【糧油加工】第一章-§2釀酒的基本原理

第一章釀酒一、酒精發(fā)酵二、與釀酒有關(guān)的微生物2024/10/27第二節(jié)

釀酒的基本原理2024/10/27

一、酒精發(fā)酵1酒精發(fā)酵理論的發(fā)展歷程：最初有的學(xué)者認(rèn)為發(fā)酵是一種純的化學(xué)現(xiàn)象。例如：司當(dāng)勒（stanl）在1640年提出，“酵母在發(fā)酵中的作用，只是將它的分解作用轉(zhuǎn)導(dǎo)給液體中其它可發(fā)酵的部分”。李比西（liebig）在1845年提出，“酵母的作用并不是由于它的生命活動(dòng)，相反地恰恰是由于它的分解”。但是這些理論均未經(jīng)過科學(xué)試驗(yàn)來證明。后來，巴斯德通過試驗(yàn)證明了在糖液中加入少量的酵母，其中并沒有其它含氮化合物，便可以引起糖液的發(fā)酵。在發(fā)酵過程中，酵母本身不僅不會(huì)破壞和分解，而且還會(huì)生長發(fā)育，在顯微鏡下觀察時(shí)還是活的，因此，他得出結(jié)論：“酵母的生長發(fā)育是與發(fā)酵現(xiàn)象有密切關(guān)系的”。在此思想指導(dǎo)下，終于使他發(fā)展了酒精發(fā)酵的理論。

克勞德白那爾（生物學(xué)家）認(rèn)為酒精發(fā)酵是純化學(xué)現(xiàn)象，其論點(diǎn)是：酵母體內(nèi)有一種酶，它能使糖變?yōu)橐掖己投趸?。這個(gè)論點(diǎn)在1897年被畢士耐爾證實(shí)了，他從酵母的細(xì)胞內(nèi)提取出了一種物質(zhì)（酶），能引起酒精發(fā)酵，他將這種酶稱為酒酶。因此，他證明了酒精發(fā)酵是一種化學(xué)現(xiàn)象。

巴斯德認(rèn)為酒精發(fā)酵是生物學(xué)現(xiàn)象，他通過試驗(yàn)證明了發(fā)酵是酵母細(xì)胞生命活動(dòng)的結(jié)果，因此，發(fā)酵現(xiàn)象是由微生物引起的，這是巴斯德的最大貢獻(xiàn)。2024/10/27綜上所述，酒精發(fā)酵是生物和化學(xué)相結(jié)合的一種現(xiàn)象。即一方面生物體（酵母）是化學(xué)反應(yīng)的所在地，在那里將糖分解為酒精和二氧化碳；另一方面這種化學(xué)現(xiàn)象必須有生物參加。到十九世紀(jì)末葉，在微生物的研究得到進(jìn)一步的發(fā)展，特別是對(duì)酶的研究開始后，才證實(shí)了這一點(diǎn)。從而知道酒是根據(jù)單糖類的酒精發(fā)酵這一原理制得。所以，酒精發(fā)酵是指酵母所分泌的各種酶，對(duì)于單糖所引起的生物化學(xué)變化。2024/10/272實(shí)際應(yīng)用實(shí)際當(dāng)中，釀酒所用的原料多數(shù)是淀粉質(zhì)原料，但微生物不能直接利用淀粉發(fā)酵制得酒精，必須使淀粉經(jīng)水解酶的作用分解為單糖后（即糖化），再經(jīng)酒精發(fā)酵才能制取酒。這也就是利用淀粉質(zhì)原料釀酒比水果釀酒工藝復(fù)雜的原因。3化學(xué)原理從生化角度看，是酵母在無氧條件下，將葡萄糖經(jīng)HDP（EMP）途徑降解為丙酮酸，丙酮酸經(jīng)脫羧酶的作用分解為乙醛和二氧化碳，然后，在乙醛脫氫酶的作用下，還原成乙醇，這就是酒精發(fā)酵的原理，其過程見下圖。2024/10/27EMP途徑2024/10/27三羧酸循環(huán)2024/10/272024/10/27

酒精發(fā)酵途徑：丙酮酸（厭氧）→活性丙酮酸→活性乙醛→乙醛→乙醇↓有氧↓乙酰輔酶A→TCA循環(huán)→CO2+H2O

CO2說明：上述各種反應(yīng)中都需要特定的酶參與才能完成，具體這些酶在生化中都已經(jīng)介紹過，在此不進(jìn)行介紹。4發(fā)酵副產(chǎn)物的形成

