啤酒发酵机理研究分析

1、啤 酒 发 酵 机 理 研 究 分 析 啤酒与人类文團一样.拥育看悠久的厉史，它起誨亍两河流域的占巴比伦王国，出 现年代可追潮至公元就MIMX）年前后.先于英他酒类最早出现在人类的生満之中所以 不少学者把啤洒称为“酒契上父戒 在古埃及，啤酒超，种滋补炊料”有“液体闻包的芙称*其管养成分丰富.含11 种雅生素.门种氨基給易于人休吸收*因酒精诛度低，也被件为一种硕防和韵疗流荷 响的药物堂列器应.中世纪在徳国将啤漓r粥油.蛋做成啤酒汤作为羁初耻左的补品： 在黄国也有滋啤酒加蛋饮服的民间疔法以治疗感订；瑞上的结核将疗养所中把啤酒当做 營养利和食欲促进剂日本明治初期的跖房崔妊出售啤酒。睥酒的主要功效还体

2、现在抑 制編症发生预防补脏精和动牀砸化，强化胃肠功能预防胆结石.消除便梃和失眠.改 善免疫功能.坤强女性墟力等【务目附我国也在积檢评发务种保應睥酒.遇壬巧.社 云建凶将伟有丰富的就基馥利人体必需的脂肪酸粧带菜衲提液加入刮者汁中进疔发帝 制得的卿酒蛆味良好匸王娓等I叩在玉米射浆中添加燕麦和绿茶笈巒出的啤酒不仅可以补 益髀讶+滑肠.止虐汙.还能够抗巅老，疣辐射，ffl,抗萌和助消代；赵金海H把療 跟 山摘.歯杞子、大枣按一定逮例加入到煮沸的壷芽中，霍酵的除洒营笊厳补.适合 邸爭飮用。 邮酒主费足以麦芽酒花和水为麻料，经酵闻发醉丽成的含二篁比碳的低酒榴度酒 範整个发酵过程大致可以分为三个除段酵母适应

3、阶段有氧呼吸阶无电笈孵阶段。 酵理属于兼性澈生物在育氧黑无氧条件下都陡生存.薛母接神石先在麦汁含戦条杵 HS复茸生瑾活性随后以麦汁中的氨荃战作为主卷氮源，以可发鮮件騎作为主嬰碳源， 迸厅有氧呼吸*从中获取能就进tfKKffii件曲产主寿列的代谢涮产術右肖董汁中 的氧耗尽后酵母便在无氧条件下进行洒辆发醉酵母生侖活动所需能皇可以逋述芮方 血盏再.即有氧条件下的EMP TCA循环和无氣条件下时EMP亠丙銅酸-洒精達径，见團 1.L )2乙二氮化碼 9 1-1 EMP-TCA 环和EMP丙咯酒赫谜呂 Fig.1.1 EMP-TCA cycle and EMP-pyruvic acid-alcohol

4、对啤酒酿造來说.除了发酵的代谢产物酒精和C02是俎成哩酒的主耍成分外，EMP 遼径也泉许多代谢产物生成的基础，这个过程对于产生其他啤酒风味成分+分重要。 12固定化细胸 1.2.1固定化细腕及其特点 固定化细胞即被限制自山移动的细胞，就是細胞被物理或化学等因素约束或限制在 一定的空何界限内，但仍保留催化活性并具有能被反复或连续便用的活力。1959年， Hattori和Furusaka用树脂吸附法吸附Exoli,首次实现了细胞固定化.20世纪70年代 固定化细胞技术在固定化的的基础上逐步发展并后來居上，其实际应用超过固定化爵 人这主要是因为周定化细胞比固定化IW更具有优越性.首先，固定化细胞能侈

5、保持胞 内酶系的甌始状态和天然环境，稳定性鬲其次，周定化细胞不需要进行赫的分离提収， 酹活按失小.再次，固定化细胞保持了细胞的多酶体系，无需辅酵再生便可班行多步酶 反应. 与游离细胞相比，固定化细胞也具有很多优势：容易将因定化细胞和底物、产 物分离.固定化细胞稳定可再宅，可以进疗连续反应并长时间重复利用.固迢化 细胞的细胞密度高，叮以提高单位体稅产量，缩短反应时何. 因为固定化细胞技术的优越性，不少学者发现了其巨大的发展潜力，已根据不同的 固定化方法和不同购闻定化找体材料以及不同我体不同方法之间的复合交互使用，对此 项技术进行了大僮深入的研究，并取得了一定成就.目确固定化细胞技术的应用范围涵

