碳酸鈉對陳化小麥酒精發酵中酒母質量影響的研究

劉飛翔，劉西嶺，王小梅，郭 慧，吳文睿，郭文杰，蒲順昌

（1.亳州學院生物與化學工程系，安徽亳州236800；2.安徽瑞福祥食品有限公司，安徽亳州236800）

陳化糧是指儲存時間較長，已經變質、霉變，霉菌毒素等有害成分超標，且不可直接作為口糧的糧食。國家規定，陳化糧只能通過拍賣的方式向特定的飼料加工和釀造企業定向銷售。陳化糧擁有豐富的碳水化合物，是現代酒精發酵工業發展的方向之一[1]。2013年以來，利用霉變的陳化糧進行酒精發酵，其在酒精發酵原料中的占比逐漸增加，但霉變的真菌毒素會導致酒精發酵系統中的酒母培養質量下降，干酵母投料量加大等后果[2-3]。

許多報道顯示，堿處理法可以有效去除真菌毒素[4]。故本試驗以陳化霉變小麥淀粉乳為原料，通過添加碳酸鈉的方式，以期去除真菌毒素酵母菌的影響，為如何改善陳化糧培養酒母質量的問題提供一些思路。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

材料：陳化和非陳化小麥淀粉乳，取自谷朊粉生產車間。

試劑：淀粉酶（100000 U/g，杰能科（中國）生物工程有限公司）；糖化酶（200000 U/g，波利）；耐高溫活性干酵母，安琪酵母股份有限公司；碳酸鈉、硫酸等均購于國藥集團。

儀器設備：顯微鏡（OLYMPLUS CX22）；搖床（歐諾HNY-100B）；pH計（梅特勒PE28）；電子分析天平（梅特勒ME20E）等。

1.2 試驗方法

1.2.1 糖化醪的制備

取谷朊粉車間A/B混合淀粉乳，其濃度在20%左右，調節pH5.5，加一定量的耐高溫α-淀粉酶，并在水浴鍋95℃條件下液化60 min；然后降溫至60℃，調節pH4.5，添加一定量的糖化酶，60℃條件下糖化40 min，并加入營養鹽尿素和磷酸二氫鉀，添加量分別為0.25 g/L和0.125g/L[5]。

1.2.2 搖瓶酒母培養方法

取100 mL糖化醪置于500 mL已滅菌的三角瓶內，待糖化醪降溫至30℃時，每瓶準確稱取并加入0.075 g干酵母，然后在恒溫搖床中進行酒母培養，培養溫度為30℃，搖床轉速為100 r/min，培養7 h后，在顯微鏡下鏡檢酒母質量。

1.2.3 50 L發酵罐酒母培養方法

取新制取的60℃的糖化醪加入至提前蒸汽滅菌后的50 L發酵罐中，裝料量為60%（即30 L），并加入相應方案的營養物質；發酵溫度設置為30℃，攪拌轉速為100 r/min，通氣量為0.2 vvm；待上述參數穩定后調整溶氧為100%；加入干酵母，開始酒母培養，培養到8 h時計為培養一輪酒母結束，然后放出20 L成熟酒母醪，并泵入20 L新鮮的已冷卻至30℃的糖化醪，繼續培養8 h，連續培養5代，觀察酒母質量變化。

1.2.4 酵母鏡檢

鏡檢：采用血球計數板和次甲基藍染色法，測定酒母醪中的酒母細胞數、出芽率和死亡率[6]。

2 結果與討論

2.1 碳酸鈉對陳化小麥酒母培養質量的影響

向陳化小麥糖化醪中加入0.5 g/L的碳酸鈉作為實驗組，以不添加碳酸鈉的陳化糖化醪和非陳化小麥糖化醪作為對照組，研究碳酸鈉對陳化小麥醪酒母質量的影響，結果見表1。

