乙醇发酵还有什么问题

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。

酒中的有害物质有:1.农药,酿酒所用原料,如谷物和薯类作物等,在生长过程中如遇过多地施用农药,毒物会残留在种子或块根中。用这种原料制酒,农药就被带入酒中,饮用后影响健康。按卫生部规定,每公斤粮食,农药666不得超过0.3毫克,滴滴涕不得超过0.2毫克。

2.甲醇,甲醇是一种有麻醉性的无色液体,密度0.791,沸点64.70℃,能无限地溶于水和酒精中。它有酒精味,也有刺鼻的气味,毒性很大,对人体健康有害,过量饮用,会头晕、头痛、耳鸣、视力模糊。10毫升甲醇可引起严重中毒,眼睛失明急性者可出现恶心、胃痛、呼吸困难、昏迷、甚至危及生命。按卫生部规定,每百毫升谷类酒含甲醇不得超过0.04克。薯干及代用原料酒不得超过0.12克。

3.杂醇油,杂醇油为无色油状液体,是白酒的重要成分之一。从卫生角度来看,它是一种有害物质,含量过高,对人体有害,能使神经系统充血,使人头痛、头晕。喝酒上头,主要是杂醇油的作用。它在人体内氧化慢,停留时间长,容易引起恶醉。杂醇油的含量过多,加浆时还会引起白酒乳白色的浑浊。其含量一般不超过每毫升0.15克。

4.铅,白酒中的铅主要来自酿酒设备、盛酒容器、销售酒具。铅对人体危害极大,它能在人体积蓄而引起慢性中毒,其症状为头痛、头晕、记忆力减退、手握力减弱、睡眠不好、贫血等。国家对白酒含铅量的规定,为每升白酒所含的铅不得超过1毫克。

将原料通过微生物分解，而产生酒精，这是酿酒过程中非常关键的一步。 一、糖化菌 用淀粉质原料生产酒精时，在进行乙醇发酵之前，一定要先将淀粉全部或部分转化成葡萄糖等可发酵成糖，这种淀粉转化为糖的过程称为糖化，所用催化剂称为糖化剂。糖化剂可以是由微生物制成的糖化曲(包括固体曲和液体曲)，也可以是商品酶制剂。无机酸也可以起糖化剂作用，但酒精生产中一般不采用酸糖化。 能产生淀粉酶类水解淀粉的微生物种类很多，但它们不是都能作为糖化菌用于生产糖化曲，在实际生产中主要用的是曲霉和根霉。 历史上曾用过的曲霉包括黑曲霉、白曲霉、黄曲霉、米曲霉等。黑曲霉群中以宇佐美氏曲霉(Aspergillus usamii)、泡盛曲霉(Asp.awamori)和甘薯曲霉(Asp.batatae)应用最广。白曲霉以河内白曲霉、轻研二号最为著名。酒精和白酒生产中，不断更新菌种，是改进生产、提高淀粉利用率的有效途径之一。我国的糖化菌种经历了从米曲霉到黄曲霉，进而发展到用黑曲霉的过程。我国20世纪70年代选育出黑曲霉新菌株As.3.4309(UV-11)，该菌株性能优良，目前的过程。我国很多酒精厂和酶制剂厂都以该菌种生产麸曲、液体曲以及糖化酶等，新的糖化菌株也都是As.3.4309的变异菌株。 根霉和毛霉也是常用的糖化菌。著名的阿米诺法，即是以根霉作糖化菌的酒精生产方法。著名的根霉菌有东京根霉(又叫河内根霉)(R.tonkinensis)、鲁氏毛霉(M.rouxii)和爪哇根霉(R.javanicus)等。 二、酒精发酵 许多微生物都能利用已糖化进行酒精发酵，但在实际生产中用于酒精发酵的几乎全是酒精酵母，俗称酒母。利用淀粉质原料的酒母在分类上叫啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)，是属于子囊菌亚门酵母属的一种单细胞微生物。该种酵母菌繁殖速度快，发酵能力即产酒精能力强，并具有较强的耐酒精能力。常用的酵母菌株有南阳酵母(1300及1308)、拉斯2号酵母(Rasse Ⅱ)、拉斯12号酵母(Rasse ⅪⅠ)、K字酵母、M酵母(Hefe M)、日本发研1号、卡尔斯伯酵母等。利用糖质原料的酒母除啤酒酵母外，还有粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)和克鲁维酵母(Kluyveromyces.sp)等 除上述酵母菌外，一些细菌如森奈假单胞菌(Ps.Lindneri)和嗜糖假单胞菌(Ps.saccharophila)，可以利用葡萄糖进行发酵生产乙醇。总状毛霉深层培养时也要产生乙醇。利用细菌发酵酒精早在80年代初就引起了注意，但此方法还未达到工业化，其中有许多问题有待研究。 三、酒精发酵生化机制 不同生产原料，酒精发酵生化过程不同。对糖质原料，可直接利用酵母将糖转化成乙醇。对于淀粉质和纤维质原料，首先要进行淀粉和纤维质的水解（糖化），再由酒精发酵菌将糖发酵成乙醇。 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%，

