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1、第二章 糖蜜发酵生产酒 精 第一节 概 述 酒精，学名乙醇，分子式C2H5OH。 用常压蒸馏方法蒸馏出来的酒精，其最高浓 度为95.57（质量分数），其沸点为78.15， 1、 酒精具有一般醇类的化学性质。 2、酒精还具有生物学上和对人体生理上的性质 。 3、酒精的用途。 4、酒精的工业生产方法：包括发酵法和化学 合成法两种。 5、酒精的分类： 按国标（GB394-93）可分为四个等级 ：P8表1-2-1 优等品、一等品、合格品、粗酒精 按用途分类： 工业酒精：用作燃料，原料、溶剂 医药酒精：用作防腐，消毒、制药 高纯酒精：勾脱各种饮料酒 精馏酒精：勾脱各种饮料酒 无水酒精：化工原料，含量要求
2、达 99.95%以上。 第二节 酒精发酵的机理 一、糖蜜酒精发酵的微生物 酒精发酵使用的微生物是酵母菌，它是一种 兼性厌氧性的微生物，有氧时进行生长、繁殖， 缺氧时进行厌氧发酵。 酵母菌是一种以单细胞作为生命活动方式的 微生物。酵母菌适宜生长的极限温度为045， 最适生长温度是2530，最适发酵温度是30 34，在60温度下， 1015min则死亡。酵母 菌适宜生长的极限pH为2.58，最适生长pH值是 4.55.5，最适发酵pH是44.5， pH过高或过 低都会使酵母的生命活动受到抑制甚至死亡。 酒精发酵的酵母菌特性要求： （1）发酵能力强，有较强的酶活性 （2）繁殖速度快：受温度影响 30
3、1hr 203.5hr 109hr （培养繁殖时间） 培养时，T，酵母不易衰老 （3）耐酒精能力： 酒精浓度 3%（抑制开始） 6%（抑制作用较明显） 8%（影响生长） 10%（影响生长和发酵） 12%（发酵停止） （4）耐酸能力 酵母菌对酸的抵抗能力比乳酸菌强，一般适于偏酸 的环境。pH=4.5-5.5 （5）耐温能力 对常用的菌种来说，在2834的范围内，温度越 高发酵越迅速，在34以上，发酵速度将减慢，温度在 40以上时，酵母衰老，难于发酵，且产酸细菌迅速繁 殖。若温度低于28，发酵则缓慢，设备利用率低，产 量下降。 高温地区，应设法选筛适宜高温发酵的酵母菌种 （6）耐渗透压性能强。 （
4、7）能抗重金属的毒害作用 目前我国常用于甘蔗糖蜜酒精发酵 的酵母菌种有AS.2.1189，AS.2.1190， 台湾396号，甘化I号。川345及川102 等。 这些酵母菌种一般用10Bx麦芽汁 固体斜面培养基，接种后，于3032 培养48h，然后置于冰箱，在35下 冷藏保存。 二、糖蜜酒精发酵机理 研究以糖蜜为原料的酒精发酵过程 ，则是研究酵母菌如何首先利用菌体内的 蔗糖酶，先将蔗糖水解为可发酵性单糖， 然后如何经过酵母菌体活细胞内的酒化酶 （参与酒精发酵的各种酶及辅酶的总称） 的作用，生成乙醇和二氧化碳，最后通过 细胞质膜将这些产物排泄出来的反应过程 。 由葡萄糖发酵生成乙醇和二氧化碳的主
5、 反应式（未计算ADP磷酸化的水分子出入在 内）为（见11页）： 上述反应简单地用如下反应式来表示：上述反应简单地用如下反应式来表示： 酒精发酵过程的机理实质是酵母菌在酸 性缺氧条件下，并且有无机态磷酸及镁 离子、钾离子等存在时，分泌出各种酶 所引起的一整套酶促过程。其详细反应 过程可参看微生物代谢的EMP途径。图 1-2-1（12页） 酒精发酵过程主要经历下述四个阶段，共12 个步骤： 第一阶段：葡萄糖磷酸化，生成活泼的1，6-二 磷酸果糖。这个阶段主要是糖的活化。 第二阶段：1，6-二磷酸果糖分裂为两分子磷酸 丙 糖。 第三阶段：3-磷酸甘油醛经氧化（脱氢作用）并 磷酸化，生成1，3-二磷
