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小麦粉和水稻粉混合发酵试验报告（2020年10月）
一、试验目的
（1）研究小麦粉和水稻粉混合发酵发酵效果的影响。
（2）研究小麦粉和水稻粉混合发酵添加酶制剂加量及优化。
二、原料与仪器
原料：市售小麦粉、水稻粉-粉碎车间 。
辅料：杰能科淀粉酶、隆科特糖化酶、雄晋降粘酶、乐酵复配酶制剂、白银赛诺降粘酶、尿素、安菌泰、安琪干酵母。
仪器：快速水分滴定仪、恒温水浴锅、搅拌器、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。
三、试验内容
3.1阶段一实验内容
3.1.1.液化试验：探究不同小麦添加比例时对液化效果的影响；
3.1.2.发酵试验：探究不同小麦添加量以及酶制剂对发酵的影响；
3.1.3废醪液过滤实验：探究酶制剂对小麦掺混水稻发酵废醪过滤速度的影响。
3.2第二阶段实验内容
3.2.1评价使用乐酵、雄晋、白银赛诺酶制剂对小麦混合水稻发酵效果。
四、实验方法
4.1（阶段一实验方法）
4.1.1、配置28%浓度的 粉浆：按试验方案称取所需的小麦粉、水稻粉、水，于液化反应器中进行混配，搅拌均匀，即可；
4.1.2、调节pH值：用65%硫酸将粉浆pH值调至5.4-5.6，添加淀粉酶（淀粉酶添加方式及添加量按表1、2试验方案添加），搅拌均匀；
4.1.3、液化：提前1h打开水浴锅，将水加热至92℃；将液化反应器放入水浴锅中，安装搅拌器，并将转速调至260rpm，待粉浆温度达到85℃时，计时液化2.0h，检测碘试、粘度变化。
4.1.4、发酵：液化结束，采用冰水将液化醪温度冷却至室温，并进行补水；然后将液化醪pH值调至4.4左右，分装至500mL三角瓶；接着分别添加各种辅料（添加方式及添加量按表1、2试验方案添加）摇匀，用八层纱布封口，称重；在30℃温度下120rpm、培养8h后调节温度至33℃，发酵至70h。
4.1.5、检测：72称重，观察CO 2失重情况，发酵72h结束，检测发酵后粘度、还原糖、残总糖、过滤总糖、酒分、挥发酸、酸度，废醪（80目过滤）以及酵母数、出芽率和死亡率。
4.1.6、过滤速度实验方法：将成熟醪蒸馏去除酒分后得到的废醪液用80目滤布进行漏斗过滤，分别记录过滤5ml、10ml、15ml、20ml滤液所用的时间。
表1 试验方案
粉浆浓度 | 原料混合比例 | 液化试验 | 发酵试验 | 检测分析 | |
28% | 小麦粉比例（%） | 水稻粉比例（%） | 配置28%浓度的粉浆，pH控制5.4-5.6；然后在85℃水浴中液化2.0h | 液化结束后进行 | 72h检测失重；发酵结束时检测残总糖、还原糖、酒分，酵母数、死亡率、出芽率、形态，酸度、挥发酸、HPLC、粘度、过滤速度 |
0 | 100 | ||||
10 | 90 | ||||
15 | 85 | ||||
20 | 80 | ||||
备注：辅料添加：尿素1.10kg/t木薯，隆科特糖化酶0.68kg/t粉，安菌泰5ppm； 前期发酵均采用三角瓶操作，每个方案2-3批，每个梯度2个平行；
表2 试验方案
混合原料比例 | 液化试验 | 发酵试验 | |||
小麦粉比例（%） | 水稻粉比例（%） | ||||
10 | 90 | 雄晋淀粉酶（0.2kg/t原料） | 雄晋1#降粘酶（1‰原料） | 雄晋糖化酶 （0.59kg/t原料） | |
雄晋淀粉酶（0.2kg/t原料） | 雄晋糖化酶 （0.59kg/t原料） | ｛2#+3#｝雄晋降粘酶（1‰原料） | |||
杰能科淀粉酶（0.1kg/t原料） GB（0.1kg/t原料） | 隆大糖化酶（0.68kg/t原料） | 乐酵蛋白酶（0.06kg/t）+乐酵小麦专用酶（0.15kg/t） | |||
20
30 |
80
70 | 雄晋淀粉酶（0.3kg/t原料） | （2#+3#）雄晋降粘酶（1/1000原料） | 雄晋糖化酶 （0.59kg/t原料） | |
杰能科淀粉酶（0.1kg/t原料） | 隆大糖化酶（0.68kg/t原料） | ||||
杰能科淀粉酶（0.1kg/t原料） | 隆大糖化酶（0.68kg/t原料） | 乐酵蛋白酶（0.06kg/t）+乐酵小麦专用酶（0.15kg/t） | |||
杰能科淀粉酶（0.1kg/t原料） | 隆大糖化酶（0.68kg/t原料）+白银赛诺（1/1000原料） | ||||
