利用微生物发酵能生产多种有机溶剂,如乙醇、甘油、丙酮和丁醇等。其中乙醇是产量最大的发酵工业产品,广泛用于食品、医药、生产中。 目前可用多种原料来发酵生产乙醇。下面简单介绍乙醇的生产。
(1)生产菌种
许多微生物,如酵母菌、细菌等都可用来发酵生产乙醇,其中又以酵母菌最为常用。常用的酵母菌种有啤酒酵母、葡萄汁酵母、粟酒裂殖酵母等。有些细菌也能代谢葡萄糖生产乙醇,如芽孢杆菌属和梭状芽孢杆菌属中的某些种、发酵单胞菌属中的某些种。据报道,其中运动发酵单胞菌被认为最有实用价值。采用运动发酵单胞菌固定化技术生产乙醇要优于采用酵母菌发酵。
用于生产的酵母菌种体内有一个复杂的酶系统。借助于这个酶系统的作用,来完成发酵过程中一系列的生物化学反应。比较重要的酶有:蔗糖转化酶(蔗糖一葡萄糖和果糖)、麦芽糖酶(麦芽糖 二分子葡萄糖)、酒化酶类(它是参与催化从葡萄糖 乙醇和CO2过程中的各种酶的总称)。
(2)发酵原理
以淀粉质为原料制造乙醇的原理,首先是利用曲霉产生的大量糖化酶将淀粉和糊精转化为单糖。然后酵母菌再利用单糖进行发酵,在无氧的条件下,经过EMP途径,生成乙醇和CO2。
乙醇发酵过程是厌氧发酵,不需要游离氧参加。整个发酵过程在密闭的发酵罐中进行。如果在发酵中有氧气参加,则酵母菌通过有氧呼吸获得能量,将糖彻底分解为CO2和水,同时产生大量的菌体,使乙醇的产量大为减少。
整个乙醇发酵分为3个阶段:
①前发酵开始发酵至6—8h,为前发酵时期。该期酵母菌迅速生长繁殖,但乙醇和CO2产生量较少,糖浓度下降慢,温度上升也慢,温度在36摄氏度以内。
②主发酵主发酵时间一般在12—24h之间。该期内升温猛,糖度下降快,发酵旺盛,乙醇迅速积累,CO2大量放出。温度一般控制在36摄氏度以内,否则酸度上升,影响出酒率。
③后发酵后发酵历时40h之久。这时CO2生成量大大减少,糖浓度很低,且下降缓慢。温度在30摄氏度左右。
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