甘蔗汁酿酒基础工艺的专项研究.docx
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甘蔗汁酿酒基础工艺的专项研究
广西工学院毕业论文
甘蔗汁酿酒工艺研究
STUDIESONWINEMAKINGOFSUGARCANEJUICE
摘要
甘蔗含糖丰富，其中蔗糖、葡萄糖及果糖，含量达12％。
此外，甘蔗还具有人体所需其她物质，如蛋白质、脂肪、铁等。
因而，用甘蔗汁酿造出酒营养丰富。
同步开发甘蔗酒还可以增进甘蔗种植业发展。
影响甘蔗汁发酵因素有发酵温度、发酵时间、菌种接种量、pH值等。
本实验是以正交实验为重要实验办法，选出适合甘蔗汁发酵各种条件，同步对单一发酵和混合发酵进行研究。
实验成果表白：
1517菌种在菌种接种量为10%，发酵温度为300C，pH值为5.7，发酵时间为4天条件下，发酵出甘蔗酒品质符合规定。
核心词：
发酵条件，酵母，酒精，正交实验
附录二甘蔗酒感官评分原则………………………………………………………………………..25
1绪论
果酒是一类低酒度、高营养、益脑健身、卫生饮料酒。
果酒除含酒精和糖分外，还富含其她酯类、各种氨基酸、维生素和矿物质，并且还具有某些其他酒类所没有单宁、酒石酸、苹果酸等，此外还具有黄酮、类黄酮、白蘸芦酵等各种具备抗氧化作用化学成分[1]。
正由于果酒具有诸多对人体有益物质，因而它可以调节人体新陈代谢、增进血液循环、控制体内胆固酵水平，具备利尿、激发肝功能和抗衰老等保健功能。
果酒因其水果品种、生产工艺、原铺料等不同而品种繁多。
当前重要果酒品种有葡萄酒、梨酒、苹果酒。
用甘蔗汁酿造酒称为朗姆酒，朗姆酒是世界上消费量最多酒种之一。
它是微黄、褐色液体，具备细致、甜润口感，芬芳馥郁酒精香味。
依照不同原料和酿制不同办法，朗姆酒可分为：
朗姆白酒、朗姆老酒、淡朗姆酒、朗姆常酒、强香朗姆酒等。
但是，这些朗姆酒多为蒸馏酒，当前朗姆酒总消费80%为白朗姆洒[2]，并且朗姆洒原料多为制糖厂废糖蜜。
直接用甘蔗汁发酵原酒很少，一开始就将甘蔗汁用作酿酒原料，直接将甘蔗汁发酵制作成甘蔗酒是一种名为依洛科斯地方，它位于菲律宾吕宋岛西北部。
据历史记载，17世纪依洛科斯已开始酿造甘蔗酒[3]。
1960年起由于当时马科斯总统用这种酒来招待外宾，因而使它成为这个国家代表酒。
甘蔗当前重要是用来榨糖，由于当前食糖价格不断下滑，甘蔗收购价格浮现猛跌，广西某些地方蔗农开始自己挖掉种了几年甘蔗老蔸。
近来在柳州市柳江、柳城两个甘蔗大县，本来成片甘蔗地如今有不少地方已经改种了玉米和果树。
用甘蔗汁制成酒，不但营养丰富，还可以解决大量剩余甘蔗问题，同步进一步提高了甘蔗附加值。
中华人民共和国南方地区盛产甘蔗，其中广西甘蔗种植面积最广，是国内“产糖大省”。
甘蔗糖产量占全国糖总产量53%，年产值超过百亿元。
因而可运用丰富甘蔗资源来制作蔗汁酒饮料。
1.1酒分类
酒种类繁多，分类办法诸多，惯用分类法有三种：
（1）、按制造办法分类可分为酿造酒、蒸馏酒、配制酒三大类。
酿造酒也称发酵酒，属低度酒,酿造酒按发酵类型可分为单式发酵（sing1efermentation）和复式发酵（complexfermentation）两种。
单式发酵是以糖质为原料，由酵母菌直接发酵，以制造酒精饮料。
复式发酵乃以淀粉质为原料，先经淀粉糖化过程变成糖质后，再进行酒精发酵。
如黄酒、果酒等；蒸馏酒是以含糖或淀粉原料，经糖化、发酵、蒸馏制得，大多为高度酒，如白酒、烧酒等；配制酒又名再制酒，是用酿造酒或蒸馏酒为酒基，再配加某些药材而制成，如药酒、滋补酒等。
（2）、按酒精含量分类，如酒精含量在40%以上为高度酒，酒精含量在20~40%之间为中度酒；酒精含量在20%如下酒为低度酒。