备注：几种酶制剂都按酶活高低统一核算确定具体添加量。
4.2（第二阶段实验方法）
4.2.1粒度分布：
陈化小麦用1.8mm、2.0mm筛网进行粉碎，用10、25、30、45、60、80、100目筛网进行粒度分布实验。
4.2.2液化
取水稻粉、小麦，检测水分含量，配制固形物含量28%的粉浆，拌浆水按表1配制。加入4.8kg/t原料氨水，测定pH，添加淀粉酶0.10kg/t粉，称重，放入87℃水浴中液化，从物料温度达到87℃后开始计时，液化2.5h，液化过程中开搅拌300r/min 。液化结束冷却，补水，检测固形物含量、碘试、粘度变化。
表3拌浆水混合比例配制表
编号 | 4 |
淀粉酶 | 杰能科淀粉酶 |
淀粉酶加量，kg/t原料 | 0.1 |
清液 | 35% |
工艺水 | 50% |
中水 | 15% |
4.2.3发酵
将液化醪用硫酸pH调节至4.40，然后分装至500ml三角瓶，每瓶装400克，按表2添加辅料，用纱布封口，称重，之余30℃培养箱120r/min培养8h，然后调节至33℃静置发酵至72h。发酵结束检测发酵后粘度、还原糖、残总糖、过滤总糖、酒分、挥发酸、酸度，废醪（80目过滤）以及酵母数、出芽率和死亡率。
表4 发酵辅料添加表
混合原料比例 | 发酵试验 | |
小麦粉比例（%） | 水稻粉比例（%） | |
30
| 70 | 隆大糖化酶（0.68kg/t原料）+雄晋降粘酶0.1、0.3、0.5kg/t原料+乐酵蛋白酶（0.06kg/t原料） |
隆大糖化酶（0.68kg/t原料）+乐酵复配酶制剂50、100、200ppm+乐酵蛋白酶（0.06kg/t） | ||
隆大糖化酶（0.68kg/t原料）+乐酵蛋白酶（0.06kg/t）+白银赛诺0.1、0.3、0.5kg/t原料 | ||
菌肽宝添加量5ppm酵母按1‰液化醪
3、过滤速度实验方法：将成熟醪蒸馏去除酒分后得到的废醪液用80目滤布进行漏斗过滤，分别记录过滤5ml、10ml、15ml、20ml滤液所用的时间。
五、试验结果与分析
5.1、（阶段一实验方法）
5.1.1. 不同比例小麦比例掺混水稻发酵效果影响
5.1.1.1液化试验结果
表5液化试验结果
批次 | 小麦-0% | 小麦-10% | 小麦-15% | 小麦-20% | ||||||||
固形物含量 | 28% | 29% | 30% | 28% | 29% | 30% | 28% | 29% | 30% | 28% | 29% | 30% |
DE | 18.74 | 12.5 | - | 19.27 | 11.76 | - | 18.01 | 10.74 | - | 18.38 | 17.01 | - |
粘度mPa.S | - | - | 129.36 | - | - | 201.82 | - | - | 203.16 | - | - | 249.44 |
液化目标控制 DE值一般在12-20%范围内，粘度越小越好。从表5可看出，随着小麦掺混比例的增加，粘度有增加的趋势。粘度升高在一定程度上与淀粉酶的含量和活性有关系，淀粉酶含量低时，而底物浓度不断增大导致水解淀粉能力减弱，淀粉分子量没有减小，导致粘度大。有研究表明蛋白质含量高低也直接影响粘度，实验中小麦粉的蛋白12.75%，水稻粉蛋白11.2%，当原料混合比例改变时，粉浆中蛋白质含量也逐渐升高，在发酵过程中适当添加酸性蛋白酶能对提高发酵效果。
5.1.1.2发酵试验结果
表6 化学检测结果
批次 | 小麦-0% | 小麦-10% | 小麦-15% | 小麦-20% | ||||||||
固形物含量 | 28% | 29% | 30% | 28% | 29% | 30% | 28% | 29% | 30% | 28% | 29% | 30% |
70h失重（g） | 38.62 | 38.77 | 38.72 | 39.33 | 38.90 | 40.96 | 39.19 | 38.71 | 40.52 | 39.09 | 39.09 | 40.9 |
还原糖（%） | 0.36 | 0.29 | 0.29 | 0.42 | 0.25 | 0.85 | 0.34 | 0.31 | 0.4 | 0.36 | 0.35 | 0.44 |
