生料發酵

生料發酵起源於國外，最早套用於釀酒工業，以酒精發酵為切入點。中國在生料發酵研究方面雖然起步晚，但套用早、發展快，到了20世紀90年代後期，僅生產白酒一項，年產量已達到30萬噸。

基本介紹

• 中文名：生料發酵
• 外文名：Fermentation with uncooked materials
• 起源：國外
• 最早套用於：釀酒工業
• 中國年產量：30萬噸

發展歷史

早在1944年，Balls等報導了小麥、玉米和甘薯的生澱粉顆粒能被胰和米麴黴浸出液轉化成可發酵性的糖，指出生澱粉和糊化了的澱粉其酶解的差異只是在水解的速率上。1981年，Seiuosuke ued等人報導了用木薯制酒精的試驗方法，將Asp．awamori NRRL 3122和Asp．niger菌種在麩皮上於30℃培養3 d製成澱粉酶，將粉碎的木薯漿和澱粉酶、酵母混合，在pH 3．5、30℃下發酵5 d，生木薯的酒精產量是理論值的82% ～99%。在酒精生產領域，由於生澱粉分解酶活性低下，其用酶和酵母量較大，生產成本較高而未形成工業化生產，但許多探索性的基礎研究工作已取得了一定成果。

我國發展

20世紀80年代我國對生料釀酒的研究達到了高潮，並且隨著酶工程的發展，取得了實質性進展。1983年，四川省食品工業研究所就進行了生料發酵制酒精的工業化生產性試驗，但是由於生料發酵對糖化發酵劑的要求高、用量大，而當時我國糖化酶的生產水平較低、價格較高、曲藥菌種單一，使得生料酒的口感與傳統法製得酒的口感相差甚遠等問題限制了當時生料釀酒技術的發展。

套用推廣

到了20世紀90年代後期，隨著我國生物技術水平的不斷提高，使生料發酵有了新的進步，技術逐漸成熟，並很快在全國各地和其他行業迅速發展，僅生產白酒一項，年產量已達到30萬t，且生料釀酒技術已飄洋過海傳到越南、緬甸、泰國，甚至傳到了非洲的加納。

2 生料發酵的理論基礎

糖化機理

生澱粉常以顆粒狀態積蓄於植物的種子、塊莖、葉以及乾果等部位，是植物營養物質的一種貯存形式。各種作物的澱粉含量和特性，因其品種及氣候、土壤等條件變化而不同。生料發酵是指各種原料不經過蒸煮、糊化直接將生料澱粉進行糖化和發酵的過程。生澱粉顆粒的水解糖化，與澱粉酶水解糊化澱粉的酶解機理是相同的即都是從非還原性末端水解a一1，4糖苷鍵和a一1，6糖苷鍵，轉化為葡萄糖，但由於兩種澱粉在水中的存在狀態不同，則它們的作用方式也不同。澱粉在加熱糊化後，其表面的水束層被破壞，使水分子可以深入到澱粉分子內部，澱粉分子在水中呈鬆散狀態，酶很容易接近澱粉分子並切斷其糖苷鍵；而生澱粉在水中由於表面水束層的排阻作用，水分子不能透過水束層進入澱粉分子內部，澱粉分子在水中由於疏水相互作用而呈相對緻密的結構，使得澱粉分子與酶分子較難接近。因此，酶是否能與生澱粉顆粒表面結合是水解生澱粉的關鍵，只有能被生澱粉吸附的葡萄糖澱粉酶才具有水解生澱粉的能力 J。生澱粉糖化酶能否與生澱粉結合以及結合的程度，不僅取決於酶分子本身胺基酸殘基的組成和順序，還與處於酶親和位點處的澱粉有關。葡萄糖澱粉酶因其來源活性不同對生澱粉的水解程度也不同。澱粉本身具有一定的吸附能力，其吸附能力的高低與澱粉的來源和存在的方式有關係，一般來說澱粉的含量越高越利於吸附和水解的進行。總之，生澱粉糖化酶的水解過程是：吸附；形成酶一澱粉的複合體；複合體中澱粉表面的水束層被破壞，水分子進入澱粉分子內部在酶的作用下水解糖苷鍵。