（3）、国内习惯分类是把酒划分为黄酒、果酒、啤酒、白酒、配制酒及国外蒸馏酒六大类。
其中，果酒是以各种果品和野生果实，如葡萄、桔、荔枝、甘蔗、山楂、杨梅等为原料，采用发酵酿制法制成各种低度饮料酒，可分为发酵果酒和蒸馏果酒两大类。
果酒历史在人类酿酒史中最为悠久，史籍中就记录着“猿猴酿酒”传说；而国内人工发酵酿制果酒历史则要晚得多，普通以为是在汉代葡萄从西域传入后才浮现。
1.2甘蔗营养
国内古代医学家将甘蔗列入“补益药”。
中医以为，甘蔗入肺、胃二经，具备清热、生津、下气、润燥、补肺、益胃特殊效果。
甘蔗可治疗因热病引起伤津，心烦口渴，反胃呕吐，肺燥引起咳嗽气喘。
引外，甘蔗还可以通便解结，饮其汁还可缓和酒精中毒。
《本草纲目》就记载了关于甘蔗食疗良方，“甘蔗汁一升半，加入青粱米四合，两者一道熬成粥，日食两次，可以滋润心肺。
”
甘蔗具有水分比较多，水分占甘蔗84％。
甘蔗含糖量最为丰富，其中蔗糖、葡萄糖及果糖，含量达12％。
此外，经科学分析，甘蔗还具有人体所需其她物质，如蛋白质0.2克、脂肪0.5克、钙8毫克、磷4毫克、铁1.3毫克。
此外，甘蔗还具有天门冬氨酸、谷氨酸、丝氨酸、丙氨酸等各种有助于人体氨基酸，以及维生素B1、维生素B2、维生素B6和维生素C等等。
甘蔗含铁量在各种水果中，雄踞“冠军”宝座。
1.3甘蔗制酒基本理论
酿酒基本原理就是微生物发酵，发酵是一种复杂生化过程，其发酵好坏涉及诸多因素，除了菌种生产性能，还与发酵条件，如发酵温度、菌种接种量、发酵液初始pH值等有密切关系。
1.3.1菌种接种量对发酵影响
接种量是指接种菌液体积和发酵液体积之比。
而普通发酵惯用接种量约为10％。
如果采用较大接种量，虽然可缩短生长达到高峰时间，使产物合成提前。
但是，接种量过大，也也许使菌种生长过快，培养液粘度增长，导致溶氧局限性[4]，影响产物合成。
并且产生较多CO2，会带走产品某些香味物质。
用量过少时，发酵时间就长。
1.3.2初始pH值对发酵影响
pH是微生物生长和产物合成非常重要参数，是代谢活动综合指标，因而必要控制好发酵液pH值。
微生物生长阶段和产物合成阶段最适pH普通是不同样。
pH大小会影响微生物对基质运用速率和细胞构造，从而影响菌生长和产物合成。
例如，产黄青霉细胞壁厚度随pH增长而减小[4]。
pH还会影响菌体细胞膜电荷状况。
引起膜渗入性变化，从而影响菌对养分吸取和代谢产物分泌。
1.3.3时间对发酵影响
发酵时间短，乙醇含量少，并且产生异味较多。
发酵时间长，乙醇产量多，同步产生二氧化碳也多，带走了某些风味物质，且易于挥发性风味物质，在长时间发酵期中挥发掉，导致成品风味下降。
1.3.4温度对发酵影响
酵母发酵重要是酵母体内进行一系列生物化学反映，发酵速度重要由生物化学反映决定，生物化学反映快慢则取决于酶活力大小，而酶对温度极为敏感。
在一定温度范畴内，随着温度升高，酶反映速度也逐渐升高[5]，因而发酵速度快。
温度低，则发酵速度慢。
但如果温度过低，发酵时间就会过长，致使残糖偏高。
温度过高，容易使酵母过早衰老，后发酵无力。
普通发酵温度应控制在一定温度范畴内。
1.3.5酒精浓度对发酵影响
酒精是酵母以糖为底物发酵重要产品，但是当酒精达到一定浓度时，酒精就对酵母细胞有很大毒害作用。
在发酵过程中产生酒精对酵母抑制作用是复杂。
重要是酵母细胞膜以及各种细胞器膜，酒精对它们危害导致膜组织构造变化和通透性增长。
某些研究表白[6]，酒精可以引起Z.mobilis基本铺酶和铺助因子从细胞中渗漏，而这些化合物对糖酵解和酒精生产酶活性是必要。
它们渗漏可以充分解释酒精在发酵过程中对Z.mobilis和酵母抑制作用。
