细菌乙醇发酵是通过ed途径进行的

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。

1、原料:玉米粉。

2、菌种:酒精酵母（Sacchoromyces formosensis）

运动发酵单胞菌（zymomonas mobilis）

3、酶制剂:已知酶活力的α-淀粉酶制剂。

4、试剂:CaCl2，1mol/L NaOH，1mol/L HCl，原碘液，标准稀碘液，比色稀碘液，标准糊精，2%可溶性淀粉溶液（现用现配），pH 6磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液。

5、其它：10ml吸管，1000ml烧杯，100ml量筒，玻璃漏斗，天平，4.5～6 pH试纸，比色板，50ml、500ml烧杯，1ml、5ml吸管，20ml移液管，长滴管，50ml、100ml、500ml量筒，15×150mm、25×200mm试管，温度计，玻璃棒，电炉，水浴锅，康维皿，722分光光度计。

原理

玉米粉中可供发酵的物质主要是淀粉，而酿酒酵母由于缺乏相应的酶，所以不能直接利用淀粉进行酒精发酵，因此必须对原料进行预处理，通常包括蒸煮（液化）、糖化等处理。蒸煮可使淀粉糊化，并破坏细胞，形成均一的醪液，目前多数厂家开始利用α-淀粉酶的液化作用来替代蒸煮过程，这样可大大减少能源消耗。液化后的醪液能更好地接受糖化酶的作用，并转化为可发酵性糖，以便酵母进行酒精发酵。本实验要求依据前次实验测出的结果，按照α-淀粉酶反应条件的要求对玉米粉原料进行前处理。

α-淀粉酶，又称为1,4-α-D-葡聚糖葡萄糖水解酶，广泛存在于动、植物和微生物体中，如麦芽或动物的唾液、脾脏中均含有较多的α-淀粉酶，而当今α-淀粉酶的工业化生产也主要是利用微生物工程菌进行生产的。α-淀粉酶容易溶解于水和较稀的缓冲液中，它能够切断淀粉分子中的α-1，4糖苷键，生成糊精及少量麦芽糖或葡萄糖，从而使淀粉遇碘变蓝的特异性颜色反应逐渐消失，由此颜色反应消失的速度即可测出该酶的活性。

发酵醪中酒精含量的测定方法很多，如常规蒸馏法、碘量滴定法、比色法及改良康维法等，本实验采用最后一种方法。改良康维法结合了微量扩散法和比色法的优点，具有简便、快速、准确等特点，特别适合于工厂发酵液的测定要求。

本法测定时在康维皿内圈加入重铬酸钾溶液，外圈内加入发酵液。外圈边为厚壁，当涂以甘油涂料时可与皿盖密接。挥发的酒精即与重铬酸钾反应生成绿色的硫酸铬（反应方程式如下），色泽的深浅在一定范围内与酒精浓度成正比。因此通过测定醪液的OD值即可在标准曲线上查出酒精的实际浓度，即醪液中酒精的含量。

2Kr2O7+3C2H5OH+8H2SO4→3CH2COOH+2K2SO4+2Cr2（SO4）3+11H2O

一般在24摄氏度左右。

发酵温度过高，如果超过32℃，酵母的发酵作用受限，酒中残糖增加，也为乳酸菌、醋酸菌的繁殖创造了条件，造成酒的挥发酸过高，

(1)在发酵前期，要创造条件，让酵母菌继续繁殖到一定数量。

(2)使糖化醪中的淀粉和糊精继续被分解，生成可发酵的糖分。

(3)发酵过程的中期和后期，要创造厌气条件，使酵母在无氧条件下将糖分发酵生成酒精。

(4)发酵过程中产生的CO2应设法排除，并注意加强对随CO2逸出时被带走酒精的捕集回收。

酵母菌通过细胞内主动运输的方式吸收外界发酵液中的元素,如

Na

Ca

Cl

O

H

C

P

等元素.

因为酒精发酵是无氧发酵,所以不能从空气中吸收任何元素.

