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1、第四节第四节 酒精酵母酒精酵母一、酒精生产对酵母菌的要求一、酒精生产对酵母菌的要求酒精生产中要求酵母菌具有下述性能：酒精生产中要求酵母菌具有下述性能：含有较强的酒化酶，发酵能力强，而且迅速；含有较强的酒化酶，发酵能力强，而且迅速；繁殖速度快，具有很强的增殖能力；繁殖速度快，具有很强的增殖能力；耐酒精能力强，能在较高浓度的酒精发酵醪中进行耐酒精能力强，能在较高浓度的酒精发酵醪中进行发酵；发酵；耐温性能好，能在较高温度下进行繁殖和发酵；耐温性能好，能在较高温度下进行繁殖和发酵；抵抗杂菌能力强；抵抗杂菌能力强；耐酸能力强；耐酸能力强；生产性能稳定，变异性小；生产性能稳定，变异性小；发酵时产生泡沫少。
2、发酵时产生泡沫少。2021/9/211二、酒精生产中常用酵母菌及其特性二、酒精生产中常用酵母菌及其特性(一一)酒精生产中常用的酵母菌株酒精生产中常用的酵母菌株1拉斯拉斯2号号(Rasse)酵母酵母 又名德国二号酵母，细胞又名德国二号酵母，细胞呈长卵形，麦汁培养呈长卵形，麦汁培养5.65.67微米，很少有微米，很少有5.68微微米，子囊孢子米，子囊孢子2.9微米，但较难形成，能发酵葡萄糖、微米，但较难形成，能发酵葡萄糖、蔗糖、麦芽糖，不发酵乳糖。营养丰富时，细胞贮藏蔗糖、麦芽糖，不发酵乳糖。营养丰富时，细胞贮藏有较多的肝糖，营养缺乏时，则有明显的空胞存在。有较多的肝糖，营养缺乏时，则有明显的空胞
3、存在。该菌在玉米醪中发酵特别旺盛，适用于淀粉质原料发该菌在玉米醪中发酵特别旺盛，适用于淀粉质原料发酵生产酒精。该菌的缺点是发酵中易产生泡沫。酵生产酒精。该菌的缺点是发酵中易产生泡沫。2拉斯拉斯12号号(Rasse)酵母酵母 又名德国又名德国12号酵母，由马号酵母，由马旦士旦士(Matthes)于于1902年从德国压榨酵母中分离出来。年从德国压榨酵母中分离出来。细胞圆形，近卵圆形。细胞大小普通为细胞圆形，近卵圆形。细胞大小普通为76.8微米，细微米，细胞间连接较多，中央部的数个至胞间连接较多，中央部的数个至l0数个细胞常较顶端数个细胞常较顶端的细胞为大。能发酵葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、的细胞为
4、大。能发酵葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、半乳糖和半乳糖和13棉子糖，不发酵乳搪。常用于酒精、白棉子糖，不发酵乳搪。常用于酒精、白酒生产。酒生产。2021/9/2123K字酵母字酵母 是从日本引进来的菌种，细胞卵圆形，是从日本引进来的菌种，细胞卵圆形，细胞较小，生长迅速，适用于高梁、大米、薯干原细胞较小，生长迅速，适用于高梁、大米、薯干原料生产酒精。料生产酒精。4南阳五号酵母南阳五号酵母(1300)固体培养时，菌落白色，表固体培养时，菌落白色，表面光滑，质地湿润，边缘整齐；培养一周，色稍暗。面光滑，质地湿润，边缘整齐；培养一周，色稍暗。细胞形态虽椭圆形，少数腊肠形细胞形态虽椭圆形，少数腊肠形(4.
5、957.263.35.94微米微米)。能发酵麦芽搪、葡萄糖、蔗糖、。能发酵麦芽搪、葡萄糖、蔗糖、1/3棉子糖，不发酵乳糖、菊糖、蜜二糖。耐酒精分棉子糖，不发酵乳糖、菊糖、蜜二糖。耐酒精分13以下。以下。5南阳混合酵母南阳混合酵母(1308)固体培养时，菌落白色，表固体培养时，菌落白色，表面光滑、质地湿润、边缘整齐；培养一周后，色稍面光滑、质地湿润、边缘整齐；培养一周后，色稍暗；细胞呈圆形暗；细胞呈圆形(6.66.6微米微米)，少数卵圆形；能，少数卵圆形；能发酵葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、发酵葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、1/3棉子糖，不发酵乳棉子糖，不发酵乳搪、菊糖、蜜二糖。该菌在含单宁原料中酒精发酵搪、菊
6、糖、蜜二糖。该菌在含单宁原料中酒精发酵能力比拉斯能力比拉斯12号速度快、变形少，产酒精能力也强。号速度快、变形少，产酒精能力也强。2021/9/213三、酵母所需营养物质及其数量三、酵母所需营养物质及其数量1碳源碳源：葡萄糖、麦芽糖等单糖及双糖。：葡萄糖、麦芽糖等单糖及双糖。2氮源氮源：小分子量的蛋白胨、眎或氨基酸后才能被酵：小分子量的蛋白胨、眎或氨基酸后才能被酵母所用。原料中含氮量少时，也可补加无机氮，供母所用。原料中含氮量少时，也可补加无机氮，供给酵母生长。生产上多采用给酵母生长。生产上多采用(NH4)2SO4为补充氮源。为补充氮源。硝酸盐因不易被酵母所利用，故不采用。硝酸盐因不易被酵母所