6、酸甘油酸，然后将高能磷 酸键转移给ADP，以产生ATP，再经磷酸基变位 和分子内重排后又给出一个高能磷酸键，而后变 成丙酮酸。 第四阶段：乙醇的生成。在此阶段，酵母菌在无 氧条件下，继续将丙酮酸进行降解，产生乙醇。 上述酒精发酵机理的几点说明： （1）葡萄糖在无氧条件下通过酵母菌进行酒精发酵 的全过程必须经过酵母菌体细胞内酶系中的十二 种酶分别顺次作用才能完成。 （2）整个酒精发酵过程是放能反应过程。 在酒精发酵过程中，所放出的能量，部分用 于合成ATP（ ATP的主要用途是使葡萄糖磷酸化 以促进发酵作用），其余的能量则发散为热，导 致发酵液温度逐渐升高。因此在发酵工艺管理上 必须严格控制温升
7、和调节温度。 （3）在酒精发酵过程中总是附带产生多 种多样的副产物。若改变酒精发酵的条 件，发酵反应的方向是可以改变的，产 物和副产物也将随之改变。 第三节 糖蜜酒精发酵 一、糖蜜发酵前的处理 1稀释 目的：降浓降粘。 （因在高浓度高粘度的情况下，酵母菌 是难以甚至无法直接利用糖蜜进行有效 发酵的）。 根据生产工艺流程的不同，通常稀释 要求的浓度大致如下： （1）单浓度发酵流程 稀糖液浓度控制在2225Bx。 （2）双浓度发酵流程 酒母用稀糖液浓度控制在1720Bx； 发酵用基本稀糖液浓度控制在3639Bx 。 （3）稀释加水量的计算 为了制备一定浓度的稀糖液，以便满足发酵 工艺技术条件的要求
8、，糖蜜稀释所需的加水量 和糖蜜量通常用以下公式计算： Mc前 = Vc后 式中 M糖蜜量（kg） c前稀释前糖蜜浓度（Bx） V 稀释后稀糖液体积（m3） 稀释后稀糖液密度（kgm3） c后稀释后稀糖液浓度（Bx） 所需糖蜜量： Vc后 M = c前 稀释时所需加水量： M ( c前 - c后 ) W c后 2澄清 糖蜜澄清处理通常运用加酸酸化、加热灭菌和 静置沉淀等多种手段来完成。 （1）酸化 甘蔗糖蜜本身为微酸性，而酵母发酵的最适pH 为4.04.5，所以工艺上要求糖蜜稀释的同时要 加酸酸化。 酸化的目的： 除可调节适宜发酵的酸度外，还能使部分蔗糖 转化为酵母可直接利用的单糖，有利于促进酵
9、母 迅速增殖、发酵； 可有效地抑制其他杂菌的繁殖； 除去杂质。 方法：可用浓硫酸外或盐酸，加酸量为 （密度1.86，66B的工业硫酸）每吨原 糖蜜加2.5L3.5L，约为稀糖液量的0.2 0.3。 对于双浓度流程来说，发酵用的基 本稀糖液一般不加酸而酒母用稀糖液加酸 控制酸度（注）应在67。 （2）灭菌 糖蜜中常有杂菌，当发酵时，这些杂 菌会消耗糖分而降低酒精产率，并会生成 其他有害物质而影响酒精质量。 方法： A、采用蒸汽加热至8090，维持1h即 可达到灭菌的目的。 B、化学防腐剂，如漂白粉、甲醛、氯化钠、五 氯代苯酚钠等。一般按1：10溶化稀释后加入糖 蜜中搅拌均匀，静置34h 即可。若
10、用量过多或 作用时间过短则残余防腐剂进入发酵工序将会影 响酵母生长，繁殖 。 C、利用噬菌体来防止糖蜜发酵时的杂菌。 D、用抗菌素来防止杂菌的。 （3）静置沉淀 糖蜜中的胶体物质、灰分和其它悬 浮物质在加酸、加热后，相当一部分已 凝聚或生成不溶性的沉淀物，静置沉降 可使固液进一步分离，易于取出清液而 除去这些有害杂质。静置沉降的时间一 般需要若干小时。 传统的澄清方法有冷酸通风处理法和热酸处理法。 冷酸通风处理（沉淀）法 先将糖蜜稀释至50Bx左右，加人为稀糖液量 0.20.3的浓硫酸，酸化的同时可加入0.01 高锰酸钾，并通入无菌压缩空气12h，然后静置沉 淀取上清液。加入高锰酸钾，可使糖蜜
11、中的亚硫酸 盐、亚硝酸盐等氧化，减轻其对酵母的毒害或生成 沉淀除去。通风则可驱走如SO2、NO2等有害气体 和其他挥发性物质，同时还可增加糖液中的溶氧量 ，有利于酵母的增殖。此法在广东一些大型糖蜜酒 精厂较多采用。 热酸处理法 先用60温水将糖蜜稀释至5558Bx ，同时添加浓硫酸调节pH至338进行 酸化，然后静置沉淀56h，取出清液再稀 释至培养酒母所需的浓度。后来此法改良 为将半稀释的糖蜜先加硫酸酸化后再加热 ，最后再稀释，效果更好。 对于糖蜜澄清处理的意见，近年来国外 酒精发酵资料和国内的研究均有提出如下结 论： 经澄清处理的稀糖蜜，其发酵率和产品质 量比不澄清的高； 经澄清处理的稀糖
