第七節(jié)糖化醪的發(fā)酵

第七節(jié)糖化醪的發(fā)酵第一頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日一、酒精發(fā)酵的目的和要求淀粉質(zhì)原料經(jīng)過(guò)預(yù)處理、蒸煮和糖化等過(guò)程后，其中大部分已轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵性糖。對(duì)送入發(fā)酵罐的糖化醪接入酒母，醪中的糖就被發(fā)酵生成酒精和二氧化碳。與此同時(shí)，保存下來(lái)的糖化酶也不斷地將殘余淀粉轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵性糖（后糖化作用）。

目的：酵母發(fā)酵和后糖化作用互相配合，最終將絕大部分淀粉及糖轉(zhuǎn)化成酒精和二氧化碳。第二頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日除酒精發(fā)酵和后糖化作用外，酵母利用醪液中曲霉蛋白酶水解蛋白質(zhì)而生成的各種低分子含氮化合物（如胨、肽和氨基酸）來(lái)合成酵母菌體細(xì)胞。因?yàn)榫凭a(chǎn)要求以最少的原料來(lái)生產(chǎn)盡可能多的酒精產(chǎn)品，所以為盡量減少損失，我們需盡力和滿足下列條件：（1）發(fā)酵前期，要?jiǎng)?chuàng)造使酵母占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的繁殖條件；（2）保持一定量的糖化酶活力，即保證后糖化作用的進(jìn)行；第三頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日（3）制造酒精發(fā)酵的厭氣條件；（4）防止雜菌污染；（5）提高酒精發(fā)酵強(qiáng)度，以此盡力降低造價(jià)和成本；（6）注意酒精和CO2的回收，以及CO2的進(jìn)一步利用。第四頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日二、酒精發(fā)酵機(jī)理

（一）酒精發(fā)酵的基本情況酵母菌進(jìn)行酒精發(fā)酵原理：進(jìn)入糖化醪的酒精酵母將糖分吸入胞內(nèi)，經(jīng)酒化酶系的作用生成酒精、CO2和能量。其中，產(chǎn)生的能量一部分供酵母菌新陳代謝；另一部分同酒精、CO2排到胞外。二氧化碳容易沿罐壁逸出緣由：在發(fā)酵后期，醪液中糖分降低到一定水平以下，而CO2已經(jīng)飽和，此時(shí)，會(huì)因CO2不能排除到胞外而對(duì)發(fā)酵造成阻礙。CO2（帶負(fù)電荷）與帶負(fù)電荷的罐表面接觸，通過(guò)電荷的排斥力使CO2逸出。第五頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日表示方法：（1）測(cè)定發(fā)酵度數(shù)值的變化（2）測(cè)定釋放CO2的重量或體積

（二）酒精發(fā)酵動(dòng)力學(xué)

第六頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日（3）按時(shí)測(cè)定已被發(fā)酵糖的數(shù)量從曲線的形狀可以將發(fā)酵過(guò)程分成前發(fā)酵期、主發(fā)酵期和后發(fā)酵期三個(gè)不同階段。前發(fā)酵期：酵母大量繁殖，后糖化作用繼續(xù)進(jìn)行。該發(fā)酵期的長(zhǎng)短與酵母接種量有很大關(guān)系。接種量大，前發(fā)酵期短，反之則長(zhǎng)。由于前發(fā)酵期時(shí)間很長(zhǎng)，在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，第七頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日常采用連續(xù)發(fā)酵以避免前發(fā)酵期。發(fā)酵醪的溫度控制在28~30℃，超過(guò)30℃，容易形起酵母早期老化。該期應(yīng)特別注意防止雜菌污染。主發(fā)酵期：酵母細(xì)胞已不在大量繁殖，而主要進(jìn)行發(fā)酵。此時(shí)對(duì)發(fā)酵醪進(jìn)行分析，糖分下降，酒精含量增多。同時(shí)，還有大量熱量的釋放，所以需要采用人工冷卻（罐內(nèi)蛇管冷卻、噴淋罐壁冷卻和罐外熱交換器冷卻）。該期時(shí)間的長(zhǎng)短取決于可發(fā)酵性物質(zhì)的濃度和營(yíng)養(yǎng)成分的含量。發(fā)酵時(shí)間一般在12h左右。第八頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日后發(fā)酵期：糖分大部分已被發(fā)酵，醪液中殘余的糊精繼續(xù)被淀粉酶系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為糖，酵母則將它轉(zhuǎn)化為酒精。這一階段，后糖化作用慢，酒精和量少，產(chǎn)熱量也大為減少（注意控制溫度在30~32°С左右）。后發(fā)酵期時(shí)間最長(zhǎng)，一般在40h左右完成。為提高設(shè)備利用率和強(qiáng)化酒精發(fā)酵，國(guó)外有采用強(qiáng)制循環(huán)等措施來(lái)強(qiáng)化后發(fā)酵期的情況。在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中，發(fā)酵時(shí)間的長(zhǎng)短除受糖化劑種類、酵母菌的性能、酵母接種量等因素的影響外，還與發(fā)酵溫度和發(fā)酵方式有很大關(guān)系。發(fā)酵方式有著決定性的影第九頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日向。間歇發(fā)酵總時(shí)間一般控制在58~72h之間，而順溜梯級(jí)式多罐連續(xù)發(fā)酵時(shí)間可減少到50h左右。最新研究的固定化活酵母細(xì)胞反應(yīng)器和高溫酵母，對(duì)發(fā)酵時(shí)間可明顯縮短。（三）酒精發(fā)酵期間酵母菌的酶系酵母體內(nèi)含有的酶中，與酒精發(fā)酵有關(guān)的主要是兩類：一類為水解酶（加水能分解較簡(jiǎn)單的碳水化合物、蛋白質(zhì)類物質(zhì)的酶類），主要有：蔗糖酶：能將蔗糖分解成為一分子葡萄糖和一分子果糖。它是一種胞外酶。第十頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日麥芽糖酶：可水解麥芽糖為二分子葡萄糖。最適pH為6.75~7.25，最適溫度為40°С，對(duì)溫度敏感，55°С即被破壞。肝糖酶：可將酵母體外的肝糖分解為葡萄糖。它是胞外酶。另一類水解酶為酒化酶。酒化酶是參與酒精發(fā)酵的各種酶和輔酶的總稱。主要包括己糖磷酸化酶、氧化還原酶、烯醇化酶、脫羧酶及磷酸酶等。這一類酶都是胞外酶。第十一頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日（四）酒精發(fā)酵機(jī)制酒精發(fā)酵過(guò)程主要經(jīng)過(guò)5個(gè)階段，12個(gè)已知的步驟：