7、利用，故不采用。3无机盐无机盐：酵母繁殖过程中需要的无机盐可从原料中：酵母繁殖过程中需要的无机盐可从原料中获得，一般不需另加。获得，一般不需另加。4维生素维生素：维生素主要由糖化醪中获得。维生素易被：维生素主要由糖化醪中获得。维生素易被高温所破坏，因此，在制备酒母糖化醪时，不宜采高温所破坏，因此，在制备酒母糖化醪时，不宜采用高温长时间的杀菌，以减少维生素的损失。用高温长时间的杀菌，以减少维生素的损失。2021/9/214四、酒母培养与扩大培养工艺四、酒母培养与扩大培养工艺(一一)酒母培养基的制备酒母培养基的制备1试验室阶段培养基的制备采用米曲汁或麦芽汁来做试验室阶段培养基的制备采用米曲汁或麦芽
8、汁来做培养基。培养基。米曲汁培养基的制备米曲汁培养基的制备 2酒母糖化醪原料的选择：玉米最好，甘薯原科也可酒母糖化醪原料的选择：玉米最好，甘薯原科也可以用来制做酒母糖化醪，但需常加入硫酸铵以补充氮以用来制做酒母糖化醪，但需常加入硫酸铵以补充氮源。酒母原料，应不含单宁等有害的物质。源。酒母原料，应不含单宁等有害的物质。(2)酒母糖化醪的制做过程酒母糖化醪的制做过程 原料蒸煮：原料蒸煮：2021/9/215 酒母蒸煮醪的糖化酒母蒸煮醪的糖化：冷却到：冷却到68左右进行糖化。用左右进行糖化。用曲量多高于大生产的加曲量。液体曲加曲量为曲量多高于大生产的加曲量。液体曲加曲量为300单单位克原料；固体曲加
9、量为原料的位克原料；固体曲加量为原料的10左右。糖化左右。糖化时间时间34小时，使用黄曲时，糖化温度可控制在小时，使用黄曲时，糖化温度可控制在5560，而黑曲则可控制在，而黑曲则可控制在6065。酒母糖化醪营养盐的添加酒母糖化醪营养盐的添加：甘薯原料加入原科：甘薯原料加入原科0.050.1的硫酸铵。的硫酸铵。酒母糖化醪的酸化酒母糖化醪的酸化：pH45，硫酸调。，硫酸调。酒母糖化醪的杀菌酒母糖化醪的杀菌：加温至：加温至8590杀菌杀菌15-30分钟。分钟。有的厂采用有的厂采用75杀菌。大酒母糖化醪主要控制杀菌。大酒母糖化醪主要控制pH值，值，以抑制杂菌生长，而不再杀菌。杀菌后，冷却到以抑制杂菌生
10、长，而不再杀菌。杀菌后，冷却到27，就可供培养酒母。，就可供培养酒母。2021/9/2162021/9/217(二二)酒母的扩大培养酒母的扩大培养1试验室阶段的酒母扩大培养试验室阶段的酒母扩大培养 原菌原菌斜面试管斜面试管液体试管液体试管三角瓶培养三角瓶培养卡氏罐卡氏罐(1)原菌原菌：应接入新鲜斜面试管进行活化：应接入新鲜斜面试管进行活化(2)斜面试管培养斜面试管培养：28-30保温培养保温培养34天天(3)液体试管培养液体试管培养：接入装有：接入装有10毫升米曲汁的液体试毫升米曲汁的液体试管，管，2830保温培养保温培养24小时左右小时左右(4)三角瓶培养三角瓶培养：按：按40%装入米曲汁或
11、糖化醪，灭菌装入米曲汁或糖化醪，灭菌后无菌条件下，将液体试管菌种接入，后无菌条件下，将液体试管菌种接入，2830培养培养1520小时，若扩大段只用大三角瓶，多接几只液体小时，若扩大段只用大三角瓶，多接几只液体试管，以加大接种量。试管，以加大接种量。(5)卡氏罐培养卡氏罐培养：卡氏罐培养基可使用酒母糖化醪，：卡氏罐培养基可使用酒母糖化醪，糖化醪应杀菌后备用，接种后将卡氏罐放于酒母室中，糖化醪应杀菌后备用，接种后将卡氏罐放于酒母室中，温室培养。温室培养。2021/9/2182021/9/2192酒母罐培养：从卡氏罐以后酒母扩大培养属于酒母酒母罐培养：从卡氏罐以后酒母扩大培养属于酒母车间进行培养车间
12、进行培养卡氏罐卡氏罐 小酒母罐小酒母罐 大酒母罐大酒母罐 成熟酒母送发酵车成熟酒母送发酵车间间(1)间歇培养法间歇培养法：分小酒母罐与大酒母罐两个阶段：分小酒母罐与大酒母罐两个阶段 培养过程培养过程：酒母罐洗刷干净，并对罐体、管道进行：酒母罐洗刷干净，并对罐体、管道进行杀菌后，将酒母糖化醪打入小酒母罐中，并接入已培杀菌后，将酒母糖化醪打入小酒母罐中，并接入已培养成熟的卡氏罐酒母。通无菌空气或用机械搅拌，使养成熟的卡氏罐酒母。通无菌空气或用机械搅拌，使酒母与醪液混匀，在酒母与醪液混匀，在2830进行培养，糖分降低进行培养，糖分降低4045%，酒精量，酒精量34%(容量容量)左右，并且液面有大左右
