酒精发酵.pptx

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1、16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室1/28/2022116:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室二、与酒清发酵有关的微生物二、与酒清发酵有关的微生物 ( (一一) )糖化菌糖化菌 用淀粉质原料生产酒精时，在进行乙醇用淀粉质原料生产酒精时，在进行乙醇发酵之前，一定要先将淀粉全部或部分发酵之前，一定要先将淀粉全部或部分转化成葡萄糖等可发酵性糖，这种淀粉转化成

2、葡萄糖等可发酵性糖，这种淀粉转化为糖的过程称为糖化，所用催化剂转化为糖的过程称为糖化，所用催化剂称为糖化剂。糖化剂可以是由微生物制称为糖化剂。糖化剂可以是由微生物制成的糖化曲成的糖化曲(包括固体曲和液体曲包括固体曲和液体曲)，也，也可以是商品酶制剂。无机酸也可以起糖可以是商品酶制剂。无机酸也可以起糖化剂作用，但酒精生产中一般不采用酸化剂作用，但酒精生产中一般不采用酸糖化糖化 16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室(一一)糖化菌糖化菌 能产生淀粉酶类水解淀粉的微生物种类很多，

3、能产生淀粉酶类水解淀粉的微生物种类很多，但它们不是都能作为糖化菌用于生产糖化曲，但它们不是都能作为糖化菌用于生产糖化曲，在实际生产中主要用的是曲霉和根霉。在实际生产中主要用的是曲霉和根霉。 历史上曾用过的曲霉包括黑曲霉、白曲霉、黄历史上曾用过的曲霉包括黑曲霉、白曲霉、黄曲霉、米曲霉等，黑曲霉群中以宇佐美氏曲霉曲霉、米曲霉等，黑曲霉群中以宇佐美氏曲霉( A s p e r g i l l u s u s a m i i ) 、 泡 盛 曲 霉泡 盛 曲 霉(Asp.awamori)和甘薯曲霉和甘薯曲霉(Asp.batatae)应用应用最广。白曲霉以河内白曲霉、轻研二号最为著最广。白曲霉以河内白曲

4、霉、轻研二号最为著名。酒精和白酒生产中，不断更新菌种，是改名。酒精和白酒生产中，不断更新菌种，是改进生产、提高淀粉利用率的有效途径之一。我进生产、提高淀粉利用率的有效途径之一。我国的糖化菌种经历了从米曲霉到黄曲霉，进而国的糖化菌种经历了从米曲霉到黄曲霉，进而发展到用黑曲霉的过程发展到用黑曲霉的过程 16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室(一一)糖化菌糖化菌 我国我国2020世纪世纪7070年代选育出黑曲霉新菌株年代选育出黑曲霉新菌株As.3.4309(UV-11)As.3.

5、4309(UV-11)，该菌株性能优良，目该菌株性能优良，目前我国很多酒精厂和酶制剂厂都以该菌种前我国很多酒精厂和酶制剂厂都以该菌种生产麸曲、液体曲以及糖化酶等，新的糖生产麸曲、液体曲以及糖化酶等，新的糖化菌株也都是化菌株也都是As.3.4309As.3.4309的变异菌株。的变异菌株。 根霉和毛霉也是常用的糖化菌。著名的阿根霉和毛霉也是常用的糖化菌。著名的阿米诺法，即是以根霉作糖化菌的酒精生产米诺法，即是以根霉作糖化菌的酒精生产方法。著名的根霉菌有东京根霉方法。著名的根霉菌有东京根霉( (又叫河又叫河内根霉内根霉)()(R.tonkinensisR.tonkinensis) )、鲁氏毛霉鲁氏

6、毛霉( (M.rouxiiM.rouxii) )和爪哇根霉和爪哇根霉( (R.javanicusR.javanicus) )等。等。16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室( (二二) )酒精发酵微生物酒精发酵微生物 许多微生物都能利用已糖化进行酒精发酵，但在许多微生物都能利用已糖化进行酒精发酵，但在实际生产中用于酒精发酵的几乎全是酒精酵母，俗称实际生产中用于酒精发酵的几乎全是酒精酵母，俗称酒母。利用淀粉质原料的酒母在分类上叫啤酒酵母酒母。利用淀粉质原料的酒母在分类上叫啤酒酵