第一階段：葡萄糖磷酸化，生成活潑的1,6-二磷酸果糖。ATP己糖激酶ADP

6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1,6-二磷酸果糖磷酸果糖激酶ADPATP葡萄糖磷酸己糖異構(gòu)酶第十二頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日第二階段：

醛縮酶1,6-二磷酸果糖磷酸二羥基丙酮+3-磷酸甘油醛磷酸二羥基丙酮3-磷酸甘油醛磷酸丙糖異構(gòu)酶第三階段：3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油脫氫酶NADNADH2第十三頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日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）磷酸甘油酸變位酶磷酸甘油酸變位酶第十四頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日2-磷酸甘油酸2-磷酸烯醇式丙酮酸+H2O烯醇化酶2-磷酸烯醇式丙酮酸+ADP烯醇式丙酮酸+ATP丙酮酸激酶烯醇式丙酮酸丙酮酸第十五頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日以上10步反應(yīng)可歸納為：

C6H12O6+2NAD+2H3PO4+2ADP2CH3COCOOH+2NADH2+2ATP第四階段：酒精的生成丙酮酸乙醛+CO2丙酮酸脫羧酶焦磷酸硫胺素乙醛乙醇NADH2NAD乙醇脫氫酶第十六頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日由葡萄糖發(fā)酵生成乙醇的總反應(yīng)式為：

C6H12O6+2ADP+H3PO42C2H5OH+2CO2+2ATP以上反應(yīng)可歸納為如下圖：第十七頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日（五）酒精發(fā)酵過(guò)程中主要副產(chǎn)物的生成1.甘油的生成酵母在一定條件下，可以轉(zhuǎn)化糖分為甘油。但正常條件下，發(fā)酵醪中只有少量甘油生成。含量約0.3~0.5%。如果改變發(fā)酵條件，如向醪液中添加亞硫酸氫鈉，或使酒精發(fā)酵在堿性條件下進(jìn)行，則糖的轉(zhuǎn)化會(huì)偏向甘油產(chǎn)生的方向。正常的酒精發(fā)酵應(yīng)在酸性情況下進(jìn)行，以免甘油過(guò)多產(chǎn)生，造成酒精出率的降低。第十八頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日2.雜醇油的生成雜醇油是一類高沸點(diǎn)化合物的混合物，主要是高級(jí)醇。呈黃色或棕色，有特殊氣味，不溶于水。在酒精發(fā)酵過(guò)程中，分解蛋白質(zhì)產(chǎn)生的氨基酸被酵母菌同化，而存下的部分脫羧生成相應(yīng)的醇類，即為雜油醇。雜油醇的生成與酵母的生命活動(dòng)有關(guān)，間接也就與原料的品種和營(yíng)養(yǎng)組成有關(guān)。一般醪液中雜醇油含量為0.3~0.7%。第十九頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日第二十頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日3.琥珀酸的生成酒精發(fā)酵過(guò)程中生成琥珀酸的反應(yīng)為：C6H12O6+COOH?CH2?CH2?CHNH2?COOH+2H2O

葡萄糖

谷氨酸=COOH?CH2?CH2COOH+2C3H8O3+NH3+CO2琥珀酸甘油第二十一頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日4.乳酸等有機(jī)酸的生成最常見(jiàn)雜菌產(chǎn)生的有機(jī)酸有乳酸、醋酸和丁酸等。他們分別由乳酸菌、醋酸菌和丁酸菌發(fā)酵產(chǎn)生的。乳酸發(fā)酵：丙酮酸乳酸乳酸脫氫酶NADH2NAD乳酸菌產(chǎn)生的乳酸脫氫酶使丙酮酸成為受氫體而轉(zhuǎn)化為乳酸。第二十二頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日醋酸發(fā)酵:CH3CH2OH+O2

酒精氧化酶CH3COOH+H2O

醋酸發(fā)酵醪液污染醋酸菌后，醪中的酒精會(huì)被醋酸菌氧化生成醋酸。丁酸發(fā)酵：C6H12O6CH3CH2CH2COOH+2CO