（1）雜醇油的形成雜醇油又稱高級(jí)醇，以異戊醇為主，包括正丙醇、異丁醇、異戊醇、活性戊醇等。生成途徑主要有三條：第一、由氨基酸脫氨、脫羧（去CO2），生成比氨基酸少1個(gè)碳原子的高級(jí)醇，這是伊里氏（Ehrlich）于1905~1909年提出的，反應(yīng)通式：R—CH—COOH+H2O→RCH2OH+NH3+CO2∣NH3

第二、由糖代謝生成丙酮酸，丙酮酸與氨基酸作用，生成另一種氨基酸和另一種有機(jī)酸（α—酮酸），該有機(jī)酸脫羧變?yōu)槿?，再還原成高級(jí)醇，例如：丙酮酸+胱氨酸→酮基異已酸→異戊醛→異戊醇第三、丙酮酸與乙酰輔酶A結(jié)合，由于碳鏈的增長，在蔗糖存在下，也可促進(jìn)雜醇油的生成。2024/10/27（2）多元醇的形成

甘油的生成甘油主要產(chǎn)生在發(fā)酵的后期。C6H12O6→C3H5（OH）3+CH3CHO+CO2葡萄糖甘油乙醛

2、3—丁二醇的生成第一，由雙乙酰生成CH3COCHOHCH3+AH2——→CH3CHOHCHOHCH3+輔酶A醋翁還原型輔酶A2，3—丁二醇第二，由多粘菌及產(chǎn)氣菌生成C6H12O6→CH3CHOHCHOHCH3+CO2+H2第三，由賽氏桿菌生成，反應(yīng)式同第二。第四，由枯草芽孢柑菌生成3C6H12O6→2CH3CHOHCHOHCH3+2CH2OHCHOHCH2OH+4CO2葡萄糖2，3—丁二醇甘油2024/10/27二、與釀酒有關(guān)的微生物2024/10/27

與釀酒有關(guān)的微生物主要有酵母菌和霉菌，而細(xì)菌只是對(duì)釀酒或酒的保管起不利的作用，但是，應(yīng)該說明的是在白酒生產(chǎn)中有一些細(xì)菌是有益的菌，如己酸菌在濃香型白酒中是主要產(chǎn)香菌。這里主要介紹酵母菌和霉菌。（一）

酵母菌真正用于釀酒的是酵母屬中的酵母菌，它們是發(fā)酵工業(yè)中很重要的微生物，特別是釀酒方面，它是引起酒精發(fā)酵的直接參加者。另外，面包工業(yè)也利用它的酒精發(fā)酵所產(chǎn)生的大量二氧化碳使面包成多孔和松軟的結(jié)構(gòu)。酵母在發(fā)酵工業(yè)上可分為兩種：野生酵母菌和培養(yǎng)酵母菌。

2024/10/271．野生菌（1）存在場(chǎng)所：空氣中或果實(shí)的表面。（2）應(yīng)用：少數(shù)可用于釀酒，但大多數(shù)對(duì)釀酒和酒的保管是有害的，特別是在飲料中一些野生酵母菌使其變質(zhì)。2．培養(yǎng)菌（1）概念：是從有益于釀造工業(yè)的一些野生酵母中提出并經(jīng)過人工純粹培養(yǎng)而成的一類酵母。（2）種類：根據(jù)釀酒的種類不同，培養(yǎng)酵母主要分為酒精酵母、啤酒酵母和葡萄汁酵母三種，這里主要介紹前兩種。

2024/10/27（1）酒精酵母這種酵母所引起的酒精發(fā)酵比較旺盛，故產(chǎn)生的酒精較多，酒精工業(yè)或釀造白酒都采用其。它們引起酒精發(fā)酵的最適宜溫度25-28℃。在實(shí)際應(yīng)用過程中，要根據(jù)不同的原料選用不同的菌種，因?yàn)椋瑢?duì)于不同的酵母所含的酶種類及活力是有差異的。只有因地制宜，選育發(fā)酵能力強(qiáng)的酵母菌應(yīng)用于生產(chǎn)，才能提高酒精得率和出酒率（具體圖表）。