7、母(Saccharomyces cerevisiae)，是属于子囊菌亚门是属于子囊菌亚门酵母属的一种单细胞微生物。该种酵母菌繁殖速度快，酵母属的一种单细胞微生物。该种酵母菌繁殖速度快，发酵能力即产酒精能力强，并具有较强的耐酒精能力。发酵能力即产酒精能力强，并具有较强的耐酒精能力。常用的酵母的菌株有南阳酵母常用的酵母的菌株有南阳酵母(1300及及1308)、拉斯、拉斯2号酵母号酵母(Rasse )、拉斯拉斯12号酵母号酵母(Rasse )、K字酵母、字酵母、M酵母酵母(Hefe M)、日本发研日本发研1号、卡尔斯伯号、卡尔斯伯酵母等。利用糖质原料的酒母除啤酒酵母外，还有粟酵母等。利用糖质原料的酒

8、母除啤酒酵母外，还有粟酒裂殖酵母酒裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)和克鲁和克鲁维酵母维酵母(Kluyveromyces.sp)等等 16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室( (二二) )酒精发酵微生物酒精发酵微生物 除上述酵母菌外，一些细菌如森奈假单胞除上述酵母菌外，一些细菌如森奈假单胞菌菌 ( (P s . L i n d n e r iP s . L i n d n e r i) ) 和 嗜 糖 假 单 胞 菌和 嗜 糖 假 单 胞 菌(

9、(Ps.saccharophilaPs.saccharophila) )，可以利用葡萄糖进可以利用葡萄糖进行发酵生产乙醇。总状毛霉深层培养时也行发酵生产乙醇。总状毛霉深层培养时也要产生乙醇。利用细菌发酵酒精早在要产生乙醇。利用细菌发酵酒精早在8080年年代初就引起了注意，但此方法还未达到工代初就引起了注意，但此方法还未达到工业化，其中有许多问题有待研究。业化，其中有许多问题有待研究。16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室三、酒精发酵生化机制三、酒精发酵生化机制 不同生产原料

10、，酒精发酵生化过程不同。不同生产原料，酒精发酵生化过程不同。对糖质原料，可直接利用酵母将糖转化对糖质原料，可直接利用酵母将糖转化成乙醇。对于淀粉质和纤维质原料，首成乙醇。对于淀粉质和纤维质原料，首先要进行淀粉和纤维质的水解（糖化），先要进行淀粉和纤维质的水解（糖化），再由酒精发酵菌将糖发酵成乙醇。再由酒精发酵菌将糖发酵成乙醇。16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室1. 淀粉质和纤维质原料的水解淀粉质和纤维质原料的水解 淀粉持原料的水解淀粉持原料的水解 淀粉分子淀粉分子 淀粉

11、是多糖中最易分解的一种，由淀粉是多糖中最易分解的一种，由许多葡萄糖基团聚合而成。天然淀粉具有直链淀许多葡萄糖基团聚合而成。天然淀粉具有直链淀粉和支链淀粉两种结构，它们在性质和结构上有粉和支链淀粉两种结构，它们在性质和结构上有差异。差异。 直链淀粉是直链淀粉是-D-D葡萄糖通过葡萄糖通过1 1，4 4糖苷键连接糖苷键连接而成的聚合物。一般认为，直链淀粉的聚合度在而成的聚合物。一般认为，直链淀粉的聚合度在20020010001000范围内，分子量范围内，分子量3240032400162000162000，近来，近来发现聚合度更高的直链淀粉。天然直链淀粉分子发现聚合度更高的直链淀粉。天然直链淀粉分子

12、卷曲成螺旋形，螺旋的每一圈含有卷曲成螺旋形，螺旋的每一圈含有6 6个葡萄糖残基。个葡萄糖残基。直链淀粉水溶解于直链淀粉水溶解于70708080的温水的温水, ,遇碘呈深蓝色。遇碘呈深蓝色。在大多数植物淀粉中，直链淀粉含量为在大多数植物淀粉中，直链淀粉含量为20202929、2525和和2424。16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室1. 淀粉质和纤维质原料的水解淀粉质和纤维质原料的水解16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技

