酒精发酵ppt课件

1、发酵技术 .二、与酒清发酵有关的微生物 (一)糖化菌用淀粉质原料消费酒精时，在进展乙醇发酵之前，一定要先将淀粉全部或部分转化成葡萄糖等可发酵性糖，这种淀粉转化为糖的过程称为糖化，所用催化剂称为糖化剂。糖化剂可以是由微生物制成的糖化曲(包括固体曲和液体曲)，也可以是商品酶制剂。无机酸也可以起糖化剂作用，但酒精消费中普通不采用酸糖化 .(一)糖化菌 能产生淀粉酶类水解淀粉的微生物种类很多，但它们不是都能作为糖化菌用于消费糖化曲，在实践消费中主要用的是曲霉和根霉。历史上曾用过的曲霉包括黑曲霉、白曲霉、黄曲霉、米曲霉等，黑曲霉群中以宇佐美氏曲霉(Aspergillus usamii)、泡盛曲霉(Asp

2、.awamori)和甘薯曲霉(Asp.batatae)运用最广。白曲霉以河内白曲霉、轻研二号最为著名。酒精和白酒消费中，不断更新菌种，是改良消费、提高淀粉利用率的有效途径之一。我国的糖化菌种阅历了从米曲霉到黄曲霉，进而开展到用黑曲霉的过程 .(一)糖化菌 我国20世纪70年代选育出黑曲霉新菌株As.3.4309(UV-11)，该菌株性能优良，目前我国很多酒精厂和酶制剂厂都以该菌种消费麸曲、液体曲以及糖化酶等，新的糖化菌株也都是As.3.4309的变异菌株。根霉和毛霉也是常用的糖化菌。著名的阿米诺法，即是以根霉作糖化菌的酒精消费方法。著名的根霉菌有东京根霉(又叫河内根霉)(R.tonkinens

3、is)、鲁氏毛霉(M.rouxii)和爪哇根霉(R.javanicus)等。.(二)酒精发酵微生物 许多微生物都能利用已糖化进展酒精发酵，但在实践消费中用于酒精发酵的几乎全是酒精酵母，俗称酒母。利用淀粉质原料的酒母在分类上叫啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)，是属于子囊菌亚门酵母属的一种单细胞微生物。该种酵母菌繁衍速度快，发酵才干即产酒精才干强，并具有较强的耐酒精才干。常用的酵母的菌株有南阳酵母(1300及1308)、拉斯2号酵母(Rasse )、拉斯12号酵母(Rasse )、K字酵母、M酵母(Hefe M)、日本发研1号、卡尔斯伯酵母等。利用糖质原料的酒母除啤酒酵

4、母外，还有粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)和克鲁维酵母(Kluyveromyces.sp)等 .(二)酒精发酵微生物除上述酵母菌外，一些细菌如森奈假单胞菌(Ps.Lindneri)和嗜糖假单胞菌(Ps.saccharophila)，可以利用葡萄糖进展发酵消费乙醇。总状毛霉深层培育时也要产生乙醇。利用细菌发酵酒精早在80年代初就引起了留意，但此方法还未到达工业化，其中有许多问题有待研讨。.三、酒精发酵生化机制 不同消费原料，酒精发酵生化过程不同。对糖质原料，可直接利用酵母将糖转化成乙醇。对于淀粉质和纤维质原料，首先要进展淀粉和纤维质的水解糖化，再由酒精发酵菌将糖

5、发酵成乙醇。.1. 淀粉质和纤维质原料的水解 淀粉持原料的水解 淀粉分子 淀粉是多糖中最易分解的一种，由许多葡萄糖基聚会合而成。天然淀粉具有直链淀粉和支链淀粉两种构造，它们在性质和构造上有差别。直链淀粉是-D葡萄糖经过1，4糖苷键衔接而成的聚合物。普通以为，直链淀粉的聚合度在2001000范围内，分子量32400162000，近来发现聚合度更高的直链淀粉。天然直链淀粉分子卷曲成螺旋形，螺旋的每一圈含有6个葡萄糖残基。直链淀粉水溶解于7080的温水,遇碘呈深蓝色。在大多数植物淀粉中，直链淀粉含量为2029、25和24。.1. 淀粉质和纤维质原料的水解.1. 淀粉质和纤维质原料的水解 支链淀粉是D

