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1、第七节糖化醪的发酵第1 页，本讲稿共24 页一、酒精发酵的目的和要求 淀粉质原料经过预处理、蒸煮和糖化等过程后，其中大部分已转化成可发酵性糖。对送入发酵罐的糖化醪接入酒母，醪中的糖就被发酵生成酒精和二氧化碳。与此同时，保存下来的糖化酶也不断地将残余淀粉转化成可发酵性糖（后糖化作用）。目的：酵母发酵和后糖化作用互相配合，最终将绝大部分淀粉及糖转化成酒精和二氧化碳。第2 页，本讲稿共24 页 除酒精发酵和后糖化作用外，酵母利用醪液中曲霉蛋白酶水解蛋白质而生成的各种低分子含氮化合物（如胨、肽和氨基酸）来合成酵母菌体细胞。因为酒精生产要求以最少的原料来生产尽可能多的酒精产品，所以为尽量减少损失，我们需
2、尽力和满足下列条件：（1）发酵前期，要创造使酵母占绝对优势的繁殖条件；（2）保持一定量的糖化酶活力，即保证后糖化作用的进行；第3 页，本讲稿共24 页（3）制造酒精发酵的厌气条件；（4）防止杂菌污染；（5）提高酒精发酵强度，以此尽力降低造价和成本；（6）注意酒精和CO2 的回收，以及CO2 的进一步利用。第4 页，本讲稿共24 页二、酒精发酵机理（一）酒精发酵的基本情况酵母菌进行酒精发酵原理：进入糖化醪的酒精酵母将糖分吸入胞内，经酒化酶系的作用生成酒精、CO2 和能量。其中，产生的能量一部分供酵母菌新陈代谢；另一部分同酒精、CO2 排到胞外。二氧化碳容易沿罐壁逸出缘由：在发酵后期，醪液中糖分降
3、低到一定水平以下，而CO2 已经饱和，此时，会因CO2 不能排除到胞外而对发酵造成阻碍。CO2（带负电荷）与带负电荷的罐表面接触，通过电荷的排斥力使CO2 逸出。第5 页，本讲稿共24 页表示方法：（1）测定发酵度数值的变化（2）测定释放CO2 的重量或体 积（二）酒精发酵动力学 第6 页，本讲稿共24 页（3）按时测定已被发酵糖的数量 从曲线的形状可以将发酵过程分成前发酵期、主发酵期和后发酵期三个不同阶段。前发酵期：酵母大量繁殖，后糖化作用继续进行。该发酵期的长短与酵母接种量有很大关系。接种量大，前发酵期短，反之则长。由于前发酵期时间很长，在实际生产时，第7 页，本讲稿共24 页 常采用连续
4、发酵以避免前发酵期。发酵醪的温度控制在2830，超过30，容易形起酵母早期老化。该期应特别注意防止杂菌污染。主发酵期：酵母细胞已不在大量繁殖，而主要进行发酵。此时对发酵醪进行分析，糖分下降，酒精含量增多。同时，还有大量热量的释放，所以需要采用人工冷却（罐内蛇管冷却、喷淋罐壁冷却和罐外热交换器冷却）。该期时间的长短取决于可发酵性物质的浓度和营养成分的含量。发酵时间一般在12h 左右。第8 页，本讲稿共24 页 后发酵期：糖分大部分已被发酵，醪液中残余的糊精继续被淀粉酶系统转化为糖，酵母则将它转化为酒精。这一阶段，后糖化作用慢，酒精和量少，产热量也大为减少（注意控制温度在3032 左右）。后发酵期
5、时间最长，一般在40h 左右完成。为提高设备利用率和强化酒精发酵，国外有采用强制循环等措施来强化后发酵期的情况。在整个发酵过程中，发酵时间的长短除受糖化剂种类、酵母菌的性能、酵母接种量等因素的影响外，还与发酵温度和发酵方式有很大关系。发酵方式有着决定性的影第9 页，本讲稿共24 页 向。间歇发酵总时间一般控制在5872h 之间，而顺溜梯级式多罐连续发酵时间可减少到50h 左右。最新研究的固定化活酵母细胞反应器和高温酵母，对发酵时间可明显缩短。（三）酒精发酵期间酵母菌的酶系 酵母体内含有的酶中，与酒精发酵有关的主要是两类：一类为水解酶（加水能分解较简单的碳水化合物、蛋白质类物质的酶类），主要有：