6、盖医药、轻工业、坏保、化工、能源、食品与发酵工业等多个领域，已经成为生物技术 中非常活跃的跨学科研究领域。如Chen等冋用爹孔的聚氨前泡沫(PUF固定化重组的 大肠杆曲丁M101生产人类表皮生长因子ChEGF),表明固定化细胞可以改善细胞生长， 保持细胞稳定，fltfthEGF产量，并有好的生物兼容性：环境中的铀离子进入到人体中 会损害肝肾甚至导致死亡，Wang等利用海漠酸钠同定化烟曲韩吸附核工业和采矿工 业等排放的污水中的蚀(VI)岛子，对溶解pH、吸附剂量、初始铀浓度等做了研究， 为污水中铀的处理槌供了有效信息。Haroldo等利用固定化欧文氏繭D12,将蔗糖转 化为异麦芽舸糖，该糖是一种

7、在肠道内般分解的二糖，不仅对血糖影响不大，而氏不致 隔齿Uklivccr等(将固定化技术运用到棕桐油厂废水，瑚过聚乙二醉固定化梭歯 (.Clostridium sp. LS2)在升流式厌氧污泥床反应中连续制氢。 1.22固定化方法 固定化细胞的制备方法有很多种，只要是可以限制细胞自由流动的技术，都可以对 微生物细胞进行固定化.但是理想的制备方法应该具有如下特点，固定化系统冇檢定的 网状结构、良好的化学稳定性和机械稳定性：固定化銭体对细胞定惰性的，不会损袴细 胞，也能使产物、底物和其他代谢产物自由扩散：单位体枳的固定化系统含有尽可能多 的细胞，更好地起到生物催化作用*固定化细胞的颗粒大小和孔隙度

8、可以控制，固定化 方法简单易厅：固定化所使用的材料易得.成本低【对于固定化方法，阖内外尚没有 统一的分类标准，按照固定化载体和作用方式的不同，可将其分为化学固定法和物理同 定法两大类.物理固定法主要有包埋法和吸附法.化学固定法主要有共价结合法、交联 法等冋. 1.22.1包埋法 包埋法是一种常用的固定化微生物的方法。此法足将做生物细胞封闭在天然高分子 多植类或足合成応分子凝胶的网格中，使微生物细胞扩散到多孔的拔体内部，小分子底 物和反应的代谢产物可以自由出入这些多孔战或殺胶膜，但微生物却不能移动【。这种 固定化方法对微生物细胞的活性影响较小，制作的固定化微球强度奇，但制备工艺复杂, 成本髙，域

9、体无法再生，并且传质阻力大，影响微生物生长和产物代谢.常用的固定化 载体有琼脂、卡拉胶、聚乙烯醇、海藻胶及明胶等。 陈晔等I研究了用海藻酸钙包埋植物乳杆偽发醉生产乳联.在单因素实验的基 础上，利用旧应面法对固定化条件进行优化，得出适合孔酸发酵的海藻酸的浓度、包埋 最、固定化增犢时何、赖粒丘径、氯化钙浓度的最优包埋条件.Svetlana海潦酸 饷固定化啤酒酵母进行分批发醇玉米粉的酶解产物生产酒精，以酒精浓度等为參数对仞 糖敢度、接种物浓度、酒精的有效发酵时何进行优化，得到的结果与游离细胞进行比较， 发现固定化系统在酒粋耐受性、酒精产试上均优于游离系统.Kosseva等用果胶酸钙 和化学修饰的壳聚

10、糖珠固定化干酪乳杆菌细胞在夏敦埃白洒中进行苹果酸乳酸发靜， 固定化系统的苹果酸降解比游离细胞髙2借，果胶酸钙可以发酵8次，壳聚糖珠可以发 酵5次.Bekova等利用聚乙烯醇PVA）固定化黑曲導吸附水溶液中的重金属铜和 臥并与游离黑曲霉作动力学比较，结果表明.PVA固定化后的黑曲祚除菊效果更好， 为废水处理提供了巨大的潜力。 1.2.2.2吸附法 吸附法主要是微生物细胞通过与我体间的静电力、表面张力或粘附力作用附着于固 体載体的表面和内部的方法.具有固定化条件温和、載体可以反戻使用.细胞活性损失 小.操作简单尊优点，在固定化系统中比较常见。其殘点是制得的固定化细胞吸附力小， 易股落.一般要求我体

