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基于热量平衡模型的大曲发酵升温机理

食品与发酵工业 2024年

作者：赵玉杰靳光远唐群勇吴建峰徐岩江南大学生物工程学院酿造微生物与应用酶学研究室江南大学工业生物技术教育部重点实验室江苏今世缘酒业股份有限公司

中国白酒产业正面临产业转型升级，包括制曲在内的关键工艺采用基于经验式的直接改造，关键工程学机理的缺乏导致无法进行理性设计。本研究从大曲升温机理角度，对曲房热量的产生与流动进行了定量分析，跟踪记录大曲发酵过程参数，简化... 详细信息

中国白酒产业正面临产业转型升级，包括制曲在内的关键工艺采用基于经验式的直接改造，关键工程学机理的缺乏导致无法进行理性设计。本研究从大曲升温机理角度，对曲房热量的产生与流动进行了定量分析，跟踪记录大曲发酵过程参数，简化大曲发酵过程生化反应，构建大曲升温模型。通过模型计算，整个曲房发酵过程产生的热量，经水分蒸发途径散热占比54.22%，墙壁和微弱气体流动散热占比42.00%，由室内空气升温引起的热量变化可以忽略，剩余3.77%为累积热量部分，其与大曲升温正相关(R2= 0.85)。经验证，大曲温度变化模型的平均误差为5.05%，R2= 0.94。基于模型探讨了调控水分参数对大曲温度产生的影响，表明了水分控制对于调控大曲温度的重要性。初步探讨从数学模型的角度为未来大曲生产的调控与优化的可行性，研究结果可为智能曲房的构建提供理论支撑。

关键词：固态发酵中国白酒数学建模生物热大曲温度热量平衡

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自适应变异混沌BA多中心智能故障识别策略

机械设计与制造 2024年

作者：徐岩吉林师范大学分院

本文用一种基于自适应变异混沌蝙蝠算法优化的多中心优先级识别方法通过多个中心识别具有非线性分离的数据集解决了单一中心策略无法识别非线性分离数据的问题。首先，将优先级引入到多目标优化中，包括识别精度，优化中心的数量和距离... 详细信息

本文用一种基于自适应变异混沌蝙蝠算法优化的多中心优先级识别方法通过多个中心识别具有非线性分离的数据集解决了单一中心策略无法识别非线性分离数据的问题。首先，将优先级引入到多目标优化中，包括识别精度，优化中心的数量和距离关系。根据各种数据的特征，调整优先级，以确保自适应优化中心的数量并保持原始精度，并且通过自适应变异混沌蝙蝠算法进行优化。仿真结果表明，所提出的策略对数据的不同分布特征更广泛的识别能力，对于非线性分离数据具备良好的识别性能。

关键词：自适应优先级智能识别多中心蝙蝠算法

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实验室规模大曲发酵虚拟仿真与控制

食品与发酵工业 2024年

作者：靳光远赵玉杰唐群勇孙莹周振苏吴建峰徐岩江南大学生物工程学院酿造微生物与应用酶学研究室江南大学工业生物技术教育部重点实验室江苏今世缘酒业股份有限公司

高温大曲制曲工艺在改造升级时，采用架子曲生产方式下顶温下降且维持困难，而现有控温策略仅考虑散热角度，无法满足生产要求。本研究从产热角度解析大曲升温机理，在20 L固态发酵体系，探讨通气(50 L/h、100 L/h和200 L/h)对大曲发酵... 详细信息