13、，并且液面有大量量CO2冒出，成熟。培养成熟的小酒母再按入已装好冒出，成熟。培养成熟的小酒母再按入已装好糖化醪的大酒母罐中，同法于糖化醪的大酒母罐中，同法于2830继续培养，待继续培养，待成熟即可送往发酵车间。成熟即可送往发酵车间。特点：特点：间歇培养虽然有生产效率低的缺点，但是由间歇培养虽然有生产效率低的缺点，但是由于酵母质量易于控制，故仍被工厂采用。于酵母质量易于控制，故仍被工厂采用。2021/9/2110(2)半连续培养法半连续培养法(也叫循环培养法也叫循环培养法)：培养过程培养过程 将卡氏罐酒母接入小酒母罐，成熟后，将卡氏罐酒母接入小酒母罐，成熟后，分割出三分之二接入大酒母罐进行培养，
14、余下的三分分割出三分之二接入大酒母罐进行培养，余下的三分之一再补加新鲜酒母糖化醪连续培养，培养成熟后再之一再补加新鲜酒母糖化醪连续培养，培养成熟后再分割，如此反复以上操作。大酒母培养成熟则可全部分割，如此反复以上操作。大酒母培养成熟则可全部送发酵车间做接种用。送发酵车间做接种用。特点：特点：该该方法培养酒母，可以方法培养酒母，可以710天换一次新天换一次新种，如果工厂卫生管理条件较好，可以种，如果工厂卫生管理条件较好，可以12个月换一个月换一次新种，这样不但省去了繁琐的试验室阶段培养，而次新种，这样不但省去了繁琐的试验室阶段培养，而且也使酵母在生产条件下进行了驯养，有利于酵母菌且也使酵母在生产
15、条件下进行了驯养，有利于酵母菌的繁殖和发酵。的繁殖和发酵。2021/9/21113成熟酒母质量指标成熟酒母质量指标(1)酵母细胞数酵母细胞数：一般为：一般为l亿毫升左右。亿毫升左右。(2)出芽率出芽率：酒母出芽率要求在：酒母出芽率要求在1530%。(3)酵母死亡率酵母死亡率：死亡率：死亡率 1%(4)耗糖率耗糖率：控制在：控制在40一一50耗糖率耗糖率()（醪液原始糖度（醪液原始糖度-酒母成熟时糖度）酒母成熟时糖度）/醪液原始糖度醪液原始糖度100(5)酒精分酒精分：酒精含量一般为：酒精含量一般为34(容量容量)。(6)酸度：酸度：增酸增酸 不大于不大于0.05(7)镜检：镜检：整齐、均匀、健
16、壮，极少染杂菌。整齐、均匀、健壮，极少染杂菌。2021/9/21122021/9/2113五、酒母培养设备结构的特点五、酒母培养设备结构的特点2021/9/2114六、影响酒母质量主要因素的讨论六、影响酒母质量主要因素的讨论1.接种量与成熟酒母细胞数的关系接种量与成熟酒母细胞数的关系：2.5立方米立方米酒母罐中只接入一只固体斜面试管酵母种子，酒母罐中只接入一只固体斜面试管酵母种子，然后密闭静止培养然后密闭静止培养2428小时，或微量通风小时，或微量通风(液面被无菌空气吹得微动液面被无菌空气吹得微动)2024小时，其小时，其酵母数也可达酵母数也可达l亿毫升左右。亿毫升左右。2接种量与培养时间的关
17、系接种量与培养时间的关系：酒母接种量多控：酒母接种量多控制在制在1：5l0。细胞数约为。细胞数约为0.10.2亿毫升亿毫升左右，经过左右，经过l012小时培养成熟的酒母醪细胞小时培养成熟的酒母醪细胞数可达数可达0.81.2亿毫升以上。亿毫升以上。3接种时间的掌握接种时间的掌握：旺盛期：旺盛期2021/9/21154酒母培养温度的控制酒母培养温度的控制：培养温度为：培养温度为2830。5关于通风培养关于通风培养：1立方米酒母醪，每小时通立方米酒母醪，每小时通入入2立方米无菌空气已可满足酵母繁殖时的氧立方米无菌空气已可满足酵母繁殖时的氧气需要量了。有的酒精厂在制做酒母糖化醪气需要量了。有的酒精厂在
18、制做酒母糖化醪时，在糖化结束后，通入无菌空气进行搅拌，时，在糖化结束后，通入无菌空气进行搅拌，冷却。当醪液温度降至冷却。当醪液温度降至27，进行接种培养。，进行接种培养。在培养过程中，再通风在培养过程中，再通风23次，每次次，每次12分分钟风量以能吹动醪液翻动为度。钟风量以能吹动醪液翻动为度。6.关于防止杂菌污染关于防止杂菌污染2021/9/2116第五节第五节 酒精发酵机理酒精发酵机理 一一.发酵的目的要求发酵的目的要求 在发酵前期，要创造条件，让酵母菌继续繁在发酵前期，要创造条件，让酵母菌继续繁殖到一定数量。殖到一定数量。使糖化醪中的淀粉和糊精继续被分解，生成使糖化醪中的淀粉和糊精继续被分
