生料发酵起源于国外，最早应用于酿酒工业，以酒精发酵为切入点。中国在生料发酵研究方面虽然起步晚，但应用早、发展快，到了20世纪90年代后期，仅生产白酒一项，年产量已达到30万吨。

简介

我国发展

流传至世界各地

生淀粉的糖化机理

生料发酵技术在制醋中的应用

生料发酵技术在饲料工业中的应用

生料发酵的优越性及展望

简介

早在1944年，Balls等报道了小麦、玉米和甘薯的生淀粉颗粒能被胰和米曲霉浸出液转化成可发酵性的糖，指出生淀粉和糊化了的淀粉其酶解的差异只是在水解的速率上。1981年，Seiuosuke ued等人报道了用木薯制酒精的试验方法，将Asp．awamori NRRL 3122和Asp．niger菌种在麸皮上于30℃培养3 d制成淀粉酶，将粉粹的木薯浆和淀粉酶、酵母混合，在pH 3．5、30℃下发酵5 d，生木薯的酒精产量是理论值的82％ ～99％。在酒精生产领域，由于生淀粉分解酶活性低下，其用酶和酵母量较大，生产成本较高而未形成工业化生产，但许多探索性的基础研究工作已取得了一定成果。

我国发展

20世纪80年代我国对生料酿酒的研究达到了高潮，并且随着酶工程的发展，取得了实质性进展。1983年，四川省食品工业研究所就进行了生料发酵制酒精的工业化生产性试验，但是由于生料发酵对糖化发酵剂的要求高、用量大，而当时我国糖化酶的生产水平较低、价格较高、曲药菌种单一，使得生料酒的口感与传统法制得酒的口感相差甚远等问题限制了当时生料酿酒技术的发展。

流传至世界各地

到了20世纪90年代后期，随着我国生物技术水平的不断提高，使生料发酵有了新的进步，技术逐渐成熟，并很快在全国各地和其他行业迅速发展，仅生产白酒一项，年产量已达到30万t，且生料酿酒技术已飘洋过海传到越南、缅甸、泰国，甚至传到了非洲的加纳。

2 生料发酵的理论基础

生淀粉的糖化机理

生淀粉常以颗粒状态积蓄于植物的种子、块茎、叶以及干果等部位，是植物营养物质的一种贮存形式。各种作物的淀粉含量和特性，因其品种及气候、土壤等条件变化而不同。生料发酵是指各种原料不经过蒸煮、糊化直接将生料淀粉进行糖化和发酵的过程。生淀粉颗粒的水解糖化，与淀粉酶水解糊化淀粉的酶解机理是相同的即都是从非还原性末端水解a一1，4糖苷键和a一1，6糖苷键，转化为葡萄糖，但由于两种淀粉在水中的存在状态不同，则它们的作用方式也不同。淀粉在加热糊化后，其表面的水束层被破坏，使水分子可以深入到淀粉分子内部，淀粉分子在水中呈松散状态，酶很容易接近淀粉分子并切断其糖苷键；而生淀粉在水中由于表面水束层的排阻作用，水分子不能透过水束层进入淀粉分子内部，淀粉分子在水中由于疏水相互作用而呈相对致密的结构，使得淀粉分子与酶分子较难接近。因此，酶是否能与生淀粉颗粒表面结合是水解生淀粉的关键，只有能被生淀粉吸附的葡萄糖淀粉酶才具有水解生淀粉的能力 J。生淀粉糖化酶能否与生淀粉结合以及结合的程度，不仅取决于酶分子本身氨基酸残基的组成和顺序，还与处于酶亲和位点处的淀粉有关。葡萄糖淀粉酶因其来源活性不同对生淀粉的水解程度也不同。淀粉本身具有一定的吸附能力，其吸附能力的高低与淀粉的来源和存在的方式有关系，一般来说淀粉的含量越高越利于吸附和水解的进行。总之，生淀粉糖化酶的水解过程是：吸附；形成酶一淀粉的复合体；复合体中淀粉表面的水束层被破坏，水分子进入淀粉分子内部在酶的作用下水解糖苷键。

