采納率：53% 10級 2013.09.06

將原料通過微生物分解，而產(chǎn)生酒精，這是釀酒過程中非常關(guān)鍵的一步。
 

一、糖化菌 用淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精時(shí)，在進(jìn)行乙醇發(fā)酵之前，一定要先將淀粉全部或部分轉(zhuǎn)化成葡萄糖等可發(fā)酵成糖，這種淀粉轉(zhuǎn)化為糖的過程稱為糖化，所用催化劑稱為糖化劑。糖化劑可以是由微生物制成的糖化曲(包括固體曲和液體曲)，也可以是商品酶制劑。無機(jī)酸也可以起糖化劑作用，但酒精生產(chǎn)中一般不采用酸糖化。 能產(chǎn)生淀粉酶類水解淀粉的微生物種類很多，但它們不是都能作為糖化菌用于生產(chǎn)糖化曲，在實(shí)際生產(chǎn)中主要用的是曲霉和根霉。 歷史上曾用過的曲霉包括黑曲霉、白曲霉、黃曲霉、米曲霉等。黑曲霉群中以宇佐美氏曲霉(Aspergillus usamii)、泡盛曲霉(Asp.awamori)和甘薯曲霉(Asp.batatae)應(yīng)用最廣。白曲霉以河內(nèi)白曲霉、輕研二號最為著名。酒精和白酒生產(chǎn)中，不斷更新菌種，是改進(jìn)生產(chǎn)、提高淀粉利用率的有效途徑之一。我國的糖化菌種經(jīng)歷了從米曲霉到黃曲霉，進(jìn)而發(fā)展到用黑曲霉的過程。我國20世紀(jì)70年代選育出黑曲霉新菌株As.3.4309(UV-11)，該菌株性能優(yōu)良，目前的過程。我國很多酒精廠和酶制劑廠都以該菌種生產(chǎn)麩曲、液體曲以及糖化酶等，新的糖化菌株也都是As.3.4309的變異菌株。 根霉和毛霉也是常用的糖化菌。著名的阿米諾法，即是以根霉作糖化菌的酒精生產(chǎn)方法。著名的根霉菌有東京根霉(又叫河內(nèi)根霉)(R.tonkinensis)、魯氏毛霉(M.rouxii)和爪哇根霉(R.javanicus)等。
 

二、酒精發(fā)酵 許多微生物都能利用已糖化進(jìn)行酒精發(fā)酵，但在實(shí)際生產(chǎn)中用于酒精發(fā)酵的幾乎全是酒精酵母，俗稱酒母。利用淀粉質(zhì)原料的酒母在分類上叫啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)，是屬于子囊菌亞門酵母屬的一種單細(xì)胞微生物。該種酵母菌繁殖速度快，發(fā)酵能力即產(chǎn)酒精能力強(qiáng)，并具有較強(qiáng)的耐酒精能力。常用的酵母菌株有南陽酵母(1300及1308)、拉斯2號酵母(Rasse Ⅱ)、拉斯12號酵母(Rasse ⅪⅠ)、K字酵母、M酵母(Hefe M)、日本發(fā)研1號、卡爾斯伯酵母等。利用糖質(zhì)原料的酒母除啤酒酵母外，還有粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)和克魯維酵母(Kluyveromyces.sp)等 除上述酵母菌外，一些細(xì)菌如森奈假單胞菌(Ps.Lindneri)和嗜糖假單胞菌(Ps.saccharophila)，可以利用葡萄糖進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)乙醇?？偁蠲股顚优囵B(yǎng)時(shí)也要產(chǎn)生乙醇。利用細(xì)菌發(fā)酵酒精早在80年代初就引起了注意，但此方法還未達(dá)到工業(yè)化，其中有許多問題有待研究。
 