一)发酵的目的要求

淀粉质原料经过蒸煮，使淀粉呈溶解状态，又经过曲霉糖化酶的作用，部分生成可发酵性

糖，这还不是酒精生产的终了，在.糖化醪中接入酵母菌在酵母的作用下，将糖分转变为酒精和CO2，获得了酒精产品，这才是酒精发酵的目的。

从表面上去观察酒精发酵，其过程十分简单，它只是将糖化醪打入发酵罐后，接入酒母，就可以进行发酵了。但是，在酒精发酵过程中却发生着十分复杂的生物化学变化过程:在这里既有糖化醪中的淀粉和糊精继续被糖化酶水解，生成糖分的作用(即后糖化作用)，也还有蛋白质在曲霉蛋白酶进一步水解下生成低分子含氮化合物如是是视、动胨、肽和氨基酸的作用。生成的这些物质，有的被酵母吸收利用，合成酵母菌体细胞，另一部分则被发酵，生成酒精和CO2及其它副产物。

酒精生产，要求用最少的原料来生产尽可能多的酒精产品，并应尽量减少发酵损失，为了达到这一目的，必须创造如下有利条件来实现这一目的要求:

(1)在发酵前期，要创造条件，让酵母菌继续繁殖到一定数量。

(2)使糖化醪中的淀粉和糊精继续被分解，生成可发酵的糖分。

(3)发酵过程的中期和后期，要创造厌气条件，使酵母在无氧条件下将糖分发酵生成酒精。

(4)发酵过程中产生的CO2应设法排除，并注意加强对随CO2逸出时被带走酒精的捕集回收。

二)发酵设备

酒精发酵的工艺方式不同，发酵设备也赂有差异。从发酵形式来分，有开放式、半密闭式和密闭式三种。如果从材质上分，则可分为钢板和水泥制两种。

半密闭式发酵罐多采用钢板制成，罐顶设有顶盖，顶盖上设有能启闭的人孔。

密闭式发酵罐也用钢板制成，钢板厚度视发酵罐容积不同而异，一般采用4-8毫米厚钢板制成，罐身呈圆柱形，罐身直径与高之比为1:1.1盖及底为圆锥形成碟形罐内装冷却蛇管，蛇管数量一般取每立方米发酵醪用不少于0.25平方米的冷却面积。蛇管可分上下两组安装，并加以固定。也有采用在罐顶用淋水管或淋水围板使水沿罐壁流下，达到冷却发酵醪的目。对于容积较大的发酵罐，这两种冷却形式可同时采用。对地处南方的酒精厂，因气温较高，故应加强冷却措施。有的工厂在发酵罐底部设置吹泡器，以便进行搅拌醪液，使发酵均匀。罐顶设有CO2排出管和加热蒸汽管、醪液输入管。但管路设置应尽量简化，做到一管多用，这对减少管道死角，防止杂菌污染有重要作用。大的发酵罐的顶端及侧面还应设有人孔，以便于清洗。

水泥酵罐系采用钢筋水泥制成，形状可分为圆形或方形两种。有的制成密封式，也可制成敞口式。因水泥发酵罐有易腐蚀、逃酒和灭菌不彻底等缺点，所以一般厂多不采用。

五.酒精发酵醪成熟

酒精发酵醪成熟指标的控制是生产中一项重要工作。如果控制恰到好处，不但可以提高设备利用率，增加酒精产量，而且可以大大降低原料消耗，提高淀粉出酒率。

发酵醪的成熟虽然与发酵时间、醪液浓度、发酵温度、酵母接种量和发酵方式等因素有关

多种微生物（如酵母菌,根霉,曲霉,某些细菌）能通过称为乙醇发酵的过程,将糖转变成乙醇和CO2.乙醇发酵也分为同型乙醇发酵（homoalcholic fermentation）和异型乙醇发酵（heteroalcoholic fermentation）两类.

同型乙醇发酵（homoalcholic fermentation）：

酿酒酵母能够通过EMP途径进行同型酒精发酵,即由EMP途径代谢产生的丙酮酸经过脱羧放出CO2,同时生成乙醛,乙醛接受糖酵解过程中释放的NADH+H+被还原成乙醇.这是一个低效的产能过程,大量能量仍然贮存于乙醇中,其总反应为：

葡萄糖 ＋ 2ADP + 2Pi ----- 2乙醇 + 2 CO2 + 2ATP

运动发酵单胞菌能通过ED途径进行同型乙醇发酵,但只产生1个ATP.

