糖化發(fā)酵劑課件

1、第三章 糖化發(fā)酵劑第一節(jié) 糖化劑生產(chǎn)一、概述淀粉質(zhì)原料在進(jìn)行酒精發(fā)酵之前,必須轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵的糖類。糖化劑的作用，就是將淀粉轉(zhuǎn)變成能被酵母利用來進(jìn)行酒精發(fā)酵的糖。糖化劑的質(zhì)量好壞，直接影響到酒精生產(chǎn)中的出酒率和產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，糖化劑的生產(chǎn)在酒精生產(chǎn)過程中占有重要的位置。酒精生產(chǎn)中所用的糖化劑主要有大麥芽、 麩曲、液體曲和糖化酶等 。2. 我國(guó)使用的糖化劑種類和生產(chǎn)方法的演變過程示意如下： 麥芽木盒曲簾子曲通風(fēng)制曲液體曲糖化酶3.微生物菌株的演變：米曲霉甘薯曲霉烏沙米曲霉輕研二號(hào)東酒一號(hào)及白曲Pr3UV-11（As.3.4309）UV-11的各個(gè)變種二、與糖化劑生產(chǎn)有關(guān)的微生物與糖化劑生產(chǎn)有關(guān)的

2、微生物主要是曲霉和根霉。1. 黑曲霉（Asp.niger van tieghem） 黑曲霉有多種活性較強(qiáng)的酶系，在酒精工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。其產(chǎn)生的淀粉酶可用于淀粉的液化和糖化，以生產(chǎn)酒精、白酒或生產(chǎn)葡萄糖等。所含耐酸性蛋白酶常用于蛋白質(zhì)分解或食品消化劑的制造及毛皮軟化等。果膠酶用于水解聚半乳糖醛酸、果汁澄清和植物纖維的精煉。 As3.4309菌株，俗稱UV-11，該菌種糖化酶活性，且具有耐酸性，液化型淀粉酶含量低，不僅適合于液體曲生產(chǎn)，而且也適合于固體曲生產(chǎn)。由于該菌的糖化酶活性高，所以生產(chǎn)中的用曲量可大幅度減少。As.3.4309菌種是黑曲霉群中的優(yōu)良菌體被許多酒精廠廣泛采用。該菌種最適發(fā)育

3、溫度為3638，最適生長(zhǎng)溫度為32，最適生長(zhǎng)pH值為4.55.0，生長(zhǎng)過程中有前緩后急現(xiàn)象。如曲室溫度高，相對(duì)濕度大，品溫超過37時(shí)容易出現(xiàn)燒心和長(zhǎng)水毛現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為固體麩曲表面有纖細(xì)長(zhǎng)絨狀菌絲，有凝結(jié)水、曲心灰黑色、結(jié)塊緊密等。這種情況會(huì)影響麩曲的糖化力。因此，在制曲時(shí)要注意控制曲室的濕度、前期和中期的品溫，保持品溫不超過32為宜。 2. 烏沙米曲霉（Asp.usamii） 屬黑曲霉群，是從數(shù)千種黑曲霉中選育出來的。菌叢黑色至褐黑色，小梗兩層，分生孢子頭黑褐色，含有較多的糖化型淀粉酶，耐酸能力強(qiáng)，含有單寧酶，對(duì)原料的適應(yīng)性較強(qiáng)。我國(guó)常用的糖化菌種東酒一號(hào)、輕研二號(hào)等菌種就是以烏沙米曲霉為出