13、术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室1. 淀粉质和纤维质原料的水解淀粉质和纤维质原料的水解 支链淀粉是支链淀粉是D葡萄糖通过葡萄糖通过1，4糖苷键及糖苷键及1，6糖苷键（在分支点上）糖苷键（在分支点上）连接连接而成的聚合物。其分子较直接淀粉的而成的聚合物。其分子较直接淀粉的大，分子量可达大，分子量可达10107 7，分支点之间平均有，分支点之间平均有5 58 8个葡萄糖苷键。支链淀粉各个分支卷曲成个葡萄糖苷键。支链淀粉各个分支卷曲成螺旋状，整个分子近似球形。支链淀粉不螺旋状，整个分子近似球形。支链淀粉不溶解于温水溶解于温水, ,遇碘呈蓝紫。遇碘呈蓝紫。16:5

14、9发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室1. 淀粉质和纤维质原料的水解淀粉质和纤维质原料的水解16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室1. 淀粉质和纤维质原料的水解淀粉质和纤维质原料的水解 淀粉的糊化、液化淀粉的糊化、液化 淀粉在水中经加热会吸收一部分水而淀粉在水中经加热会吸收一部分水而发生溶胀。如果继续加热至一定温度发生溶胀。如果继续加热至一定温度（一般（一般60

15、608080）, ,淀粉粒即发生破裂淀粉粒即发生破裂, ,造成黏度迅速增大造成黏度迅速增大, ,体积也随之迅速变体积也随之迅速变大大, ,这种现象称为淀粉的糊化这种现象称为淀粉的糊化, ,经糊化经糊化的淀粉称为的淀粉称为- -淀粉淀粉. .16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室1. 淀粉质和纤维质原料的水解淀粉质和纤维质原料的水解 不同种类淀粉糊化温度有所不同不同种类淀粉糊化温度有所不同, ,苷薯、马铃薯、玉米和小麦淀粉的苷薯、马铃薯、玉米和小麦淀粉的糊化温度分别为糊化温度

16、分别为70707676、59596767、64647272和和65656868。发生。发生糊化现象称为淀粉的溶解，或称为糊化现象称为淀粉的溶解，或称为液化。马铃薯、小麦和玉米支链淀液化。马铃薯、小麦和玉米支链淀粉完全液化的温度为粉完全液化的温度为132132、70708080、136136141141和和146146151151。16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室淀粉水解淀粉水解 淀粉水解又称糖化，通过添加酶制剂或糖化曲来淀粉水解又称糖化，通过添加酶制剂或糖化曲来完成。

17、糖化曲中含有的并起作用的淀粉酶类包括完成。糖化曲中含有的并起作用的淀粉酶类包括- -淀粉酶、淀粉酶、- -淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和异淀粉淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和异淀粉酶（脱支酶）。酶（脱支酶）。 -淀粉酶能从分子内部切开淀粉酶能从分子内部切开-1，4糖苷键，但糖苷键，但不能水解不能水解-1，6糖苷键及靠近糖苷键及靠近-1，6糖苷键的几糖苷键的几个个-1，4糖苷键。当糖苷键。当-淀粉酶作用于淀粉糊时，淀粉酶作用于淀粉糊时，能使其黏度迅速下降，故又称液化酶。直链淀粉能使其黏度迅速下降，故又称液化酶。直链淀粉经该酶水解的最终产物为葡萄糖和麦芽糖，支链经该酶水解的最终产物为葡萄糖和麦芽糖，支链淀粉的水解产

18、物除葡萄糖、麦芽糖外，还有具有淀粉的水解产物除葡萄糖、麦芽糖外，还有具有-1，6键的极限糊精和含有键的极限糊精和含有4个或更多葡萄糖残个或更多葡萄糖残基的带键的低聚糖。基的带键的低聚糖。 16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室淀粉水解淀粉水解 - -葡萄糖淀粉酶能从淀粉的非还原末端葡萄糖淀粉酶能从淀粉的非还原末端逐个切下麦芽糖单位，但不能水解逐个切下麦芽糖单位，但不能水解-1-1，6 6糖苷键，也不能越过糖苷键，也不能越过-1-1，6 6糖苷键水糖苷键水解解-1-1，4 4