6、葡萄糖经过1，4糖苷键及1，6糖苷键在分支点上衔接而成的聚合物。其分子较直接淀粉的大，分子量可达107，分支点之间平均有58个葡萄糖苷键。支链淀粉各个分支卷曲成螺旋状，整个分子近似球形。支链淀粉不溶解于温水,遇碘呈蓝紫。.1. 淀粉质和纤维质原料的水解.1. 淀粉质和纤维质原料的水解淀粉的糊化、液化 淀粉在水中经加热会吸收一部分水而发生溶胀。假设继续加热至一定温度普通6080,淀粉粒即发生破裂,呵斥黏度迅速增大,体积也随之迅速变大,这种景象称为淀粉的糊化,经糊化的淀粉称为-淀粉.1. 淀粉质和纤维质原料的水解 不同种类淀粉糊化温度有所不同,苷薯、马铃薯、玉米和小麦淀粉的糊化温度分别为7076、

7、5967、6472和6568。发生糊化景象称为淀粉的溶解，或称为液化。马铃薯、小麦和玉米支链淀粉完全液化的温度为132、7080、141和146151。.淀粉水解淀粉水解又称糖化，经过添加酶制剂或糖化曲来完成。糖化曲中含有的并起作用的淀粉酶类包括-淀粉酶、-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和异淀粉酶脱支酶。 -淀粉酶能从分子内部切开-1，4糖苷键，但不能水解-1，6糖苷键及接近-1，6糖苷键的几个-1，4糖苷键。当-淀粉酶作用于淀粉糊时，能使其黏度迅速下降，故又称液化酶。直链淀粉经该酶水解的最终产物为葡萄糖和麦芽糖，支链淀粉的水解产物除葡萄糖、麦芽糖外，还有具有-1，6键的极限糊精和含有4个或更多葡萄糖残

8、基的带键的低聚糖。 .淀粉水解-葡萄糖淀粉酶能从淀粉的非复原末端逐个切下麦芽糖单位，但不能水解-1，6糖苷键，也不能越过-1，6糖苷键水解-1，4糖苷键，所以该酶水解支链淀粉时留下分子量较大的极限糊精。葡萄糖淀粉酶能从淀粉的非复原末端逐个切下葡萄糖，它既能水解-1，6糖苷键，又能水解-1，4糖苷键。由于构成的产物几乎都是葡萄糖，因此该酶又称为糖化酶。.淀粉水解异淀粉酶专注水解-1，6糖苷键，因此能切开支链淀粉的分支。总之，淀粉在以上几类酶的共同作用下被彻底水解成葡萄糖和麦芽糖。麦芽糖可在麦芽糖酶的作用下进一步生成葡萄糖。 另外，在糖化曲中除含有淀粉酶类外，还含有一些蛋白酶等，后者在糖化过程中能

9、将蛋白质水解成胨、多肽和氨基酸等。.2.纤维质原料的水解 纤维素、半纤维素和木质素 纤维素是由葡萄糖经过-1，4糖苷键衔接而成的聚合物，是一种构造上无分枝、分子量很大、性质稳定的多糖。其分子量可达几十万，甚至几百万。纤维素是构成植物细胞壁的主要成分，稻麦秸秆、木材、玉米芯的纤维素含量分别为4050、4050、53。在植物细胞壁中，纤维素总是和半纤维素、木质素等伴生在一同。.2.纤维质原料的水解 半纤维素是一大类构造不同的多聚糖的统称。构成半纤维素的成分有D-葡萄糖、D-甘露糖和D-半乳糖等己糖，及D-木糖、L-阿拉伯糖等戊糖以及糖醛酸等。常见的半纤维素分子有：D-木聚糖、L-阿拉伯聚糖-D-木

