影响发酵产物的质量以及原料和设备的利 GUIRAUD J P, DAURELLES J, GALZY P. Alcohol production from用率。料液比14,在32℃摇床培养,发酵时间分别设定为Jerusalem artichoke using yeasts with inulinase activity[]. Biotechnoll2h、24h、36h、48h、60h、72h、84h、96h和108h9]袁文杰赵心清白风武一步法发酵菊芋产乙醇菌种的筛选及产酶由图3可知在上述条件下随着发酵时间的延长,乙醇条件酶学性质的研究门生物加工过程2008,6(6):2529含量先增加,后减少并在发酵60h时达到最高值(121%vo。[李杰菊芋醇发酵工艺的初步研究南京:南京农业大学说明随着发酵时间的延长,酵母利用的可发酵性糖越来越硕士论文,2009少,在极度匮乏的条件下,酵母菌有可能利用已生成的乙[l李合生植物生理生化试验原理和技术M]北京:高等教育出版社,醇为原料来维持其生存将乙醇转化为酸等物质最终导[12]李俊俊,唐艳斌唐湘华,等复合酶在菊芋粉发酵生产燃料乙醇中致酒精度随发酵时间的延长而下降。因此,通过此试验确的应用[门酿酒科技,2009(3):65中国煤化工《中国酿造》201年每册YHNMHG元