當(dāng)今,石油、煤等化石能源正以很快的速度被消耗,估計(jì)在兒十年內(nèi)將被耗盡.因此乙醇、甲烷、氫氣等代替能源成為人們關(guān)注的重點(diǎn).
國外的研究狀況
傳統(tǒng)的酒精生產(chǎn)采用酵母間歇式發(fā)酵,而酵母不能耐受高濃度乙醇,因此有必要尋找一種耐受高濃度乙醇的新菌種.運(yùn)動發(fā)酵單胞菌被認(rèn)為是較好的候選品種.它是由I_indne于1928年從墨西哥Pulgue酒中首先分離得到.它屬于革蘭氏陰性兼性厭氧桿菌,弧菌科,發(fā)酵單胞菌屬.經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室及中試規(guī)模的發(fā)酵動力學(xué)比較研究,人們公認(rèn)利用運(yùn)動發(fā)酵單胞菌制酒精與酵母相比有以下一些優(yōu)點(diǎn)1)糖的吸收速度要比酵母高l - 2倍.(2)酒精得率比酵母高.(3)生長過程完全不要氧氣.(4)比酵母容易進(jìn)行遺傳工程處理,以獲得耐高溫、耐酒精和能利用多種碳源的優(yōu)良工程菌.缺點(diǎn)是:現(xiàn)有菌株所能發(fā)酵底物局限于葡萄糖、果糖、蔗糖.
國外的研究分以下幾方面:（1）菌種的改良.(2)工藝的研究.間隙式發(fā)酵、連續(xù)式發(fā)酵、混合發(fā)酵等.(3)底物的研究.木薯、小麥、玉米、西米、大米等.(4)工藝控制研究.如底物濃度、pH,氮源、溫度等參數(shù).
研究重點(diǎn)及研究方法：
當(dāng)前發(fā)酵法制乙醇研究工作的重點(diǎn)是篩選優(yōu)良的菌種,選擇低成本的發(fā)酵底物和最適的發(fā)酵控制條件.通過誘變或基因工程選育優(yōu)良菌株.把其它生物細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)移進(jìn)運(yùn)動發(fā)酵單胞菌.把運(yùn)動發(fā)酵單胞菌的基因轉(zhuǎn)移進(jìn)其它生物細(xì)胞.間隙式發(fā)酵、連續(xù)式發(fā)酵、混合發(fā)酵等.
酵母菌的一般特性
子囊菌綱酵母屬；單細(xì)胞微生物；圓形、橢圓形、細(xì)長或檸檬形；飽滿、細(xì)胞壁薄、細(xì)胞質(zhì)均一、透明無色為活性強(qiáng)的細(xì)胞；衰老和不良條件下的細(xì)胞壁厚、細(xì)胞質(zhì)呈顆粒狀.
酵母的特性：產(chǎn)酒精能力、產(chǎn)酒精效率、抗SO2能力.
酵母菌的生長周期
經(jīng)典的微生物生長曲線:緩慢,對數(shù),穩(wěn)定,衰亡
繁殖階段：2－5天,達(dá)107個/mL,很少超過2(5)×108
平衡階段：持續(xù)8天左右,動態(tài)平衡
衰減階段：持續(xù)幾周,活細(xì)胞降至105
(1)溫度.液態(tài)酵母的活動最適溫度為20～30℃,當(dāng)溫度達(dá)到20℃時,酵母菌的繁殖速度加快,在30℃時達(dá)到最大值,而當(dāng)溫度繼續(xù)升高達(dá)到35℃時,其繁殖速度迅速下降,酵母菌呈疲勞狀態(tài),酒精發(fā)酵有停止的危險.只要保持l～1.5h 40～45℃或保持10～15min60～65℃的溫度就可殺死酵母菌.但干態(tài)酵母抗高溫的能力很強(qiáng),可忍受5min 115～120℃的高溫.
①發(fā)酵速度與溫度：在20～30℃的溫度范圍內(nèi),每升高l℃,發(fā)酵速度就可提高10％.因此,發(fā)酵速度(即糖的轉(zhuǎn)化)隨著溫度的升高而加快.但是,發(fā)酵速度越快,停止發(fā)酵越早,因?yàn)樵谶@種情況下,酵母菌的疲勞現(xiàn)象出現(xiàn)較早.
②發(fā)酵溫度與產(chǎn)酒精效率：在一定范圍內(nèi),溫度越高,酵母菌的發(fā)酵速度越快,產(chǎn)酒精效率越低,而生成的酒度就越低.因此,如果要獲得高酒度的葡萄酒,必須將發(fā)酵溫度控制在足夠低的水平；當(dāng)溫度＜35時,溫度越高,開始發(fā)酵越快；溫度越低,糖分轉(zhuǎn)化越完全,生成的酒度越高.
③發(fā)酵臨界溫度：當(dāng)發(fā)酵溫度達(dá)到一定值時,酵母菌不再繁殖,并且死亡,這一溫度就稱為發(fā)酵臨界溫度.如果超過臨界溫度,發(fā)酵速度就迅速下降,并引起發(fā)酵停止.由于發(fā)酵臨界溫度受許多因素如通風(fēng)、基質(zhì)的含糖量、酵母菌的種類及其營養(yǎng)條件等的影響,所以很難將某一特定的溫度確定為發(fā)酵臨界溫度.在實(shí)踐中常用“危險溫區(qū)”這一概念來警示溫度的控制,在一般情況下,發(fā)酵危險溫區(qū)為32～35℃.
對于紅葡萄酒,發(fā)酵最佳溫度為25～30℃,而對于白葡萄酒和桃紅葡萄酒,發(fā)酵的最佳溫度為18～20℃左右.
(2)通風(fēng).酵母菌繁殖需要氧,在完全的無氧條件,酵母菌只能繁殖幾代,然后就停止.這時,只要給予少量的空氣,它們又能出芽繁殖.如果缺氧時間過長,多數(shù)酵母菌就會死亡.
在進(jìn)行酒精發(fā)酵以前,對葡萄的處理(破碎、除梗、泵送以及對白葡萄汁的澄清等)保證了部分氧的溶解.在發(fā)酵過程中,氧越多,發(fā)酵就越快、越徹底.因此,在生產(chǎn)中常用倒罐的方式來保證酵母菌對氧的需要.
(3)酸度.酵母菌在個性或微酸性條件下,發(fā)酵能力最強(qiáng),如在pH4.0的條件下,其發(fā)酵能力比在pH3.0時更強(qiáng).在pH很低的條件下,酵母菌活動生成揮發(fā)酸或停止活動.可見,酸度高并不利于酵母菌的活動,但卻能抑制其他微生物(如細(xì)菌)的繁殖.