19、糖苷键，所以该酶水解支链淀糖苷键，所以该酶水解支链淀粉时留下分子量较大的极限糊精。粉时留下分子量较大的极限糊精。 葡萄糖淀粉酶能从淀粉的非还原末端逐葡萄糖淀粉酶能从淀粉的非还原末端逐个切下葡萄糖，它既能水解个切下葡萄糖，它既能水解-1-1，6 6糖苷糖苷键，又能水解键，又能水解-1-1，4 4糖苷键。由于形成糖苷键。由于形成的产物几乎都是葡萄糖，因此该酶又称的产物几乎都是葡萄糖，因此该酶又称为糖化酶。为糖化酶。16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室淀粉水解淀粉水解 异淀粉酶

20、专一水解异淀粉酶专一水解-1-1，6 6糖苷键，因此能糖苷键，因此能切开支链淀粉的分支。切开支链淀粉的分支。 总之，淀粉在以上几类酶的共同作用下被总之，淀粉在以上几类酶的共同作用下被彻底水解成葡萄糖和麦芽糖。麦芽糖可在彻底水解成葡萄糖和麦芽糖。麦芽糖可在麦芽糖酶的作用下进一步生成葡萄糖。麦芽糖酶的作用下进一步生成葡萄糖。 另外，在糖化曲中除含有淀粉酶类外，还另外，在糖化曲中除含有淀粉酶类外，还含有一些蛋白酶等，后者在糖化过程中能含有一些蛋白酶等，后者在糖化过程中能将蛋白质水解成胨、多肽和氨基酸等。将蛋白质水解成胨、多肽和氨基酸等。16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发

21、酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室2.2.纤维质原料的水解纤维质原料的水解 纤维素、半纤维素和木质素纤维素、半纤维素和木质素 纤维素是由葡萄糖通过纤维素是由葡萄糖通过-1-1，4 4糖苷糖苷键连接而成的聚合物，是一种结构上无键连接而成的聚合物，是一种结构上无分枝、分子量很大、性质稳定的多糖。分枝、分子量很大、性质稳定的多糖。其分子量可达几十万，甚至几百万。纤其分子量可达几十万，甚至几百万。纤维素是构成植物细胞壁的主要成分，稻维素是构成植物细胞壁的主要成分，稻麦秸秆、木材、玉米芯的纤维素含量分麦秸秆、木材、玉米芯的纤维素含量分别为别为

22、40405050、40405050、5353。在植物细胞壁中，纤维素总是和半纤维在植物细胞壁中，纤维素总是和半纤维素、木质素等伴生在一起。素、木质素等伴生在一起。16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室2.2.纤维质原料的水解纤维质原料的水解 半纤维素是一大类结构不同的多聚糖的统称。半纤维素是一大类结构不同的多聚糖的统称。构成半纤维素的成分有构成半纤维素的成分有D-葡萄糖、葡萄糖、D-甘露糖和甘露糖和D-半乳糖等己糖，及半乳糖等己糖，及D-木糖、木糖、L-阿拉伯糖等戊阿拉伯糖

23、等戊糖以及糖醛酸等。常见的半纤维素分子有：糖以及糖醛酸等。常见的半纤维素分子有：D-木聚糖、木聚糖、L-阿拉伯聚糖阿拉伯聚糖-D-木聚糖、木聚糖、L-阿拉伯聚阿拉伯聚糖糖-D-半乳聚糖、半乳聚糖、L阿拉伯聚糖阿拉伯聚糖-D-葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸-D-木聚糖、木聚糖、D-半乳聚糖半乳聚糖-D-葡聚糖葡聚糖-D-甘露聚糖甘露聚糖等。这些多聚糖的聚合度等。这些多聚糖的聚合度(DP)为为60200，直，直链或分枝。半纤维素与纤维素不同，它很容易链或分枝。半纤维素与纤维素不同，它很容易水解，但由于它们总是交杂在一起，只有当纤水解，但由于它们总是交杂在一起，只有当纤维素也被水解时，才可能全部被水解。维素也

24、被水解时，才可能全部被水解。 16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室2.2.纤维质原料的水解纤维质原料的水解 本质素是由苯基丙烷结构单元通过碳本质素是由苯基丙烷结构单元通过碳- -碳碳键连接而成的具有三维空间结构的高分键连接而成的具有三维空间结构的高分子聚合物。在用酸对纤维进行分级水解子聚合物。在用酸对纤维进行分级水解时，最后剩下的时，最后剩下的20203030的非溶性残的非溶性残余物即为木质素，其性质极为稳定。木余物即为木质素，其性质极为稳定。木质素在纤维素周围形成保护层