2024/10/27古巴、南陽酵母在不同原料中發(fā)酵試驗(yàn)結(jié)果（以100mL計(jì)）2024/10/27原料酵母CO2減量蒸餾酒精分（V%）12h酵母數(shù)（億）24h48h72h椰棗古巴1.553.384.735.20.66南陽593.544.895.21.3椰棗加營養(yǎng)鹽古巴3.946.757.78.551.38南陽3.586.087.288.11.29甘薯干古巴3.113.653.863.91.11南陽3.354.395.055.81.29甘薯干加營養(yǎng)鹽古巴———3.51.42南陽3.24.494.965.01.68（2）啤酒酵母它是酵母屬中的一個(gè)種，原來是酒廠分離出來的一種上層酵母即發(fā)酵時(shí)酵母浮于液面。1970年以來已把酒精生產(chǎn)、釀造飲料及制造面包的類似啤酒酵母的一些著名菌種也都?xì)w于啤酒酵母內(nèi)。它們主要分布于果皮、果園土壤等場(chǎng)所。啤酒酵母按其形態(tài)和發(fā)酵特點(diǎn)不同，可以分為上層酵母和下層酵母兩種：

上層酵母：在液面進(jìn)行酒精發(fā)酵，發(fā)酵的適宜溫度為12-20℃，產(chǎn)生的酒精較多（和下層酵母相比），含酒精較多的啤酒就是利用它發(fā)酵的，這類酵母能發(fā)酵葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、半乳糖和棉籽糖（1/3）不能發(fā)酵乳糖。

下層酵母：大部分啤酒工業(yè)采用，在液底進(jìn)行酒精發(fā)酵，發(fā)酵的適宜溫度為5-10℃，產(chǎn)生的酒精較少。

2024/10/27啤酒酵母

左圖—細(xì)胞；右圖—子囊孢子2024/10/27酵母細(xì)胞結(jié)構(gòu)圖

1—芽痕；2—細(xì)胞壁；3—細(xì)胞核；4—細(xì)胞膜；

5—液泡；6—線粒體；7—內(nèi)質(zhì)網(wǎng)2024/10/27酵母菌（Saccharomycescerevisiae）的芽殖過程2024/10/27上面酵母和下面酵母

左—上面酵母；右—下面酵母2024/10/27兩種酵母的區(qū)別2024/10/27（二）霉菌應(yīng)用于發(fā)酵的霉菌主要有毛霉屬、根霉屬和曲霉屬。毛霉菌：具有分解蛋白質(zhì)能力，有些菌種具有極強(qiáng)的糖化力，可用于酒精生產(chǎn)中的糖化。根霉菌：能夠產(chǎn)生糖化酶，使淀粉轉(zhuǎn)化為糖。曲霉菌：具有分解有機(jī)質(zhì)的能力，種類很多，分布極廣，目前發(fā)酵工業(yè)中應(yīng)用的大部分是曲霉。下面介紹幾種常用的霉菌：2024/10/271．甘薯曲霉屬于黑曲霉群，原是日本甘薯酒曲中的一種主要菌，黑曲霉在自然界中分布極廣，在各種基質(zhì)上都能普遍生存。特點(diǎn)：具有多種活性強(qiáng)大的酶系，具有極強(qiáng)的糖化力，且糖化效果十分良好。2．米根霉它大量存在于酒藥與酒曲中，其淀粉酶活力極強(qiáng)，多用作糖化酶，也稍有酒精發(fā)酵及蛋白質(zhì)分解力。我國利用根霉菌制曲，用于淀粉發(fā)酵法生產(chǎn)酒精，民間用于釀造甜酒的小曲（酒藥）主要是根霉菌種，米根霉的生長適溫為37-40℃。2024/10/273．華根霉它大量存在于酒藥和酒曲中，是釀酒必須的主要霉菌之一，它能耐高溫，當(dāng)品溫高達(dá)45℃時(shí)，一般還能生長。4．泡盛曲霉該菌菌叢呈白色，孢子生成時(shí)由深色至黑色，孢子梗直立，分生孢子球褐色，呈鏈狀著生，能產(chǎn)生曲酸和檸檬酸。特點(diǎn)是淀粉液化力特別強(qiáng)，糖化力也強(qiáng)，適用于酒精、白酒及制醋生產(chǎn)。2024/10/275．宇佐美曲霉它是由黑曲霉中選育出來的糖化力極強(qiáng)的菌種，主要產(chǎn)生糖化型淀粉酶，并且耐酸