19、解，生成可发酵的糖分。可发酵的糖分。发酵过程的中期和后期，要创造厌气条件，发酵过程的中期和后期，要创造厌气条件，使酵母在无氧条件下将糖分发酵生成酒精。使酵母在无氧条件下将糖分发酵生成酒精。发酵过程中产生的发酵过程中产生的CO2应设法排除，并注意应设法排除，并注意加强对随加强对随CO2逸出时被带走酒精的捕集回收。逸出时被带走酒精的捕集回收。2021/9/2117二、酒精发酵机理二、酒精发酵机理(一一)酒精发酵的基本理论酒精发酵的基本理论酒酒精精发发酵酵作作用用，是是酵酵母母菌菌把把可可发发酵酵性性的的糖糖，经经过过细细胞胞内内酒酒化化酶酶的的作作用用，生生成成了了酒酒精精与与CO2，然然后后通通
20、过过细细胞胞膜膜将将这这些些产产物物排排出出体体外外酵酵母母菌菌就就是是通通过过这这种种形形式式进进行行酒酒精精发发酵酵作作用用。产产生生的的酒酒精精渗渗出出到到体体外外。产产生生的的CO2，由由于于其其溶溶解解度度较较小小，当当CO2饱和后形成小的气泡上升使醪液上下循环。饱和后形成小的气泡上升使醪液上下循环。（二）酒精发酵动态（二）酒精发酵动态1.前发酵期前发酵期：发酵作用不强，酒精分和：发酵作用不强，酒精分和CO2产生产生得很少，醪的表面平静，糖分消耗也比较馒。得很少，醪的表面平静，糖分消耗也比较馒。前发酵时间前发酵时间l0小时左右。温度接种时为小时左右。温度接种时为2628，一般不超过，
21、一般不超过30。注意防止杂菌污染。注意防止杂菌污染。2021/9/21182主发酵期主发酵期：酵母细胞数可达：酵母细胞数可达1亿毫升以上。亿毫升以上。酵母菌基本上停止繁殖而主要进行酒精发酵作酵母菌基本上停止繁殖而主要进行酒精发酵作用。糖分迅速下降，酒精分逐渐增多。产生了用。糖分迅速下降，酒精分逐渐增多。产生了大量的大量的CO2。随着。随着CO2的逸出，可以产生很强的逸出，可以产生很强的的CO2泡沫响声。温度最好能控制在泡沫响声。温度最好能控制在3034，主发酵时间一能为，主发酵时间一能为12小时左右。小时左右。3后发酵期后发酵期：醪液中的糖分大部分已被酵母菌：醪液中的糖分大部分已被酵母菌消耗掉
22、，这一阶段发酵醪中酒精和消耗掉，这一阶段发酵醪中酒精和CO2产生得产生得也少。也少。温度应控制在温度应控制在3032左右。一般约需左右。一般约需40小时左右才能完成。总时间一般多控制在小时左右才能完成。总时间一般多控制在6072小时左右。小时左右。2021/9/2119(三三)酒精发酵中酵母菌的酶酒精发酵中酵母菌的酶1水解酶类水解酶类(1)蔗糖酶：胞外酶。蔗糖酶：胞外酶。(2)麦芽糖酶：最适麦芽糖酶：最适pH为为6.757.25，最适温为最适温为40。该酶对温度较为敏感，该酶对温度较为敏感，55即被破坏。即被破坏。(3)肝糖酶肝糖酶 可将酵母体内贮存的肝糖可将酵母体内贮存的肝糖(一种类似支链淀
23、粉，一种类似支链淀粉，但分子量较小的物质但分子量较小的物质)分解为葡萄糖。肝糖酶是胞内酶分解为葡萄糖。肝糖酶是胞内酶2酒化酶：酒化酶：酒化酶是指参与酒精发酵的各种酶及辅酶的酒化酶是指参与酒精发酵的各种酶及辅酶的总称。它主要包括己糖磷酸化酶、氧化还原酶、烯醇化总称。它主要包括己糖磷酸化酶、氧化还原酶、烯醇化酶、脱羧酶及磷酸酶等。在这些酶的作用下、把糖变成酶、脱羧酶及磷酸酶等。在这些酶的作用下、把糖变成酒精。由于这一类酶只能存在于酵母细胞内，而不被酵酒精。由于这一类酶只能存在于酵母细胞内，而不被酵母分泌到细胞外，故称胞内酶。因为酒化酶存在于酵母母分泌到细胞外，故称胞内酶。因为酒化酶存在于酵母细胞内
24、，所以酒精发酵要求有强壮的酵母活细胞参与活细胞内，所以酒精发酵要求有强壮的酵母活细胞参与活动。动。2021/9/2120(四四)酒精发酵机制酒精发酵机制酒精发酵经过五个阶段，十二个已知步骤：酒精发酵经过五个阶段，十二个已知步骤：第一阶段第一阶段：葡萄糖磷酸化，生成活泼：葡萄糖磷酸化，生成活泼1，6-二磷酸果糖。二磷酸果糖。葡萄糖的磷酸化葡萄糖的磷酸化2021/9/2121 6-磷酸葡萄糖和磷酸葡萄糖和6-磷酸果糖的互变：磷酸果糖的互变：6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖在磷酸己糖异构酶的催化下，转变为在磷酸己糖异构酶的催化下，转变为6-磷酸果糖。磷酸果糖。6-磷酸果糖生成磷酸果糖生成1，6-二磷酸果糖二
25、磷酸果糖：6-磷酸果糖在磷磷酸果糖在磷酸果糖激酶催化下，由酸果糖激酶催化下，由ATP供给磷酸基及能量，进一供给磷酸基及能量，进一步磷酸化，生成活泼的步磷酸化，生成活泼的1，6-二磷酸果糖，反应需二磷酸果糖，反应需Mg+激活。激活。2021/9/2122第二阶段：第二阶段：1，6-二磷酸果糖分裂为二分子磷酸丙糖。二磷酸果糖分裂为二分子磷酸丙糖。1，6-二磷酸果糖分解生成二分子三碳糖二磷酸果糖分解生成二分子三碳糖：一分子：一分子1，6-二磷酸果糖在醛缩酶的催化下，分裂为一分子磷二磷酸果糖在醛缩酶的催化下，分裂为一分子磷酸二羟丙酮和一分子酸二羟丙酮和一分子3-磷酸甘油醛。磷酸甘油醛。磷酸二羟丙酮与磷