4、發(fā)菌株，經(jīng)物理與化學(xué)誘變復(fù)合處理而獲得的優(yōu)良菌種。該菌種生長(zhǎng)時(shí)，要求較高的濕度、較低的溫度。東酒一號(hào)菌種在制曲時(shí)，前期生長(zhǎng)緩慢，升溫慢，但在中后期則較快。曲塊較疏松，制曲總時(shí)間約需2832h，糖化力較高。3. 黃曲霉（Aspflavus link） 屬黃曲霉群。菌落生長(zhǎng)較快，最初生長(zhǎng)時(shí)為黃色，后來變?yōu)辄S綠色，老熟后變成揭綠色。培養(yǎng)最適溫度為37。其產(chǎn)液化型淀粉酶比黑曲霉強(qiáng)，蛋白質(zhì)分解能力比米曲霉弱。 4. 米曲霉（Asp.oryzae） 屬于黃曲霉群。常用菌種As3870，菌叢一般為黃綠色，成熟后一般為黃褐色。最適生長(zhǎng)溫度為37，最適pH為5.56.0，含有多種酶類。該菌糖化型淀粉酶和蛋白質(zhì)分

5、解酶含量較豐富，生產(chǎn)上可用于酒精、白酒和黃酒的糖化菌，但工廠通常用該菌制作米曲汁和制備醬油曲。 三、固體曲生產(chǎn)工藝三角瓶曲種 簾子曲種 機(jī)械通風(fēng)曲 麩皮 + 水 麩皮+水 麩皮+稻殼+水 拌料 拌料 拌料 蒸料 蒸料 蒸料 第二重皿 散冷 散冷 滅菌 接種 接種 搖皿散冷 上簾堆積 堆積 試管菌種接種 入室培養(yǎng) 裝箱 搖皿 攤平 靜置保溫培養(yǎng) 保溫培養(yǎng) 上下倒簾 間斷通風(fēng)保溫培養(yǎng) 扣皿 劃簾二次 連續(xù)通風(fēng)保溫培養(yǎng) 保溫培養(yǎng) 第二次上下倒簾 麩曲 二重皿曲種 開窗干燥 種曲四、酶制劑（液體曲）的生產(chǎn)酶制劑生產(chǎn)的基本流程斜面種子培養(yǎng) 種子擴(kuò)大培養(yǎng) 麩曲培養(yǎng) 液體深層發(fā)酵 應(yīng)用 提取液 過濾的培養(yǎng)液

6、 應(yīng)用 硫銨鹽析 有機(jī)溶劑沉淀（乙醇） 超濾或真空濃縮 干燥 干燥 噴霧干燥 成品 成品 成品 二、酒精酵母及其特性（一）酒精酵母的一般性質(zhì)（二）酒精酵母的生長(zhǎng)條件酵母生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)酵母細(xì)胞中水分約占73%75%，干物質(zhì)含量約占25%27%。在干物質(zhì)中灰分約占6%12%，在灰分中P2O5占50%，K2O占30%，MgO占5%，元素鈉、鈣、鐵等約占1%。如果能知道酒母培養(yǎng)過程中單位體積內(nèi)酵母的細(xì)胞數(shù)，就能計(jì)算出酒母培養(yǎng)過程中所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。例如1mL酒母醪中含有1.21.5億個(gè)酵母細(xì)胞，10億個(gè)酵母細(xì)胞質(zhì)量約70mg，那么1L中含有酵母1500億個(gè)，則其質(zhì)量為10.5g，10L酒母醪中有1

7、05g酵母細(xì)胞，壓榨酵母含氮量為2%，含P2O5、K2O和MgO的量分別為1.1%、0.8%和0.15%，即在10L的酒母培養(yǎng)基中應(yīng)加入N 2g、P2O51.1g、K2O0.8g、MgO0.1g。 2. 培養(yǎng)條件對(duì)酵母生長(zhǎng)的影響（1）溫度 酵母生存和繁殖的溫度范圍很寬，但是，其正常1的生活和繁殖溫度是2930，在很高或很低的溫度下，酵母的生命活動(dòng)削弱或停止，酵母生長(zhǎng)發(fā)育的最高溫度是38，最低溫度為-5，在50時(shí)酵母死亡。（2）pH 培養(yǎng)基的活性酸度(即氫離子濃度)對(duì)酵母的生命活動(dòng)也有顯著影響。離子濃度改變細(xì)胞原生質(zhì)膜膠體的電荷，所以，隨著氫離子濃度的變化，原生質(zhì)膜對(duì)某些物質(zhì)和離子的通透性會(huì)發(fā)生