10、聚糖、L-阿拉伯聚糖-D-半乳聚糖、L阿拉伯聚糖-D-葡萄糖醛酸-D-木聚糖、D-半乳聚糖-D-葡聚糖-D-甘露聚糖等。这些多聚糖的聚合度(DP)为60200，直链或分枝。半纤维素与纤维素不同，它很容易水解，但由于它们总是交杂在一同，只需当纤维素也被水解时，才能够全部被水解。 .2.纤维质原料的水解本质素是由苯基丙烷构造单元经过碳-碳键衔接而成的具有三维空间构造的高分子聚合物。在用酸对纤维进展分级水解时，最后剩下的2030的非溶性剩余物即为木质素，其性质极为稳定。木质素在纤维素周围构成维护层，使后者的水解变得很困难。.2.纤维质原料的水解纤维素的水解 根据采用的方法不同可将纤维素的水解法分成三

11、种，即稀酸水解法、浓酸水解法和酶水解法。纤维素酸水解所用的酸为硫酸、盐酸和氢氟酸等强酸。水解反响式为：(C6H1005)n十nH20nC6H1206.2.纤维质原料的水解 无机强酸催化纤维素分解的机理是：酸在水中解离产生H+，H+与水构成不稳定的水合氢离子H3O+，当H3O+与纤维素链上的-1，4糖苷键接触时，H30+将1个氢离子交给该糖苷键上的氧，使它变成不稳定的四价氧。当氧键断裂时，与水反响生成两个羟基，并重新放出H+。 H+可再次参与催化水解反响。溶液中H+浓度越高，水解速度越快 .2.纤维质原料的水解 酶水解采用的酶是纤维素酶，它是一种复合酶类，故又称纤维素酶复合物。知纤维素酶复合物由

12、C1和Cx组成。天然纤维素的分解过程是：纤维素先被Cl酶降解为较低分子化合物，同时具有水合性，其次由所谓Cx的几种酶作用构成纤维二糖。纤维二糖再由纤维二糖酶(-葡萄糖苷酶)水解成葡萄糖。由于纤维素的性能稳定,无论用酸水解还是用酶水解，都存在水解速度慢,糖得率低的问题，这是影响纤维素科学利用的难题之一.(二)酵母菌的乙醇发酵 酵母菌在厌氧条件下可发酵己糖构成乙醇，其生化过程主要由两个阶段组成。第一阶段己糖经过糖酵解途径(EMP途径)分解成丙酮酸。第二阶段丙酮酸由脱羧酶催化生成乙醛和二氧化碳，乙醛进一步被复原成乙醇，整个过程由图5-3所示。葡萄糖发酵成乙醇的总反响式为： C6H12O62C2H5O

13、H+2CO2+能量 .(二)酵母菌的乙醇发酵.(二)酵母菌的乙醇发酵发酵过程中除主要生成乙醇外，还生成少量的其他副产物，包括甘油、有机酸主要是琥珀酸、杂醇油高级醇、醛类、酯类等，实际上1mol葡萄糖可产生2mol乙醇；即180克葡萄糖产生92克乙醇，的率为51.5%，可是实践得率没有这么高。因酵母菌体的积累约需2% 的葡萄糖，另外2%的葡萄糖用于构成甘油，0.5%用于构成有机酸，0.2%用于构成杂醇油。因此实践上只需约47的葡萄糖转化成乙醇。乙醇发酵中大部分能量仍储存于乙醇之中，所释放的226kJ自在能中除67kJ(29)用于构成ATP外，其他能量以热的方式分发 .四、酒精发酵工艺 酒清发酵由

14、于所用原料不同，采用的工艺也不一样。下面扼要引见淀粉质原料、糖质原料酒精发酵工艺过程。.(一)淀粉质原料酒精发酵工艺 淀粉质原料消费酒精分为原料预处置、原料蒸煮、糖化剂制备、糖化、酒母制备、乙醇发酵和蒸馏等工艺，工艺流程如以下图.(一)淀粉质原料酒精发酵工艺1.原料预处置2.蒸料 3.糖化曲制备 4.糖化 5.酒母制备 6.乙醇发酵 .(一)淀粉质原料酒精发酵工艺1.原料预处置(1)原料的除杂 原料诈先要经过振荡筛、吸铁器等将其中的混杂的小铁钉、泥块、杂草、 石块等杂质除去。 .(一)淀粉质原料酒精发酵工艺2)原料的粉碎 粉碎的目的主要是添加原料受热面积,有利于淀粉颗粒的吸水膨胀,糊化,缩短后