25、，使后者质素在纤维素周围形成保护层，使后者的水解变得很困难。的水解变得很困难。16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室2.2.纤维质原料的水解纤维质原料的水解 纤维素的水解纤维素的水解 根据采用的方法不同可将纤维素的水解法根据采用的方法不同可将纤维素的水解法分成三种，即稀酸水解法、浓酸水解法分成三种，即稀酸水解法、浓酸水解法和酶水解法。和酶水解法。 纤维素酸水解所用的酸为硫酸、盐酸和纤维素酸水解所用的酸为硫酸、盐酸和氢氟酸等强酸。水解反应式为：氢氟酸等强酸。水解反应式为： (

26、C(C6 6H H10100 05 5)n)n十十nHnH2 20 0nCnC6 6H H12120 06 616:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室2.2.纤维质原料的水解纤维质原料的水解 无机强酸催化纤维素分解的机理是：无机强酸催化纤维素分解的机理是：酸在水中解离产生酸在水中解离产生H H+ +，H H+ +与水构成不稳定与水构成不稳定的水合氢的水合氢 离子离子H3O+，当，当H3O+与纤维素链上的与纤维素链上的-1，4糖苷键接触时，糖苷键接触时，H30+将将1个氢离子交

27、给个氢离子交给该糖苷键上的氧，使它变成不稳定的四价该糖苷键上的氧，使它变成不稳定的四价氧。当氧键断裂时，与水反应生成两个羟氧。当氧键断裂时，与水反应生成两个羟基，并重新放出基，并重新放出H+。 H+可再次参与催化可再次参与催化水解反应。溶液中水解反应。溶液中H+浓度越高，水解速浓度越高，水解速度越快度越快 16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室2.2.纤维质原料的水解纤维质原料的水解 酶水解采用的酶是纤维素酶，它是一种复酶水解采用的酶是纤维素酶，它是一种复合酶类，故又称纤维

28、素酶复合物。已知纤维合酶类，故又称纤维素酶复合物。已知纤维素酶复合物由素酶复合物由C C1 1和和C Cx x组成。天然纤维素的分组成。天然纤维素的分解过程是：纤维素先解过程是：纤维素先被被C Cl l酶降解为较低分子酶降解为较低分子化合物，同时具有水合性，其次由所谓化合物，同时具有水合性，其次由所谓C Cx x的的几种酶作用形成纤维二糖。纤维二糖再由纤几种酶作用形成纤维二糖。纤维二糖再由纤维二糖酶维二糖酶( (- -葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶) )水解成葡萄糖。水解成葡萄糖。 由于纤维素的性能稳定由于纤维素的性能稳定, ,无论用酸水解还是无论用酸水解还是用酶水解，都存在水解速度慢用酶水解，都存在水

29、解速度慢, ,糖得率低的糖得率低的问题，这是影响纤维素科学利用的难题之一问题，这是影响纤维素科学利用的难题之一. .16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室(二二)酵母菌的乙醇发酵酵母菌的乙醇发酵 酵母菌在厌氧条件下可发酵己糖形成乙醇，酵母菌在厌氧条件下可发酵己糖形成乙醇，其生化过程主要由两个阶段组成。第一阶其生化过程主要由两个阶段组成。第一阶段己糖通过糖酵解途径段己糖通过糖酵解途径(EMP(EMP途径途径) )分解成丙分解成丙酮酸。第二阶段丙酮酸由脱羧酶催化生成酮酸。第二阶

30、段丙酮酸由脱羧酶催化生成乙醛和二氧化碳，乙醛进一步被还原成乙乙醛和二氧化碳，乙醛进一步被还原成乙醇，整个过程由图醇，整个过程由图5-35-3所示。葡萄糖发酵成所示。葡萄糖发酵成乙醇的总反应式为：乙醇的总反应式为： C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量能量 16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室(二二)酵母菌的乙醇发酵酵母菌的乙醇发酵16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教

