细菌的酒精发酵途径如何？它与酵母菌的酒精发酵有何不同？细菌的酒精发酵有何优缺点？
当今，石油、煤等化石能源正以很快的速度被消耗，估计在儿十年内将被耗尽。因此乙醇、甲烷、氢气等代替能源成为人们关注的重点。
国外的研究状况
传统的酒精生产采用酵母间歇式发酵，而酵母不能耐受高浓度乙醇，因此有必要寻找一种耐受高浓度乙醇的新菌种。运动发酵单胞菌被认为是较好的候选品种。它是由I_indne于1928年从墨西哥Pulgue酒中首先分离得到。它属于革兰氏阴性兼性厌氧杆菌，弧菌科，发酵单胞菌属。经过实验室及中试规模的发酵动力学比较研究，人们公认利用运动发酵单胞菌制酒精与酵母相比有以下一些优点1)糖的吸收速度要比酵母高l - 2倍。(2)酒精得率比酵母高。(3)生长过程完全不要氧气。(4)比酵母容易进行遗传工程处理，以获得耐高温、耐酒精和能利用多种碳源的优良工程菌。缺点是:现有菌株所能发酵底物局限于葡萄糖、果糖、蔗糖。
国外的研究分以下几方面:（1）菌种的改良。(2)工艺的研究。间隙式发酵、连续式发酵、混合发酵等。(3)底物的研究。木薯、小麦、玉米、西米、大米等。(4)工艺控制研究。如底物浓度、pH,氮源、温度等参数。
研究重点及研究方法：
当前发酵法制乙醇研究工作的重点是筛选优良的菌种，选择低成本的发酵底物和最适的发酵控制条件。通过诱变或基因工程选育优良菌株。把其它生物细胞的基因转移进运动发酵单胞菌。把运动发酵单胞菌的基因转移进其它生物细胞。间隙式发酵、连续式发酵、混合发酵等。
酵母菌的一般特性
子囊菌纲酵母属；单细胞微生物；圆形、椭圆形、细长或柠檬形；饱满、细胞壁薄、细胞质均一、透明无色为活性强的细胞；衰老和不良条件下的细胞壁厚、细胞质呈颗粒状。
酵母的特性：产酒精能力、产酒精效率、抗SO2能力。
酵母菌的生长周期
经典的微生物生长曲线:缓慢，对数，稳定，衰亡
繁殖阶段：2－5天，达107个/mL，很少超过2(5)×108
平衡阶段：持续8天左右，动态平衡
衰减阶段：持续几周，活细胞降至105
(1)温度。液态酵母的活动最适温度为20～30℃，当温度达到20℃时，酵母菌的繁殖速度加快，在30℃时达到最大值，而当温度继续升高达到35℃时，其繁殖速度迅速下降，酵母菌呈疲劳状态，酒精发酵有停止的危险。只要保持l～1.5h 40～45℃或保持10～15min60～65℃的温度就可杀死酵母菌。但干态酵母抗高温的能力很强，可忍受5min 115～120℃的高温。
①发酵速度与温度：在20～30℃的温度范围内，每升高l℃，发酵速度就可提高10％。因此，发酵速度(即糖的转化)随着温度的升高而加快。但是，发酵速度越快，停止发酵越早，因为在这种情况下，酵母菌的疲劳现象出现较早。
②发酵温度与产酒精效率：在一定范围内，温度越高，酵母菌的发酵速度越快，产酒精效率越低，而生成的酒度就越低。因此，如果要获得高酒度的葡萄酒，必须将发酵温度控制在足够低的水平；当温度＜35时，温度越高，开始发酵越快；温度越低，糖分转化越完全，生成的酒度越高。
③发酵临界温度：当发酵温度达到一定值时，酵母菌不再繁殖，并且死亡，这一温度就称为发酵临界温度。如果超过临界温度，发酵速度就迅速下降，并引起发酵停止。由于发酵临界温度受许多因素如通风、基质的含糖量、酵母菌的种类及其营养条件等的影响，所以很难将某一特定的温度确定为发酵临界温度。在实践中常用“危险温区”这一概念来警示温度的控制，在一般情况下，发酵危险温区为32～35℃。
对于红葡萄酒，发酵最佳温度为25～30℃，而对于白葡萄酒和桃红葡萄酒，发酵的最佳温度为18～20℃左右。
(2)通风。酵母菌繁殖需要氧，在完全的无氧条件，酵母菌只能繁殖几代，然后就停止。这时，只要给予少量的空气，它们又能出芽繁殖。如果缺氧时间过长，多数酵母菌就会死亡。
在进行酒精发酵以前，对葡萄的处理(破碎、除梗、泵送以及对白葡萄汁的澄清等)保证了部分氧的溶解。在发酵过程中，氧越多，发酵就越快、越彻底。因此，在生产中常用倒罐的方式来保证酵母菌对氧的需要。
(3)酸度。酵母菌在个性或微酸性条件下，发酵能力最强，如在pH4.0的条件下，其发酵能力比在pH3.0时更强。在pH很低的条件下，酵母菌活动生成挥发酸或停止活动。可见，酸度高并不利于酵母菌的活动，但却能抑制其他微生物(如细菌)的繁殖。
是的，细菌酒精发酵是一种经ED途径发酵产生乙醇的。
ED途径又称2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸(KDPG)途径，是存在于某些缺乏完整EMP途径的微生物中的一种替代途径。特点是葡萄糖只经过4步反应即可快速获得丙酮酸。
目的意义
当今,石油、煤等化石能源正以很快的速度被消耗,估计在儿十年内将被耗尽.因此乙醇、甲烷、氢气等代替能源成为人们关注的重点.
