利用微生物發酵能生產多種有機溶劑,如乙醇、甘油、丙酮和丁醇等。其中乙醇是產量最大的發酵工業產品,廣泛用于食品、醫藥、生產中。 目前可用多種原料來發酵生產乙醇。下面簡單介紹乙醇的生產。
(1)生產菌種
許多微生物,如酵母菌、細菌等都可用來發酵生產乙醇,其中又以酵母菌最為常用。常用的酵母菌種有啤酒酵母、葡萄汁酵母、粟酒裂殖酵母等。有些細菌也能代謝葡萄糖生產乙醇,如芽孢桿菌屬和梭狀芽孢桿菌屬中的某些種、發酵單胞菌屬中的某些種。據報道,其中運動發酵單胞菌被認為最有實用價值。采用運動發酵單胞菌固定化技術生產乙醇要優于采用酵母菌發酵。
用于生產的酵母菌種體內有一個復雜的酶系統。借助于這個酶系統的作用,來完成發酵過程中一系列的生物化學反應。比較重要的酶有:蔗糖轉化酶(蔗糖一葡萄糖和果糖)、麥芽糖酶(麥芽糖 二分子葡萄糖)、酒化酶類(它是參與催化從葡萄糖 乙醇和CO2過程中的各種酶的總稱)。
(2)發酵原理
以淀粉質為原料制造乙醇的原理,首先是利用曲霉產生的大量糖化酶將淀粉和糊精轉化為單糖。然后酵母菌再利用單糖進行發酵,在無氧的條件下,經過EMP途徑,生成乙醇和CO2。
乙醇發酵過程是厭氧發酵,不需要游離氧參加。整個發酵過程在密閉的發酵罐中進行。如果在發酵中有氧氣參加,則酵母菌通過有氧呼吸獲得能量,將糖徹底分解為CO2和水,同時產生大量的菌體,使乙醇的產量大為減少。
整個乙醇發酵分為3個階段:
①前發酵開始發酵至6—8h,為前發酵時期。該期酵母菌迅速生長繁殖,但乙醇和CO2產生量較少,糖濃度下降慢,溫度上升也慢,溫度在36攝氏度以內。
②主發酵主發酵時間一般在12—24h之間。該期內升溫猛,糖度下降快,發酵旺盛,乙醇迅速積累,CO2大量放出。溫度一般控制在36攝氏度以內,否則酸度上升,影響出酒率。
③后發酵后發酵歷時40h之久。這時CO2生成量大大減少,糖濃度很低,且下降緩慢。溫度在30攝氏度左右。
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