31、研室生物技术及应用教研室(二二)酵母菌的乙醇发酵酵母菌的乙醇发酵 发酵过程中除主要生成乙醇外，还生成少量的其发酵过程中除主要生成乙醇外，还生成少量的其他副产物，包括甘油、有机酸（主要是琥珀酸）、他副产物，包括甘油、有机酸（主要是琥珀酸）、杂醇油（高级醇）、醛类、酯类等，理论上杂醇油（高级醇）、醛类、酯类等，理论上1mol葡萄糖可产生葡萄糖可产生2mol乙醇；即乙醇；即180克葡萄糖产生克葡萄糖产生92克乙醇，的率为克乙醇，的率为51.5%，可是实际得率没有这么，可是实际得率没有这么高。因酵母菌体的积累约需高。因酵母菌体的积累约需2% 的葡萄糖，另外的葡萄糖，另外2%的葡萄糖用于形成甘油，的葡萄

32、糖用于形成甘油，0.5%用于形成有机用于形成有机酸，酸，0.2%用于形成杂醇油。因此实际上只有约用于形成杂醇油。因此实际上只有约47的葡萄糖转化成乙醇。乙醇发酵中大部分能量的葡萄糖转化成乙醇。乙醇发酵中大部分能量仍储存于乙醇之中，所释放的仍储存于乙醇之中，所释放的226kJ自由能中除自由能中除67kJ(29)用于形成用于形成ATP外，其余能量以热的形外，其余能量以热的形式散发式散发 16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室四、酒精发酵工艺四、酒精发酵工艺 酒清发酵由于所用原料

33、不同，采用酒清发酵由于所用原料不同，采用的工艺也不相同。下面扼要介绍淀的工艺也不相同。下面扼要介绍淀粉质原料、糖质原料酒精发酵工艺粉质原料、糖质原料酒精发酵工艺过程。过程。16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室( (一一) )淀粉质原料酒精发酵工艺淀粉质原料酒精发酵工艺 淀粉质原料生产酒精分为原料预处理、淀粉质原料生产酒精分为原料预处理、原料蒸煮、糖化剂制备、糖化、酒母制备、原料蒸煮、糖化剂制备、糖化、酒母制备、乙醇发酵和蒸馏等工艺，工艺流程如下图乙醇发酵和蒸馏等工艺，工艺

34、流程如下图. .16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室( (一一) )淀粉质原料酒精发酵工艺淀粉质原料酒精发酵工艺 1.1.原料预处理原料预处理 2.2.蒸料蒸料 3.糖化曲制备糖化曲制备 4.糖化糖化 5.酒母制备酒母制备 6.乙醇发酵乙醇发酵 16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室( (一一) )淀粉质原料酒精发酵工艺淀粉质原料酒精发酵工艺 1.1.

35、原料预处理原料预处理 (1)原料的除杂原料的除杂 原料诈先要通过振荡原料诈先要通过振荡筛、吸铁器等将其中的混杂的小铁钉、筛、吸铁器等将其中的混杂的小铁钉、泥块、杂草、泥块、杂草、 石块等杂质除去。石块等杂质除去。 16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室( (一一) )淀粉质原料酒精发酵工艺淀粉质原料酒精发酵工艺 2)2)原料的粉碎原料的粉碎 粉碎的目的主要是增加原粉碎的目的主要是增加原料受热面积料受热面积, ,有利于淀粉颗粒的吸水膨胀有利于淀粉颗粒的吸水膨胀, ,糊糊化化,

36、 ,缩短后续热处理时间缩短后续热处理时间, ,提高热处理效率提高热处理效率. .另另外外, ,粉末原料加水混合后容易流动输运粉末原料加水混合后容易流动输运. .原料原料粉碎的方法要分为干粉碎和湿粉碎两种粉碎的方法要分为干粉碎和湿粉碎两种. .目前目前国内大多采用于粉碎法，设备大多采用锤式国内大多采用于粉碎法，设备大多采用锤式粉碎机粉碎机, ,采用粗碎和细碎两级粉碎工艺，经细采用粗碎和细碎两级粉碎工艺，经细粉碎后颗粒一般小于粉碎后颗粒一般小于2.0mm2.0mm。湿粉碎时湿粉碎时, ,将蒸将蒸煮所需水量和原料一起加入粉碎机中煮所需水量和原料一起加入粉碎机中, ,原料粉原料粉末不飞扬末不飞扬, ,