表1 碳酸鈉對陳化小麥酒母培養質量的影響

從表1可知，用陳化小麥醪培養的酒母質量較非陳化小麥醪培養酒母質量差很多，接種的活性干酵母幾乎沒有繁殖，酵母數為0.27億個/mL，且鏡檢結果顯示全部死亡。這主要是由于陳化小麥中的一些真菌毒素對酵母的生長產生了顯著的抑制，影響了酒母的質量[2-3]。向陳化小麥糖化醪中加入0.5 g/L的碳酸鈉，酒母質量明顯提升，酵母總數提升至1.2億個/mL，酵母死亡率下降至7.4%?？梢?，碳酸鈉對于解除真菌毒素對酵母生長的抑制有著明顯的效果，這主要是由于堿類物質具有可有效破壞真菌毒素結構的能力[4]。

2.2 不同碳酸鈉添加量對陳化小麥酒母培養質量的影響

向陳化小麥醪中分別加入不同濃度的碳酸鈉（0、0.25 g/L、0.50 g/L、0.10 g/L、1.5 g/L），以研究不同濃度的碳酸鈉對陳化小麥酒母培養質量的影響，實驗結果見表2。

表2 不同碳酸鈉濃度對酒母培養的影響

由表2可看出，隨著碳酸鈉添加濃度的增加，醪液的pH值逐漸增加，在0至1.0 g/L時，酵母數和出芽率逐漸增加，死亡率逐漸下降；碳酸鈉添加濃度為1.5 g/L時，酒母質量開始降低，這主要是由于此時培養基中的初始pH值已達到7.37，該pH值已不是釀酒酵母最適的pH值，抑制了酵母的生長。因此，在上述培養條件下，碳酸鈉的最佳添加濃度應為1.0 g/L左右。

2.3 50 L發酵罐連續培養驗證實驗

為進一步驗證碳酸鈉對陳化小麥醪酒母質量的影響，故在50 L發酵罐中模擬車間進行酒母連續培養驗證實驗，以考察酒母質量的變化，結果見圖1。

圖1 50 L發酵罐連續培養5代酒母實驗結果

如圖1所示，用添加了1 g/L碳酸鈉的陳化小麥糖化醪在50 L發酵罐上進行連續5代酒母培養，酒母質量均較好，且前3輪次酒母質量逐漸提高；到第3輪次以后，酵母總數達到了3億個/mL左右的水平，出芽率基本維持在20%以上，且死亡率均在1%以下。較高的酵母細胞數和出芽率可以保證整個發酵系統中酵母菌為優勢菌，從而防止雜菌的入侵導致醪液生酸和出酒率降低，同時一定酵母數和出芽率也可以使整個系統的發酵強度得到保證[7]。本實驗說明，碳酸鈉在陳化小麥醪的酒母連續培養中可以提高并得到穩定的酒母質量，可為進一步的車間大生產應用提供參考。

3 結論

陳化小麥醪使酵母菌的生長受到抑制，嚴重影響酒母的質量，進而影響整個酒精發酵系統。通過添加碳酸鈉可以顯著解除該抑制，并提高酵母的出芽率和存活率；通過碳酸鈉的濃度優化，認為碳酸鈉濃度達到1 g/L左右時，酒母質量最好；在50 L發酵罐上進行連續酒母培養，酒母質量較穩定，初步認為通過添加碳酸鈉可用于解決陳化糧發酵酒精中酒母質量差的難題。

[1]羅秋水,周志娥,閔嗣番,等.用陳化糧發酵生產燃料酒精的工藝[J].湖北農業科學,2008,48(1)：96-97.

[2]施清.淺析霉變糧、陳化糧對酒精生產的影響及解決方法[J].釀酒科技,2013(9)：128.

[3]BOEIRA L S,BRYCE J H,STEWART G G,et al.The effect of combinations ofFusariummycotoxins(deoxynivalenol,zearalenone and fumonisin B1)on growth of brewing yeasts[J].Journal of applied microbiology,2000,88(3)：388-403.

[4]朱克衛,任堯.糧食作物中真菌毒素及其檢測與脫除方法研究進展[J].糧食與油脂,2014,27(8)：66-69.

[5]方頌平,梁臣臣,田啟梅,等.酸性蛋白酶在小麥淀粉乳酒母培養中的應用[J].釀酒科技,2018(2)：88-90.

[6]王福榮.釀酒分析與檢測[M].2版.北京：化學工業出版社,2012:239.

[7]劉勁松,施清,羅天,等.應用有機營養優化酒精發酵水平[J].釀酒科技,2016(9)：83-85.