11、材料比表面枳大、内部多孔、性质稳定、传质性能良好.价格低 廉等。这种固定化方法常用的叔体有；含纤维材料（如DEAE纤维素.锯屑 木片）、 无机材料（如蒙脱石，坡缕石.多孔陶瓷，水云母）】.废水处理中的生物膜法是其代 衷性例子【弼. 曹晓李零约通过对木屑改性以吸附微球菌.硏究了 pH、温度、振荡速率对其降酚 性能的彫响。结果衣明，木屑固定化的细胞降酚效果和对环境的耐受能力均优于游离细 胞。在35lpH7和150r/min振荡速率条件下,木鸠固定化细胞处理lg/L第酚废水14h, 降觀率可达98.92%苯酚的生物降解较彻底.基本无酚类中间产物残留。Liao等吗采 用中国景徳镇陶魇，利用待殊工艺制备

12、的球形与竝西格坏为载体，研究了固定化酵母细 胞的发酵动力学.结果表明；固定化细胞的球形与拉西格环购瓷栈体的发酵动力学常数 与粒径大小存在显著差异：固定化细胞系统的动力学常数还受到内扩散和外扩敵的影 响.孙翔等|引用竹炭吸附法对苯酚驯化后的优势荫群进行固定化.用以处理含酚废水. 结果表明投曲址为lOOmUlOg竹炭，苯酚浓度为40mg/L低浓度废水，竹炭童为 lOg/lOOmL污水时处理5h后，苯酚和COD的去除率分别为95%和70% 1.223共价结合法 共价结合法是依靠细胞表面上功能团（如竣基、氨基、炷基、萤基和咪呼基等闲固 相支持物表面的反应卑团之何形成化学共价犍连接，从而成为固定化细胞.

13、该方法的优 点是銭体与细胞结合紧密，不易脱落。但细胞活性损失大.反应条件剧烈.条件难控制, 制备较难鬥.所以共价结合法一般很少使用. 如Wang等冋将绿腋科诵K187产生的几丁质尊与聚合物炭丙垦甲堆纤维索窗酸城 珀酸師以共价结合的方式形成共价键从而达到固定化。固定化效車为妁。4T下的半 衰期为13天，高于游离詢的9天10批誨解反应后仍保持7陀酶活，并保有抗菌性. 1.2.2.4交联法 交联法主要是利用双功能或多功能试剂与细胞表面的反应基团（如帰甚、氨慕酸、 坯莹、硫基、咪瞠基）发生化学反应形成共价键，使苴彼此交联形成网状结构，实现细 胞的固定化.该法的待点是微生物结合强度髙，但化学反应剧烈大大

14、降低了细胞活性， 制备麻烦，交联剂价格昂贤，故交联法的实际应用很少。常用的交联剂有戊二饉、双偶 氮联苯、甲苯二异眾酸酯等. 该法一股不单独使用，通常与包埋法结合使用.大多出现在固定化酶的应用上。如 段哲等勻用海漠酸讷、明胶作包埋剂，戊二醛为交联剂，对香菇纤维素豳进行固定化. 并对海藻酸钠浓度、明胶浓度、氯化钙浓度、给酶直、戊二蠶浓度及交联时何进行研究. 测定了固定化酶的最适反应温度、最适pH、温度稳定性等酶学性质。与游离醉相比， 固定化酶在最适反应pH、巌适反应温度、贮存稳定性上都有优势。李桂银符【均用海藻 酸钙包埋、戊二辭交联固定脾母醇脱氢酵催化第乙胡战合成（R）扁桃酸.结果表明，与 游离酶

15、相比.固定化酶的热稳定性明显提高.固定化醉的最适温度由30C升至40, 晟适反应pH值曲68下降为5.8;固定化酶保留了 62.72%的游离酶活性，具有良好的 储存稳定性和换作稳定性.郁建平等1刃通过海藻酸钠包埋、戊二盛交联固迄化马伶骑多 酚氧化酶，对固定化多酚氧化丽的条件及性质进行研究，并对具反应机理进行了推测. 刘阳等（绚用明胶包埋、戊一醉交联固定化米曲霉菌球，根据酶活力确定了最佳固定化条 件：明胶8%、戊二醛0.1%、交联12h 塚上，各种固定化方法都各有特点，如袤1.1冋所示，一般较常用的固定化方法为 包埋法和吸附法 A 1.1 #评囿定化方法的比较 Tab.1.1 Comp9riM)

