酒精发酵染菌分析

酒精发酵染菌分析

现代酒精发酵工业要求纯种培养，因此在种子及发酵罐培养中，应严格控制染菌率，保证菌种纯培养。但是染菌是酒精工业乃至整个发酵行业长期以来不能彻底解决的问题，因此如何解决染菌问题就成了发酵工业的工作重点之一。

一、酒精发酵过程中的染菌带来的危害

如果在发酵过程中有其他杂菌的存在，那么杂菌的生长势必会影响到目的菌的正常生长繁殖，争夺营养物质，甚至会产生毒素，抑制目的菌的生长，最终杂菌可能占生长优势，降低发酵单位，导致发酵失败。

常规酒精发酵采用的是低温蒸煮工艺，整个工艺料液没有经过高温灭菌，最高温度只有90℃左右，势必会有杂菌的存在，如果不采用相关的措施，会对发酵的正常进行造成比较大的影响1。

随着酒精生产技术的发展，许多新的酒精生产工艺受到了很多人的关注。

固定化酵母连续发酵酒精技术2，它的机理是将活酵母细胞高度密集于载体上，并不断地生长增殖，形成高浓度的生物催化剂，从而大大地加快了反应速度，使酒精的生产能力大幅提高，该工艺简化了传统的酒精发酵工艺，缩短了发酵周期，不但提高了生产效率，而且减少了能耗，达到了节能减排的目的。但是同时也存在着一定的弊端，固定化酵母酒精发酵其工艺过程与传统的游离发酵有很大的不同：固定化酵母载体需要多批次反复使用，每次染菌后，又不能通过蒸汽来杀菌。所以染菌问题的解决成为该方法可行性的重要环节。

生料酒精发酵技术3，传统的酒精生产工艺需要对原料进行蒸煮，该工段耗能占总耗能的30~40%4，随着酶制剂工业的发展，高效能的糖化酶不断涌现，使得生料酒精发酵工艺的工业化成为可能，这种工艺可以节约大量的能源，为酒精的绿色生产带来一种新的途径。该工艺的最大特点就是原料不经过蒸煮，在节省能源的同时，简化了生产过程，由于是边糖化边发酵，还原糖的浓度不会过高，十分利于酵母的快速生长发酵，从某种程度上来说，该工艺有利于酒精产量的提高。但是杂菌问题成为阻碍该技术发展的另一难题，由于原料带入的杂菌较多，又难以用其他方法彻底清除，如果没有有效的对应措施，杂菌问题会严重影响该工艺的顺利进行。

酒精生产酒糟滤液回用新技术5：酒精蒸馏废糟经过简单的固液分离，调节酸度以后的清液作为工艺生产的拌料用水，糟渣部分经干燥作为饲料；从而消除酒糟对环境造成的污染，且在清液全部回流过程发酵时间及发酵指标不低于清水拌料。该工艺可以有效的减少污水的排放，同时节约了大量的水资源，达到绿色发酵的目的。在该工艺中，对废糟的固液分离并不能有效的去除杂菌，而全回流技术的对回用的清夜要求较高，如果染菌严重的话，也很难实现该技术。

染菌问题不仅是常规工艺需要解决的问题，而且对许多新兴的酒精工艺来说也是以非常重要的。所以我们要对杂菌的主要来源和预防措施做较深入的研究。

二、酒精发酵过程中染菌的主要原因

在酒精发酵过程中，判断杂菌感染，一个重要的指标是挥发酸，挥发酸是微生物代谢过程中产生的有机酸类，它直接反映了发酵醪被杂菌感染的程度。未感染杂菌时挥发酸一般在0.012%以下。

引起染菌的原因很多，其中有些是很容易发现的，如管路穿孔、法兰阀门渗漏、空气过滤器失效、环境恶化、种子带菌、操作不当等，但有些染菌原因还是比较复杂的。在酒精发酵工艺中，带入杂菌的主要来源是原料及向其中添加的酶制剂。

1、原料带入杂菌

酒精发酵所用到的原料大致可以分为三类：淀粉质原料、糖质原料和纤维素类原料，前两种在酒精工业上应用比较广泛。

淀粉质原料主要有薯类、谷类和野生植物。这些原料在使用前都需粉碎，如粉碎不够彻底，在升温过快或混料不均时容易结块，使团块中心部位“夹生”包埋有活菌，从而染菌。

薯类原料中常用于工业酒精发酵的是甘薯和木薯，他们的共同特点都是淀粉纯度高，脂肪和蛋白质的含量低，这些特点都使他们能够成为酒精生产的优质原料，但是甘薯的糖分含量较高，不易于保存，即使是在秋季或者冬季这样寒冷的季节也会腐败变质，这些腐败的甘薯含有较多的微生物，带入的杂菌非常多，会影响正常的酒精发酵。