26、酸二羟丙酮与3-磷酸甘油醛互变磷酸甘油醛互变：磷酸二羟丙酮：磷酸二羟丙酮与与3-磷酸甘油醛是同分异构体，两者可在磷酸丙糖异磷酸甘油醛是同分异构体，两者可在磷酸丙糖异构酶催化下互相转变：构酶催化下互相转变：2021/9/2123第三阶段：第三阶段：3-磷酸甘油醛经氧化磷酸甘油醛经氧化(脱氢脱氢)，并磷酸化，并磷酸化，生成生成1，3-二磷酸甘油酸，然后将高能磷酸键转移给二磷酸甘油酸，然后将高能磷酸键转移给ADP，以产生，以产生ATP，再经磷酸基变位，和分子内重，再经磷酸基变位，和分子内重排，又给出一个高能磷酸链，而后变成丙酮酸。排，又给出一个高能磷酸链，而后变成丙酮酸。3-磷酸甘油醛脱氢并磷酸化生
27、成磷酸甘油醛脱氢并磷酸化生成l，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸。3-磷酸甘油酸的生成：磷酸甘油酸的生成：1，3-二磷酸甘油酸在磷酸甘二磷酸甘油酸在磷酸甘油酸激酶催化下，将高能磷酸油酸激酶催化下，将高能磷酸(脂脂)键转移给键转移给ADP，其本身变为其本身变为3-磷酸甘油酸，反应需磷酸甘油酸，反应需Mg+激活。激活。3-磷酸甘油酸与磷酸甘油酸与2-磷酸甘油酸的互变：磷酸甘油酸的互变：在磷酸甘油在磷酸甘油酸变位酶催化下，酸变位酶催化下，3-磷酸甘油酸与磷酸甘油酸与2，3-二磷酸甘油二磷酸甘油酸互换磷酸基，生成酸互换磷酸基，生成2-磷酸甘油酸。磷酸甘油酸。2-磷酸烯醇式丙酮酸的生成磷酸烯醇式丙酮酸的生成
28、：在烯醇化酶的催化下，：在烯醇化酶的催化下，2-磷酸甘油酸脱水，生成磷酸甘油酸脱水，生成2-磷酸烯醇式丙酮酸，反磷酸烯醇式丙酮酸，反应需应需Mg+激活。激活。2021/9/2124丙酮酸的生成：丙酮酸的生成：在丙酮酸激酶催化下，在丙酮酸激酶催化下，2-磷酸烯醇磷酸烯醇丙酮酸失去高能磷酸键，生成烯醇式丙酮酸。烯醇丙酮酸失去高能磷酸键，生成烯醇式丙酮酸。烯醇式丙酮酸极不稳定，不需酶激化即可变为丙酮酸。式丙酮酸极不稳定，不需酶激化即可变为丙酮酸。以上十步反应可总结为：以上十步反应可总结为：2021/9/2125第四阶段：酒精的生成第四阶段：酒精的生成：酵母菌在无氧条件下，将丙：酵母菌在无氧条件下，将
29、丙酮酸继续降解，产生乙醇。其反应过程如下：酮酸继续降解，产生乙醇。其反应过程如下：丙酮酸脱羧生成乙醛丙酮酸脱羧生成乙醛：在脱羧酶催化下，丙酮酸脱：在脱羧酶催化下，丙酮酸脱羧，生成乙醛，反应需羧，生成乙醛，反应需Mg+缴活。缴活。乙醛还原生成乙醇乙醛还原生成乙醇：乙醛在乙醇脱氢酶及其辅酶：乙醛在乙醇脱氢酶及其辅酶（NADH2)的催化下，还原成乙醇。的催化下，还原成乙醇。2021/9/21262021/9/2127（五）酒精发酵中副产物的生成（五）酒精发酵中副产物的生成1甘油的生成甘油的生成酒精发酵宜在酸性条件下进行，如果使醪液呈碱性，酒精发酵宜在酸性条件下进行，如果使醪液呈碱性，则会使发酵向生成
30、甘油的方向进行。则会使发酵向生成甘油的方向进行。甘油主要在酒精发酵后期产生，当发酵醪中的氮超过甘油主要在酒精发酵后期产生，当发酵醪中的氮超过某种限度或发酵温度高时，会使甘油产量增多。如向某种限度或发酵温度高时，会使甘油产量增多。如向发酵醪中加入发酵醪中加入NaF，会降低甘油的生成量，会降低甘油的生成量，但但NaF的的加入，其酒糟做饲料时，对牲畜有害，故应控制使用。加入，其酒糟做饲料时，对牲畜有害，故应控制使用。2杂醇油的生成杂醇油的生成 生成方式：生成方式：原料中蛋白质分解或菌体蛋白水解生成原料中蛋白质分解或菌体蛋白水解生成了氨基酸，氨基酸进一步分解放出氨，脱羧基生成醇。了氨基酸，氨基酸进一步
31、分解放出氨，脱羧基生成醇。2021/9/21282021/9/2129大部分高级醇类是当葡萄糖存在时，由氨基酸生成。大部分高级醇类是当葡萄糖存在时，由氨基酸生成。另外，丙酮酸和乙酰另外，丙酮酸和乙酰CoA相结合，由于碳链的加长，相结合，由于碳链的加长，当有蔗糖存在时，也可以促进高级醇生成。当有蔗糖存在时，也可以促进高级醇生成。影响生成因素：影响生成因素：杂醇油的生成量和组成与所用原料杂醇油的生成量和组成与所用原料有关，与酵母菌种及营养物质组成有关。发酵醪中如有关，与酵母菌种及营养物质组成有关。发酵醪中如果有容易利用的氮源存在，能阻止或延迟氨基酸分解。果有容易利用的氮源存在，能阻止或延迟氨基酸分