15、续热处置时间,提高热处置效率.另外,粉末原料加水混合后容易流动输运.原料粉碎的方法要分为干粉碎和湿粉碎两种.目前国内大多采用于粉碎法，设备大多采用锤式粉碎机,采用粗碎和细碎两级粉碎工艺，经细粉碎后颗粒普通小于2.0mm。湿粉碎时,将蒸煮所需水量和原料一同参与粉碎机中,原料粉末不飞扬,省去除尘通风设备,但粉碎后的粉料不能储存,宜立刻用于消费。.2.蒸料 淀粉质原料吸水后在高温高压下蒸煮，可以破坏植物组织和细胞，使淀粉彻底糊化、液化，使蒸煮物料成为均一的糊化醪，为进一步的淀粉转化为糖发明良好的条件；其次蒸料还有灭菌的作用。.2.蒸料 蒸煮工艺看，20世纪50年代前期我国酒精厂大多采用整粒原料间歇蒸

16、煮工艺。为了提高蒸煮醪质量和减轻劳动强度，目前我国各酒精厂广泛采用延续蒸煮的工艺，方法有多种，常用有罐式(锅式)延续蒸煮、管道式延续蒸煮、塔式(柱式)延续蒸煮等三种方法。罐式延续蒸煮工艺流程简图如图5-6所示， .2.蒸料.2.蒸料采用工艺条件见表5-1蒸料需求耗费蒸汽这一能源，根据国内的情况，蒸煮工段所耗费的蒸汽占整个消费过程蒸汽耗费的25%30%。为了节约能源，人们正在探求其他工艺，如无蒸煮的生淀粉(生料)发酵工艺、低温(100以内)蒸煮工艺膨化工艺和超细磨工艺等，其中有些工艺曾经在消费中得到运用。.2.蒸料.3.糖化曲制备3.糖化曲制备糖化曲分成固体曲和液体曲两种，用麸皮为主要原料制成的

17、固体曲叫麸曲，采用液体深层通风培育的称为液体曲。(1)固体曲的消费 固体曲消费方法有多种，最早采用的是曲盘制曲，后来开展为帘子制曲，20世纪60年代以后又逐渐采用机械通风制曲方法。机械通风制曲工艺包括三角瓶种曲培育、帘子种曲制备和机械通风制曲等几个工段，流程如图5-7所示。 .3.糖化曲制备.3.糖化曲制备制曲过程实践上是将糖化菌扩展培育，并让糖化菌产生高活力的、质量合格的各种淀粉酶等酶类的过程。为此，需求提供让糖化菌生长和产酶的适宜原料、水分、温度和通气条件等。三角瓶种曲培育阶段先保温3132培育1618h，然后扣瓶并继续培育34d，所得种曲要求孢子肥大整齐、稠密.3.糖化曲制备。帘子种曲制

18、备阶段，在接种之后，培育前期(前16h)室温坚持3031，品温控制不超越3436；培育中期(1632h)品温控制3637.5；培育后期(3248h)，前8h内品温控制在3738，后8h最高不超越39。机械通风制曲阶段，普通培育时间为2432h，培育前期即制曲箱(图5-8).(一)淀粉质原料酒精发酵工艺10h以内控制最高不超越34；培育中期(1120h)， 菌丝大量构成，并释放出大量热量，应通风控制品温不超越4042；培育后期(2630h) 将品温坚持3739。所得固体曲要求菌丝粗壮浓密，具特有的清香，无异味，无孢子生成。 .3.糖化曲制备.(一)淀粉质原料酒精发酵工艺(2)液体曲消费 液体曲消