过滤总糖（%） | 0.64 | 0.44 | 0.57 | 0.86 | 0.66 | 1.46 | 0.96 | 0.78 | 1.04 | 0.9 | 0.91 | 1.14 |
残总糖（%） | 1.72 | 1.74 | 1.4 | 2.03 | 1.95 | 2.73 | 2.06 | 2.03 | 2.52 | 2.21 | 1.83 | 2.56 |
蒸馏酒分（%） | 10.6 | 12.00 | 11.50 | 11.06 | 11.4 | 11.5 | 10.9 | 11.50 | 12.1 | 11.03 | 11.40 | 11.8 |
酸度 | 6.5 | 5.3 | 6 | 6.5 | 5.5 | 6.3 | 6.5 | 5.7 | 6 | 6.5 | 6.0 | 6.5 |
挥发酸 | 0.13 | 0.15 | 0.17 | 0.11 | 0.13 | 0.19 | 0.12 | 0.14 | 0.16 | 0.13 | 0.16 | 0.19 |
残糊精（%） | 0.25 | 0.14 | 0.26 | 0.4 | 0.36 | 0.55 | 0.55 | 0.42 | 0.58 | 0.49 | 0.5 | 0.63 |
残淀粉（%） | 0.98 | 1.17 | 0.74 | 1.05 | 1.16 | 1.14 | 0.99 | 1.12 | 1.33 | 1.17 | 0.83 | 1.28 |
表7液相检测结果
样品编号 | 小麦-0% | 小麦-10% | 小麦-15% | 小麦-20% |
DP4+ | 0.91 | 1.09 | 1.31 | 1.29 |
麦芽三糖 | 0.06 | 0.12 | 0.16 | 0.18 |
麦芽糖 | 0.16 | 0.24 | 0.23 | 0.25 |
葡萄糖 | 0.05 | 0.22 | 0.05 | 0.10 |
果糖 | 0.10 | 0.13 | 0.13 | 0.13 |
阿拉伯糖 | 0.05 | 0.06 | 0.07 | 0.07 |
琥珀酸 | 0.09 | 0.11 | 0.12 | 0.12 |
乳酸 | 0.07 | 0.06 | 0.06 | 0.06 |
甘油 | 0.82 | 0.84 | 0.88 | 0.89 |
乙酸 | 0.07 | 0.06 | 0.06 | 0.06 |
酒精 | 10.19 | 10.23 | 10.36 | 10.18 |
(DP1+DP2) | 0.31 | 0.59 | 0.42 | 0.48 |
(DP1+DP2+DP3) | 0.48 | 0.84 | 0.71 | 0.78 |
酒分 | 12.18 | 12.22 | 12.38 | 12.17 |
备注：小麦淀粉57%
从化学检测酸度、挥发酸在正常范围内，发酵试验无异常。从酒份来分析，随着固形物含量的增加发酵酒份越高。水稻粉、小麦粉混合发酵时，当固形物为30%时，小麦粉掺混15%酒份达到很高，但残糖相对也高。固形物为29%时，随小麦粉掺混比例增大，酒份没有明显的变化，残还原糖、残总糖升高。表7中液相检测的平均值显示，小麦掺混15%比例的时，酒份很高，随着小麦量的不断添加，阿拉伯糖含量也增加。
5.1.2.不同酶制剂对小麦掺混水稻发酵效果影响
表8中检测结果显示毋庸置疑酶制剂直接影响发酵效果，主要体现在淀粉酶、糖化酶将淀粉转化为酵母可利用的糖分上的差异。数据显示小麦以20%比例添加发酵时效果较好，在几种酶制剂作用下，随着小麦量的添加，残还原糖、残总糖的量也在升高，说明还原糖内可能存在一定量的不可发酵糖，导致残糖含量升高。在几种酶制剂中白银赛诺酶制剂的使用在提高酒份上略显优势，但是残还原糖太高。
表8 化学检测结果
批次 | 一 (小麦-10%) | 二 (小麦-20%) | 三 (小麦-30%) | ||||||||
添加的酶制剂 | 雄晋 | 杰能科 | 乐酵 | 雄晋 | 杰能科 | 乐酵 | 白银赛诺 | 雄晋 | 杰能科 | 乐酵 | 白银赛诺 |
70h失重（g） | 38.55 | 29.36 | 35.30 | 42 | 42.3 | 41.01 | 43.12 | 40.96 | 41.55 | 37.59 | 41.22 |
还原糖（%） | 0.13 | 0.18 | 0.2 | 0.40 | 0.29 | 0.35 | 0.70 | 0.46 | 0.26 | 0.44 | 0.76 |