32、解。2021/9/21303琥珀酸的生成琥珀酸的生成：与醪中谷氨酸的存在有关。：与醪中谷氨酸的存在有关。向醪中添加谷氨酸，可增加琥珀酸的产量。向醪中添加谷氨酸，可增加琥珀酸的产量。在上述反应中，受氢体是磷酸甘油醛，所以反在上述反应中，受氢体是磷酸甘油醛，所以反应产物除有琥珀酸外，还有甘油生成。反应中应产物除有琥珀酸外，还有甘油生成。反应中产生的氨被酵母菌利用构成菌体蛋白，而琥珀产生的氨被酵母菌利用构成菌体蛋白，而琥珀酸与甘油则积累于发酵醪中。酸与甘油则积累于发酵醪中。2021/9/21314乳酸发酵乳酸发酵：某些乳酸细菌具有乳酸脱氢酶，：某些乳酸细菌具有乳酸脱氢酶，能以丙酮酸作为受氢体而生成乳
33、酸。能以丙酮酸作为受氢体而生成乳酸。5醋酸的生成醋酸的生成：如果发酵醪被醋酸菌污染，：如果发酵醪被醋酸菌污染，这时醪液中的酒精分会被醋酸菌氧化生成酸，这时醪液中的酒精分会被醋酸菌氧化生成酸，其反应式为：其反应式为：2021/9/21326丁酸的生成丁酸的生成：发酵中间产物乙醛进一步合：发酵中间产物乙醛进一步合成，或由于细菌污染，都会引起丁酸的生成。成，或由于细菌污染，都会引起丁酸的生成。2021/9/2133第六节第六节 糖化醪的发酵糖化醪的发酵一、酒精发酵工艺一、酒精发酵工艺分间歇式、半连续式和连续式三种。分间歇式、半连续式和连续式三种。(一一)间歇式发酵法间歇式发酵法1一次加满法一次加满法
34、 方法：方法：醪冷到醪冷到27-30后，接入糖化醪量后，接入糖化醪量10的酒母，的酒母，混合均匀后，经混合均匀后，经6072小时发酵，即成熟。小时发酵，即成熟。特点：特点：操作简便，易于管理，缺点是酒母用量大。操作简便，易于管理，缺点是酒母用量大。适用于糖化锅与发酵罐容积相等的小型酒精厂。适用于糖化锅与发酵罐容积相等的小型酒精厂。2分次添加法分次添加法 方法：方法：先打入罐容积三分之一左右的醪，接先打入罐容积三分之一左右的醪，接10酒酒母发酵，隔母发酵，隔23小时后，加第二次醪，再隔小时后，加第二次醪，再隔23小时，小时，加第三次。如此，加到罐容积加第三次。如此，加到罐容积90。加总时间。加总
35、时间 l0h。适用范围适用范围：适用于糖化锅容量小，而发酵罐容量大适用于糖化锅容量小，而发酵罐容量大工厂。工厂。2021/9/21343连续添加法连续添加法 方法：方法：生产开始，先将一定量的酒母打入发生产开始，先将一定量的酒母打入发酵罐，然后根据生产量，确定流加速度。糖化酵罐，然后根据生产量，确定流加速度。糖化醪的流加速度与洒母接种量有密切关系，要注醪的流加速度与洒母接种量有密切关系，要注意控制。如果流加速度太快，则发酵醪中酵母意控制。如果流加速度太快，则发酵醪中酵母细胞数太少，不能造成酵母繁殖的优势，易被细胞数太少，不能造成酵母繁殖的优势，易被杂菌所污染。如果流量太慢，也会造成后加入杂菌所
36、污染。如果流量太慢，也会造成后加入的糖化醪中的支链淀粉不能被彻底利用。一般的糖化醪中的支链淀粉不能被彻底利用。一般从接种酵母后，应于从接种酵母后，应于6-8小时内将罐装满。连续小时内将罐装满。连续添加法的发酵总时间自加满罐时算起，约需添加法的发酵总时间自加满罐时算起，约需6072小时发酵即结束。小时发酵即结束。适用范围适用范围：适用于采用连续蒸煮、连续糖化：适用于采用连续蒸煮、连续糖化的酒精生产工厂。的酒精生产工厂。2021/9/21354分割主发酵醪法分割主发酵醪法 方法：方法：将处于旺盛主发酵阶段的发酵醪分出将处于旺盛主发酵阶段的发酵醪分出1/31/2至第二罐，然后两罐同时补加新鲜糖化至第
37、二罐，然后两罐同时补加新鲜糖化醪至满，继续发酵。待第二罐发酵正常，又处醪至满，继续发酵。待第二罐发酵正常，又处于主发酵阶段时，同法又分出于主发酵阶段时，同法又分出1/31/2发酵醪至发酵醪至第三罐，并加新鲜糖化醪至第二、三罐。如此第三罐，并加新鲜糖化醪至第二、三罐。如此连续分割第三、四连续分割第三、四各罐。前面的第一、二各罐。前面的第一、二罐发酵成熟的醪液送去蒸馏。此种发酵方罐发酵成熟的醪液送去蒸馏。此种发酵方式的优点是省去了酒母的制做。另外，由于接式的优点是省去了酒母的制做。另外，由于接入的酵母种子量大，相应的减少了酵母生长的入的酵母种子量大，相应的减少了酵母生长的前发酵期。前发酵期。适用范