6、蔗糖酶：能将蔗糖分解成为一分子葡萄糖和一分子果糖。它是一种胞外酶。第10 页，本讲稿共24 页 麦芽糖酶：可水解麦芽糖为二分子葡萄糖。最适pH 为6.757.25，最适温度为40，对温度敏感，55 即被破坏。肝糖酶：可将酵母体外的肝糖分解为葡萄糖。它是胞外酶。另一类水解酶为酒化酶。酒化酶是参与酒精发酵的各种酶和辅酶的总称。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。这一类酶都是胞外酶。第11 页，本讲稿共24 页（四）酒精发酵机制 酒精发酵过程主要经过5 个阶段，12 个已知的步骤：第一阶段：葡萄糖磷酸化，生成活泼的1,6-二磷酸果糖。ATP 己糖激酶 ADP 6-磷酸葡萄糖
7、6-磷酸果糖1,6-二磷酸果糖 磷酸果糖激酶ADP ATP葡萄糖 磷酸己糖异构酶第12 页，本讲稿共24 页第二阶段：醛缩酶1,6-二磷酸果糖磷酸二羟基丙酮+3-磷酸甘油醛磷酸二羟基丙酮3-磷酸甘油醛磷酸丙糖异构酶第三阶段：3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油脱氢酶NADNADH2第13 页，本讲稿共24 页1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸+ATP磷酸甘油酸激酶3-磷酸甘油酸+酶磷酸（磷酸化型）2-磷酸甘油酸+酶磷酸(磷酸化型）2,3-二磷酸甘油酸+酶（非磷酸化型）磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶第14 页，本讲稿共24 页2-磷酸甘油酸2-磷酸烯醇式丙酮酸+H2O 烯醇化酶2-磷
8、酸烯醇式丙酮酸+ADP烯醇式丙酮酸+ATP丙酮酸激酶烯醇式丙酮酸丙酮酸第15 页，本讲稿共24 页以上10 步反应可归纳为：C6H12O6+2NAD+2H3PO4+2ADP2CH3COCOOH+2NADH2+2ATP第四阶段：酒精的生成丙酮酸乙醛+CO2丙酮酸脱羧酶 焦磷酸硫胺素乙醛 乙醇NADH2 NAD乙醇脱氢酶第16 页，本讲稿共24 页由葡萄糖发酵生成乙醇的总反应式为：C6H12O6+2ADP+H3PO42C2H5OH+2CO2+2ATP以上反应可归纳为如下图：第17 页，本讲稿共24 页（五）酒精发酵过程中主要副产物的生成1.甘油的生成 酵母在一定条件下，可以转化糖分为甘油。但正常条
9、件下，发酵醪中只有少量甘油生成。含量约0.30.5%。如果改变发酵条件，如向醪液中添加亚硫酸氢钠，或使酒精发酵在碱性条件下进行，则糖的转化会偏向甘油产生的方向。正常的酒精发酵应在酸性情况下进行，以免甘油过多产生，造成酒精出率的降低。第18 页，本讲稿共24 页2.杂醇油的生成 杂醇油是一类高沸点化合物的混合物，主要是高级醇。呈黄色或棕色，有特殊气味，不溶于水。在酒精发酵过程中，分解蛋白质产生的氨基酸被酵母菌同化，而存下的部分脱羧生成相应的醇类，即为杂油醇。杂油醇的生成与酵母的生命活动有关，间接也就与原料的品种和营养组成有关。一般醪液中杂醇油含量为0.30.7%。第19 页，本讲稿共24 页第2
10、0 页，本讲稿共24 页3.琥珀酸的生成 酒精发酵过程中生成琥珀酸的反应为：C6H12O6+COOHCH2CH2CHNH2COOH+2H2O 葡萄糖 谷氨酸=COOHCH2CH2COOH+2C3H8O3+NH3+CO2 琥珀酸 甘油第21 页，本讲稿共24 页4.乳酸等有机酸的生成 最常见杂菌产生的有机酸有乳酸、醋酸和丁酸等。他们分别由乳酸菌、醋酸菌和丁酸菌发酵产生的。乳酸发酵：丙酮酸乳酸乳酸脱氢酶NADH2NAD乳酸菌产生的乳酸脱氢酶使丙酮酸成为受氢体而转化为乳酸。第22 页，本讲稿共24 页醋酸发酵:CH3CH2OH+O2 酒精氧化酶CH3COOH+H2O 醋酸发酵醪液污染醋酸菌后，醪中的酒精会被醋酸菌氧化生成醋酸。丁酸发酵：C6H12O6CH3CH2CH2COOH+2CO2+2H2+61.446kJ发酵中间产物乙醛合成会形成丁酸，但丁酸主要由于丁酸菌发酵的结果。第23 页，本讲稿共24 页 综上所述，酒精发酵过程副产物的生成来自不同的方面（酵母自身引起、杂菌污染引起）。副产物的生成直接消耗了原料，降低了原料的酒精出率。加强对工艺条件的控制，以减少副产物的生成。控制杂菌污染，降低糖分损失。第24 页，本讲稿共24 页