19、费工艺过程包括种子制备、液体曲发酵和无菌空气制备三部分，其工艺流程如图5-9所示。种子罐接种糖化菌孢子悬浮液后，32通风培育36h左右接入培育罐，在培育罐内培育48h左右即得成熟液体曲。.3.糖化曲制备.4.糖化糖化方法分成间歇糖化和延续糖化两类。目前我国大多数酒精厂采用后者。(1)间歇糖化工艺 间歇糖化在糖化锅(图5-10)图见第132面内进展。蒸煮醪放入并冷却到6162时，参与糖化剂，搅拌均匀后静止糖化30min，再冷却至30后供发酵用。 .4.糖化.4.糖化(2)延续糖化工艺 根据蒸煮醪冷却(前冷却)和糖化醪液冷却(后冷却)的方法不同，可将延续糖化工艺分成混合冷却延续糖化、真空冷却延续糖

20、化和三级真空冷却延续糖化三大类，所控制的工艺参数与间歇糖化工艺的类似。.5.酒母制备 酒母制备过程是酒母扩展培育过程，分为实验室扩展培育和酒母罐扩展培育两阶段，其流程见图5-11所示。整个酒母扩展培育过程控制的温度均为2830。所得酒母应细胞强壮、整齐，出芽率高(15%30%)，没有杂菌污染。 .5.酒母制备.6.乙醇发酵 糖化醪送入发酵罐(图5-12)，接入酒母后，即可始乙醇发酵。发酵工艺有间歇发酵、半延续式发酵和延续式发酵三类。乙醇发酵过程可分为前发酵期、主发酵期和后发酵期三个阶段。前发酵期普通为前10h左右，在酒母与糖化醪参与发酵罐后，醪液中的酵母开场数量还不多，由于醪液中的酵母开场数量

21、还不进展繁衍。 .6.乙醇发酵.6.乙醇发酵在前发酵期阶段，发酵作用不强，酒精和三氧化碳产生得少，糖分耗费得比较慢，发酵醪外表显得比较安静。前发酵期普通控制发酵温度不超越30。主发酵期为前发酵期之后的12h左右，在此阶段酵母细胞已大理构成，每毫升醪液中酵母数可达1亿以上，酵母菌根本上停顿繁衍而主要进展乙醇发酵作用。使糖分迅速下降，酒精量逐渐增多，醪液中产生大量的二氧化碳，有很强的二氧化碳泡沫响声。 .6.乙醇发酵此期间发酵醪温度上升也快，消费上应加强温度控制，最好将温度控制在3034。经主发酵期，醪液的糖分大部分已被耗掉，发酵进入后发酵期。在后发酵期阶段，发酵作用弱，产生热量也省，发酵醪温度逐

22、渐下降，应控制发酵温度在3032。后发酵普通需求约40h才干完成，总发酵时间普通控制6072h。普通工艺工厂糖化醪浓度为1618Bx，发酵成熟醪的乙醇含量为6%10%(V/V) .(二)糖质原料酒精发酵工艺 糖质原料制酒精不用进展糖化及之前的工艺操作，工艺过程较为简单。下面以糖蜜例扼要阐明。糖蜜酒精发酵工艺过程包括前处置、酒母制备、乙醇发酵和蒸馏四个工序。前处置包括的内容有：将糖蜜稀释至糖浓度为12%18%(依不同的发酵工艺而异)。糖蜜中常缺乏酵母必需的营养物质，需求添加一些氮源、营养盐(如硫酸铵、硫酸镁、磷酸盐等)以及生长素(如酵母菌自溶物)等。 .(二)糖质原料酒精发酵工艺普通来说，用甘蔗糖蜜的要添加硫酸铵0.1%0.12%、硫酸镁0.04%0.05%及适量的酵母自溶液等；用甜菜糖蜜的要添加过磷酸钙约1%，有时还要加少量的硫酸铵，在前处置中还需求加酸，所用的酸普通为硫酸，如今也有用盐酸的。加酸将发酵稀糖液的PH调至4.04.5，这样能起到防止发酵过程中杂菌繁衍等作用。乙酵发酵所用工艺