8、變化，這表明營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的速度與培養(yǎng)基的pH值有關(guān)。 pH在28范圍之間，酵母都能保持其生命活動(dòng)。但酵母生長(zhǎng)的最適pH值則為4.85。當(dāng)pH降到4.2以下時(shí)，酵母仍能繼續(xù)繁殖，但此時(shí)，乳酸菌已停止生長(zhǎng)。酵母的這的耐酸的性能能常用來消除污染醪液中的細(xì)菌，即將該培養(yǎng)液加酸調(diào)至pH3.84.0并保持一段時(shí)間，在此期間酵母生長(zhǎng)并占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，細(xì)菌污染就可消除。3. 影響酵母生長(zhǎng)的其他因素(1) 糖化醪的濃度 酵母生長(zhǎng)速度與細(xì)胞內(nèi)和糖化醪的滲透壓之差有關(guān)，兩者之間的滲透壓差愈大，酵母增殖得愈快。所以，淀粉質(zhì)原料酒精生產(chǎn)所用的酒母糖化醪在可能的情況下應(yīng)較發(fā)酵用糖化醪低2%左右。(2) 無機(jī)酸和有機(jī)酸的影

9、響 亞硫酸，亞硝酸和氫氟酸及它們的鹽類，即使在很低濃度時(shí)，都會(huì)阻礙酵母的正常生長(zhǎng)。例如當(dāng)醪液中二氧化硫濃度為0.0025%，亞硝酸鹽濃度為0.0005%時(shí)，就會(huì)阻礙酵母的生長(zhǎng)繁殖。在濃度為0.350.6%的硫酸溶液中，經(jīng)15min，所有酵母細(xì)胞都能保持其生命活力；經(jīng)過24h也只有2的死細(xì)胞。而乳酸菌在0.15%的硫酸溶液中，經(jīng)過2h就死亡了。在0.5%的硫酸溶液中，經(jīng)2h所有細(xì)菌均死亡。但野生酵母在1.3%的硫酸溶液中也能生存2h。游離的有機(jī)酸對(duì)酵母有較大的抑制作用。揮發(fā)酸即使在很低濃度時(shí)就會(huì)抑制其繁殖，并加速酵母細(xì)胞的死亡。丁酸和己酸的抑制作用最為強(qiáng)烈。當(dāng)pH值降到4時(shí)，酵母對(duì)揮發(fā)酸的敏感性

10、最強(qiáng)。4. 生物合成和發(fā)酵產(chǎn)品的糖耗酒精發(fā)酵是無氧型呼吸，這種呼吸在能量方面比有氧呼吸產(chǎn)生能量少。因?yàn)?，分?mol葡萄糖，生成酒精和二氧化碳時(shí)，只釋放出117.23kJ熱量，而通過有氧呼吸生成水和二氧化碳時(shí)，則可以釋放出2870kJ的熱量。由此可知，酵母發(fā)酵時(shí)要獲得與有氧呼吸等量的能量就必需分解更多的糖。酒精生產(chǎn)實(shí)際上就是利用這一點(diǎn)來制備更多的酒精。在酒精發(fā)酵時(shí)主要消耗在以下幾個(gè)方面：生成酒精（46%47.6%）、二氧化碳(44%45.5%)、酵母細(xì)胞(1.8%4%)、甘油(3.2%4.5%)、高級(jí)醇(0.28%0.7%)、醛類(0.1%0.2%)、包括琥珀酸在內(nèi)的有機(jī)酸(0.2%1.5%)

