一种用于纯粮固态发酵白酒的粮食干法分段汽爆前处理方法

技术领域

本发明属于白酒酿造领域，特别涉及一种用于纯粮固态发酵白酒的粮食干法分段汽爆前处理方法。

背景技术

我国是一个白酒产量的大国，2008年白酒产量达到了500万吨。随着人们生活水平的提高，人们对于白酒的品质要求也越来越高。纯粮固态发酵白酒是中华民族传统食品产业的代表，它采用纯粹的粮食为原料、用曲经固态糖化、固态发酵、固态蒸馏后贮存、勾兑生产出的中国优质白酒的特定品质。由于采用纯粮发酵，势必有大量的粮食需要处理，我国白酒的传统处理方法是先润粮，然后蒸粮，通过这些步骤使粮食中的淀粉吸水、暴露、糊化、增加淀粉和酶的接触面积，为糖化发酵创造良好的条件。但是，这种传统工艺往往需要较长的预处理时间和较高的能耗，比如原料的润粮一般需要2-3小时，蒸粮需要1.5-2小时。长时间的蒸煮，原料损失大，蒸煮过程中还会产生不利于酵母、细菌生长繁殖并影响最终产品质量的物质。有研究表明，谷物在蒸煮时可发酵糖的总损失为2.5-3.5％，蒸煮产生的氨基糖妨碍糖化酶对淀粉的作用，并对发酵产生影响，从而降低产率；在蒸煮过程中甲氧基从果胶物质中分离出来，生成甲醇，对发酵不利，同时对成品质量有影响。

为了解决这些问题，吴孟等人研究了应用膨化技术酿造黄酒的方法(吴孟，冯德一，杨铭铎，杨婀娜.应用膨化技术酿造黄酒的研究[J].中国酿造，1986(2)：27-33，41)，提出了用膨化技术替代传统的蒸煮工艺。膨化技术分为挤压膨化和气流膨化，挤压膨化是靠挤压机螺杆的推动使物料被迫曲折前进，经过混合、压缩，在推进力和摩擦力机械作用下受压变热，在腔体内达到高温(150～180℃)、高压(10kg/cm²)状态，此状态下谷物中积蓄的大量能量，在膨化瞬间，随着高压变为常压的巨大能量释放，使物料中的水分蒸发膨胀并冷却，糊化淀粉的体积也随之膨胀。气流膨化的原理是将膨化罐中物料在高压下加热到一定的膨化温度，瞬时连接真空度很高的真空罐释放压力，物料中的水分发生“闪蒸”现象，进而实现膨化。新的方法简化了生产工序，节约了能源，降低了酵母用量，提高了淀粉的出酒率，增加了经济效益。为了解决同样的问题，公开号为CN1060679A的发明专利提出了用热喷预处理工艺来处理白酒生产的原辅料，其基本路线是将物料粉碎后送入喷罐中，向喷罐内通入蒸汽和中压热风经一段时间，然后将喷罐封闭，通入蒸汽和中压热风使压力达一定值，维持一段时间后打开排料阀使物料喷到泄料罐中。这种工艺虽然在一定程度上解决了部分问题，但是气流膨化采用的是双套压力容器，不仅压力罐是压力容器，而且减压罐也是耐压设备，而且体积往往是压力罐的10倍以上，投资较大。减压罐需要真空操作，需要成本高昂的抽真空设备，这样的设备操作复杂，装料系数低，操作安全性较低。挤压膨化也存在一系列的问题，一是设备适用范围有限，单机加工物料受限，不同的原料需要不同的螺杆和操作参数，但是设备和运行参数的调整都极为困难，二是现有的挤压膨化设备设计、加工粗糙，耐用性较差，这些都限制了挤压膨化设备的在生产中大规模的应用，往往应用于少量食品的加工。热喷技术和气流膨化技术在本质上有相通之处，但是从设备和工艺上又有明显的区别，公开号为CN1060679A的发明专利虽然给出了各种操作参数，但是对其中的关键参数如蒸汽温度没有明确限定，而且蒸汽的通入量采用料重的表述方式也很难在实际操作中使用，实际上粮食是否可以起到很好的膨化作用，一个关键的因素就是蒸汽的物理性质和使用量，使用普通的蒸汽很会导致物料中冷凝水的存在，而冷凝水的存在对于粮食类膨化效果有着严重的负面影响，从而导致专利的实施难以达到理想的结果，这个专利被自动放弃，这可能也是一个重要的因素。