谷类原料中常用于工业酒精发酵的是玉米和高粱，玉米的产量和淀粉含量都要优于高粱等其他谷类原料，但是跟薯类原料比起来还是具有一定的差距的。谷类原料多半生长在较为干燥的环境中，而且在粉碎之前，原料都需要晒干备用，所以原料表面的微生物较少，不会对发酵造成严重明显的影响。

野生植物原料资源丰富，分布面积亦广，特别是在山区和林区，遍地都有可以用来制造酒精的野生植物。在许多野生植物中含有生物碱或其它化学成分，这些成分可以用于医药工业和化学工业。所以，除了淀粉成分用来制造酒精外，还可以提取其它有效成分，发展综合利用。由于其分布广泛，所以其所带的杂菌种类与数量也相差甚远，对每一种原料要区别对待，除了考虑如淀粉含量、脂肪蛋白质含量或者其他有害物质的存在之外，还要考虑到其生长环境，和可能带有的杂菌种类，是否会影响到酒精发酵的正常进行。

糖质原料包括甜菜、甘蔗、甜高粱和废糖蜜等，只要向这些糖质原料中添加部分营养盐就可用酵母将它发酵，生成酒精。它的工艺过程和设备均较简单，周期较短，与淀粉质原料生产酒精比较，可以省去蒸煮、制曲、糖化等工序，是一种成本较低，工艺操作简便的生产酒精方法。但是采用糖质原料也有很多缺点，比如非糖分浓度比较高（盐和重金属）、胶质含量高、灰分含量高等，除此之外，糖蜜中一般都污染有很多杂菌，特别是产酸细菌，若糖蜜中的杂菌数为50万个/克糖蜜，酸度超过10度以上，对发酵会产生一定影响，若糖蜜中的杂菌数为100万个/克糖蜜，则糖蜜完全不能用于发酵。例如四川内江糖厂的糖蜜按下列要求分三级：

一级糖蜜：含糖分为58-65％；含微生物1.0-9.0万个/克；

二级糖蜜：含糖分为52-58％；含微生物15-50万个/克；

三级糖蜜：含糖分为46-52％；含微生物100-800万个/克。

2、酶液中带菌

由于生物技术的发展，淀粉高温蒸煮工艺逐渐淘汰，取而代之的是结合液化酶、糖化酶的水热处理。由于工业用酶在生产、运输、存储过程中都有可能混入杂菌，即使在4℃保藏也会有杂菌的滋生。在淀粉酶和糖化酶的国标GB8276-2006和GB8275-2006中（如下表）。

3、水

水源卫生条件较差，杂菌数量较多，种类复杂，配料时容易将大量的杂菌带入发酵工序造成感染。

4、温度

长时间发酵温度过高(35℃以上)，酵母繁殖能力受抑制，酵母易衰老，酒化酶系活力减退，杂菌生产条件较适宜，使杂菌形成群体优势，造成染菌。

5、pH值

发酵醪pH值较高(pH值大于4)，杂菌在这种条件下的生长繁殖速度比酵母的生长速度快，从而逐步形成优势，造成染菌。

6、环境

周围环境卫生状况不良，有些厂家发酵罐人孔不关上，敞开发酵，造成污染。有些工厂不安装空气净化器，空气未经净化直接进入发酵罐中，造成染菌。

7、操作

由于操作不当，发酵罐之间交叉感染。设备破损造成染菌。例如冷却管爆裂渗漏等。发酵罐、配料及输送系统空消不彻底，设备死角容易带来杂菌。

三、酒精发酵过程中的染菌原因判断方法

1、染菌的时间

早期染菌：早期染菌可能是种子带菌、培养基灭菌不彻底，接种操作不当造成的。接种过程中罐压低于0.01MPa，实消中溢料使料液粘在灌顶形成陈醪。

中后期染菌：中后期染菌的多数原因是空气过滤器效率下降，空气中进水，或消泡剂添加过少，泡沫盖顶，设备渗漏，流量计安装不当，有污染物落进罐内，取样操作不当或补料时料液灭菌不透。

2、污染的杂菌类型

耐热芽孢杆菌污染：由于培养基灭菌不彻底或设备存在死角造成的。

球菌、无芽孢杆菌等污染：由于培养基或设备灭菌不彻底，培养基灭菌翻腾不均匀，空气过滤系统效率低，使发酵过程污染球菌和无芽孢杆菌等。

革兰氏阴性菌污染：大多数来自设备渗漏或冷却器穿孔。