酒精对酵母菌增殖、活性和发酵速率作用是不同。
酒精对酵母菌细胞增殖和活性抑制随浓度提高而加大，而发酵活力只是在高酒精度时才被抑制。
因而，在这三个参数中，发酵速率是最耐受酒精。
1.4本课题选题意义
甘蔗具有各种人体必须微量元素，还具有维生素B1、B2、B6、C及各种有机酸，其中铁含量特别多，因而有“补血果”之称。
用甘蔗汁发酵出原酒不同于用糖厂废糖蜜做出朗姆酒，它可以做成营养价值很高酒。
市场潜力很大，同步可以带动甘蔗种植业发展。
2材料与办法
2.1实验材料
2.1.1实验药物和原材料
表2-1实验药物和原材料一览表
实验试剂
规格
生产单位
柠檬酸
分析纯
广州化学试剂分公司
氢氧化钠
分析纯
广东台山粤侨试剂塑料有限公司
碳酸氢钠
分析纯
广东台山粤侨试剂塑料有限公司
明胶
分析纯
广州化学试剂分公司
琼脂粉
生物试剂
上海润捷化学试剂有限公司
2.1.2重要仪器和设备
表2-2实验仪器与设备一览表
仪器和设备
型号
生产单位
生化培养箱
LRH-250-Ⅱ
广东医疗机械厂
电子分析天平
AB104-N
梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司
电子天平
MP200B
上海第二天平仪器厂
干燥箱
101-3
上海实验仪器总厂
手持糖度计
WYT-4
泉州光学仪器厂
紫外可见分光光度计
UV—754
上海精密科学仪器有限公司
生物显微镜
XS2-8D
梧州光学仪器厂
酸度计
PHS—25A
上海大普仪器有限公司
恒温箱
HH．BⅡ500
广州医疗设备厂
立式压力蒸汽消毒器
628B-2
铁岭市医疗机械总厂
2.2实验办法
2.2.1甘蔗酿酒生产工艺流程[7]
原料筛选→清洗→破碎→榨汁→粗滤→杀菌→稀释调配→前发酵→后发酵→澄清→过滤→调制→杀菌→成品
2.2.2菌种选取
用酒精酵母1517、1766、1770分别做它们发酵能力实验，以便选出产酒精能力高酒精酵母。
取三支17×180试管，分别接种酒精酵母1517、1766和1170。
发酵条件为：
浓度150Bx（以手持糖度计测定）、pH值5.0甘蔗汁15ml，菌种接种量9%，发酵温度300C，发酵时间3天。
在3天内，每隔6或12个小时用电子天平分别称量三支试管重量，每个试管重量差值就为其发酵液损失CO2量。
2.2.3发酵条件研究[8]
在选出所需菌种之后，分别对影响菌种发酵发酵温度、菌种接种量、发酵时间、甘蔗汁初始pH值四个因素进行实验，以拟定适合各个菌种发酵发酵条件。
（1）温度
取3支17×180试管，温度设立为24OC、30OC、36OC。
发酵条件为：
浓度150Bx甘蔗汁15ml，pH值5.5，接种量10%。
每隔6或12个小时用电子天平分别称量三支试管重量。
（2）初始pH
取3支17×180试管，用酸度计测定甘蔗汁pH值，pH值设立为5.0、5.5、6.0。
发酵条件为：
浓度150Bx甘蔗汁15ml，发酵温度30OC，菌种接种量10%。
每隔6或12个小时用电子天平分别称量三支试管重量。
（3）接种量
取3支17×180试管，以菌种液体积和发酵液体积之比，菌种接种量设立为5%、10%、15%。
发酵条件为：
浓度150Bx甘蔗汁15ml，发酵温度30OC，pH值5.5。
每隔6或12个小时用电子天平分别称量三支试管重量。
（4）正交实验[9]
在初步拟定发酵条件后，按正交实验L9（34）设计正交实验，考察发酵温度、甘蔗汁初始pH值、菌种接种量四因素三水平对酒精发酵影响，以拟定最高出酒率发酵条件。
2.2.7成品检测[1]
（1）总酸测定
依照酸碱中和原理,用碱液滴定试液中酸,以酚酞为批示剂拟定滴定终点,按碱液消耗量计算食品中总酸含量。