葡萄糖 ＋ ADP + Pi 2乙醇 + 2 CO2 +ATP

缺乏完整EMP途径的少数细菌（假单胞菌,根瘤菌,农杆菌,粪肠球菌）利用ED途径替代EMP途径产能.

异型乙醇发酵（heteroalcoholic fermentation）：

一些细菌能够通过HMP途径进行异型乳酸发酵产生乳酸、乙醇和CO2等,我们也可以称其为异型乙醇发酵,例如Leuconostoc mesenteroides（肠膜明串珠菌）进行的异型乙醇发酵总反应式为：

葡萄糖 ＋ ADP + Pi ----- 乳酸 + 乙醇 + CO2 + ATP

乙醇的七种制备方法如下。

一、制备方法

1、发酵法

糖质原料（如糖蜜、亚硫酸废液等）和淀粉原料（如甘薯、玉米、高梁等）发酵。

发酵法的原料可以是含淀粉的农产品，如谷类、薯类或野生植物果实等；也可用制糖厂的废糖蜜；或者用含纤维素的木屑、植物茎秆等。这些物质经一定的预处理后，经水解（用废蜜糖作原料不经这一步）、发酵，即可制得乙醇。

2、乙烯水化法

乙烯直接水化法，就是在加热、加压和有催化剂存在的条件下，是乙烯与水直接反应，生产乙醇：CH2═CH2 + H─OH→C2H5OH

此法中的原料—乙烯可大量取自石油裂解气，成本低，产量大，这样能节约大量粮食，因此发展很快。

3、煤化工

工业制乙醇还主要是通过乙烯氢化制得，而适合中国国情的技术就是利用煤化工技术，将煤转化为合成气，直接或者间接的合成乙醇。

4、联合生物加工

利用生物能源转化技术生产乙醇能缓解非再生化石能源日渐枯竭带来的能源压力。联合生物加工技术，一体化程度高，能有效降低生产成本，未来发展前景广阔。

5、合成法

以乙烯为原料生产乙醇。该法生产的乙醇中夹杂着异构高碳醇，对人有麻痹作用，不宜作食品、饮料、医药和香料等。

6、分批萃取精馏法

7、分子筛固定床吸附法（简称分子筛法）

分子筛是一种无色、无臭、无毒的新材料

二、乙醇

乙醇分子是由乙基和羟基两部分组成，可以看成是乙烷分子中的一个氢原子被羟基取代的产物，也可以看成是水分子中的一个氢原子被乙基取代的产物。乙醇分子中的碳氧键和氢氧键比较容易断裂。

无水乙醇指的是纯乙醇，里面不含有水或其他物质，一般在一些化学试验中用到。酒清一般是指含有一部分水，比如一般纯酒精指的是95%的酒精（里面有5%的水）医用酒精是75%的酒精，只有75%的洒精才有杀菌作用。浓度过高或过低都起不到杀菌作用。

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。

制备原料:淀粉、乙烯、磷酸、硫酸、葡糖淀粉酶。

工业上一般用淀粉发酵法或乙烯直接水化法制取乙醇：

1、发酵法

糖质原料（如糖蜜、亚硫酸废液等）和淀粉原料（如甘薯、玉米、高梁等）发酵；

2、乙烯水化法

乙烯直接或间接水合。

乙烯直接水化法，就是在加热、加压和有催化剂存在的条件下，是乙烯与水直接反应，生产乙醇。

扩展资料

主要种类

1、按生产使用的原料可分为淀粉质原料发酵酒精、糖蜜原料发酵酒精、亚硫酸盐纸浆废液发酵生产酒精。

淀粉质原料发酵酒精(一般有薯类、谷类和野生植物等含淀粉质的原料，在微生物作用下将淀粉水解为葡萄糖，再进一步由酵母发酵生成酒精)；

糖蜜原料发酵酒精（直接利用糖蜜中的糖分，经过稀释杀菌并添加部分营养盐，借酵母的作用发酵生成酒精）；

2、按生产的方法来分，可分为发酵法、合成法两大类。

3、按产品质量或性质来分，又分为高纯度酒精、无水酒精、普通酒精和变性酒精。

4、按产品系列（BG384-81）分为优级、一级、二级、三级和四级。

参考资料来源：百度百科-乙醇