生料发酵技术在制醋中的应用

生料制醋法是20世纪70年代研制发展出来的新工艺，最先在山西长治市使用，后来被北京、天津、黑龙江、东、河南、四川等地的酿醋行业所采用。生料酿醋是生料发酵技术继生料制白酒之后，又一个进行工业化的良好典范。朱名田等【12 J采用生淀粉糖化菌36—1、生香酵母Y一1、酒精酵母南阳1300米曲霉、沪酿3042等4

种微生物进行多菌种混合发酵，取得了很好的结果，其中淀粉利用率提高到74％，降低了生产成本，解

决了生料醋的混浊及风味欠佳等问题。雷玛莎等【l3J研究报道，生料固态发酵食醋中各种有机酸的生成分为三个阶段，第一阶段是酒化阶段，此阶段以乳酸菌作用为主，产生大量的以乳酸为主的不挥发性酸；第二阶段是过渡阶段，这个阶段的特点是不挥发酸的产酸速率开始减慢，而挥发酸的产酸速率迅速提高；第三阶段是醋酸发酵阶段，此阶段生成9O％-94％挥发酸。生料固态发酵食醋是以醋酸菌为主，其他有益菌群共存的一个多菌种体系，生化反应复杂，同时伴随着酯化反应，因此产物多、风味醇厚、酸味柔和、酸甜适口、回昧绵长。

生料发酵技术在饲料工业中的应用

马铃薯渣、木薯渣、秸秆等是工农业生产的副产品，是一类数量庞大的生物资源。如果丢弃不仅浪费资源而且还造成环境污染，而直接用来喂养动物其利用率又比较低下。因此，需要对其进行改造，提高其营养价值，从而提高其利用价值。开发这类饲料资源，其技术关键就是要降低它们的粗纤维含量，提高蛋白质含量。要达到上述目的，通常采用的是微生物发酵工艺技术，其主要原理是先通过微生物产生的纤维素酶分解纤维素，然后以纤维素分解产物为碳源合成微生物细胞蛋白。赵萍等【14j采用4因素正交试验设计半固态发酵方法对马铃薯渣进行生料发酵、贮存试验，并对发酵产物的蛋白质含量进行了测定。经过多次正交优化试验，最后得出最佳配方及生产工艺，显著地提高了饲料中蛋白质的含量，并减少了常规发酵饲料生产中，蒸煮和烘干的能量消耗，降低了生产成本，为高蛋白饲料的生产提供了新的方法。何达崇等Ll5J从腐烂木薯中分离筛选出一株优良生淀粉酶产生菌，Rhizopus tonkinense(东京根霉)No．9212，并应用于木薯淀粉生料发酵生产单细胞蛋白的试验。结果发现Rhizopus tonkinense No．9212与Candia utilis(产朊假丝酵母)混合固体发酵生料木薯淀粉，可使其中的粗蛋白含量从3．8％提高到30。2％。王亚林等【l6]通过对灭菌发酵和生料发酵的比较，建立了稻草生料发酵工艺，在土霉素作发酵添加剂条件下，使稻草粗纤维含量降至15．4％ ，蛋白质含量提高到15．6％。由于生料发酵成本低、投资小，该工艺具有明显的应用价值。

生料发酵的优越性及展望

生料发酵在酿酒和制醋上已得到广泛应用。生产实践证明。生料酿酒与传统的酿酒方法相比：能耗低，生料酒可节约能源50％；成本低，降低成本37％；改善劳动条件，降低劳动强度30％左右；出率高，能提高出酒率20％～30％，酒质好。利用生料发酵技术可以增强企业的竞争力和生命力，增加粮食等农产品的附加值，推动农村的经济发展。因此，值得国家大力推广和采用。要实现生料发酵的工业化生产，关键在于获得能使生淀粉有效水解的糖化酶。目前还没有一株较理想的能产高活力的生淀粉分解酶的菌株，因此，产高活力生淀粉分解酶菌种的选育仍是现阶段生料发酵技术研究的重点。随着生物技术的发展，研究已进入到利用基因技术构建高淀粉糖化酶表达菌种的阶段[17广203，从此高活力生淀粉分解酶菌种的选育已驶入了快车道。