11、，發(fā)酵醪中殘?zhí)堑膿p失為2.1%2.8%。發(fā)酵過程中糖的總損失為7%12%，相應(yīng)的酒精得率是理論值的8893%。如果發(fā)酵不正常，則得率將更低。（三）淀粉質(zhì)原料酒精發(fā)酵中常用的酵母菌1. 拉斯2號(hào)(Rasse)酵母 2. 拉斯12號(hào)(Rasse)酵母 3. K字酵母 4. 南陽五號(hào)酵母(1300) 5.南陽混合酵母(1308)6.日本發(fā)研l(wèi)號(hào)7.卡爾斯伯酵母8. Sb724呼吸缺陷型突變株9. 耐高溫酒精活性干酵母（二）酒母擴(kuò)大培養(yǎng)基的制備 酒母蒸煮醪泵入糖化罐后，冷卻至60左右進(jìn)行糖化。其糖化劑的用量略高于大生產(chǎn)產(chǎn)用量。如果采用糖化酶作糖化劑，一般用量為每克原料用180220u，糖化時(shí)間控制在3

12、4h。為防止雜菌污染，應(yīng)加硫酸調(diào)酒母醪的pH值4.04.5，細(xì)菌在此pH值下不能繁殖，而酵母菌則生長(zhǎng)良好。實(shí)際生產(chǎn)過程中，加酸量一般控制在0.05%0.1%。如調(diào)整pH后，仍有雜菌污染時(shí)也可加入青霉素抑制雜菌的生長(zhǎng)。加入青霉素的量一般控制在每毫升培養(yǎng)液加lu的青霉素。 在加酸調(diào)整酒母醪的pH值時(shí)，如加濃度為98%、相對(duì)密度為1.84的濃硫酸0.271mL，可使每升醪液升高1個(gè)酸度。 四、酒精酵母的培養(yǎng)酵母的“自然純粹培養(yǎng)”限制雜菌的進(jìn)入（不是絕對(duì)不進(jìn)入），并創(chuàng)造有利于酵母的生長(zhǎng)條件。這種培養(yǎng)稱為“自然純粹培養(yǎng)法”。用溫度限制雜菌生長(zhǎng)是不可能的。因?yàn)殡s菌和酵母的最適生長(zhǎng)溫差別不大，所以在酒母擴(kuò)大

13、培養(yǎng)時(shí)，控制雜菌生長(zhǎng)的有效措施是添加硫酸或乳酸以降低醪液pH。因?yàn)樵趐H4以下時(shí)，細(xì)菌很難生長(zhǎng)，而酵母仍處于能正常生長(zhǎng)的狀態(tài)。2. 實(shí)驗(yàn)室階段酒母的擴(kuò)大培養(yǎng) 原菌 新鮮斜面菌種 液體試管培養(yǎng) 三角瓶培養(yǎng) 卡氏罐（大三角瓶）培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室階段培養(yǎng)是酒母擴(kuò)大培養(yǎng)的開始，因此，要特別注意無菌操作，防止雜菌污染，所用培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分要豐富。3. 酒母罐擴(kuò)大培養(yǎng) 卡氏罐以后的酒母培養(yǎng)是在酒母車間的酒母罐中進(jìn)行的，主要按以下步驟進(jìn)行：卡氏罐（大三角瓶） 小酒母罐 大酒母罐 成熟酒母醪（1）酒母間歇培養(yǎng)工藝 （2）酒母半連續(xù)培養(yǎng)工藝。半連續(xù)培養(yǎng)法也叫分割培養(yǎng)法，根據(jù)實(shí)際操作過程又分成小酒母分割法和大酒母分割法兩種。（3）連續(xù)培養(yǎng)工藝 （二）影響酵母醪質(zhì)量的主要因素 1. 接種量與成熟酒母細(xì)胞數(shù)的關(guān)系 2. 接種量與培養(yǎng)時(shí)間的關(guān)系 3. 接種時(shí)間 4. 酒母培養(yǎng)溫度 5. 通風(fēng)培養(yǎng)酒母 6. 防止雜菌污染 （三）酵母培養(yǎng)過程中異?，F(xiàn)象的處理六、活性干酵母的應(yīng)用酒精活性干酵母（Alcohol-fermentation Active Dry Yeast，縮寫AADY）酒精活性干酵母由經(jīng)優(yōu)選的酒精酵母菌種繁殖得到菌體后