38、围：适用范围：适用于卫生管理较好的酒精工厂，适用于卫生管理较好的酒精工厂，其无菌要求较高。其无菌要求较高。2021/9/2136(二二)半连续发酵法半连续发酵法 方方法法：将将一一组组数数个个发发酵酵罐罐连连接接起起来来，使使前前三三个个罐罐保保持持连连续续发发酵酵状状态态。开开始始投投产产时时，在在第第一一只只罐罐接接入入酒酒母母后后，使使该该罐罐始始终终处处于于主主发发酵酵状状态态的的情情况况下下，连连续续流流加加糖糖化化醪醪。待待第第一一罐罐加加满满后后，流流入入第第二二罐罐，此此时时可可分分别别向向第第一一、二二两两罐罐流流加加糖糖化化醪醪，并并保保持持两两罐罐始始终终处处于于主主发发
39、酵酵状状态态。待待第第二二罐罐流流加加满满后后，自自然然流流入入第第三三罐罐。第第三三罐罐流流加加满满后后，流流入入第第四四罐罐。第第四四罐罐施施加加满满后后，则则由由第第三三罐罐改改流流至至第第五五罐罐，第第五五罐罐满满后后改改流流至至第第六六罐罐，依依次次类类推推。第第四四、五五罐罐发发酵酵结结束束后后，送送去去蒸蒸馏馏。洗洗刷刷罐罐体后再重复以上操作。体后再重复以上操作。特点特点：使前三罐处于连续主发酵状态，而后面则处：使前三罐处于连续主发酵状态，而后面则处于后发酵状态。于后发酵状态。2021/9/2137(三三)连续发酵连续发酵1959年，上海酒精厂和天津酒精厂曾探索过淀粉质原年，上海
40、酒精厂和天津酒精厂曾探索过淀粉质原料生产酒精的连续发酵；七十年代初期，广西桂平糖料生产酒精的连续发酵；七十年代初期，广西桂平糖厂酒精车间和广东江门甘蔗化工厂酒精车间在原有糖厂酒精车间和广东江门甘蔗化工厂酒精车间在原有糖蜜原料连续发酵生产酒精的基础上，进行了淀粉质原蜜原料连续发酵生产酒精的基础上，进行了淀粉质原料连续发酵生产酒精实验，料连续发酵生产酒精实验，1.流加罐工艺条件的确定流加罐工艺条件的确定流加罐罐数的确定流加罐罐数的确定 流加罐工艺条件的确定流加罐工艺条件的确定：流加罐中发酵醪糖浓度在：流加罐中发酵醪糖浓度在6-8Bx，酵母细胞数量为，酵母细胞数量为0.81亿毫升左右，酒精含亿毫升左
41、右，酒精含量量4(容量容量)左右。除此之外，还应适当控制发酵醪的左右。除此之外，还应适当控制发酵醪的pH和温度。和温度。醪液流加量与发酵罐容积的确定醪液流加量与发酵罐容积的确定：一殷由：一殷由8-10个罐个罐组成一个连续发酵罐组。组成一个连续发酵罐组。2021/9/21382连续发酵工艺连续发酵工艺(1)循环连续发酵法：循环连续发酵法：将将910个罐组成一组连个罐组成一组连续发酵罐组，各罐连接方式是从前罐上部流入续发酵罐组，各罐连接方式是从前罐上部流入下一箱底部。投产时，先将酒母打入第下一箱底部。投产时，先将酒母打入第-只罐，只罐，同时加入糖化醪，在保持该罐处于主发酵状态同时加入糖化醪，在保持
42、该罐处于主发酵状态下，流加糖化醪至满，然后自然流入第二罐，下，流加糖化醪至满，然后自然流入第二罐，满后又依次流入第三罐，直至末罐。待醪液流满后又依次流入第三罐，直至末罐。待醪液流至末罐并加满后，发酵醪至末罐并加满后，发酵醪 就成熟。将末罐成熟就成熟。将末罐成熟的发酵醪送去蒸馏，洗刷末罐并杀菌，用末罐的发酵醪送去蒸馏，洗刷末罐并杀菌，用末罐变首罐，重新接种发酵，然后以相反方向重复变首罐，重新接种发酵，然后以相反方向重复以上操作，这样谈首罐变末罐，进行循环连续以上操作，这样谈首罐变末罐，进行循环连续发酵。发酵。(2)多级连续发酵法多级连续发酵法 2021/9/2139(3)双流糖化连续发酵双流糖化
43、连续发酵2021/9/21404连续发酵的优点连续发酵的优点 提高设备利用率：提高设备利用率提高设备利用率：提高设备利用率20以上。以上。提高了淀粉利用率：淀粉出酒率达到提高了淀粉利用率：淀粉出酒率达到563，原料，原料(大米大米)出酒率达到出酒率达到40.87。省去了酒母工段省去了酒母工段 便于实现自动化便于实现自动化 二、影响酒精发酵因素的讨论二、影响酒精发酵因素的讨论1糖化醪浓度糖化醪浓度 2发酵醪发酵醪pH值的控制值的控制 3发酵温度发酵温度4接种量和发酵时间接种量和发酵时间5关于缩短发酵时间关于缩短发酵时间2021/9/2141三三.酒精发酵醪成熟酒精发酵醪成熟2021/9/2142
44、四、淀粉出酒率和淀粉利用率四、淀粉出酒率和淀粉利用率由上式可算出由上式可算出100公斤淀粉理论无水酒精量为：公斤淀粉理论无水酒精量为：162 246100 XX=2 46 100/162=56.78（公斤）（公斤）2021/9/2143换算为换算为96%(容量容量)酒精酒精100公斤淀粉理论上可产公斤淀粉理论上可产96%(容量容量)的酒精量为：的酒精量为：56.78/0.9385=60.54(公斤公斤)式中式中0.9385是换算系数，是每是换算系数，是每100公斤公斤96(容容量量)酒精中有酒精中有9385公斤纯酒精。公斤纯酒精。淀粉利用率淀粉利用率%=实际出酒率实际出酒率100%/理论出酒率
