高浓度酒精发酵研究进展
2007-10-15 23:40:53   来源：酿酒科技   评论：0 点击：

始于56世纪>6年代的“能源危机”，使人们开始认识到，廉价的原油是会用完的。利用可再生资源（如粮食或植物纤维）发酵生产酒精作为生物能源来代替或部分代替汽油被提到了议事日程上_9D5‘。在巴西，主要以蔗糖为原料，其中>6 C的酒精厂采用间歇发酵方式，而有大约786个酒精厂采用连续发酵方式，连续发酵生产能力可以达到9<8a96>!bE。在两种发酵过程中，酵母均被从发酵后的醪液中分离出来，然后经稀硫酸冲洗过后回用于发酵过程，能在较短的发酵时间（=D96 2）内获得较高的酒精浓度（H CD99 C）和较高的酒精得率（:5 CD:7 C），酵母9 E回用7次，可以连续运行566 E。在北美，燃料酒精的生产主要以玉米为原料，玉米酒精发酵有的采用间歇发酵，不回收利用酵母，每次都添加新鲜的酵母细胞；有的应用连续发酵过程，实现计算机控制，并采用@AB技术，降低了劳动成本，减少了设备损耗_7DH‘。美国运用发酵法生产酒精的工厂一般发酵后酒精浓度可以达到95 C。我国的酒精生产企业一般发酵后酒精浓度只能达到H CD96 C，低于国际先进水平_7‘。9高浓发酵的定义采用高浓度葡萄糖进行发酵最早由@)O/4等人提出，将高浓发酵定义为含大于等于9H,可溶性固形物b966,发酵液（c9H!B3)U%）的发酵_7‘。传统发酵的发酵液的可溶性固形物含量为99D95!B，而97D9=!B就被定义为高浓度发酵。一般来说在工业化条件下，糖浓度不超过56 C（(bT），这是因为逐渐增加的乙醇浓度阻碍了酵母的生长而使发酵停止。现在，酿酒和燃料酒精生产企业通常采用的谷物糖化醪的可溶性固形物含量为56D5?,b966,，在这个范围内的可溶性固形物含量定义为正常浓度。也有人将高浓度酒精发酵技术定义为：每9!发酵液含766,或更高可溶性固形物的糖化醪的发酵，还有人将def（浓醪发酵）技术定义为“含5>,b966,糖化液或更高的糖化液的制备和发酵”_7D8‘。但是有学者认为在工业发酵中，由存在酵母存活率、缓慢发酵和发酵停止的问题，因而碳水化合物的浓度超过9H C是不可行的_=‘。
5高浓发酵的优缺点
采用高浓发酵（def）技术生产酒精，可以节约相当数量的水。当可溶性固形物含量从9=,b966,升高到79,b966,，可节水8H<8 C，同时采用def发酵技术还可以在不增加工厂生产能力的基础上增加产出。而且由于高浓度酒精发酵过程可以提高设备利用率，减少环境污染等等，因而近年来成为各国研究者所追求的目标。
采用高浓发酵技术可增加工厂的生产能力并降低成本_7，8，H‘：乙醇浓度可以大于9H C（TbT）；由于去除了不溶性物质，因而增加了发酵罐的工作体积，提高工厂效率；降低劳动力成本；降低能源成本：不用冷却发酵罐中的不溶性物质，不用在蒸馏中加热不溶性物质，蒸馏中用水减少，高效蒸馏的最优乙醇浓度，较少的固形物（液液提取）。减少水的用量，减少发酵罐的停工期，减少清洗剂和杀菌剂的使用。其他优点：抑制乙醇生产中杂菌的生长和增殖；生产食品级副产物的机会；高蛋白饲料的生产机会。浓醪发酵的缺点有：发酵时间长，发酵不完全，这主要是由于产物抑制、高渗透压和营养不足等因素所造成；还有物料粘度大，输送困难等问题。
