酒精发酵菌种复配优化的筛选研究

酒精发酵菌种复配优化的筛选研究

卢国伟，韩雨茜，覃芳，叶玉柳，李永恒，黄利军，夏日飞，农晓华，梁雪梅

广西乐酵生物科技有限公司，广西南宁， 530007

摘 要：酵母是酒精发酵中至关重要的一环，而工业生产过程中因各方面因素的影响，酒精的产量时常出现波动。本研究主要从安琪干酵母与其他品牌酵母按不同比例混合发酵，并与纯安琪干酵母的发酵进行对比试验，筛选在发酵后期出具有优势的酵母以及最优混合比例。同时，对安琪超酒酵母和法尔凯酵母（7:3）按一定比例混合大生产试验结果表明效果最佳，发酵成熟醪酒精度为14.20（vol%），残总糖为1.41%，法尔凯酵母替代安琪超酒酵母能节省成本，提高经济效益。

关键词：酿酒酵母；乙醇；复配；发酵

前言

中国南方的乙醇工业化生产主要以木薯、甘蔗糖蜜为原料。基于木薯、甘蔗糖蜜的成本优势以及其中丰富的可发酵糖类物质，成为可用于燃料乙醇生产原料^[1]。工业化生产过程中经常面临的问题之一是发酵后期糖转化率下降，乙醇发酵难以取得更高的绝对水平和相对产率，该问题的解决途径之一就是对生产发酵过程中使用的酵母进行优化筛选，最终达到既可以在发酵前期保证较好的生物量增长，也能保证发酵后期保持较高的底物转化率^[2-5]。

酵母生产企业因其生产过冲中所使用的原材料、发酵工艺、关键工艺点控制、发酵后工艺、原始菌种特性、菌种优化程度等多因素的不同经验、综合考量，最终生产出来的酵母具有不同的发酵特性。比如某些特定工艺下生产出来的酵母具有较好的底物转化率，而发酵前期的菌种合成阶段确没有显著的速度优势；另外一些特定工艺下生产得到的酵母则具有前期菌种合成阶段速度较快而发酵中期底物转化率一般的特性。对企业而言，综合考虑不同品牌酵母的特性，并进行复配筛选是一条简单直接，并可以快速见效的低成本有效手段^[6-8]。

根据不同酿酒酵母特效，将安琪酵母与博尔特酵母按7:3混合进行小试发酵，并以纯安琪酵母和纯博尔特酵母发酵成熟醪指标对比，筛选出较好的酿酒酵母类别。同时，在小试基础上进行50L中试发酵，将安琪酵母与法尔凯酵母按7:3混合进行中试发酵，与纯安琪酵母发酵对比，旨在提升为工业化生产乙醇提供借鉴经验。

1 材料及仪器

1.1试验材料与仪器

原料：木薯粉、糖化酶（150000u/ml）、尿素、青霉素、安琪超级酿酒干酵母、法尔凯干酵母、博尔特干酵母。

仪器：50L发酵中试罐、快速水分滴定仪、恒温水浴锅、酸度计、分析天平、电子天平、可控温电炉、粘度计、摇床、容量瓶、三角瓶等。

1.2发酵试验

1.2.1 酵母活化

接种前半小时左右分别称取安琪（16.00g）、博尔特（16.00g）及两者混合(安琪11.20g+博尔特4.80g)的干酵母置于200mL三角瓶中35℃温水中活化，备用。

1.2.2 液化醪

取自广西工厂生产车间

1.2.3 发酵

按2‰液化醪的接种量分别将活化后的安琪、博尔特和安琪：博尔特（7:3）酵母(即取10mL)加入装有400g液化醪（pH=4.4）的500mL三角瓶中，继续添加青霉素（5ppm）、尿素（1.36kg/t木薯）、糖化酶（1.15 kg/t木薯），于30℃、120r/min摇床中培养16h，然后于33℃静置发酵，每24h称重，发酵72h时进行检测分析（酒精度、还原糖、残总糖、酵母数等）。

