第七節(jié)糖化醪的發(fā)酵

第七節(jié)糖化醪的發(fā)酵第1頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月一、酒精發(fā)酵的目的和要求淀粉質(zhì)原料經(jīng)過預處理、蒸煮和糖化等過程后，其中大部分已轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵性糖。對送入發(fā)酵罐的糖化醪接入酒母，醪中的糖就被發(fā)酵生成酒精和二氧化碳。與此同時，保存下來的糖化酶也不斷地將殘余淀粉轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵性糖（后糖化作用）。

目的：酵母發(fā)酵和后糖化作用互相配合，最終將絕大部分淀粉及糖轉(zhuǎn)化成酒精和二氧化碳。第2頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月除酒精發(fā)酵和后糖化作用外，酵母利用醪液中曲霉蛋白酶水解蛋白質(zhì)而生成的各種低分子含氮化合物（如胨、肽和氨基酸）來合成酵母菌體細胞。因為酒精生產(chǎn)要求以最少的原料來生產(chǎn)盡可能多的酒精產(chǎn)品，所以為盡量減少損失，我們需盡力和滿足下列條件：（1）發(fā)酵前期，要創(chuàng)造使酵母占絕對優(yōu)勢的繁殖條件；（2）保持一定量的糖化酶活力，即保證后糖化作用的進行；第3頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）制造酒精發(fā)酵的厭氣條件；（4）防止雜菌污染；（5）提高酒精發(fā)酵強度，以此盡力降低造價和成本；（6）注意酒精和CO2的回收，以及CO2的進一步利用。第4頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月二、酒精發(fā)酵機理

（一）酒精發(fā)酵的基本情況酵母菌進行酒精發(fā)酵原理：進入糖化醪的酒精酵母將糖分吸入胞內(nèi)，經(jīng)酒化酶系的作用生成酒精、CO2和能量。其中，產(chǎn)生的能量一部分供酵母菌新陳代謝；另一部分同酒精、CO2排到胞外。二氧化碳容易沿罐壁逸出緣由：在發(fā)酵后期，醪液中糖分降低到一定水平以下，而CO2已經(jīng)飽和，此時，會因CO2不能排除到胞外而對發(fā)酵造成阻礙。CO2（帶負電荷）與帶負電荷的罐表面接觸，通過電荷的排斥力使CO2逸出。第5頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月表示方法：（1）測定發(fā)酵度數(shù)值的變化（2）測定釋放CO2的重量或體積

（二）酒精發(fā)酵動力學

第6頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）按時測定已被發(fā)酵糖的數(shù)量從曲線的形狀可以將發(fā)酵過程分成前發(fā)酵期、主發(fā)酵期和后發(fā)酵期三個不同階段。前發(fā)酵期：酵母大量繁殖，后糖化作用繼續(xù)進行。該發(fā)酵期的長短與酵母接種量有很大關(guān)系。接種量大，前發(fā)酵期短，反之則長。由于前發(fā)酵期時間很長，在實際生產(chǎn)時，第7頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月常采用連續(xù)發(fā)酵以避免前發(fā)酵期。發(fā)酵醪的溫度控制在28~30℃，超過30℃，容易形起酵母早期老化。該期應特別注意防止雜菌污染。主發(fā)酵期：酵母細胞已不在大量繁殖，而主要進行發(fā)酵。此時對發(fā)酵醪進行分析，糖分下降，酒精含量增多。同時，還有大量熱量的釋放，所以需要采用人工冷卻（罐內(nèi)蛇管冷卻、噴淋罐壁冷卻和罐外熱交換器冷卻）。該期時間的長短取決于可發(fā)酵性物質(zhì)的濃度和營養(yǎng)成分的含量。發(fā)酵時間一般在12h左右。第8頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月后發(fā)酵期：糖分大部分已被發(fā)酵，醪液中殘余的糊精繼續(xù)被淀粉酶系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為糖，酵母則將它轉(zhuǎn)化為酒精。這一階段，后糖化作用慢，酒精和量少，產(chǎn)熱量也大為減少（注意控制溫度在30~32°С左右）。后發(fā)酵期時間最長，一般在40h左右完成。為提高設(shè)備利用率和強化酒精發(fā)酵，國外有采用強制循環(huán)等措施來強化后發(fā)酵期的情況。在整個發(fā)酵過程中，發(fā)酵時間的長短除受糖化劑種類、酵母菌的性能、酵母接種量等因素的影響外，還與發(fā)酵溫度和發(fā)酵方式有很大關(guān)系。發(fā)酵方式有著決定性的影第9頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月向。間歇發(fā)酵總時間一般控制在58~72h之間，而順溜梯級式多罐連續(xù)發(fā)酵時間可減少到50h左右。最新研究的固定化活酵母細胞反應器和高溫酵母，對發(fā)酵時間可明顯縮短。（三）酒精發(fā)酵期間酵母菌的酶系酵母體內(nèi)含有的酶中，與酒精發(fā)酵有關(guān)的主要是兩類：一類為水解酶（加水能分解較簡單的碳水化合物、蛋白質(zhì)類物質(zhì)的酶類），主要有：蔗糖酶：能將蔗糖分解成為一分子葡萄糖和一分子果糖。它是一種胞外酶。第10頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月麥芽糖酶：可水解麥芽糖為二分子葡萄糖。最適pH為6.75~7.25，最適溫度為40°С，對溫度敏感，55°С即被破壞。肝糖酶：可將酵母體外的肝糖分解為葡萄糖。它是胞外酶。另一類水解酶為酒化酶。酒化酶是參與酒精發(fā)酵的各種酶和輔酶的總稱。主要包括己糖磷酸化酶、氧化還原酶、烯醇化酶、脫羧酶及磷酸酶等。這一類酶都是胞外酶。第11頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）酒精發(fā)酵機制酒精發(fā)酵過程主要經(jīng)過5個階段，12個已知的步驟：