7高浓发酵研究进展
在56 g，酿酒酵母能够完全发酵含7H CD7:C可溶性固形物的小麦糖化液，产生超过57=的酒精>:?。高浓发酵要求糖化醪含高浓度糖，并且糖化醪的粘度要宜于处理和发酵。当糖化醪中的可溶性固形物的含量增加时，它的粘度也增加了，这导致在糖化和发酵中需要较多的能量，除非经过特殊处理，大部分的含高浓度碳水化合物的谷物糖化醪的粘度很大而不易处理。因此高浓度发酵技术的应用，很大程度上依赖于低粘度糖化醪的制备。当糖类浓度大于5@6,A!（BCD发酵）时，酒精发酵缓慢并且糖类极少能够被完全发酵。高浓度的糖类导致渗透压的增加，渗透压对酵母有害。改变营养条件可以增加酒精产出，而且可以增加在高浓度酒精条件下酵母的存活率。酿酒酵母在提供足够营养物质的前提下，能够发酵糖浓度较高的发酵液。氮源是培养基中一类重要的组分，在发酵过程中扮演重要的角色，它影响酵母对酒精的耐受性和酒精的生产速率，添加游离氨氮（EF;），可以提高最终的酒精浓度和细胞质量的累积。在含956,A!糖类的培养基中，足量的可利用氮必须在9G6H986(,EF;A!的范围内，在更高浓度的培养基中，可利用氮浓度也必须相应增加。有报道，在谷物糖化醪中，氮源是有限的，添加不同的辅助物质，蛋白—脂复合物，颗粒状物质和渗透压保护剂均可促进酒精的发酵。大豆粉中含有大量的蛋白和脂类，可以同化进入酵母细胞并增强乙醇耐受性。大豆粉和酵母细胞壁可以增加发酵速率、耗糖量和最终酒精浓度。有报道说添加甘氨酸也可以改善酵母的生长和发酵，当甘氨酸度逐渐增加到6<6G(%3 A!时，促进效果也增加，BCD发酵不仅要靠最优的发酵培养基组成，也要靠其他保护性物质的存在。对酒精工业而言，快速发酵和高酒精浓度是主要的考虑因素。发酵条件不同，BCD发酵的生产率不同。当在小麦糖化醪中添加酵母膏后（含786,A!和7@:,A!可溶性固形物），生产率分别为9<:,A!·2和9<G,A!·2；添加9=的大豆粉可以使最终生产率达到9<I,A!·2，在甜菜糖蜜中添加，可使生产率达到9<8,A!·2。B"/,)J等人以葡萄糖为唯一碳源，葡萄糖浓度为766,A!和G=的大豆粉，生产率达到5,A!·2，当在含糖786
A!的培养基中添加甘氨酸时，生产强度为6<G,A!·2>7，K，@，96H99?。章克昌教授在9::@年的专利中描述了一种浓醪发酵酒精技术，最终酒精浓度达到97=H9K=，淀粉利用率:6=以上，发酵时间86 2以内；赵华等人也有报道，浓醪发酵，最终酒精浓度一般为97<5=，发酵时间@5 2；白凤武等人采用自絮凝酵母进行酒精连续发酵，发酵最终酒精浓度:K<K,A!（约为95<5=）；黄宇彤等人研究了添加1L//+I6和麦角甾醇的高浓度酒精发酵，最终酒精浓度可以达到98<75=；秦成国研究了玉米浓醪发酵，最终酒精浓度达到9G<I=，发酵时间K6 2；江南大学毛忠贵教授报道了玉米糖化清液补料发酵工艺，最终酒精浓度可以达到98=以上，并实现了蒸馏废液全循环的清洁生产工艺>95H9@?。总而言之，高浓度酒精发酵技术由于其显而易见的优势，将极大地改善目前我国酒精工业的技术水平，但是由于高浓度酒精发酵中仍然存在一些问题，如高浓度糖化液的制备、物料的输送、废液的处理等等，需要通过技术创新不断改进与提高。