发明内容

【发明目的】我国是白酒生产大国，尤其是现在的名优白酒基本上是采用纯粮固态发酵工艺。这种工艺在保证白酒质量和品质的同时也消耗了大量的粮食。白酒发酵所用的粮食基本上是采用传统的工艺，即先润粮、后蒸粮、然后续糟发酵。润粮和蒸粮过程时间长，能耗高，同时在处理过程中损失可发酵糖。如何改进现有技术的不足，在保证白酒传统品质和风味的同时又能克服现有工艺的问题就是本发明专利所着重解决的问题。

【本发明的构思】汽爆技术是一种广泛用于生物质原料的预处理技术。其基本机理是具有细胞结构的植物原料在高温、高压蒸汽中蒸煮，产生一些酸性物质，使半纤维素降解成可溶性糖，同时复合胞间层的木质素软化和部分降解，从而削弱纤维间的粘结，为爆破过程提供选择性的机械分离；其次是蒸汽爆破瞬间完成的绝热膨胀过程对外做功，使物料从胞间层解离成单个纤维细胞。根据汽爆技术的基本原理，汽爆技术完全可以用于粮食类生物质的预处理，但是试验结果证明传统的汽爆工艺虽然可以使玉米等粮食的种子中所含有的淀粉完全糊化，部分糖化，甚至种子的种皮，胚芽和胚乳分离，但是对于种子的主要部分胚乳却没有明显的膨化作用，这和传统的白酒发酵的要求是有一定的“外观蒸透，熟而不粘，内无生心”和“粒粒开花，内无硬心，水分少”是有一定差距的。但是对比气流膨化的原理，通常汽爆工艺之所以难以达到膨化，开花的效果，是因为通常汽爆强调物料在汽爆前通过加水或浸泡的方式使粮食的含水量从自然的10％左右的状态提高到30-60％之间，同时汽爆使用饱和水蒸汽做爆破介质，由于粮食中的淀粉含量一般较高且成分分布比较均匀，汽爆过程中饱和水蒸气和物料接触时造成部分蒸汽冷凝，冷凝水的存在对于粮食的开花膨胀有较大的负面影响。理想的状态应该是粮食中含有一定的水分，这些水分可以在汽爆罐通入蒸汽时气化，泄压时足够将粮食颗粒开孔膨化，但是又不能太多导致水蒸气的冷凝而形成水煮的效果。为了达到这样的效果，一是需要控制粮食中的水分合适，二是可以采用过热蒸汽作为爆破介质。适当控制过热蒸汽的过热温度，结合高温空气来控制汽爆罐中的压力，就可以达到既使用简单的汽爆装置，又可以实现较好的粮食处理效果的目的。

【本发明技术方案】本发明的目的是通过以下步骤来实现的：

1.预先平衡粮食中的水分到合适的比例，根据粮食种类的不同，其水分调整到10-25％较为合适；

2.根据粮食所需的汽爆条件的不同，将粮食单独或混合放入到双路进气快开门汽爆反应罐中，能否混合主要看后续发酵的需要和所需的处理条件是否有较大差异；

3.分段，先后通入压力为0.5-1.2MPa，温度在170-250℃的过热蒸汽和150-250℃的高温空气至0.8-1.6MPa，维持2-15min，使汽爆罐内的压力上升至峰值；

4.快速打开汽爆罐底部的球阀将物料爆至常压收集罐中；

5.所得物料稍微粉碎或不粉碎即可用于白酒酿造的续糟发酵，是否粉碎看爆出物料的颗粒大小，对于玉米来说一般需要将其粉碎为1/2到1/4大小。

本发明具有以下特点和优势：

1.采用控制粮食中含水量和过热蒸汽和高温空气用量的方法，既保证使粮食中的水分可以气化又不产生冷凝水，采用干法汽爆最大程度保证了于粮食的膨化开花；

2.解决了传统白酒发酵粮食预处理需要长时间润粮、蒸粮所带来的生产效率低，能耗高，可发酵糖损失的问题，将原有的长达几小时的预处理过程缩短到了几分钟的时间，而且能耗节约70％以上，同时又不改变纯粮固态发酵白酒的品质；

3.本方法可使粮食膨化开花，淀粉迅速糊化，使细胞组织撕碎破坏，使糖化酶与淀粉的反应接触面积增加，有效地缩短了糖化发酵时间；

4.本方法相对于气流膨化方法操作更为简单，所使用的双路进气快开门汽爆反应罐结构简单，造价低，便于放大，目前已有5-50m3的工业规模成型设备，所以本技术可以应用于各种规模的白酒酿造企业。