分析成果表述：
式中：
X—样品中总酸（以酒石酸计）含量，g/L；
c—氢氧化钠原则滴定溶液浓度,mol/L；
V1—滴定试液时消耗氢氧化钠原则滴定溶液体积,mL；
V2—空白实验时消耗氢氧化钠原则滴定溶液体积,mL；
Vs—取酒样体积，ml；
0.075—酒石酸摩尔质量，kg/L。
（2）还原糖测定
还原糖和3，5-二硝基水杨酸共热后被还原成棕色氨基化合物。
在一定浓度范畴内，还原糖量和棕色物质颜色深浅呈一定比例关系。
可以通过度光光度计进行测定求其含量。
（3）酒精含量测定
酒精密度随酒精含量增高而减小，但不是简朴反比关系，当前已经制定了酒精水溶液相对密度和酒精含量之间对照表，在酒精计细管上刻上由体积换算而来相对密度刻度，即可用酒精计直接读出被测酒精相对密度。
依照酒液温度和酒精计示值，查表换算成25oC时酒精度。
3实验分析
蔗糖发酵过程是在酵母菌作用下把其分解为酒精和二氧化碳过程，在这个中，蔗糖浓度逐渐减少，生成酒精浓度逐渐增长。
酵母菌细胞不断地释放二氧化碳，当液相中溶解二氧化碳浓度达到饱和时，开始有二氧化碳气体从试管口排出。
因而，拟定发酵液中二氧化碳失重量，就可以拟定发酵液发酵限度。
3.1菌种拟定
1517、1766、1770三种菌种在同一发酵条件下产生CO2如图3-1：
图3-1菌种1517、1766、1770发酵限度
从图3-1可以看到，菌种1517产生CO2量约为1766两倍、17706倍。
由于菌种1170产生CO2量相称少，因而也可以以为它在这个发酵条件下不适当发酵。
因而，接着做了菌种1770在其她条件下发酵实验，取9支17×180试管，仍用浓度为150Bx甘蔗汁15ml，发酵条件如下表3-1所示。
表3-1菌种1770发酵条件
1号
2号
3号
4号
5号
6号
7号
8号
9号
24oC
10%
pH4.6
24oC
13%
pH5.0
24oC
16%
pH5.6
30oC
10%
pH5.0
30oC
13%
pH5.6
30oC
16%
pH4.6
36oC
10%
pH5.6
36oC
13%
pH4.6
36oC
16%
pH5.0
其发酵成果如图3-2所示：
图3-2菌种1170在各条件下发酵限度
从图3-2中可以看出，1号-9号发酵管在80小时内产气平稳增长，但是产量不大，其CO2量都不超过0.2g。
阐明了菌种1770在发酵温度24oC-36oC,甘蔗汁pH值4.6-5.6范畴内不适当发酵，而这些发酵条件正是普通酒精酵母最适发酵条件。
因此可以拟定菌种1770不适当甘蔗糖分酒精发酵。
因而排除1770选用，只选取1517、1766两种菌种作为甘蔗汁发酵菌种。
3.2发酵条件拟定
3.2.1发酵温度拟定
菌种1517、1766在三个温度下发酵产气量分别如图3-3和图3-4所示。
图3-3菌种1517在不同温度下发酵限度
图3-4菌种1766在不同温度下发酵限度
由图3-3可以看出，菌种1517在三个不同温度中发酵，在40小时之内发酵所产生CO2气体量很少，40-80h之间产气迅速上升，80h后产气趋于平缓。
并且36oC与24oC发酵产气量都比30oC低。
与菌种1517相比，1766在40h之内产气量则是较高温度（36oC）产气量大，80h后，较低温度（24oC）产气量上升较快。
且在100h之后产气量超过36oC下发酵产气量，但依然低于30oC条件下发酵产气量。
这阐明了菌种1766可以先高温、后低温发酵。
3.2.2pH拟定
菌种1517、1766在不同甘蔗汁初始pH值条件下发酵产生CO2气体量分别如图3-5和图3-6所示。
图3-5菌种1517在不同pH下发酵限度
图3-6菌种1766在不同pH下发酵限度
