第二章 糖蜜发酵生产酒精

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）连续式培养法
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。
（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28～34℃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。 （7）能抗重金属的毒害作用
Hale Waihona Puke 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： ①经澄清处理的稀糖蜜，其发酵率和产品质 量比不澄清的高； ②经澄清处理的稀糖蜜，可采用较高浓度进 行发酵； ③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； ④胶体被除去后，会削弱酵母对高浓度酒精 的抵抗力。
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℃ 1hr 20℃ 3.5hr 10℃ 9hr （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）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。
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3～4h 即可。若用量过多或 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。
所需糖蜜量：
V· ρ· c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 4.0 ～ 4.5 ，所以工艺上要求糖蜜稀释的同时要 加酸酸化。 酸化的目的： ①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，有利于促进酵母 迅速增殖、发酵； ②可有效地抑制其他杂菌的繁殖； ③除去杂质。
3．后发酵阶段 发酵醪液中的糖分绝大部分已被 酵母消耗，发酵作用减弱，酒精和二氧 化碳产生也少了，温升完全缓和，温度 逐渐下降，发酵趋于成熟。
（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22～25°Bx。
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。
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，含量要求达 99.95%以上。
第二节
传统的澄清方法有冷酸通风处理法和热酸处理法。
①冷酸通风处理（沉淀）法 先将糖蜜稀释至50°Bx左右，加人为稀糖液量 0.2 ％～ 0.3 ％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1～2h，然后静置沉 淀取上清液。加入高锰酸钾，可使糖蜜中的亚硫酸 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。
酒母成熟后质量指标：
a.酵母细胞数 b.细胞出芽率 c.死细胞 d.耗糖率 e.酸度 f.含酒精
1～1.2 亿／mL 20％～25％ <1% 45％～50％ 5.5～6.5（pH4.0～4.2） 3％～3.5％
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）
方法：可用浓硫酸外或盐酸，加酸量为 （密度 1.86 ， 66°Bé的工业硫酸）每吨 原糖蜜加 2.5L ～ 3.5L ，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6～7。
（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80～90℃，维持1h即 可达到灭菌的目的。
上述反应简单地用如下反应式来表示：
由葡萄糖发酵生成乙醇和二氧化碳的主 反应式（未计算 ADP磷酸化的水分子出入在 内）为（见11页）：
• 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）
②热酸处理法 先 用 60℃ 温 水 将 糖 蜜 稀 释 至 55 ～ 58°Bx ， 同 时 添 加 浓 硫 酸 调 节 pH 至 3 ～ 3 ． 8 进行酸化，然后静置沉淀 5 ～ 6h ，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。
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～ 25°BX 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（1720°BX） 发酵用的基本稀糖液采用高浓度稀糖液 （36-39°BX） 工艺流程：P23图1-2-6
（3）固定化酵母连续发酵 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28～35h，设备 利用率和产酒率相应提高。
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0～45℃， 最适生长温度是25～30℃，最适发酵温度是30～ 34℃，在60℃温度下， 10～15min则死亡。酵母 菌适宜生长的极限pH为2.5～8，最适生长pH值是 4.5～5.5，最适发酵pH是4～4.5， pH过高或过 低都会使酵母的生命活动受到抑制甚至死亡。
（2）双浓度发酵流程 酒母用稀糖液浓度控制在17～20°Bx； 发酵用基本稀糖液浓度控制在36～39°Bx。
（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，糖蜜稀释所需的加水量 和糖蜜量通常用以下公式计算：
M· c前 = V· ρ· c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） ρ——稀释后稀糖液密度（kg／m3） c后——稀释后稀糖液浓度（°Bx）
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0.1～0.2％ 磷源：磷酸液，用量为糖蜜质量的 0.03 ％～ 0.04
％。
镁盐：硫酸镁，用量为糖蜜质量的 0.04 ％～ 0.05
％。
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）