37、省去除尘通风设备省去除尘通风设备, ,但粉碎后的粉但粉碎后的粉料不能储存料不能储存, ,宜立即用于生产。宜立即用于生产。16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室2.2.蒸蒸料料 淀粉质原料吸水后在高温高压下蒸煮，淀粉质原料吸水后在高温高压下蒸煮，可以破坏植物组织和细胞，使淀粉彻底可以破坏植物组织和细胞，使淀粉彻底糊化、液化，使蒸煮物料成为均一的糊糊化、液化，使蒸煮物料成为均一的糊化醪，为进一步的淀粉转化为糖创造良化醪，为进一步的淀粉转化为糖创造良好的条件；其次蒸料还有灭菌的作

38、用。好的条件；其次蒸料还有灭菌的作用。16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室2.2.蒸料蒸料 蒸煮工艺看，蒸煮工艺看，2020世纪世纪5050年代前期我国酒精年代前期我国酒精厂大多采用整粒原料间歇蒸煮工艺。为了厂大多采用整粒原料间歇蒸煮工艺。为了提高蒸煮醪质量和减轻劳动强度，目前我提高蒸煮醪质量和减轻劳动强度，目前我国各酒精厂广泛采用连续蒸煮的工艺，方国各酒精厂广泛采用连续蒸煮的工艺，方法有多种，常用有罐式法有多种，常用有罐式( (锅式锅式) )连续蒸煮、连续蒸煮、管道式连

39、续蒸煮、塔式管道式连续蒸煮、塔式( (柱式柱式) )连续蒸煮等连续蒸煮等三种方法。三种方法。 罐式连续蒸煮工艺流程简图如图罐式连续蒸煮工艺流程简图如图5-6所示，所示， 16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室2.2.蒸蒸料料16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室2.2.蒸料蒸料 采用工艺条件见表采用工艺条件见表5-15-1 蒸料需要消耗蒸汽这一能源，根据

40、国内蒸料需要消耗蒸汽这一能源，根据国内的情况，蒸煮工段所消耗的蒸汽占整个的情况，蒸煮工段所消耗的蒸汽占整个生产过程蒸汽消耗的生产过程蒸汽消耗的25%25%30%30%。为了节。为了节约能源，人们正在探索其他工艺，如无约能源，人们正在探索其他工艺，如无蒸煮的生淀粉蒸煮的生淀粉( (生料生料) )发酵工艺、低温发酵工艺、低温(100(100以内以内) )蒸煮工艺膨化工艺和超细磨蒸煮工艺膨化工艺和超细磨工艺等，其中有些工艺已经在生产中得工艺等，其中有些工艺已经在生产中得到应用。到应用。16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术

41、学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室2.2.蒸料蒸料16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室3.3.糖化曲制备糖化曲制备 3.3.糖化曲制备糖化曲制备 糖化曲分成固体曲和液体曲两种，用麸皮为主要糖化曲分成固体曲和液体曲两种，用麸皮为主要原料制成的固体曲叫麸曲，采用液体深层通风培原料制成的固体曲叫麸曲，采用液体深层通风培养的称为液体曲。养的称为液体曲。 (1)固体曲的生产固体曲的生产 固体曲生产方法有多种，最早固体曲生产方法有多种，最早采用的是曲盘制曲，后来发展为帘子制

42、曲，采用的是曲盘制曲，后来发展为帘子制曲，20世世纪纪60年代以后又逐步采用机械通风制曲方法。机年代以后又逐步采用机械通风制曲方法。机械通风制曲工艺包括三角瓶种曲培养、帘子种曲械通风制曲工艺包括三角瓶种曲培养、帘子种曲制备和机械通风制曲等几个工段，流程如图制备和机械通风制曲等几个工段，流程如图5-7所示。所示。 16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室3.3.糖化曲制备糖化曲制备16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长

43、沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室3.3.糖化曲制备糖化曲制备 制曲过程实际上是将糖化菌扩大培养，并制曲过程实际上是将糖化菌扩大培养，并让糖化菌产生高活力的、质量合格的各种让糖化菌产生高活力的、质量合格的各种淀粉酶等酶类的过程。为此，需要提供让淀粉酶等酶类的过程。为此，需要提供让糖化菌生长和产酶的合适原料、水分、温糖化菌生长和产酶的合适原料、水分、温度和通气条件等。三角瓶种曲培养阶段先度和通气条件等。三角瓶种曲培养阶段先保温保温31313232培养培养161618h18h，然后扣瓶并继然后扣瓶并继续培养续培养3 34d4d，所得种曲要求孢子肥大整所得种曲要求孢子肥大