做一些自酿的白米酒一般是许多人的最爱。但是，网上爆出自己酿造的白米酒甲醇超标、细菌超标导致中毒等说法，让人对自白米酒的安全产生了怀疑，我们难道真的不能自酿白米酒了吗？那么今天就和大家聊一聊自酿白米酒的问题。

1. 自酿白米酒会被细菌污染吗？是否对身体有害？

细菌广泛存在于自然环境中，很难完全杜绝。在自酿白米酒过程中，也是极有可能存在细菌的。是否会对人体产生危害，具体要看存在的细菌是什么，有多少？如果不是致病菌，通常不会有什么危害。如果是致病菌，且达到危害水平，那么就可能对人体产生危害。

实际上，如果灭菌不彻底，或者操作不规范，很有可能混入一些对人体有害的致病菌。

2. 网传自酿白米酒易使甲醇超标导致中毒，这是真的吗？

植物组织在发酵过程中，甲醇的产生几乎是不可避免的。因为，植物细胞壁中含有果胶，其本质是半乳糖醛酸聚糖，其侧链可被酯化，酯化的果胶在果胶酶作用下会生成甲醇。所以，白米酒发酵过程中的确会产生甲醇，不论是自酿还是工业化生产都会产生。

不过，相比自酿，工业化生产葡萄酒时，一般会通过前处理、改良菌种和改善工艺等方法来降低甲醇含量。一般来说，工业生产的白米酒中甲醇的残留量会更可控，会符合相应的安全标准。

而家庭自酿白米酒，由于受技术条件、知识水平的影响，很多人并不知道这样的操作，所以自酿过程中的甲醇含量往往不可控，可能较多，当然也有可能少，这个风险是未知的，而且还要随每个人自酿方法的不同而有所不同。

但是，如果说自酿白米酒的甲醇一定超标，使人中毒，那倒也不是这样的。实际上，自酿过程中，甲醇浓度也很难达到对人体有害的浓度，因为白米酒并没有蒸馏的步骤，不会造成甲醇富集。所以，也不一定会使人中毒。

自酿白米酒该如何处理，才能很好地除菌。

在酿酒之前一定要先找专业人士请教，或者找一个专业靠谱技术精通的公司进行学习酿酒，先把技术方法学会，不要盲目的自酿。因为自酿还是有一定技术门槛的，如果盲目自酿，很可能浪费时间、浪费粮食、原料，还酿不出好的酒。甚至，如果在一些环节出错，比如灭菌不足，还可能埋下安全隐患。