行業套用

制醋

生料制醋法是20世紀70年代研製發展出來的新工藝，最先在山西長治市使用，後來被北京、天津、黑龍江、東、河南、四川等地的釀醋行業所採用。生料釀醋是生料發酵技術繼生料制白酒之後，又一個進行工業化的良好典範。朱名田等【12 J採用生澱粉糖化菌36—1、生香酵母Y一1、酒精酵母南陽1300米麴黴、滬釀3042等4種微生物進行多菌種混合發酵，取得了很好的結果，其中澱粉利用率提高到74%，降低了生產成本，解

決了生料醋的混濁及風味欠佳等問題。雷瑪莎等【l3J研究報導，生料固態發酵食醋中各種有機酸的生成分為三個階段，第一階段是酒化階段，此階段以乳酸菌作用為主，產生大量的以乳酸為主的不揮發性酸；第二階段是過渡階段，這個階段的特點是不揮發酸的產酸速率開始減慢，而揮發酸的產酸速率迅速提高；第三階段是醋酸發酵階段，此階段生成9O%-94%揮發酸。生料固態發酵食醋是以醋酸菌為主，其他有益菌群共存的一個多菌種體系，生化反應複雜，同時伴隨著酯化反應，因此產物多、風味醇厚、酸味柔和、酸甜適口、回昧綿長。

飼料

馬鈴薯渣、木薯渣、秸稈等是工農業生產的副產品，是一類數量龐大的生物資源。如果丟棄不僅浪費資源而且還造成環境污染，而直接用來餵養動物其利用率又比較低下。因此，需要對其進行改造，提高其營養價值，從而提高其利用價值。開發這類飼料資源，其技術關鍵就是要降低它們的粗纖維含量，提高蛋白質含量。要達到上述目的，通常採用的是微生物發酵工藝技術，其主要原理是先通過微生物產生的纖維素酶分解纖維素，然後以纖維素分解產物為碳源合成微生物細胞蛋白。趙萍等【14j採用4因素正交試驗設計半固態發酵方法對馬鈴薯渣進行生料發酵、貯存試驗，並對發酵產物的蛋白質含量進行了測定。經過多次正交最佳化試驗，最後得出最佳配方及生產工藝，顯著地提高了飼料中蛋白質的含量，並減少了常規發酵飼料生產中，蒸煮和烘乾的能量消耗，降低了生產成本，為高蛋白飼料的生產提供了新的方法。何達崇等Ll5J從腐爛木薯中分離篩選出一株優良生澱粉酶產生菌，Rhizopus tonkinense(東京根霉)No．9212，並套用於木薯澱粉生料發酵生產單細胞蛋白的試驗。結果發現Rhizopus tonkinense No．9212與Candia utilis(產朊假絲酵母)混合固體發酵生料木薯澱粉，可使其中的粗蛋白含量從3．8%提高到30。2%。王亞林等【l6]通過對滅菌發酵和生料發酵的比較，建立了稻草生料發酵工藝，在土黴素作發酵添加劑條件下，使稻草粗纖維含量降至15．4% ，蛋白質含量提高到15．6%。由於生料發酵成本低、投資小，該工藝具有明顯的套用價值。

優越性

生料發酵在釀酒和制醋上已得到廣泛套用。生產實踐證明。生料釀酒與傳統的釀酒方法相比：能耗低，生料酒可節約能源50%；成本低，降低成本37%；改善勞動條件，降低勞動強度30%左右；出率高，能提高出酒率20%～30%，酒質好。利用生料發酵技術可以增強企業的競爭力和生命力，增加糧食等農產品的附加值，推動農村的經濟發展。因此，值得國家大力推廣和採用。要實現生料發酵的工業化生產，關鍵在於獲得能使生澱粉有效水解的糖化酶。

展望

目前還沒有一株較理想的能產高活力的生澱粉分解酶的菌株，因此，產高活力生澱粉分解酶菌種的選育仍是現階段生料發酵技術研究的重點。隨著生物技術的發展，研究已進入到利用基因技術構建高澱粉糖化酶表達菌種的階段[17廣203，從此高活力生澱粉分解酶菌種的選育已駛入了快車道。