第一階段：葡萄糖磷酸化，生成活潑的1,6-二磷酸果糖。ATP己糖激酶ADP

6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1,6-二磷酸果糖磷酸果糖激酶ADPATP葡萄糖磷酸己糖異構(gòu)酶第12頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月第二階段：

醛縮酶1,6-二磷酸果糖磷酸二羥基丙酮+3-磷酸甘油醛磷酸二羥基丙酮3-磷酸甘油醛磷酸丙糖異構(gòu)酶第三階段：3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油脫氫酶NADNADH2第13頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸+ATP磷酸甘油酸激酶3-磷酸甘油酸+酶—磷酸（磷酸化型）2-磷酸甘油酸+酶—磷酸(磷酸化型）2,3-二磷酸甘油酸+酶（非磷酸化型）磷酸甘油酸變位酶磷酸甘油酸變位酶第14頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月2-磷酸甘油酸2-磷酸烯醇式丙酮酸+H2O烯醇化酶2-磷酸烯醇式丙酮酸+ADP烯醇式丙酮酸+ATP丙酮酸激酶烯醇式丙酮酸丙酮酸第15頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月以上10步反應可歸納為：

C6H12O6+2NAD+2H3PO4+2ADP2CH3COCOOH+2NADH2+2ATP第四階段：酒精的生成丙酮酸乙醛+CO2丙酮酸脫羧酶焦磷酸硫胺素乙醛乙醇NADH2NAD乙醇脫氫酶第16頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月由葡萄糖發(fā)酵生成乙醇的總反應式為：

C6H12O6+2ADP+H3PO42C2H5OH+2CO2+2ATP以上反應可歸納為如下圖：第17頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月（五）酒精發(fā)酵過程中主要副產(chǎn)物的生成1.甘油的生成酵母在一定條件下，可以轉(zhuǎn)化糖分為甘油。但正常條件下，發(fā)酵醪中只有少量甘油生成。含量約0.3~0.5%。如果改變發(fā)酵條件，如向醪液中添加亞硫酸氫鈉，或使酒精發(fā)酵在堿性條件下進行，則糖的轉(zhuǎn)化會偏向甘油產(chǎn)生的方向。正常的酒精發(fā)酵應在酸性情況下進行，以免甘油過多產(chǎn)生，造成酒精出率的降低。第18頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月2.雜醇油的生成雜醇油是一類高沸點化合物的混合物，主要是高級醇。呈黃色或棕色，有特殊氣味，不溶于水。在酒精發(fā)酵過程中，分解蛋白質(zhì)產(chǎn)生的氨基酸被酵母菌同化，而存下的部分脫羧生成相應的醇類，即為雜油醇。雜油醇的生成與酵母的生命活動有關(guān)，間接也就與原料的品種和營養(yǎng)組成有關(guān)。一般醪液中雜醇油含量為0.3~0.7%。第19頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月第20頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月3.琥珀酸的生成酒精發(fā)酵過程中生成琥珀酸的反應為：C6H12O6+COOH?CH2?CH2?CHNH2?COOH+2H2O

葡萄糖

谷氨酸=COOH?CH2?CH2COOH+2C3H8O3+NH3+CO2琥珀酸甘油第21頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月4.乳酸等有機酸的生成最常見雜菌產(chǎn)生的有機酸有乳酸、醋酸和丁酸等。他們分別由乳酸菌、醋酸菌和丁酸菌發(fā)酵產(chǎn)生的。乳酸發(fā)酵：丙酮酸乳酸乳酸脫氫酶NADH2NAD乳酸菌產(chǎn)生的乳酸脫氫酶使丙酮酸成為受氫體而轉(zhuǎn)化為乳酸。第22頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月醋酸發(fā)酵:CH3CH2OH+O2

酒精氧化酶CH3COOH+H2O

醋酸發(fā)酵醪液污染醋酸菌后，醪中的酒精會被醋酸菌氧化生成醋酸。丁酸發(fā)酵：C6H12O6CH3CH2CH2COOH+2CO