三、酒精發(fā)酵生化機(jī)制 不同生產(chǎn)原料，酒精發(fā)酵生化過程不同。對糖質(zhì)原料，可直接利用酵母將糖轉(zhuǎn)化成乙醇。對于淀粉質(zhì)和纖維質(zhì)原料，首先要進(jìn)行淀粉和纖維質(zhì)的水解(糖化)，再由酒精發(fā)酵菌將糖發(fā)酵成乙醇。
 1、淀粉質(zhì)和纖維質(zhì)原料的水解 淀粉是多糖中最易分解的一種，由許多葡萄糖基團(tuán)聚合而成。天然淀粉具有直鏈淀粉和支鏈淀粉兩種結(jié)構(gòu)，它們在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上有差異。 直鏈淀粉是-D葡萄糖通過幔1.4糖苷鍵連接而成的聚合物。一般認(rèn)為，直鏈淀粉的聚合度在200~1000范圍內(nèi)，分子量32400~162000，近來發(fā)現(xiàn)聚合度更高的直鏈淀粉。天然直鏈淀粉分子卷曲成螺旋形，螺旋的每一圈含有6個(gè)葡萄糖殘基。直鏈淀粉水溶解于70℃~80℃的溫水，遇碘呈深藍(lán)色。在大多數(shù)植物淀粉中，直鏈淀粉含量為20%~29%、25%和24%。 支鏈淀粉是幔璂葡萄糖通過幔1，4糖苷鍵及幔1，6糖苷鍵(在分支點(diǎn)上)連接而成的聚合物。其分子較直接淀粉的大，分子量可達(dá)107，分支點(diǎn)之間平均有5~8個(gè)葡萄糖苷鍵。支鏈淀粉各個(gè)分支卷曲成螺旋狀，整個(gè)分子近似球形。支鏈淀粉不溶解于溫水，遇碘呈藍(lán)紫。
 2、淀粉的糊化、液化 淀粉在水中經(jīng)加熱會吸收一部分水而發(fā)生溶脹。如果繼續(xù)加熱至一定溫度(一般在60℃~80℃)，淀粉粒即發(fā)生破裂，造成黏度迅速增大，體積也隨之迅速變大，這種現(xiàn)象稱為淀粉的糊化。 不同種類淀粉糊化溫度有所不同，苷薯、馬鈴薯、玉米和小麥淀粉的糊化溫度分別為70℃~76℃、59℃~67℃、64℃~72℃和65℃~68℃。發(fā)生糊化現(xiàn)象稱為淀粉的溶解，或稱為液化。馬鈴薯、小麥和玉米支鏈淀粉完全液化的溫度為132℃、70℃~80℃、136℃~141℃和146℃~151℃。
 3、淀粉水解 淀粉水解又稱糖化，通過添加酶制劑或糖化曲來完成。糖化曲中含有的并起作用的淀粉酶類包括α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和異淀粉酶(脫支酶)。α-淀粉酶能從分子內(nèi)部切開α-1.4糖苷鍵，但不能水解α-1.6糖苷鍵及靠近α-1.6糖苷鍵的幾個(gè)α-1.4糖苷鍵。當(dāng)α-淀粉酶作用于淀粉糊時(shí)，能使其黏度迅速下降，故又稱液化酶。直鏈淀粉經(jīng)該酶水解的最終產(chǎn)物為葡萄糖和麥芽糖，支鏈淀粉水解產(chǎn)物除葡萄糖、麥芽糖外，還有具有α-1.6鍵的極限糊精和含有4個(gè)或更多葡萄糖殘基的帶鍵的低聚糖。 β-葡萄糖淀粉酶能從淀粉的非還原末端逐個(gè)切下麥芽糖單位，但不能水解α-1.6糖苷鍵，也不能越過α-1.6糖苷鍵水解α-1.4糖苷鍵，所以該酶水解支鏈淀粉時(shí)留下分子量較大的極限糊精。 葡萄糖淀粉酶能從淀粉的非還原末 端逐個(gè)切下葡萄糖，它既能水解α-1.6糖苷鍵，又能水解α-1.4糖苷鍵。由于形成的產(chǎn)物幾乎都是葡萄糖，因此該酶又稱為糖化酶。異淀粉酶專一水解α-1.6糖苷鍵，因此能切開支鏈淀粉的分支。另外，在糖化曲中除含有淀粉酶類外，還含有一些蛋白酶等，后者在糖化過程中能將蛋白質(zhì)水解成胨、多肽和氨基酸等。 總之，淀粉在以上幾類酶的共同作用下被徹底水解成葡萄糖和麥芽糖。麥芽糖可在麥芽糖酶的作用下進(jìn)一步生成葡萄糖。