因此，一定要注意合理操作，确保操作规范、灭菌彻底。灭菌首先应该做到在酿造过程中，每一个关键环节都要对所用的器具、容器做好灭菌处理，不要给有害菌留下可乘之机。

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根据发酵醪注入发酵罐的方式不同，可以将酒精发酵的方式分为间歇式、半连续式和连续式三种。

(一)间歇式发酵法

间歇式发酵法就是指全部发酵过程始终在一个发酵罐中进行。由于发酵罐容量和工艺操作不同，在间歇发酵工艺中，又可分为如下几种方法：

1．一次加满法 此法是将粉浆或糖化醪冷却到27-30℃后，接入糖化醪量10％的酒母， 混合均匀后，经60～72小时发酵，即成熟。

2．分次添加法 生产时，先打入发酵罐容积三分之一糖化醪，接种发酵，隔2—3小时后，加第二次糖化醪，再隔2—3小时，加第三次糖化醪。如此，直至加到发酵罐容积的90％为止。从第一次加糖化醪直至加满发酵罐为止，其总时间不应超过l0小时。

3．连续添加法 此法适用于采用连续蒸煮、连续糖化的酒精生产工厂。先将一定量的酒母打入发酵罐，然后流加。一般从接种酵母后，应于6-8小时内将罐装满。

4．分割主发酵醪法 此法适用于卫生管理较好的酒精工厂，其无菌要求较高。将处于旺盛主发酵阶段的发酵醪分出1/3—1/2至第二罐，然后两罐同时补加新鲜糖化醪至满，继续发酵。

(二)半连续发酵法

半连续发酵是指在主发酵阶段采用连续发酵，而后发酵则采用间歇发酵的方式。在半连续发酵中，由于醪液的流加方式不同，又可分为两种：

一种是将一组数个发酵罐连接起来，使前三个罐保持连续发酵状态。第三罐满后，流入第四罐。第四罐施加满后，则由第三罐改流至第五罐，依次类推。第四、五罐发酵结束后，送去蒸馏。洗刷罐体后再重复以上操作。

第二种方法是由7—8个罐组成一组罐，各罐用管道从上部通入下-罐底部相串连。第一只罐加入1/3体积的酒母发酵，随后在保持主发酵状态下，流加糖化醪。满罐后，流入第二罐，第二罐醪液加至1/3容积时，糖化醪转流加至第二罐。第二罐加满后，流入第三罐，然后重复第二罐操作，直至末罐。最后从首罐至末罐逐个将发酵成熟醪蒸馏。

（三）连续发酵

1、连续发酵工艺 由于具体操作方法的不同，连续发酵工艺可分为如下三种：

(1)循环连续发酵法

(2)多级连续发酵法

(3)双流糖化和连续发酵

2、连续发酵的优点

(1)提高了设备利用率

(2)提高了淀粉利用率

(3)省去了酒母工段

(4)便于实现自动化

（1）还原糖用斐林试剂鉴定；培养基重量减轻越多，说明其酒精发酵时消耗的葡萄糖越多，产生的酒精也越多，因此表中发酵能力最强的是菌种3．进行发酵前，发酵瓶要注意清洗干净，并且要使用70%酒精（或酒精）消毒．（2）果酒制作的适宜温度是18～25℃，而果醋制作的适宜温度是30～35℃，因此制作果酒之后，即使接种优良的醋酸杆菌和持续通入无菌空气也不能进一步发酵得到果醋．（3）参与腐乳制作的微生物主要是毛霉，其代谢类型是需氧型，而参与泡菜制作的微生物是乳酸菌，其代谢类型是厌氧型，因此制作腐乳、泡菜时，需要氧气的是制腐乳．（4）要从土壤中筛选出能合成高性能纤维素酶的微生物，需制备以纤维素为唯一碳源的固体培养基．故答案为：（1）斐林试剂

菌种3

70%酒精（或酒精）（2）不能

温度不适宜（或温度在30-35℃之间）（3）制腐乳

毛霉（4）纤维素

固体