第二部分 酒 精 生 产

第十章 微生物工程生产举例

第一节 酒精生产工艺学概述

一、酒精的生产原料 淀粉质原料、糖质原料、纤维质原料 (1) 薯类原料 甘薯、木薯和马铃薯等。 (2) 谷物原料 玉米、高梁、大米和小麦等。 (3) 糖类原料 废糖蜜、甘蔗、甜菜等。 (4) 纤维原料 森林工业和木材加工工业的下脚料、农作物秸秆、甘蔗渣、废纤维垃圾和废纸浆等。

(5) 其他原料 亚硫酸纸浆废液、淀粉渣等。

二、酒精生产中常用微生物和酶制剂

1 酒精生产常用微生物：酒精酵母（ Saccharomyces cerevisiae）

2 其它有潜力的酒精发酵微生物 :粟酒酵母（ Schizosaccharamyces pombe）发酵运动单胞菌（ Zymomonas mobilis）管囊酵母（ Pachysolen tannophillus）毕氏酵母（ Pichia sp.）嗜热糖梭菌（ Clostridium thermosaccarolyticum）

工程菌

用于酒精发酵的细菌主要有： 厌氧发酵单胞菌和棕搁发酵菌。 耐高温的嗜热细菌 (40-50 )℃ 和极端嗜热菌（ 65℃）的筛选和应用也逐渐受到重视。

用于酒精发酵 ( 纤维素原料 ) 的霉菌有：粗糙脉孢霉、拟青霉、链孢霉等。假丝酵母可直接发酵木糖为酒精。

1. Comparative functional genomics of the fission yeasts. Science. 2011 May 20;332(6032):930-6. Epub 2011 Apr 21.

2. Direct exchange of electrons within aggregates of an evolved syntrophic coculture of anaerobic bacteria. Science. 2010 Dec 3;330(6009):1413-5.

3. Make way for ethanol. Science. 2010 Nov 26;330(6008):1176. 4. Cellodextrin transport in yeast for improved biofuel production. Science.

2010 Oct 1;330(6000):84-6.5. Is there a road ahead for cellulosic ethanol? Science. 2010 Aug

13;329(5993):784-5.6. Greater transportation energy and GHG offsets from bioelectricity than ethanol. Science. 2009 May 22;324(5930):1055-7.

7. Biofuels. Corn-based ethanol flunks key test. Science. 2009 May 1;324(5927):587.

8. Cellulosic ethanol. Biofuel researchers prepare to reap a new harvest. Science. 2007 Mar 16;315(5818):1488-91.

9. Ethanol for a sustainable energy future. Science. 2007 Feb 9;315(5813):808-10.

10. Engineering yeast transcription machinery for improved ethanol tolerance and production. Science. 2006 Dec 8;314(5805):1565-8.

11. Energy returns on ethanol production. Science. 2006 Jun 23;312(5781):1746-8;

12. Ethanol can contribute to energy and environmental goals. Science. 2006 Jan 27;311(5760):506-8.

3 酒精生产常用的酶制剂（ 1 ） α- 淀粉酶（ α-amylase ）又称为液化酶，切割 α-1,4 - 葡萄糖苷键

（ 2 ）外切 -1,4-α- 葡萄糖苷酶（ Exo-1,4-α-glucosidase ）又称为糖化酶 , 切割 α-1,4-葡萄糖苷键

（ 3 ）纤维素酶（ cellulase）切割 β-1,4-葡萄糖苷键

（ 4 ）多聚半乳糖醛酸酶（ polygalacturonase）又称为果胶酶，切割 1,4-α-D-半乳糖醛酸键

三、生产工艺概述工艺流程1. 原料粉碎

2. 蒸煮糊化3. 糖化

4. 酵母发酵

5. 蒸馏提纯

• １ .　淀粉质原料酒精生产的工艺流程

纤维素生产酒精工艺

第二节 酒母的制备 一、酒精生产对酵母菌的要求二、酒精生产中常用酵母菌及其特性三、酵母所需营养物质及其数量四、酒母培养与扩大培养工艺五、影响酒母质量主要因素的讨论六、酒精发酵工艺

一、酒精生产对酵母菌的要求

(1) 繁殖速度快，具有很强的增殖能力；(2) 发酵能力强，且迅速；(3) 耐酒精能力强；耐温性能好；耐酸能力强； (4) 发酵时产生泡沫少；(5) 生产性能稳定，变异性小；(6) 抵抗杂菌能力强。

三、酵母所需营养物质

1．碳源 2 ．氮源 3 ．无机盐 4 ．维生素

二、酒精生产中常用酵母菌及其特性

( 一 ) 　酒母培养基的制备

1 ．试验室阶段培养基的制备 : 酵母菌在试验室培养阶段一般多采用米曲汁或麦芽汁来做培养基。

四、酒母培养与扩大培养工艺

2 ．酒母糖化醪的制备

( 二 )酒母的扩大培养 １扩大流程：　　　原菌→斜面试管→液体试管→三角瓶培养→卡氏罐

这一阶段的培养，是扩大酒母种子的开始。生产上希望在这一阶段培养得到细胞健壮、没有杂菌的种子酵母。因此，无菌条件要求较严，酵母培养基的营养成分要求也高。

2 ．酒母罐培养

从卡氏罐以后酒母扩大培养属于酒母车间进行培养，其流程为：

卡氏罐 小酒母罐 大酒母罐 成熟酒母送发酵车间

3 ．成熟酒母质量指标 (1) 酵母细胞数：(2) 出芽率：(3) 酵母死亡率：(4) 耗糖率：(5) 酒精含量：(6) 酸度：

五、影响酒母质量主要因素

1. 接种量与成熟酒母细胞数的关系2 ．接种量与培养时间的关系3 ．接种时间的掌握 4 ．酒母培养温度的控制5. 防止杂菌污染

酒精发酵过程从外观现象可以将其分为如下三个发酵不同阶段：

1. 前发酵期2. 主发酵期 3. 后发酵期

六、酒精发酵工艺

1. 前发酵期前发酵延续时间一般为 l0小时左右。 醪液温度在接种时为26-28℃，前发酵期温度一般不超过 30℃。

2 ．主发酵期 根据酵母菌的性能，主发酵温度最好能控制在 30-34℃

。主发酵时间长短，取决于醪液中营养状况，如果发酵醪中糖份含量高，主发酵时间长，反之则短。主发酵时间一般为 12小时左右。

3 ．后发酵期 淀粉质原料生产酒精的后发酵阶段一般约需 40小时左右才能完成。

影响发酵时间的因素

1 ，整个发酵过程的时间长短，受糖化剂的种类、酵母菌的性能、酵母接种量等因素的影响。

2 ，与接种、发酵方式和发酵温度的控制有关。一般讲，接种和发酵温度高，则发酵时间短，反之则长。

3 ，由于连续发酵一开始即处于主发酵状态，发酵时省去了前发酵期，因此一般较间歇发酵时间为短。发酵总时间一般多控制在 60-72小时左右。

( 三 ) 酒精发酵工艺

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。

（四）影响酒精发酵因素的讨论 1 ．稀释速度2．发酵醪 pH值的控制。3．发酵温度控制4 ．多级连续发酵中发酵罐数量问题5 ．关于发酵醪浓度问题6 ．关于缩短发酵时间

综合利用

酒糟的综合利用

CO2 的综合利用

酒精酵母的综合利用

杂醇油和醛酯馏分的利用

1. 用作家畜饲料 ; 2. 利用酒糟浓缩液代替玉米浆 ; 3. 沼气发酵 ; 4. 酒糟生产饲料酵母