 4、纖維質(zhì)原料的水解 纖維素是由葡萄糖通過β-1.4糖苷鍵連接而成的聚合物，是一種結(jié)構(gòu)上無分枝、分子量很大、性質(zhì)穩(wěn)定的多糖。其分子量可達(dá)幾十萬，甚至幾百萬。纖維素是構(gòu)成植物細(xì)胞壁的主要成分，稻麥秸稈、木材、玉米芯的纖維素含量分別為40%~50%、40%~50%、53%。在植物細(xì)胞壁中，纖維素總是和半纖維素、木質(zhì)素等伴生在一起。 半纖維素是一大類結(jié)構(gòu)不同的多聚糖的統(tǒng)稱。構(gòu)成半纖維素的成分有D-葡萄糖、D-甘露糖和D-半乳糖等己糖，及D-木糖、L-阿拉伯糖等戊糖以及糖醛酸等。常見的半纖維素分子有:D-木聚糖、L-阿拉伯聚糖-D-木聚糖、L-阿拉伯聚糖D-半乳聚糖、L-阿拉伯聚糖-D-葡萄糖醛酸-D-木聚糖、D-半乳聚糖-D-葡聚糖-D-甘露聚糖等。這些多聚糖的聚合度(DP)為60~200，直鏈或分枝。半纖維素與纖維素不同，它很容易水解，但由于它們總是交雜在一起，只有當(dāng)纖維素也被水解時(shí)，才可能全部被水解。 根據(jù)采用的方法不同可將纖維素的水解法分成三種，即稀酸水解法、濃酸水解法和酶水解法。纖維素酸水解所用的酸為硫酸、鹽酸和氫氟酸等強(qiáng)酸。 水解反應(yīng)式為:(C6H10O5)n十nH20→nC6H12O6 無機(jī)強(qiáng)酸催化纖維素分解的機(jī)理是:酸在水中解離產(chǎn)生H+，H+與水構(gòu)成不穩(wěn)定的水合離子H3O+，當(dāng)H3O+與纖維素鏈上的β-1.4糖苷鍵接觸時(shí)，H3O+將1個(gè)氫離子交給該糖苷鍵上的氧，使它變成不穩(wěn)定的四價(jià)氧。當(dāng)氧鍵斷裂時(shí)，與水反應(yīng)生成兩個(gè)羥基，并重新放出H+。H+可再次參與催化水解反應(yīng)。溶液中H+濃度越高，水解速度越快。 酶水解采用的酶是纖維素酶，它是一種復(fù)合酶類，故又稱纖維素酶復(fù)合物。已知纖維素酶復(fù)合物由C1和Cx組成。 天然纖維素的分解過程是:纖維素先被Cl酶降解為較低分子化合物，同時(shí)具有水合性，其次由所謂Cx的幾種酶作用形成纖維二糖。纖維二糖再由纖維二糖酶(-葡萄糖苷酶)水解成葡萄糖。由于纖維素的性能穩(wěn)定,無論用酸水解還是用酶水解，都存在水解速度慢,糖得率低的問題，這是影響纖維素科學(xué)利用的難題之一。
 5、酵母菌的乙醇發(fā)酵 酵母菌在厭氧條件下可發(fā)酵己糖形成乙醇，其生化過程主要由兩個(gè)階段組成。第一階段己糖通過糖酵解途徑(EMP途徑)分解成丙酮酸。第二階段丙酮酸由脫羧酶催化生成乙醛和二氧化碳，乙醛進(jìn)一步被還原成乙醇，整個(gè)過程由下圖所示。 葡萄糖發(fā)酵成乙醇的總反應(yīng)式為: C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+能量 發(fā)酵過程中除主要生成乙醇外，還生成少量的其他副產(chǎn)物，包括甘油、有機(jī)酸(主要是琥珀酸)、雜醇油(高級醇)、醛類、酯類等，理論上1mol葡萄糖可產(chǎn)生2mol乙醇;即180g葡萄糖產(chǎn)生92g乙醇，的率為51.5%，