国外的研究状况
传统的酒精生产采用酵母间歇式发酵,而酵母不能耐受高浓度乙醇,因此有必要寻找一种耐受高浓度乙醇的新菌种.运动发酵单胞菌被认为是较好的候选品种.它是由I_indne于1928年从墨西哥Pulgue酒中首先分离得到.它属于革兰氏阴性兼性厌氧杆菌,弧菌科,发酵单胞菌属.经过实验室及中试规模的发酵动力学比较研究,人们公认利用运动发酵单胞菌制酒精与酵母相比有以下一些优点1)糖的吸收速度要比酵母高l - 2倍.(2)酒精得率比酵母高.(3)生长过程完全不要氧气.(4)比酵母容易进行遗传工程处理,以获得耐高温、耐酒精和能利用多种碳源的优良工程菌.缺点是:现有菌株所能发酵底物局限于葡萄糖、果糖、蔗糖.
国外的研究分以下几方面:（1）菌种的改良.(2)工艺的研究.间隙式发酵、连续式发酵、混合发酵等.(3)底物的研究.木薯、小麦、玉米、西米、大米等.(4)工艺控制研究.如底物浓度、pH,氮源、温度等参数.
研究重点及研究方法：
当前发酵法制乙醇研究工作的重点是筛选优良的菌种,选择低成本的发酵底物和最适的发酵控制条件.通过诱变或基因工程选育优良菌株.把其它生物细胞的基因转移进运动发酵单胞菌.把运动发酵单胞菌的基因转移进其它生物细胞.间隙式发酵、连续式发酵、混合发酵等.
酵母菌酒精发酵
酵母菌的一般特性
子囊菌纲酵母属；单细胞微生物；圆形、椭圆形、细长或柠檬形；饱满、细胞壁薄、细胞质均一、透明无色为活性强的细胞；衰老和不良条件下的细胞壁厚、细胞质呈颗粒状.
酵母的特性：产酒精能力、产酒精效率、抗SO2能力.
酵母菌的生长周期
经典的微生物生长曲线:缓慢,对数,稳定,衰亡
繁殖阶段：2－5天,达107个/mL,很少超过2(5)×108
平衡阶段：持续8天左右,动态平衡
衰减阶段：持续几周,活细胞降至105
1、淀粉质和纤维质原料的水解 淀粉是多糖中最易分解的一种，由许多葡萄糖基团聚合而成。天然淀粉具有直链淀粉和支链淀粉两种结构，它们在性质和结构上有差异。 直链淀粉是-D葡萄糖通过幔1.4糖苷键连接而成的聚合物。一般认为，直链淀粉的聚合度在200~1000范围内，分子量32400~162000，近来发现聚合度更高的直链淀粉。天然直链淀粉分子卷曲成螺旋形，螺旋的每一圈含有6个葡萄糖残基。直链淀粉水溶解于70℃~80℃的温水，遇碘呈深蓝色。在大多数植物淀粉中，直链淀粉含量为20%~29%、25%和24%。 支链淀粉是幔璂葡萄糖通过幔1，4糖苷键及幔1，6糖苷键(在分支点上)连接而成的聚合物。其分子较直接淀粉的大，分子量可达107，分支点之间平均有5~8个葡萄糖苷键。支链淀粉各个分支卷曲成螺旋状，整个分子近似球形。支链淀粉不溶解于温水，遇碘呈蓝紫。
2、淀粉的糊化、液化 淀粉在水中经加热会吸收一部分水而发生溶胀。如果继续加热至一定温度(一般在60℃~80℃)，淀粉粒即发生破裂，造成黏度迅速增大，体积也随之迅速变大，这种现象称为淀粉的糊化。 不同种类淀粉糊化温度有所不同，苷薯、马铃薯、玉米和小麦淀粉的糊化温度分别为70℃~76℃、59℃~67℃、64℃~72℃和65℃~68℃。发生糊化现象称为淀粉的溶解，或称为液化。马铃薯、小麦和玉米支链淀粉完全液化的温度为132℃、70℃~80℃、136℃~141℃和146℃~151℃。