44、整齐、稠密齐、稠密16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室3.3.糖化曲制备糖化曲制备 。帘子种曲制备阶段，在接种之后，培养。帘子种曲制备阶段，在接种之后，培养前期前期( (前前16h)16h)室温保持室温保持30303131，品温控制，品温控制不超过不超过34343636；培养中期；培养中期(16(1632h)32h)品温品温控制控制363637.537.5；培养后期；培养后期(32(3248h)48h)，前前8h8h内品温控制在内品温控制在37373838，后，后8h8h

45、最高不超最高不超过过3939。机械通风制曲阶段，一般培养时。机械通风制曲阶段，一般培养时间为间为242432h32h，培养前期即制曲箱培养前期即制曲箱( (图图5-8)5-8)16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室( (一一) )淀粉质原料酒精发酵工艺淀粉质原料酒精发酵工艺 10h以内控制最高不超过以内控制最高不超过34；培养中；培养中期期(1120h)， 菌丝大量形成，并释放出大量热量，应菌丝大量形成，并释放出大量热量，应通风控制品温不超过通风控制品温不超过4042；培养

46、后；培养后期期(2630h) 将品温保持将品温保持3739。所得固体曲要求。所得固体曲要求菌丝粗壮浓密，具特有的清香，无异味，菌丝粗壮浓密，具特有的清香，无异味，无孢子生成。无孢子生成。 16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室3.3.糖化曲制备糖化曲制备16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室( (一一) )淀粉质原料酒精发酵工艺淀粉质原料酒精发酵工艺 (

47、2)(2)液体曲生产液体曲生产 液体曲生产工艺过程液体曲生产工艺过程包括种子制备、液体曲发酵和无菌空气包括种子制备、液体曲发酵和无菌空气制备三部分，其工艺流程如图制备三部分，其工艺流程如图5-95-9所示。所示。 种子罐接种糖化菌孢子悬浮液后，种子罐接种糖化菌孢子悬浮液后，3232通风培养通风培养36h36h左右接入培养罐，在培养罐左右接入培养罐，在培养罐内培养内培养48h48h左右即得成熟液体曲。左右即得成熟液体曲。16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室3.3.糖化曲制备

48、糖化曲制备16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室4.糖化糖化 糖化方法分成间歇糖化和连续糖化两类。糖化方法分成间歇糖化和连续糖化两类。目前我国大多数酒精厂采用后者。目前我国大多数酒精厂采用后者。(1)间歇糖化工艺间歇糖化工艺 间歇糖化在糖化锅间歇糖化在糖化锅(图图5-10)图见第图见第132面内进行。蒸煮醪放入并冷却到面内进行。蒸煮醪放入并冷却到6162时，加入糖化剂，搅拌均匀后时，加入糖化剂，搅拌均匀后静止糖化静止糖化30min，再冷却至再冷却至30后供发后供发酵用。酵用

49、。 16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室4.糖化糖化16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室4.糖化糖化 (2)(2)连续糖化工艺连续糖化工艺 根据蒸煮醪冷却根据蒸煮醪冷却( (前前冷却冷却) )和糖化醪液冷却和糖化醪液冷却( (后冷却后冷却) )的方法不同，的方法不同，可将连续糖化工艺分成混合冷却连续糖化、可将连续糖化工艺分成混合冷却连续糖化、真空冷却

50、连续糖化和三级真空冷却连续糖真空冷却连续糖化和三级真空冷却连续糖化三大类，所控制的工艺参数与间歇糖化化三大类，所控制的工艺参数与间歇糖化工艺的相似。工艺的相似。16:59发酵技术（2008-2009上学期) 杨志远发酵技术发酵技术 长沙环境保护职业技术学院长沙环境保护职业技术学院生物技术及应用教研室生物技术及应用教研室5.5.酒母制备酒母制备 酒母制备过程是酒母扩大培养过程，酒母制备过程是酒母扩大培养过程，分为实验室扩大培养和酒母罐扩大培养分为实验室扩大培养和酒母罐扩大培养两阶段，其流程见图两阶段，其流程见图5-115-11所示。所示。整个酒整个酒母扩大培养过程控制的温度均为母扩大培养过程控制