过滤总糖（%） | 0.31 | 0.47 | 0.75 | 0.87 | 0.56 | 0.75 | 0.94 | 1.06 | 0.94 | 1.38 | 3.00 |
残总糖（%） | 2.53 | 3.13 | 3.53 | 1.68 | 1.84 | 2.03 | 1.98 | 2.13 | 2.13 | 5.05 | 2.30 |
蒸馏酒分（%） | 11.97 | 11.34 | 10.05 | 12.34 | 12.26 | 11.72 | 13.10 | 11.70 | 12.20 | 10.70 | 11.50 |
备注：液化后固形物含量为30%
5.1.3.废醪液过滤速度实验结果
5.1.3.1不同比例小麦例掺混水稻发酵废醪过滤速度的影响
表9过滤速度实验结果
滤液体积 | 生产上水稻发酵废醪 | 废醪（小麦粉-0%） | 废醪（小麦粉-10%） | 废醪（小麦粉-15%） | 废醪（小麦粉-20%） |
5mL |
1'46″ | 4'28″ | 2.5ml滤液用时72'48″ | 35分钟才开始有滤液滤出 | 40分钟才开始有滤液滤出 |
10mL | 4'15″ | 9'58″ | - | - | - |
15mL | 7'27″ | 15'54″ | - | - | - |
20mL | 11'31″ | 23'33″ | - | - | - |
备注 | 时间：“'”——分；“"”——秒，如“4'51"”即用时4分51秒 | ||||
从表9来看，没有添加小麦粉的废醪液过滤速度较生产上水稻水稻发酵废醪过滤速度慢，一方面原因是残糖影响粘度，导致醪液对过滤速度有一定影响。水稻粉按10%、15%、20%掺杂小麦发酵后，废醪液过滤相当困难，主要原因是废醪液粘度较高（由于小试试验，样品量有限具体粘度数值没测）从废醪外观来看，常温下静置一定时间后废醪液表面层成凝胶状。
5.1.3.2酶制剂使用对小麦掺混水稻发酵废醪过滤速度的影响
几种酶制剂结合其降黏酶/复合酶使用后，废醪的过滤速度有较大改善。小麦添加20%时，废醪液过滤速度较佳，数据显示使用雄晋酶制剂的效果在固液分离上效果显著，白银赛诺的次之。
表10 过滤实验结果
过滤速度 | 小麦掺混比例 | 滤液体积 | 雄晋 | 杰能科 | 乐酵 | 白银赛诺 |
10% | 5mL | 32″57 | 20″14 | 1'09″47 | - | |
20% | 7″84 | 21″14 | 30″08 | 14″25 | ||
30% | 3'26″ | 2'36″ | 20'以上 | 4'23″ | ||
10% | 10mL | 1'18″27 | 43″56 | 3'37″49 | - | |
20% | 15″30 | 41″27 | 1'01″97 | 30″28 | ||
30% | 15'09″ | 5'56″ | - | 5'24″ | ||
10% | 15mL | 2'20″37 | 1'13″07 | 8'18″37 | - | |
20% | 27″00 | 1'07″19 | 1'39″73 | 46″99 | ||
30% | 30'以上 | 10'13″ | - | 9'52″ | ||
10% | 20mL | 3'37″28 | 1'50″20 | 16'52″57 | - | |
20% | 38″88 | 1'39″06 | 2'22″58 | 1'09″24 | ||
30% | - | 15'53″ | - | 14'38″ | ||
备注 | 时间：“'”——分；“"”——秒，如“4'51"”即用时4分51秒。 | |||||
5.2、（第二阶段实验方法）
5.2.1.小麦粉粒度分布结果
表11 小麦粉粒度分布表
小麦粉粒度分布情况 | ||||
项目 | 粉碎机筛网 | |||
筛网1.8mm | 筛网2.0mm | |||
质量（g） | 所占比例 | 所占比例 | ||
总重量(g) | 337 | 379 | ||
20目筛上 | 37 | 10.98% | 57 | 15.04 |
45目筛上 | 126 | 37.39 | 179 | 47.23 |
60目筛上 | 57 | 16.91 | 60 | 15.83 |
80目筛上 | 41 | 12.17 | 39 | 10.29 |
100目筛上 | 21 | 6.23 | 14 | 3.69 |
200目筛上 | 44 | 13.06 | 20 | 5.28 |