3、淀粉水解 淀粉水解又称糖化，通过添加酶制剂或糖化曲来完成。糖化曲中含有的并起作用的淀粉酶类包括α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和异淀粉酶(脱支酶)。α-淀粉酶能从分子内部切开α-1.4糖苷键，但不能水解α-1.6糖苷键及靠近α-1.6糖苷键的几个α-1.4糖苷键。当α-淀粉酶作用于淀粉糊时，能使其黏度迅速下降，故又称液化酶。直链淀粉经该酶水解的最终产物为葡萄糖和麦芽糖，支链淀粉水解产物除葡萄糖、麦芽糖外，还有具有α-1.6键的极限糊精和含有4个或更多葡萄糖残基的带键的低聚糖。 β-葡萄糖淀粉酶能从淀粉的非还原末端逐个切下麦芽糖单位，但不能水解α-1.6糖苷键，也不能越过α-1.6糖苷键水解α-1.4糖苷键，所以该酶水解支链淀粉时留下分子量较大的极限糊精。 葡萄糖淀粉酶能从淀粉的非还原末 端逐个切下葡萄糖，它既能水解α-1.6糖苷键，又能水解α-1.4糖苷键。由于形成的产物几乎都是葡萄糖，因此该酶又称为糖化酶。异淀粉酶专一水解α-1.6糖苷键，因此能切开支链淀粉的分支。另外，在糖化曲中除含有淀粉酶类外，还含有一些蛋白酶等，后者在糖化过程中能将蛋白质水解成胨、多肽和氨基酸等。 总之，淀粉在以上几类酶的共同作用下被彻底水解成葡萄糖和麦芽糖。麦芽糖可在麦芽糖酶的作用下进一步生成葡萄糖。
4、纤维质原料的水解 纤维素是由葡萄糖通过β-1.4糖苷键连接而成的聚合物，是一种结构上无分枝、分子量很大、性质稳定的多糖。其分子量可达几十万，甚至几百万。纤维素是构成植物细胞壁的主要成分，稻麦秸秆、木材、玉米芯的纤维素含量分别为40%~50%、40%~50%、53%。在植物细胞壁中，纤维素总是和半纤维素、木质素等伴生在一起。 半纤维素是一大类结构不同的多聚糖的统称。构成半纤维素的成分有D-葡萄糖、D-甘露糖和D-半乳糖等己糖，及D-木糖、L-阿拉伯糖等戊糖以及糖醛酸等。常见的半纤维素分子有:D-木聚糖、L-阿拉伯聚糖-D-木聚糖、L-阿拉伯聚糖D-半乳聚糖、L-阿拉伯聚糖-D-葡萄糖醛酸-D-木聚糖、D-半乳聚糖-D-葡聚糖-D-甘露聚糖等。这些多聚糖的聚合度(DP)为60~200，直链或分枝。半纤维素与纤维素不同，它很容易水解，但由于它们总是交杂在一起，只有当纤维素也被水解时，才可能全部被水解。 根据采用的方法不同可将纤维素的水解法分成三种，即稀酸水解法、浓酸水解法和酶水解法。纤维素酸水解所用的酸为硫酸、盐酸和氢氟酸等强酸。 水解反应式为:(C6H10O5)n十nH20→nC6H12O6 无机强酸催化纤维素分解的机理是:酸在水中解离产生H+，H+与水构成不稳定的水合离子H3O+，当H3O+与纤维素链上的β-1.4糖苷键接触时，H3O+将1个氢离子交给该糖苷键上的氧，使它变成不稳定的四价氧。当氧键断裂时，与水反应生成两个羟基，并重新放出H+。H+可再次参与催化水解反应。溶液中H+浓度越高，水解速度越快。 酶水解采用的酶是纤维素酶，它是一种复合酶类，故又称纤维素酶复合物。已知纤维素酶复合物由C1和Cx组成。 天然纤维素的分解过程是:纤维素先被Cl酶降解为较低分子化合物，同时具有水合性，其次由所谓Cx的几种酶作用形成纤维二糖。纤维二糖再由纤维二糖酶(-葡萄糖苷酶)水解成葡萄糖。由于纤维素的性能稳定,无论用酸水解还是用酶水解，都存在水解速度慢,糖得率低的问题，这是影响纤维素科学利用的难题之一。
5、酵母菌的乙醇发酵 酵母菌在厌氧条件下可发酵己糖形成乙醇，其生化过程主要由两个阶段组成。第一阶段己糖通过糖酵解途径(EMP途径)分解成丙酮酸。第二阶段丙酮酸由脱羧酶催化生成乙醛和二氧化碳，乙醛进一步被还原成乙醇，整个过程由下图所示。 葡萄糖发酵成乙醇的总反应式为: C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+能量 发酵过程中除主要生成乙醇外，还生成少量的其他副产物，包括甘油、有机酸(主要是琥珀酸)、杂醇油(高级醇)、醛类、酯类等，理论上1mol葡萄糖可产生2mol乙醇即180g葡萄糖产生92g乙醇，的率为51.5%，