45、理论出酒率淀粉出酒率淀粉出酒率()=96%（容量）酒精产量（吨）（容量）酒精产量（吨）100%/原料淀粉总含量（吨）原料淀粉总含量（吨）+曲料淀粉总含曲料淀粉总含量（吨）量（吨）原料出酒率（原料出酒率（%）=96%（容量）酒精产量（吨）（容量）酒精产量（吨）100%/耗用原料耗用原料2021/9/2144造成糖分损失的因素有如下几个方面：造成糖分损失的因素有如下几个方面：粉碎、蒸煮中损失为粉碎、蒸煮中损失为11.5%。酵母繁殖与维持生命活动耗糖分约酵母繁殖与维持生命活动耗糖分约1.62。产生了甘油，消耗掉一部分糖分。产生了甘油，消耗掉一部分糖分。细菌污染，产生乳酸、醋酸等物质消耗糖。细菌污染，
46、产生乳酸、醋酸等物质消耗糖。酒精挥发损失。酒精挥发损失。蒸煮、糖化不彻底，残糖未被发酵造成损失。蒸煮、糖化不彻底，残糖未被发酵造成损失。蒸馏控制不好，从塔顶、塔底跑酒。蒸馏控制不好，从塔顶、塔底跑酒。其它：如管道、罐体清洗，原料保管运输造其它：如管道、罐体清洗，原料保管运输造成的损失。成的损失。2021/9/2145五、酒精发酵新技术五、酒精发酵新技术 1、高效酒精发酵、高效酒精发酵 2、酵母回用发酵系统、酵母回用发酵系统 3、塔式发酵系统、塔式发酵系统 4、透析膜发酵系统、透析膜发酵系统 5、固定化酵母发酵系统、固定化酵母发酵系统 6、萃取发酵系统、萃取发酵系统 7、真空发酵工艺、真空发酵工
47、艺 8、中空纤维膜发酵系统、中空纤维膜发酵系统 9、细菌发酵、细菌发酵 10、固体发酵、固体发酵2021/9/2146第七节第七节 发酵成熟醪的粗馏与精馏发酵成熟醪的粗馏与精馏一、发酵成熟醪的化学组成与杂质分类一、发酵成熟醪的化学组成与杂质分类1、水：、水：8290%2、酒精及挥发性杂质：、酒精及挥发性杂质：610%(v/v)甲甲醇醇、杂杂醇醇油油、甘甘油油、琥琥珀珀酸酸、乳乳酸酸、脂脂 肪肪酸酸、挥挥发发性性杂杂质质已已超超过过50多多种种，归归纳纳为为四四大大类类：醇醇类、醛类、酯类和酸类。类、醛类、酯类和酸类。3、干干物物质质：不不发发酵酵性性糖糖、植植物物体体中中的的皮皮壳壳、纤纤维、
48、无机盐类、酵母等，为维、无机盐类、酵母等，为3-7。2021/9/21472021/9/2148二、酒精蒸馏的基本原理二、酒精蒸馏的基本原理杂质分杂质分：即头级杂质、中间杂质和尾级杂质：即头级杂质、中间杂质和尾级杂质 挥发系数挥发系数：以酒精为例，用：以酒精为例，用a%表示酒精表示酒精-水溶液中的水溶液中的酒精含量，与这沸腾溶液平衡的蒸汽中酒精含量以酒精含量，与这沸腾溶液平衡的蒸汽中酒精含量以A表示。则表示。则A/aKA就是酒精的挥发系数。就是酒精的挥发系数。对于杂质来说也是一样的，可用对于杂质来说也是一样的，可用表示蒸汽中某杂质的表示蒸汽中某杂质的含量，以含量，以表示它在液相中的含量，则其挥
49、发系数为表示它在液相中的含量，则其挥发系数为Kn/。2021/9/2149K一定范围小于一定范围小于1K始终大于始终大于12021/9/2150 一切杂质一切杂质(包括乙醇在内包括乙醇在内)的挥发系数随着乙醇浓度的挥发系数随着乙醇浓度的增加而减少。的增加而减少。当乙醇浓度低于当乙醇浓度低于55%(容量容量)时，一切杂质的挥发系时，一切杂质的挥发系数数K都大于都大于1。有些杂质的挥发系数始终大于有些杂质的挥发系数始终大于1，有些则在酒精浓，有些则在酒精浓度高时，度高时，K杂由大于杂由大于l变成小于变成小于l。某种杂质的挥发系数某种杂质的挥发系数K大于大于1，便集中在塔顶部。如，便集中在塔顶部。如
50、果果 某种杂质的挥发系数某种杂质的挥发系数K小于小于1，则情况相反，它向，则情况相反，它向塔下行方向移动，愈往下浓度愈大，便集中在塔底部。塔下行方向移动，愈往下浓度愈大，便集中在塔底部。如果某种杂质在酒精浓度低时如果某种杂质在酒精浓度低时Knl，随着酒精浓，随着酒精浓度的增加，度的增加，K逐渐减小，在某一酒精浓度其逐渐减小，在某一酒精浓度其Kn1，以后又变得小于以后又变得小于1，这种杂质的运动方向在酒精浓度，这种杂质的运动方向在酒精浓度低时是向上移动，在酒精浓度高时向下移动，最后它低时是向上移动，在酒精浓度高时向下移动，最后它便在塔中部的便在塔中部的Kn=1处集聚。处集聚。2021/9/215