由图3-5可以得知，1517菌种在甘蔗汁初始酸度为pH5和pH5.5时，发酵所产生CO2相差不多，在40-100小时是三个初始pH值条件下发酵产气迅速上升时间段。
由图3-6可得出，在接种1766发酵液中，甘蔗汁初始pH值为5发酵液所产生CO2气体明显优于其她两个酸度值发酵液。
3.2.3接种量拟定
菌种1517、1766在不同甘蔗汁初始pH值条件下发酵产生CO2气体量分别如图3-7和图3-8所示。
图3-7菌种1517在不同接种量下发酵限度
图3-8菌种1766在不同接种量下发酵限度
由图3-7和图3-8可得出，接种量对于菌种1517酒精发酵影响不是很大。
而对于菌种1766影响却很大，1766菌种15%接种量发酵效果明显优于其她两个接种量。
由以上实验得知，在浓度为150Bx甘蔗汁发酵液中，菌种1517适当发酵条件
为：
接种量10%、pH5.5、温度300C。
菌种1766适当发酵条件为：
接种量15%、pH5.5、温度300C。
菌种1517、1766在40-80h发酵速度迅速上升，80h后，基本是趋于缓和发酵，因而，两种菌种发酵时间以80h为宜。
`
3.2.4发酵条件正交实验成果
（1）菌种1517正交实验成果
表3-2菌种1517正交实验成果
实验编号
接种量（%）
A
温度（0C）
B
初始pH
C
CO2减少量
（g）
1
1（8）
1（26）
1（5.4）
0.81
2
1（8）
2（28）
2（5.5）
0.94
3
1（8）
3（30）
3（5.6）
1.00
4
2（10）
1（26）
2（5.5）
0.91
5
2（10）
2（28）
3（5.6）
0.71
6
2（10）
3（30）
1（5.4）
0.89
7
3（12）
1（26）
3（5.6）
0.95
8
3（12）
2（28）
1（5.4）
0.99
9
3（12）
3（30）
2（5.5）
1.07
I
2.75
2.67
2.69
II
2.51
2.64
2.92
III
3.01
2.96
2.66
k
3
3
3
I/k
0.9167
0.8900
0.8967
II/k
0.8367
0.8800
0.9733
III/k
1.0033
0.9867
0.8867
D
0.1667
0.1067
0.0867
由表3-2可知，1517菌种适当发酵发酵条件为A3B3C2，即菌种接种量12%，发酵温度300C，甘蔗汁初始pH5.5。
由方差分析可以看出，在pH5.4-5.6内，pH对1517菌种发酵能力影响不是很大。
（2）菌种1766正交实验成果
表3-3菌种1766正交实验成果
实验编号
接种量（%）
A
温度（0C）
B
初始pH
C
CO2减少量（g）
1
1（14）
1（26）
1（5.4）
0.18
2
1（14）
2（28）
2（5.5）
0.24
3
1（14）
3（30）
3（5.6）
0.39
4
2（15）
1（26）
2（5.5）
0.34
5
2（15）
2（28）
3（5.6）
0.38
6
2（15）
3（30）
1（5.4）
0.21
7
3（16）
1（26）
3（5.6）
0.42
8
3（16）
2（28）
1（5.4）
0.38
9
3（16）
3（30）
2（5.5）
0.31
I
0.81
0.94
0.77
II
0.93
1
0.89
III
1.11
0.91
1.19
k
3
3
3
I/k
0.2700
0.3133
0.2567
II/k
0.3100
0.3333
0.2967
III/k
0.3700
0.3033
0.3967
D
0.1000
0.0300
0.1400
