酒精发酵

酵母菌将糖分解成酒精和二氧化碳

乙醇 发酵(英文:alcohol 发酵 ),指在一定的条件下酵母菌将糖分解成酒精和二氧化碳的过程。

传统的发酵工艺包括原料预处理、高温蒸煮、糖化、发酵、 蒸馏 等工序。 葡萄糖 是酵母菌进行酒精发酵的主要基质,主要是供给酵母生长繁殖及生成酒精之用,所以葡萄糖浓度控制适量与否直接影响酵母生长繁殖、发酵速度、发酵强度和发酵时间。发酵过程的参数可以分为三类:物理参数、 化学 参数和生物参数。在发酵过程中,主要的物理参数有发酵温度、 发酵罐 压力、空气流量、发酵液体积、冷却水流量、冷却水进出口温度、搅拌转速、泡沫高度等。发酵过程中的化学参数有pH值、溶解氧浓度,它们对于发酵过程非常重要,生化反应都需要有合适的酸碱环境才能朝着期望的方向进。发酵过程的生物参数包括微生物呼吸代谢参数、 生物质 浓度、 代谢产物 浓度、 底物 浓度以及微生物比增长 速率 、底物消耗速率和产物合成速率。

引入新的技术,改变高耗、低效的 生产方式 是酒精发酵工艺发展的趋势。

机理

乙醇 的发酵过程中,酵母菌进行的是属于厌气性发酵,进行着无氧呼吸,发生了复杂的生化反应。从发酵工艺来讲,既有发酵 中的淀粉、糊精被 糖化酶 作用, 水解 生成 糖类 物质的反应;又有发酵醪中的 蛋白质 在 蛋白酶 的作用下,水解生成 小分子 的 蛋白胨 、肽和各种氨基酸的反应。这些水解产物,一部分被酵母 细胞 吸收合成菌体,另一部分则发酵生成了 酒精 和 二氧化碳 ,还要产生副产物 杂醇油 、 丙三醇 等。

详细释义

生物进行的一种无氧 糖酵解 ,从糖或 多糖 生成 乙醇 和二氧化碳,如下式:

C6H12O6 ——2 CH3CH2OH +2CO2

酒精发酵过程如下

C6H12O6 + 2NAD+ + 2pi —— 2CH3COCOOH + 2 NADH + 2H+ +2H2O

2CH3COCOOH + 2NADH + 2H+ —— 2CH3CH2OH + 2CO2 + 2NAD+

它和 DL-乳酸 发酵同是具有代表性的发酵。微生物尤其是野生型微生物皆可进行这种发酵,在 植物界 相当普遍。进行这种发酵的最具特征的生物是 酿酒酵母 。把这种反应归于酵母作用的是 路易斯·巴斯德 (L.Pasteus,1857—1858)。此后,E.Buchner(1897)用酵母压榨液实现了无 细胞 发酵,并对其酶系——酒化酶进行了分析。至1940年前后,糖的 磷酸酯 化、反应途径以及各阶段的反应,还有与这些相关的许多酶、辅助因子等几乎都已明确。

反应要点

其反应的要点是:糖质变成磷酸 ,分割为2分子的 丙糖 磷酸,与其氧化相关连,生成2个 atp 而产生 丙酮酸 ,放出 二氧化碳 后转化为 乙醛 ,依靠补偿以上氧化的还原,以产生 乙醇 而告完成。根据上式放出的约50卡的自由能释放出来,可产生4个ATP,其中2个ATP被用于第一步的糖的 磷酸化 ,因此1mol 葡萄糖 酒精发酵产生2molATP。酒精发酵的检测,通常是通过测压计、发酵管等对放出的二氧化碳的测定,或是利用蒸气 蒸馏 收集的酒精定量进行的。

测定方法

酒精体积

取一清洁的100ml 容量瓶 ,用被测试样荡洗2_3次。然后注满至近 刻度 ,将容量瓶置于

20℃水浴中20~30min,用20℃试样补足至刻度。将试样移入 500ml 蒸馏瓶,用50ml冷水分3次冲洗容量瓶,洗液一并移入 蒸馏烧瓶 。将 烧瓶 接入蒸馏装置。用装试样的原容量瓶作为接受器进行蒸馏。为防止 乙醇 挥发,在气温较高时蒸馏,应将容量瓶浸入冰水浴中,并使应接管出口伸入容量瓶的球部。

当 蒸馏 液体积达到容量的95~98%时停止蒸馏。用少许水洗涤应接管的头端,洗液并入 容量瓶 。塞好容量瓶,摇匀。如在 刻度 以上瓶颈沾有液滴,小心用少许水洗下。置容量瓶于 20℃水浴中30min,并用清洁的毛细滴管或洗瓶加同样温度的水至刻度,再次摇匀。用比重瓶测定蒸馏液20℃的比重。由附录查得试样以体积百分比表示得 酒精 含量。

当对分析结果仅要求达到一位 小数 得准确度的时候,可将蒸馏液用酒精计直接测定。

酒精重量

称取 100.00g试样于 500ml 蒸馏 瓶中,加入50ml水,按操作一 进行蒸馏。蒸馏液用一已称重的100ml 容量瓶 作为接受器,瓶内预先加入5ml 水,并将 冷凝器 应接管出口插入水中。当蒸馏液达到96ml左右时停止蒸馏,用清洁得毛细滴管或洗瓶加水至蒸馏重量为100.0g,摇匀。用比重瓶测定蒸馏液的比重。由表查试样以重量百分数表示的 酒精 含量。

说明

蒸馏过程中 乙醇 蒸汽的逃逸,会严重影响测定结果的准确性。因此蒸馏前必须仔细检查仪器各连接处是否严密。若 蒸馏 中出现漏气,必须重新测定。

蒸馏时,应先小火加热,待溶液沸腾后再慢慢用大火焰。对于易产生泡沫的 酒版 加少量 消泡剂 。但是加过消泡剂的试样蒸馏残液,不能用来作浸出物的测定。

葡萄酒 和啤酒试样的 挥发酸 过高时,会使测定结果引入较大误差。应根据 总酸 测定结果,用 氢氧化钠 准确液中和后,再进行蒸馏。对于有高含量 二氧化碳 的含量。

应用

酒精 发酵在酒精工业、酿酒工业和食品工业中都有大量应用。葡萄酒、果酒、啤酒等都是利用酒精发酵制成的产品。在蔬菜腌制过程中也存在着 乙醇 发酵,不过酒精产量较低,为0.5%~0.7%,这对蔬菜腌制过程中的主要发酵过程—— DL-乳酸 发酵影响不大,反而还起到了增香作用。

参考资料