【粮油加工】第一章-§2酿酒的基本原理

第一章酿酒一、酒精发酵二、与酿酒有关的微生物2024/10/27第二节

酿酒的基本原理2024/10/27

一、酒精发酵1酒精发酵理论的发展历程：最初有的学者认为发酵是一种纯的化学现象。例如：司当勒（stanl）在1640年提出，“酵母在发酵中的作用，只是将它的分解作用转导给液体中其它可发酵的部分”。李比西（liebig）在1845年提出，“酵母的作用并不是由于它的生命活动，相反地恰恰是由于它的分解”。但是这些理论均未经过科学试验来证明。后来，巴斯德通过试验证明了在糖液中加入少量的酵母，其中并没有其它含氮化合物，便可以引起糖液的发酵。在发酵过程中，酵母本身不仅不会破坏和分解，而且还会生长发育，在显微镜下观察时还是活的，因此，他得出结论：“酵母的生长发育是与发酵现象有密切关系的”。在此思想指导下，终于使他发展了酒精发酵的理论。

克劳德白那尔（生物学家）认为酒精发酵是纯化学现象，其论点是：酵母体内有一种酶，它能使糖变为乙醇和二氧化碳。这个论点在1897年被毕士耐尔证实了，他从酵母的细胞内提取出了一种物质（酶），能引起酒精发酵，他将这种酶称为酒酶。因此，他证明了酒精发酵是一种化学现象。

巴斯德认为酒精发酵是生物学现象，他通过试验证明了发酵是酵母细胞生命活动的结果，因此，发酵现象是由微生物引起的，这是巴斯德的最大贡献。2024/10/27综上所述，酒精发酵是生物和化学相结合的一种现象。即一方面生物体（酵母）是化学反应的所在地，在那里将糖分解为酒精和二氧化碳；另一方面这种化学现象必须有生物参加。到十九世纪末叶，在微生物的研究得到进一步的发展，特别是对酶的研究开始后，才证实了这一点。从而知道酒是根据单糖类的酒精发酵这一原理制得。所以，酒精发酵是指酵母所分泌的各种酶，对于单糖所引起的生物化学变化。2024/10/272实际应用实际当中，酿酒所用的原料多数是淀粉质原料，但微生物不能直接利用淀粉发酵制得酒精，必须使淀粉经水解酶的作用分解为单糖后（即糖化），再经酒精发酵才能制取酒。这也就是利用淀粉质原料酿酒比水果酿酒工艺复杂的原因。3化学原理从生化角度看，是酵母在无氧条件下，将葡萄糖经HDP（EMP）途径降解为丙酮酸，丙酮酸经脱羧酶的作用分解为乙醛和二氧化碳，然后，在乙醛脱氢酶的作用下，还原成乙醇，这就是酒精发酵的原理，其过程见下图。2024/10/27EMP途径2024/10/27三羧酸循环2024/10/272024/10/27

酒精发酵途径：丙酮酸（厌氧）→活性丙酮酸→活性乙醛→乙醛→乙醇↓有氧↓乙酰辅酶A→TCA循环→CO2+H2O

CO2说明：上述各种反应中都需要特定的酶参与才能完成，具体这些酶在生化中都已经介绍过，在此不进行介绍。4发酵副产物的形成

（1）杂醇油的形成杂醇油又称高级醇，以异戊醇为主，包括正丙醇、异丁醇、异戊醇、活性戊醇等。生成途径主要有三条：第一、由氨基酸脱氨、脱羧（去CO2），生成比氨基酸少1个碳原子的高级醇，这是伊里氏（Ehrlich）于1905~1909年提出的，反应通式：R—CH—COOH+H2O→RCH2OH+NH3+CO2∣NH3

第二、由糖代谢生成丙酮酸，丙酮酸与氨基酸作用，生成另一种氨基酸和另一种有机酸（α—酮酸），该有机酸脱羧变为醛，再还原成高级醇，例如：丙酮酸+胱氨酸→酮基异已酸→异戊醛→异戊醇第三、丙酮酸与乙酰辅酶A结合，由于碳链的增长，在蔗糖存在下，也可促进杂醇油的生成。2024/10/27（2）多元醇的形成

甘油的生成甘油主要产生在发酵的后期。C6H12O6→C3H5（OH）3+CH3CHO+CO2葡萄糖甘油乙醛

2、3—丁二醇的生成第一，由双乙酰生成CH3COCHOHCH3+AH2——→CH3CHOHCHOHCH3+辅酶A醋翁还原型辅酶A2，3—丁二醇第二，由多粘菌及产气菌生成C6H12O6→CH3CHOHCHOHCH3+CO2+H2第三，由赛氏杆菌生成，反应式同第二。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、与酿酒有关的微生物2024/10/27

与酿酒有关的微生物主要有酵母菌和霉菌，而细菌只是对酿酒或酒的保管起不利的作用，但是，应该说明的是在白酒生产中有一些细菌是有益的菌，如己酸菌在浓香型白酒中是主要产香菌。这里主要介绍酵母菌和霉菌。（一）