12、蜜，可采用较高浓度进 行发酵； 经澄清处理的稀糖液，其发酵速度比未澄 清的或澄清后的残渣都慢； 胶体被除去后，会削弱酵母对高浓度酒精 的抵抗力。 基于上述见解，在考虑糖蜜澄清方法 时，应尽量除去非糖杂质中有碍酒精发酵 工艺的成分而尽量保留那些能促进酵母生 长、对于发酵有利的物质，以求达到既提 高发酵率和产品质量，又保持理想的发酵 速度的目的。 目前我国大多数糖蜜酒精厂只考虑用作 培养酒母的稀释液才进行澄清处理，而对 发酵用的基本稀糖液则不作澄清处理。（ 见P17稀糖液制备的工艺流程）。 3添加营养盐 酵母生长繁殖时需要一定的氮源、磷源、 生长素、镁盐等。 氮源：硫酸铵，用量为糖蜜质量的0.10
13、.2 磷源：磷酸液，用量为糖蜜质量的0.030.04 。 镁盐：硫酸镁，用量为糖蜜质量的0.040.05 。 生长素：一般不用添加生长素但对于纯度很低 的糖蜜和劣质糖蜜，则有必要适当添 加生长素（如米糠或玉米浆等） 二、酒母的制备 糖蜜酒精发酵的微生物是酵母菌。 酒母指具有一定酵母细胞数量的酵母菌菌种。 成熟酒母的要求：健壮饱满、纯粹无杂菌、繁殖速 度快、酶的活力高、 发酵能力强。 酒母制备：分为两个阶段的培养 1、酵母种子纯粹扩大培养（实验室阶段） 2、酒母扩大培养（车间阶段） 酒母扩大培养的方法可分为间歇式 、半连续式和连续式三种： （1）间歇式培养法 （2）半连续式培养法 （3）连续式培
14、养法 酒母成熟后质量指标： a.酵母细胞数 11.2 亿mL b.细胞出芽率 2025 c.死细胞 1% d.耗糖率 4550 e.酸度 5.56.5（pH4.04.2 ） f.含酒精 33.5 三、酒精发酵的方法 基质 （稀释糖蜜） + 酒母醪 发酵 糖蜜酒精发酵方法分为： 间歇法 连续法（ 多用） 连续发酵方法： （1）单浓度连续发酵 发酵糖液浓度与酒母培养液浓度相同，即 为22 25BX 工艺流程：图1-2-5 （2）双浓度连续发酵 酒母培养液采用低浓度稀糖液（17-20BX ） 发酵用的基本稀糖液采用高浓度稀糖液 （36-39BX） 工艺流程：P23图1-2-6 （3）固定化酵母连续发
15、酵 把酵母固定在特殊的载体内，用不锈 钢网围放在1号发酵罐内，载体不会流失， 而且载体内的酵母数可高达20亿/g，酵母 在载本中不断生长繁殖并渗透到发酵液中 。 其发酵速度比双浓度流加法快10 30，发酵周期可缩短为2835h，设备 利用率和产酒率相应提高。 （4）连续发酵蒸馏法 特点：采用发酵和蒸馏结合起来的一种 新工艺。 优点：酵母循环回用，罐内形成酵母 优势，发酵时间短，产酒率高，且节省了 酵母生产繁殖的耗糖；蒸馏废液部分回流 至发酵作内部稀释，再结合低pH的发酵工 艺，既实现了内部灭菌，又减少了生产用 水量和废液排放量，且废液的浓度高，有 利于废液的再利用。 四、发酵动态 酒精发酵过程从表观现象看，可分为前发 酵、主发酵和后发酵三个阶段。 1前发酵阶段 此阶段主要是酵母的增殖和积累，由 于酵母的总数量还不多，发酵作用不强，糖 分消耗较慢，酒精和二氧化碳的生成不多， 所以醪液的温度上升很慢或基本不上升。 2主发酵阶段 酵母细胞已大量生成，可达1亿mL 以上。此时主要进行缺氧发酵。糖分大量 被分解，酒精和二氧化碳的生成较多，并 放出大量热量，醪液的温升很快。 在此阶段必须严格控制温度，以30 34为宜，确保酵母的活力。如醪液温度 过高，酵母易衰老，酶活性降低，影响产 酒率；如温度过低，则延长发酵时间，降 低发酵罐利用率。 3后发酵阶段 发酵醪液中的糖分绝
