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生物技术在食醋酿造的作用

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1耐高温α-淀粉酶的应用

1.1α-淀粉酶的选择

目前,对于不同的食醋酿造企业来说,生产工艺不同,使用的淀粉酶也不相同,但大多数企业选择使用耐高温α-淀粉酶。由表1可知,耐高温α-淀粉酶的作用温度更高,更有利于夏季高温生产的顺利进行,且酶活力比中温α-淀粉酶高出5倍,淀粉液化所需时间比中温α-淀粉酶缩短近1倍,液化更彻底,水解产物更有利于酵母菌的作用,生产成本几乎是中温α-淀粉酶的10%。因此,采用耐高温α-淀粉酶对淀粉进行液化具有反应速度快,液化彻底,生产成本低等优势。

1.2液化

淀粉的液化采用3吨的不锈钢罐,罐体内胆直径为1.6m,高1.5m,罐底离地高1.0m,电机功率1.5kW。配有桨式搅拌器、蒸气加热管、蛇形冷却管、CIP自动清洗装置、人孔及视镜。每罐每批次投料650kg,同时加入1850kg自来水,大开蒸汽阀,使温度迅速升温至90℃左右,加入用70℃水保温后的耐高温α-淀粉酶120U/g,液化20~30min。为确定液化终点,测定还原糖的DE值可用斐林氏法或碘量法,但在实际生产中,由于液化反应速度快,液化时间短,为使可发酵性糖不因液化时间过久而转化成不可发酵性糖,通常使用碘试法来判断液化的终点。据有关资料显示,液化后的液化液具有香味,蛋白质絮凝效果好,呈渣水分离状,碘反应呈棕黄色,DE值为17%左右[2]。液化结束后,大开蒸汽阀,迅速升温至100℃,保持8~10min,以达到灭菌灭酶的目的,这一操作经常被很多企业所忽视,若不灭酶,淀粉酶继续作用液化醪,将可发酵性糖转化成不可发酵性糖,使得酒精发酵时酵母菌无法大量生长繁殖,导致酒精生成量减少,出酒率降低。

2多菌种复合糖化

液态发酵酿醋酶系简单,食醋风味差,醋酸刺激性强,不被消费者所接受;多菌种复合糖化采用根霉、AS3.758黑曲霉、AS3.350黑曲霉分开制曲混合发酵,丰富并加强成曲酶系的活力,达到酶系优势互补[3],提高原料的转化率,缩短糖化时间。根霉具有很强的糖化力和产酸力,除生成延胡索酸、乳酸等有机酸外,还生成芳香性的酯类物质,降低醋酸对味觉刺激性的同时,改善产品风味[4]。AS3.758黑曲霉具有较强的糖化力,生酸能力及耐酸性好,且能糖化生谷类原料[5],是目前酿醋行业中常用的糖化菌种,配合糖化酶使用,能达到很好的效果。AS3.350黑曲霉能分泌酸性蛋白酶、纤维素酶、糖化酶等,酸性蛋白酶有利于原料中蛋白质的水解,增加酵母可吸收氮,促进酵母生长繁殖,提高原料的出酒率[6]。糖化阶段补加糖化酶能弥补种曲糖化酶活力较弱的缺陷,提高糖化率。待液化醪降温至60~65℃后,以根霉曲∶AS3.758黑曲霉曲∶AS3.350黑曲霉曲按1∶4∶1的比例,糖化酶(酶活力为100000U/mL)按200U/g使用量投入糖化罐内进行复合糖化,加入糖化酶后糖化30~40min,待糖化醪冷却至27~32℃后,送至酒精发酵罐内。利用耐高温α-淀粉酶液化,多菌种复合糖化,同时补加糖化酶强化发酵,相比传统工艺,液化、糖化时间由5~7天缩短至50~60min,有机酸及酯类物质增加,醋酸的刺激性降低,食醋的风味及口感得到改善。

3活性干酵母的应用

耐高温活性干酵母不仅具有耐高温,耐酸度,抑制杂菌能力强,保证企业夏季高温生产的顺利进行等特性,主发酵时,温度可达42℃,而且发酵升温速度快,最高温持续时间长,保证了酒精的后续发酵,转换成更多酒精,为醋酸发酵打下了良好的基础[7]。生香酵母具有较强的好气性,能生成大量的酯类物质,改善酒醪的香味,但酒精产量较少。

3.1复水活化

在10倍于酵母干重38~40℃的无菌水中加入耐高温活性干酵母,活化时间控制在15~30min内;如果生产过程中酒精发酵的时间较长,也可不用活化,直接投入生产。将生香酵母加入10~20倍量的无菌水中,水温为35~38℃,复水5~10min后降温至30~32℃进行活化,活化时间控制在60min左右[8]。