乙醇发酵是指在厌氧条件下，微生物通过糖酵解过程（又称EM途径）将葡萄糖转化为丙酮酸，丙酮酸进一步脱羧形成乙醛，乙醛最终被还原成乙醇的过程。乙醇发酵的主要代表菌为酵母菌，工业上主要用于酿酒和酒精生产。某些细菌，如运动发酵单胞菌也可以进行乙醇发酵。
基本介绍中文名 ：乙醇发酵 外文名 ：Ethanol fermentation 原料 ：葡萄糖， 产物 ：乙醇 副产物 ：二氧化碳 原理 ：化学反应 使用生物 ：酵母菌 生活用途 ：酿酒 反应介绍,套用,面包烘烤,酒精饮料, 反应介绍 糖酵解途径又称EMP(Embden-Meyerhof Parnas)途径，过一系列步骤，降解成三碳化合物（即丙酮酸，2 CH 3 COCOOH）。在无氧状态下，丙酮酸可转化为乳酸或者乙醇。 酒精发酵的总体化学式为：C 6 H 12 O 6 +Zymase (酶)→ 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2第一段阶的二磷酸腺苷(ADP)转化成三磷酸腺苷(ATP)、2分子的NAD与NADH产生变换。谷氨酸代谢途径，它们能催化NADH和ATP，ADP与Pi结合形成ATP，此即葡萄糖的磷酸化过程， 磷酸果糖激酶是EMP途径的关键酶。C 6 H 12 O 6 + 2 ADP + 2 H 3 PO 4 + 2 NAD→ 2 CH 3 COCOOH + 2 ATP + 2 NADH + 2 H 2 O + 2 H第二阶段发生的是糖的裂解，丙酮酸分解为乙醛和二氧化碳。CH 3 COCOOH → CH 3 CHO + CO 2第三阶段使用还原剂 NADH。经由巯基酶催化，可被碘乙酸 (ICH2COOH)不可逆地抑制。NAD+还原成 NADH。CH 3 CHO + NADH + H→ C 2 H 5 OH + NAD乙醇发酵利用酵母菌进行厌氧代谢的过程。酵母菌在厌氧代谢中分解1mol葡萄糖，生成 2mol乙醇，乙醇发酵所需的原材料为糖质原料，它们均为农副产品，如糖蜜、谷类作物(玉米、小麦、大米等)由于酵母菌体内的淀粉酶，糖化酶活性不高故淀粉类原料必须经过水解，糖化过程分解成单糖，才能被利用发酵。要求发酵罐中氧压力不高于(6.67一13.3Kpa)，pH值3.0一6.0，反应温度2°C一35°C，转化成酒精的转化率可达90%一92%。 套用 面包烘烤 酒精发酵的副产品——二氧化碳的形成导致面包发起来。 酒精发酵导致面包面团发起。酵母微生物食用在生面团中的糖，并产生乙醇和二氧化碳作为废弃产物。二氧化碳在生面团中形成气泡，气泡扩大将面团发起来，但几乎面包中的所有乙醇都在进行烘烤生面团时蒸发。 酒精饮料 所有酒精饮料（包括碳酸浸渍生产的乙醇）含有的乙醇都是使用通过酵母引起的酵的方法生产的。葡萄酒是用葡萄中的天然糖分发酵；苹果酒是用苹果中的天然糖分发酵蜂蜜酒是用蜂蜜中的天然糖分发酵啤酒、威士忌(whiskey)、伏特加(vodka)是谷物中的淀粉被淀粉酶转化为糖，然后用糖发酵米酒（包括日本清酒）是谷物中的淀粉被米曲菌转化为糖，然后用糖发酵兰姆酒是用甘蔗中的天然糖分发酵在所有的情况下，发酵必须发生在一个容器中，它允许二氧化碳逸出，但阻止外部空气从进来。这是因为暴露于氧气会阻止乙醇的生成，而二氧化碳的积累会造成容器将破裂或灾难性失败的危险，造成人身伤害和财产损失。