高温大曲制曲工艺在改造升级时，采用架子曲生产方式下顶温下降且维持困难，而现有控温策略仅考虑散热角度，无法满足生产要求。本研究从产热角度解析大曲升温机理，在20 L固态发酵体系，探讨通气(50 L/h、100 L/h和200 L/h)对大曲发酵产热的调控效果。基于曲房热量平衡模型，基于COMSOL平台构建虚拟仿真，实现了大曲发酵的热量变化可视化。通过实验室培养箱制曲实验，对照组顶温52.23 ℃，通气50 L/h组顶温53.63 ℃，上升2.68%，通气100 L/h组顶温53.90 ℃，上升3.20%，通气200 L/h组顶温48.10 ℃，下降7.91%。经验证，对照组虚拟仿真效果较好，平均相对误差2.93%，相关系数R2= 0.97。而实验组仿真效果变差，证明了通气操作影响到了微生物代谢产热。本研究基于虚拟仿真，结合散热和产热两个角度探讨了大曲温度的调控策略，证明了虚拟仿真技术在调控优化大曲发酵工艺方面具有应用前景，结论可为推进曲房固态发酵过程控制与优化提供参考。

关键词：大曲虚拟仿真固态发酵发酵热发酵控制

相似生态位菌株及其代谢物对酱香型白酒酿造中乳酸的调控

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食品与发酵工业 2024年

作者：田瑞杜海徐岩江南大学生物工程学院酿造微生物学与应用酶学实验室

乳酸是传统白酒酿造中一种重要的非挥发性有机酸，且在酱香型酒醅中随轮次增加逐渐积累。酒醅中乳酸偏高会影响白酒的正常发酵。然而，对降低乳酸尚且没有建立有效的控制措施。该研究通过宏基因组测序解析了不同班组堆积和发酵阶段就酒... 详细信息

乳酸是传统白酒酿造中一种重要的非挥发性有机酸，且在酱香型酒醅中随轮次增加逐渐积累。酒醅中乳酸偏高会影响白酒的正常发酵。然而，对降低乳酸尚且没有建立有效的控制措施。该研究通过宏基因组测序解析了不同班组堆积和发酵阶段就酒醅的菌群结构，并对照了相应的乳酸含量变化，推测出乳酸的积累与乳酸菌群结构的变化有关，还验证了乳酸链球菌素作为乳酸控制物质的可行性。结果表明，与乳酸积累过快的2组相比，1组乳酸菌多样性更高。通过乳酸菌多样性模拟发酵也验证了乳酸含量随着乳酸菌多样性增加而减少。一株低产乳酸的发酵乳杆菌与高产乳酸的乳酸菌Transwell共培养发现，发酵乳杆菌在低于50%的接种比例下也具有更强的生长优势。该研究证明了1 mg/mL乳酸链球菌素对乳酸菌有抑制作用，而对酿造功能菌没有表现出明显的抑制效果，证明其可以通过控制乳酸菌生物量来控制乳酸含量，且不干扰白酒正常生产，是潜在的乳酸含量控制物质。该研究对白酒生产中乳酸含量的控制提供了新的思路和理论指导。

关键词：宏基因组乳酸乳酸菌 Transwell 共培养乳酸链球菌素抑菌

基于非支配遗传算法的双花瓣配电网多故障抢修策略

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电气工程学报 2024年

作者：徐岩孙纪领华北电力大学电气与电子工程学院

新型的双花瓣配电网络具有极高的供电可靠性，但是在面对多重故障时，其多环网闭合运行的特性导致缺少适配的算法进行抢修策略的制定。为解决这一问题，本文建立了一种考虑双花瓣配电网合环运行特性，根据抢修时间和负荷等级的配电网多... 详细信息

新型的双花瓣配电网络具有极高的供电可靠性，但是在面对多重故障时，其多环网闭合运行的特性导致缺少适配的算法进行抢修策略的制定。为解决这一问题，本文建立了一种考虑双花瓣配电网合环运行特性，根据抢修时间和负荷等级的配电网多故障抢修目标优化模型，提出了一种针对环网改进的非支配遗传算法(Non-dominated sorting genetic algorithm-II,NSGA-II)，实现了在双花瓣环网构型中应用智能优化算法求解抢修方案。最后经过模拟仿真，验证了这种算法在制定抢修恢复策略上表现得更为高效，且适合在实际抢修工作中使用。