3.2酒精发酵

酒精发酵采用3000L的不锈钢发酵罐,与液化糖化罐不同的是罐体配有pH电极、DO电极、温度电极接口、高效消泡桨。进料口以流加的方式向醪液中打入活化好的0.2%耐高温活性干酵母及0.2%生香酵母,流加速率由产量来决定,边流加边搅拌,主发酵温度控制在35~40℃,后期30~35℃,发酵周期为68~72h。酒精发酵结束后,发酵醪的酒精体积分数在9%左右,相比传统工艺,发酵周期缩短2~3天,酒醪中总酯含量提高50%左右。生产中应注意酵母复水活化用水要求无菌,防止出现杂菌污染;活化时间太久易造成酵母得不到足够的营养而出现过早老化的现象;前期发酵由于酵母数量少,易被杂菌污染,应加强卫生管理;主发酵期控制好发酵温度及时间,防止长时间高温酵母早期衰老,同时主发酵期产生的泡沫较多,注意消泡,防止泡沫与外界空气接触出现染菌现象。

4醋酸发酵

醋酸发酵实际是一个混合发酵的过程,少量残留葡萄糖转化为酒精,大量酒精被氧化成醋酸。醋酸菌是决定食醋质量和产量的重要因素之一,由于传统工艺的醋酸发酵完全依靠空气及麸皮上自然附着的醋酸菌,因此生产周期长,出醋率低,产品质量不稳定,而新工艺使用AS1.141醋酸菌,除氧化酒精速度快,耐酸性强,对醋酸的分解力弱之外,还能形成其他有机酸和酯类等组分,增加食醋的香味成分[9]。发酵好的酒醪与麸皮、醋酸菌种子分别在2个长6m,宽5m,高0.6m的醋酸发酵池内混合均匀,来回拌合2次,耙平堆积,面层用草席或薄膜盖严进行升温发酵。待温度上升至38℃时进行倒醅,调节温度,补充氧气,头2天醋酸菌菌体较少,是醋酸菌生长繁殖时期,压盖不严会造成温度下降,酒精挥发,导致产率下降。当品温上升到40℃时,可用竹竿或木桩做支撑,使草席或薄膜离醋醅大约3~5cm的距离,给足氧气以满足醋酸菌发酵的需要,但不宜过高,过高会导致品温迅速下降,菌体过早衰老。醋酸发酵约经20~25天,醋醅接近成熟,品温逐渐下降,每天取样检测,当醋酸含量达到7.5g/dL以上,醋醅呈红棕色,酸味刺鼻,即为成熟,此时应立即加盐封醅,避免醋酸被氧化分解成二氧化碳和水。

5后熟发酵

在陈酿后熟中,醋醅中的一些微好氧菌发生一系列生化反应,如氧化反应、酯化反应、美拉德反应等,色泽及风味均发生改变,产品酸味柔和,色泽加深,质地浓稠,并具有特殊的刺激食欲的醋香味[10]。经醋酸发酵后,醋醅中还残存大量的淀粉(麸皮含55%左右的淀粉[11])和蛋白质(麸皮含14%左右的蛋白质[12]),若不能被分解利用,易造成灌装后瓶中出现二次沉淀的现象,因此,醋醅还必须经过陈酿后熟,把未变成醋酸的酒精及中间产物进一步氧化为醋酸,同时进行酯化反应,改善食醋的风味及品质。陈酿前将80U/g用量的糖化酶、2%生香酵母活化液50U/g用量的酸性蛋白酶与成熟醋醅混匀,用抓斗运至长3.5m,宽2.0m,高1.2m的陈酿池中。每装一层醋醅就要人工踩紧压实,装至离顶缘20~30cm时,面层及四周撒上一层食盐,然后盖上薄膜,薄膜上再压一层食盐或沙子,后熟发酵3~5个月,温度控制在36~38℃。经过后熟发酵,淀粉及低聚糖进一步水解成单糖,蛋白质水解成氨基酸,食醋中不挥发酸含量提高4%~6%,总酯含量提高50%~70%,醋酸刺激性减小,原料利用率得到提高,每千克大米能出醋7.5~8.5kg,食醋的色、香、味都得到极大的改善,而且还解决了食醋产生二次沉淀的问题。

6小结

在传统食醋酿造工艺的基础上,利用现代生物技术进行技术革新,液化、糖化、酒化时间大幅度缩短,整个发酵周期缩短15~20天,醋汁酸度可达7~8g/dL,食醋中不挥发酸含量提高4%~6%,总酯含量提高50%~70%,每千克大米能出醋7.5~8.5kg。因此,利用新工艺生产出优质的食醋,实行产业化应用是可行的。目前,一些中小型企业在液化、糖化及酒精发酵阶段仍采用发酵池,在这种条件下加料、搅拌及温度控制必须人工加以掌握,降温为自然冷却,其他操作要点基本上没有太大的变化。如今,少数龙头企业对前液态发酵实行连续化生产取得了显著的效果,随着科学的发展,淀粉的液化可采用连续喷射液化法,该方法液化更彻底,蛋白质凝聚效果好,达到液化、灭酶同步完成,生产成本降低,而在后固态发酵及淋醋阶段可利用航车、抓斗、翻醅机、速酿塔在大型厂房和曲池内进行机械化操作,提高设备利用率,对我国食醋行业的发展具有很好的作用和应用前景。

作者:刘达玉李般程郭秀兰王文亭刘琴单位:成都大学生物产业学院四川理工学院生物工程学院西华大学生物工程学院

药物生物技术杂志责任编辑:田老师    阅读:人次

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