200目筛下 | 11 | 3.26 | 10 | 2.64 |
20目通过率 | 89.02 | 84.96 | ||
小结：1.8mm筛网时，45目筛上占37.39%，60目筛上16.91%。2.0mm筛网时，45目筛上占47.23%，60目筛上15.83%。说明20-60目这个区间占比大于50%。
5.2.2液化发酵试验结果
乐酵、雄晋、白银赛诺酶制剂对小麦混合水稻发酵效果如表3所示
表12 化学检测结果
项目 | 雄晋降粘酶添加量 | 乐酵复配酶制剂添加量 | 白银赛诺降粘酶添加量 | ||||||
70h失重（g） | 0.1kg/t | 0.3kg/t | 0.5kg/t | 50ppm | 100ppm | 200ppm | 0.1kg/t | 0.3kg/t | 0.5kg/t |
还原糖（%） | 1.03 | 0.75 | 1.1 | 0.98 | 1.03 | 0.8 | 1.35 | 1.2 | 1.15 |
过滤总糖（%） | 1.72 | 1.44 | 1.75 | 1.88 | 1.75 | 1.94 | 1.97 | 1.97 | 1.94 |
残总糖（%） | 2.95 | 2.4 | 2.88 | 2.98 | 2.81 | 3.15 | 3.03 | 2.89 | 3.08 |
蒸馏酒分（%） | 12.54 | 12.43 | 12.28 | 12.19 | 12.55 | 12.4 | 12.46 | 12.42 | 12.41 |
酸度 | 7.7 | 7.7 | 7.4 | 7.3 | 6.5 | 8.5 | 8.1 | 7.6 | 7.9 |
挥发酸 | 0.48 | 0.53 | 0.52 | 0.5 | 0.53 | 0.46 | 0.51 | 0.54 | 0.5 |
3.废醪液过滤速度实验结果
表13 过滤速度实验结果
过滤速度 | ||||||||||
方法 | 雄晋降粘酶添加量 | 乐酵复配酶制剂添加量 | 白银赛诺降粘酶添加量 | |||||||
滤液体积 | 0.1kg/t | 0.3kg/t | 0.5kg/t | 50ppm | 100ppm | 200ppm | 0.1kg/t | 0.3kg/t | 0.5kg/t | |
将成熟醪蒸馏去除酒分后得到的废醪液用80目滤布进行漏斗过滤，分别记录过滤5、10、15、20毫升滤液所用的时间。 | ||||||||||
5mL | 8'59"53 | 1'30" | 53" | 2'26" | 30" | 30" | 19'49" | 5'50" | 5' | |
10mL | 超30min | 5'45" | 2'20" | 8'30" | 1'15" | 1'00" | 超20min | 超20min | 超10min | |
15mL | - | 20'30" | 6' | 18'20" | 1'55" | 1'53" | - | - | - | |
20mL | - | - | 超20min | 32'20" | 2'50" | 3'06" | - | - | - | |
备注 | 时间：“'”——分；“"”——秒，如“8'59"”即用时8分59秒。 | |||||||||
小结：从化学检测结果和过滤速度综合分析来看：使用乐酵复配酶制剂添加量为100ppm/t醪液时，酒份12.55%（V/V）。和其他酶制剂相比，该酶添加量为100ppm/t醪液滤液收集5ml只要30秒。
六、结论
1.使用杰能科淀粉酶、隆科特糖化酶进行小麦粉和水稻粉混合发酵时，随着小麦掺混比例的增加，粘度有增加的趋势，废醪过滤困难。固形物为30%时小麦粉掺混15%酒份达到很高，残糖相对也高，液相检测的平均值显示，随着小麦量的不断添加，阿拉伯糖含量也增加。
2．几种酶制剂结合其降黏酶/复合酶使用后发酵后数据显示小麦以20%比例添加发酵时效果较好，废醪的过滤速度有较大改善，能使废醪顺利进行固液分离。但随着小麦量的添加，残还原糖、残总糖的量也在升高，说明还原糖内可能存在一定量的不可发酵糖，导致残糖含量升高。
3．在阶段一实验的基础上，进行了30%小麦掺混实验，评价使用乐酵、雄晋、白银赛诺酶制剂对小麦混合水稻发酵效果，实验表明：使用乐酵复配酶制剂添加量为100ppm/t醪液时，酒份12.55%（V/V）。和其他酶制剂相比，该酶添加量为100ppm/t醪液滤液收集5ml只要30秒。