关键词：花瓣型配电网多故障抢修合环运行回路分析法非支配遗传算法

米香型白酒酿造过程微生物群落及其代谢功能特征

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食品与发酵工业 2024年

作者：王云班世博吴群徐岩江南大学生物工程学院酿造微生物学与应用酶学研究室工业生物技术教育部重点研究室

米香型白酒酿造过程主要以固态糖化，半固态发酵的方式进行，为揭示该过程微生物群落特征，该研究通过高通量测序技术解析米香型白酒的微生物群落多样性和演替规律，糖化、发酵过程中优势真菌属为Saccharomyces、Saccharomycopsis和Rhiz... 详细信息

米香型白酒酿造过程主要以固态糖化，半固态发酵的方式进行，为揭示该过程微生物群落特征，该研究通过高通量测序技术解析米香型白酒的微生物群落多样性和演替规律，糖化、发酵过程中优势真菌属为Saccharomyces、Saccharomycopsis和Rhizopus、优势细菌属为Lactobacillus、Pediococcus和Weissella。该阶段细菌多样性高于真菌多样性，发酵前期微生物快速富集。通过演替距离表征微生物动力学表明糖化过程真菌演替剧烈，发酵过程细菌演替剧烈。通过PICURSt2预测糖化、发酵过程中细菌群落功能进而探究米香型白酒酿造过程潜在的代谢功能特征，代谢功能主要集中在碳水化合物代谢、氨基酸代谢、核苷酸代谢、膜转运、复制和修复、翻译等途径。相关性分析表明Lactobacillus是米香型白酒代谢功能贡献最大的微生物属，参与11种代谢。随着发酵进行，细菌属的碳水化合物代谢活跃，葡萄糖、乙醇和乳酸是判断米香型白酒酿造进程的重要指标，主要由糖酵解/糖异生代谢途径产生。该研究对该途径进行解析发现丙酮酸转化为乙酰辅酶A和乳酸、乙醛转化为乙醇的功能酶相对丰度逐渐增加，糖化为发酵提供合适的功能微生物群落结构及功能类别以保证发酵过程顺利进行。该研究有助于解析米香型白酒酿造机制，为进一步控制与提升米香型白酒品质提供理论依据。

关键词：米香型白酒代谢功能特征高通量测序 PICURSt2 微生物群落结构

基于金属有机框架的固定化中性脲酶及其降解黄酒中的尿素

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食品与发酵工业 2024年

作者：任遇福徐岩王栋酿造微生物学与应用酶学研究室江南大学生物工程学院工业生物技术教育部重点实验室(江南大学)

开发利用新型固定化中性脲酶降解黄酒中的尿素，是有效控制黄酒中氨基甲酸乙酯含量的一种可行的方法。近年来，基于金属有机框架(metal-organic frameworks， MOFs)原位合成固定化酶受到研究者的关注。该研究基于黄酒的特性，通过对ZIF-... 详细信息

开发利用新型固定化中性脲酶降解黄酒中的尿素，是有效控制黄酒中氨基甲酸乙酯含量的一种可行的方法。近年来，基于金属有机框架(metal-organic frameworks， MOFs)原位合成固定化酶受到研究者的关注。该研究基于黄酒的特性，通过对ZIF-8与MIL-100（Fe）2种MOF材料的比较，选择以MIL-100（Fe）作为固定化载体，在室温水环境下原位合成了固定化中性脲酶NU@MIL-100（Fe），对其进行了X射线衍射（X-ray diffraction， XRD）和扫描电子显微镜（scanning electron microscope， SEM）的表征以及酶学性质的评价。结果表明，以酸稳定性和酒精稳定性良好的MIL-100（Fe）为载体进行固定化，中性脲酶的引入不影响MIL-100（Fe）的晶体结构与形貌。相较于游离中性脲酶，固定化中性脲酶NU@MIL-100（Fe）最适pH、最适温度以及活性受酒精的影响未发生明显变化，但NU@MIL-100（Fe）表现出更好的酸性活性和酒精的耐受性，酸稳定性也有一定的提高。将NU@MIL-100（Fe）用于黄酒中的尿素降解，处理4 h后尿素降解率达到79.96%，24 h后尿素降解率达93.83%，重复使用3次，处理4 h仍可达到48.29%的尿素降解率，表现出良好的尿素降解效果和重复使用性。该研究结果为固定化中性脲酶在黄酒中的实际应用提供了新的参考。

