國外研究現狀
傳統的乙醇生產采用酵母分批發酵,但酵母不能耐受高濃度乙醇,因此有必要尋找壹種能耐受高濃度乙醇的新菌株。運動發酵單胞菌被認為是壹個很好的候選者。它最初是由I_indne於1928年從墨西哥的Pulgue葡萄酒中分離出來的。屬於革蘭氏陰性兼性厭氧菌、弧菌科和發酵單胞菌屬。通過實驗室和中試規模的發酵動力學對比研究,認識到運動發酵單胞菌生產酒精與酵母相比具有以下優勢:1)糖的吸收率比酵母高l-2倍。(2)酒精的產量高於酵母。(3)生長過程中不需要氧氣。(4)基因工程處理比酵母容易,從而獲得耐高溫、耐酒精、能利用各種碳源的優良工程菌。缺點是現有菌株能發酵底物僅限於葡萄糖、果糖和蔗糖。
國外的研究分為以下幾個方面:(1)菌種的改良。(2)對技術的研究。間歇發酵、連續發酵、混合發酵等。(3)基質的研究。木薯、小麥、玉米、西米、大米等。(4)過程控制的研究。例如底物濃度、pH、氮源、溫度和其他參數。
研究重點和方法:
目前,發酵生產乙醇的研究工作主要集中在篩選優良菌株、選擇低成本發酵底物和優化發酵控制條件上。通過突變或基因工程培育優良菌株。將其他生物細胞的基因轉移到運動發酵單胞菌中。將運動發酵單胞菌的基因導入其他生物細胞。間歇發酵、連續發酵、混合發酵等。
酵母的壹般特性
子囊菌的酵母屬;單細胞微生物;圓形、橢圓形、細長形或檸檬形;細胞壁飽滿、薄,細胞質均勻,細胞透明無色,活性強;在衰老和不利條件下,細胞壁較厚,細胞質呈顆粒狀。
酵母的特性:酒精生產能力,酒精生產效率,抗SO2。
酵母的生長周期
經典微生物生長曲線:緩慢、對數、穩定、下降。
繁殖期:2-5天,達到107 /mL,很少超過2(5)×108。
平衡階段:持續8天左右,動態平衡。
衰變階段:持續數周,活細胞減少到105。
(1)溫度。液體酵母活性的最適溫度為20 ~ 30℃。當溫度達到20℃時,酵母的繁殖速度加快,在30℃時達到最大。當溫度繼續上升到35℃時,其繁殖速度迅速下降,酵母處於疲勞狀態,有停止酒精發酵的危險。只要維持L ~ 1.5h40 ~ 45℃或10 ~ 15分鐘60 ~ 65℃的溫度,就能殺死酵母。而幹酵母耐高溫能力強,能忍受115 ~ 120℃的高溫5分鐘。
①發酵速度和溫度:在20 ~ 30℃的溫度範圍內,隨著l℃的升高,發酵速度可提高10%。所以發酵速度(也就是糖的轉化)隨著溫度的升高而加快。但是,發酵速度越快,停止的越早,因為在這種情況下,酵母的疲勞現象出現的越早。
②發酵溫度和酒精生產效率:在壹定範圍內,溫度越高,酵母發酵速度越快,酒精生產效率越低,酒精含量越低。因此,要想獲得高度醇的葡萄酒,必須將發酵溫度控制在足夠低的水平;溫度低於35時,溫度越高,發酵開始越快;溫度越低,糖轉化越完全,酒精含量越高。
③發酵臨界溫度:當發酵溫度達到壹定值時,酵母不會繁殖死亡,稱為發酵臨界溫度。如果超過臨界溫度,發酵速度會迅速下降,導致發酵停止。由於發酵的臨界溫度受通氣量、底物含糖量、酵母種類及其營養條件等多種因素的影響,很難確定壹個具體的溫度作為發酵的臨界溫度。在實踐中,“危險溫度區”的概念經常被用來警告溫度的控制。壹般來說,發酵的危險溫度區是32 ~ 35℃。
對於紅葡萄酒,最適發酵溫度為25 ~ 30℃,而對於白葡萄酒和粉紅葡萄酒,最適發酵溫度約為18 ~ 20℃。
(2)通風。酵母需要氧氣來繁殖。在完全無氧的條件下,酵母只能繁殖幾代,然後停止。這時只要給少量空氣,它們就能發芽繁殖。如果缺氧時間過長,大部分酵母菌都會死亡。
酒精發酵前,對葡萄的處理(破碎、去梗、抽吸和澄清白葡萄汁等。)保證了部分氧氣的溶解。在發酵過程中,氧氣越多,發酵越快、越徹底。所以在生產中,經常采用倒罐的方式來保證酵母的需氧量。
(3)酸性。酵母在個別或微酸性條件下發酵能力最強,如在pH4.0時,其發酵能力比在pH3.0時強,在pH很低的條件下,酵母活性產生揮發酸或停止活性。可見,高酸度不利於酵母的活性,但能抑制其他微生物(如細菌)的繁殖。