16、n of immobilized method 文联法 其价结合法 包埋法 适中 易 适中 结合力 弱 a 适中 活,性保留 低 高 适中 国定化成本 适申 低 低 存活力 无 有 无 有 适用性 寸、 适中 小 * 低 罠体的再生 不能 能 不能 不能 空同住狙 校大 小 k 123固定化就休材料 固定化微生物细胞技术的关键展载体材料的性能。所以作为固定化细胞的载体材料 应该具备以下特性：对细胞无毒，固定化过程对细胞无不利彩响，本身不易被微生物分 解；具有髙的我体活性和琦的细胞容量；较高的机械强度，稳定性好并能保持较长时间: 具有多孔性和良好的传质性能，保证底物产物的自由交换；载体容易处理和

17、再生；价康 易得：制作工艺简便：适于大规模生产.作为啤酒发酵的周定化载体，还需要貝备更高 一级的要求，就是我体必须是佥品级的，不影响产品质虽，容易被消费者认可和接受. 目前尬用的固定化敦体材料主要有三大类 有机高分子戏体、无机裁体和复合裁体三类. 1.23.1有机高分子我体材料 有机髙分子载体材料分为天然烏分予披体材料和人工合成有机島分子戦体材料.天 然高分子载体材料大多对微生物注有毒性、传质性能好，缺点是强度较低、厌敏条件F 易披微生物降解、便用寿命短.常见的有海溪酸盐、琼脂、卡拉胶、纤维素、胶頁、明 胶等【呦尤其是海藻酸钠已经成为国内外固定化载体的首选材料，被广泛使用在医药、 环境、食品等

18、多个方面：刘颖等（期用海葆酸的固定化绿色木寄产弘葡翦稱昔梅.研究了 固定化的嚴性条件和固定化细胞理化性质；Susana等用海藻酸钠来固定化棒状俵密菌 在塔式反应器中生产克拉维酸，一种増强不耐B内醮胺的的抗生素抗菌性的抑制剂： Chen等I用海漠酸钦包埋产酸克雷伯菌，并用英降解废水中的鼠化物；王芳等（列通过 富集堵养Ifi化细前，使污泥中硝化细肃数凰増加，成为优势繭，再将硝化细繭包埋在海 漠酸钙凝胶中，用于处理污水，除氨氮家达90% 合成高分子股胶朝体大多强度较大，从而便传质性紇较差，固定化细胞时对细胞活 性有彫响.常见的此类载体有聚乙烯肝（简務PVA）、聚丙烯酰胺（简称PAM）.聚氨酯泡 沫（

19、简称PUF）等。如U芻用新型的聚丙烯麒胺复合炭（PAM-P123）将血红蛋白结合 固定在玻璃碳电极上，并硏究其直接电化学和电催化作用。发现与无机介空材料棉比， 聚丙烯酰胺复合爾簇成脱性更好，对于用改性电极测呈基质伏安测呈尤为有利. PAM-P123复合膜在制作第三代电化学生物传感器上很有潜力.NigamJ将啤洒酵母 AT8 24553曲定在4角叉菜胶上.发酵感夢壌头厂的废弃物生产洒粋贡定化细胞的 酒精产最比游离细胞奇1L5倍，并能在固定化细胞活力无损失下使用87天。 1.2.3.2无机载体材料 无机较体材料由于机械强度人、耐酸碱、不易枝微生物分解、寿命长.对微生物无 带性、成本低等恃点，成为一

20、类匝要的載体材料。此类我体一般是多扎结构，可以在与 微生物接触时利用吸附作用和静电力作用将微生物周定，并且可以容纳不断增殖的微生 物，从而使栽体具备较高的细胞容承.常见的无机轶体如多孔玻璃珠、红砖碎粒、多孔 陶粒、浮石、沸石、活性炭、氧化铝等，广泛应用于环境治理、食品与发醉警领域卩 如Yasuyuki等列将粘合刑用喷雾干燃的方式附着在恤化铝上，将其作为载体同定 化睥酒酵母，并以應糖为底物，利用固定化酵母发酵产酒精，确定了降低微生物污染和 促进氧化铝与啤酒酵母Z间静电作用的放适pH,并研究了不同粘合刑対乙醉生产的影 响.王珊等【卿以活性炭作固定化我体，对发酵性住抱酵母细胞进行吸附培养，确定了吸 附培养固定化的适宜条件，并测定了固定化细腕的保存稳定性和使用稳定性。 1.2.3.3复含我体材料 该载体材料主要是将有机裁体材料和无机我体材料结合使用，以克服两者的缺点， 保持其中的优点，从而使这两类材料在某些性能方面达到互补，以改进各自的性能.目 前复合的我体材料因为材料种类和固定