酵母菌真正用于酿酒的是酵母属中的酵母菌，它们是发酵工业中很重要的微生物，特别是酿酒方面，它是引起酒精发酵的直接参加者。另外，面包工业也利用它的酒精发酵所产生的大量二氧化碳使面包成多孔和松软的结构。酵母在发酵工业上可分为两种：野生酵母菌和培养酵母菌。

2024/10/271．野生菌（1）存在场所：空气中或果实的表面。（2）应用：少数可用于酿酒，但大多数对酿酒和酒的保管是有害的，特别是在饮料中一些野生酵母菌使其变质。2．培养菌（1）概念：是从有益于酿造工业的一些野生酵母中提出并经过人工纯粹培养而成的一类酵母。（2）种类：根据酿酒的种类不同，培养酵母主要分为酒精酵母、啤酒酵母和葡萄汁酵母三种，这里主要介绍前两种。

2024/10/27（1）酒精酵母这种酵母所引起的酒精发酵比较旺盛，故产生的酒精较多，酒精工业或酿造白酒都采用其。它们引起酒精发酵的最适宜温度25-28℃。在实际应用过程中，要根据不同的原料选用不同的菌种，因为，对于不同的酵母所含的酶种类及活力是有差异的。只有因地制宜，选育发酵能力强的酵母菌应用于生产，才能提高酒精得率和出酒率（具体图表）。

2024/10/27古巴、南阳酵母在不同原料中发酵试验结果（以100mL计）2024/10/27原料酵母CO2减量蒸馏酒精分（V%）12h酵母数（亿）24h48h72h椰枣古巴1.553.384.735.20.66南阳593.544.895.21.3椰枣加营养盐古巴3.946.757.78.551.38南阳3.586.087.288.11.29甘薯干古巴3.113.653.863.91.11南阳3.354.395.055.81.29甘薯干加营养盐古巴———3.51.42南阳3.24.494.965.01.68（2）啤酒酵母它是酵母属中的一个种，原来是酒厂分离出来的一种上层酵母即发酵时酵母浮于液面。1970年以来已把酒精生产、酿造饮料及制造面包的类似啤酒酵母的一些著名菌种也都归于啤酒酵母内。它们主要分布于果皮、果园土壤等场所。啤酒酵母按其形态和发酵特点不同，可以分为上层酵母和下层酵母两种：

上层酵母：在液面进行酒精发酵，发酵的适宜温度为12-20℃，产生的酒精较多（和下层酵母相比），含酒精较多的啤酒就是利用它发酵的，这类酵母能发酵葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、半乳糖和棉籽糖（1/3）不能发酵乳糖。

下层酵母：大部分啤酒工业采用，在液底进行酒精发酵，发酵的适宜温度为5-10℃，产生的酒精较少。

2024/10/27啤酒酵母

左图—细胞；右图—子囊孢子2024/10/27酵母细胞结构图

1—芽痕；2—细胞壁；3—细胞核；4—细胞膜；

5—液泡；6—线粒体；7—内质网2024/10/27酵母菌（Saccharomycescerevisiae）的芽殖过程2024/10/27上面酵母和下面酵母

左—上面酵母；右—下面酵母2024/10/27两种酵母的区别2024/10/27（二）霉菌应用于发酵的霉菌主要有毛霉属、根霉属和曲霉属。毛霉菌：具有分解蛋白质能力，有些菌种具有极强的糖化力，可用于酒精生产中的糖化。根霉菌：能够产生糖化酶，使淀粉转化为糖。曲霉菌：具有分解有机质的能力，种类很多，分布极广，目前发酵工业中应用的大部分是曲霉。下面介绍几种常用的霉菌：2024/10/271．甘薯曲霉属于黑曲霉群，原是日本甘薯酒曲中的一种主要菌，黑曲霉在自然界中分布极广，在各种基质上都能普遍生存。特点：具有多种活性强大的酶系，具有极强的糖化力，且糖化效果十分良好。2．米根霉它大量存在于酒药与酒曲中，其淀粉酶活力极强，多用作糖化酶，也稍有酒精发酵及蛋白质分解力。我国利用根霉菌制曲，用于淀粉发酵法生产酒精，民间用于酿造甜酒的小曲（酒药）主要是根霉菌种，米根霉的生长适温为37-40℃。2024/10/273．华根霉它大量存在于酒药和酒曲中，是酿酒必须的主要霉菌之一，它能耐高温，当品温高达45℃时，一般还能生长。4．泡盛曲霉该菌菌丛呈白色，孢子生成时由深色至黑色，孢子梗直立，分生孢子球褐色，呈链状着生，能产生曲酸和柠檬酸。特点是淀粉液化力特别强，糖化力也强，适用于酒精、白酒及制醋生产。2024/10/275．宇佐美曲霉它是由黑曲霉中选育出来的糖化力极强的菌种，主要产生糖化型淀粉酶，并且耐酸