由3-3表可知，1766菌种发酵能力最强发酵条件为A3B2C3，即接种量16%，温度280C，初始pH5.6。
由方差分析可得知，在260C-300C温度范畴内，温度对菌种1766发酵能力影响不是很大，而初始pH对菌种1766发酵能力影响就大得多了。
由正交实验得出菌种1517、1766适当发酵条件如下表3-4：
表3-4菌种1517、1766适当发酵条件
菌种
接种量（%）
初始pH
温度（0C）
1517
12
5.5
30
1766
16
5.6
28
3.3发酵条对成品风味影响
以上实验所得出适当酒精酵母发酵条件，是以发酵能力为原则，其条件也就是菌种1517和1766发酵甘蔗汁所能产出最高酒精度发酵条件。
但是高出酒率发酵条件并不一定是获得较好风味发酵条件。
因而，需要在高出酒率发酵条件基本上，进一步研究获得品质好成品发酵条件。
由图3-1可知，菌种1766发酵甘蔗汁能力显得局限性。
因而在同样条件下，要达到同一酒度所需时间较长，而长时间发酵，酵母沉淀诸多，导致发酵液有异味产出。
因此放弃对菌种1766单一风味发酵实验，只做1517进一步发酵实验。
1517菌种单一发酵正交设计见下表3-5：
表3-5菌种1517风味发酵实验正交设计
编号
初始
pH
时间
（d）
接种量（%）
温度
（0C）
1
5.5
3
10
26
2
5.6
4
12
28
3
5.7
5
14
30
正交成果如下表3-6：
表3-6菌种1517正交实验成果
实验编号
初始pH
A
时间（d）
B
接种量（%）
C
温度（0C）
D
感官平分
1
1（5.5）
1（3）
1（10）
1（26）
70
2
1（5.5）
2（4）
2（12）
2（28）
72
3
1（5.5）
3（5）
3（14）
3（30）
70
4
2（5.6）
1（3）
2（12）
3（30）
76
5
2（5.6）
2（4）
3（14）
1（26）
75
6
2（5.6）
3（5）
1（10）
2（28）
80
7
3（5.7）
1（3）
3（14）
2（28）
77
8
3（5.7）
2（4）
1（10）
3（30）
83
9
3（5.7）
3（5）
2（12）
1（26）
76
I
212
223
233
221
II
231
235
224
229
III
236
226
222
229
k
3
3
3
3
I/k
70.6667
74.3333
77.6667
73.6667
II/k
77.0000
78.3333
74.6667
76.3333
III/k
78.6667
75.3333
74.0000
76.3333
D
8.0000
4.0000
3.6667
2.6667
由表3-6可以得出1517菌种发酵甘蔗汁所得风味较好发酵条件为A3B2C1D2（感
官平分见附录二），即初始pH5.7，时间4天，接种量10%，温度280C。
通过方差分析表白了发酵液初始pH值最成品风味影响最大，由于其酸度大小直接影响成品口感。
在四个因素之中，温度对成品风味影响最小，也阐明了低温对酒中某些芳香物质形成是有协助。
3.4酵母混合发酵
菌种混合比例可依照菌种1517比1766发酵能力强特点，按1517：
1766分别为100：
10；100：
15；100：
20；100：
30比例混合两种酵母进行发酵实验，混合发酵条件为：
接种量12%、温度280C、初始pH5.6其成果如下表3-7：
表3-7不同比例混合菌成品指标
100：
10
100：
15
100：
20
100：
30
酒度（250C）
4.2
4
3.8
2.7
感官平分
6
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