关键词：中性脲酶金属有机框架固定化黄酒尿素降解

酱香型白酒堆积发酵过程中真菌的结构及其来源分析

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食品与发酵工业 2024年

作者：张红霞徐岩杜海山西师范大学生命科学学院江南大学生物工程学院山西省微生物应用技术工程研究中心

堆积发酵是酱香型白酒酿造工艺中最难掌握的关键环节，该过程是环境微生物参与白酒发酵的“窗口”。真菌群落被认为是酱香型白酒糖化及产酒的主要贡献者，该研究旨在揭示堆积发酵过程中真菌的演替规律及可能来源，为管理和调控堆积发酵... 详细信息

堆积发酵是酱香型白酒酿造工艺中最难掌握的关键环节，该过程是环境微生物参与白酒发酵的“窗口”。真菌群落被认为是酱香型白酒糖化及产酒的主要贡献者，该研究旨在揭示堆积发酵过程中真菌的演替规律及可能来源，为管理和调控堆积发酵提供生物学依据。该研究采用高通量测序技术分析真菌群落，并通过三相图和SourceTracker分析真菌来源和比例。结果表明，堆积过程中真菌多样性随时间显著下降，表明堆积过程对真菌的强烈选择作用。堆积过程的优势真菌主要包括：毕赤酵母属（Pichia，平均相对丰度82.75%）、酿酒酵母属（Saccharomyces，5.75%）、嗜热子囊菌（Thermoascus，2.75%）、曲霉属（Aspergillus，2.25%）和红曲霉属（Monascus，1.12%）等。溯源分析表明大曲（平均贡献比例33.14%）主要贡献霉菌等；操作环境（平均贡献比例66.71%）主要贡献酵母类微生物。该研究强调了堆积发酵对核心微生物的富集作用，大曲及操作环境共同贡献功能微生物的来源。该研究有助于更深入了解酱香型白酒堆积环境的作用。

关键词：堆积发酵环境微生物微生物来源真菌群落大曲

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类食品乳杆菌麦芽糖淀粉酶的耐酸性改造

食品与发酵工业 2024年

作者：侯倩黄宗潇李宁徐岩穆晓清江南大学生物工程学院酿造微生物与应用酶学研究室

在淀粉类食品面团发酵的过程中，低pH环境对麦芽糖淀粉酶的稳定性提出了严峻挑战。目前大多数麦芽糖淀粉酶对酸性条件敏感，在低pH环境下快速失活，限制了其在面包制作中的应用。该文针对来源于类食品乳杆菌的麦芽糖淀粉酶（LpaMA），... 详细信息

在淀粉类食品面团发酵的过程中，低pH环境对麦芽糖淀粉酶的稳定性提出了严峻挑战。目前大多数麦芽糖淀粉酶对酸性条件敏感，在低pH环境下快速失活，限制了其在面包制作中的应用。该文针对来源于类食品乳杆菌的麦芽糖淀粉酶（LpaMA），从催化中心pKa值和表面电荷两方面设计突变位点进行耐酸性改造。通过单点突变与组合突变，成功筛选出最佳正向耐酸突变体K322D/K361D，其最适pH从5.0降至4.5，pH 4.5时水解活力高达433.23 U/mg，较野生型酶提升2.27倍，且该突变体在pH 4.0～5.0稳定性大于68%。结构与静电势能分析表明，突变体表面净电荷的变化有助于改善酶的构象状态，增强柔性结构调整能力，从而提高pH稳定性。该研究为改善麦芽糖淀粉酶在面制品抗老化应用效果提供了理论基础，展现出良好的应用前景。

关键词：麦芽糖淀粉酶类食品乳杆菌耐酸性理性设计