1.3 测定方法

水分检测：采用快速水分测定仪法；总糖、还原糖检测：采用直接滴定法；酒精度检测：采用蒸馏法；酸度、挥发酸检测：采用碱滴定法；酵母检测：采用血球计数板法。

2 试验结果与分析

2.1 不同酵母混合发酵小试研究

由图1可看出，从残总糖对比来看，安琪酵母和博尔特酵母的差不多，但均比混合发酵的残总糖低。安琪酵母发酵的酒精度最高，其次是博尔特酵母，最后是混合发酵。综合残总糖和酒精度三个指标来看，安琪酵母发酵占优势，而安琪+博尔特混合（7:3）发酵效果最差。安琪酵母的酒精度一直领先，但是在46小时就基本达到稳定，而混合酵母生产酒精度继续升高，在发酵结束时超过安琪酵母的酒精度。

图1 不同酵母比例发酵检测结果

2.2 不同酵母比例混合发酵放大试验

利用50L发酵罐进行放大试验：取生产车间一冷液化醪分装A罐和B罐每罐40kg，调节pH为4.4左右，分别添加青霉素（5ppm）、尿素（1.36kg/t木薯）、糖化酶（1.15kg/t木薯），然后A罐添加安琪干酵母，B罐添加安琪酵母+法尔凯酵母（7:3），接种量均为2‰液化醪。添加完辅料于30℃、200r/min培养16h，17h至发酵结束33℃、200r/min。发酵开始时通风90min，通风量为150L/h。发酵过程中22h、28h、46h、52h、72h做检测分析酒精度、还原糖、残总糖。

从表1可以看出，从残总糖变化图来看，安琪酵母前期发酵速度较快，46小时过后酒开始趋于平缓，混合酵母则在46小时后追上并超过安琪酵母，说明法尔凯酵母在后期发挥了作用。安琪酵母的酒精度一直领先，但是在46小时就基本达到稳定，而混合酵母生产酒精度继续升高，在发酵结束时超过安琪酵母的酒精度。

表1 不同酵母比例放大试验检测结果

3 结论与展望

通过使用木薯液化醪同步糖化发酵，基于不同来源生产酿酒酵母具有不同的发酵特性。本研究旨在通过不同发酵规模中不同来源的、不同品牌的酵母进行发酵测试，以得到适用于工业化生产的优良菌种配方。

从残总糖和酒分的变化来看，纯安琪酵母发酵组前期发酵速度较快，但到发酵后期则基本失去作用。而添加法尔凯混合发酵的话在发酵后期可以继续发酵产酒，说明法尔凯在发酵后期产生作用，两者混合发酵可以达到更好的发酵效果。

本文的研究结果提示，以不同来源的酵母进行复配发酵是企业更快得到适用于自身发酵特点的较好途径之一。另外，针对发酵后期的环境特点，通过诱变、压力筛选等综合手段开发能够持续转化底物的酵母具有重要现实意义。

参考文献

[1]罗虎,李永恒,孙振江,梁坤国,许旺发,赖铭雪. 木薯生料发酵生产燃料乙醇的工艺优化[J]. 生物加工过程,2018, 16(04):80-85.

[2]罗虎,孙振江,李永恒,梁坤国,许旺发.玉米淀粉生产酒精的研究[J].酿酒科技,2018(02):30-33.

[3] 黎贞崇,梁雪强.邓学良,周文化,曹清明. 木薯酒精酵母菌种工程化选育的思路和方向[J]. 广西科学院学报. 2015,31(02): 103-106.

[4]李莉,刘晓峰.木薯与甘蔗糖蜜共发酵生产燃料乙醇的研究[J].酿酒,2017,44(01):89-91.

[5] 崔师泰,梁春丽. 燃料乙醇生产过程氢氰酸的影响因素与预防措施[J]. 轻工科技. 2020,36(08): 36-37+72.

[6] 罗虎,孙振江,李永恒,梁坤国,许旺发. 产糖化酶酵母在木薯燃料乙醇生产中的应用研究[J]. 食品与发酵科技. 2018,54(01): 76-82.

[7] 李莉,刘晓峰. 木薯与甘蔗糖蜜共发酵生产燃料乙醇的研究[J]. 酿酒. 2017,44(01): 89-91.

[8] 梁坤国,罗虎,孙振江,许旺发,李志鹏. 糖蜜/木薯共混发酵生产应用研究[J]. 轻工科技. 2017,33(01): 16-17+29.