2011-03-31 11:04:42 产业经济研究室
糖蜜酒精生产工艺介绍
一、糖蜜酒精发酵对酵母菌种的要求
糖蜜洒精发酵过程中需要大量的酵母，因此，必须选择适应工业生产需要的优良酵母菌种进行纯种培养，由单一细胞出发，增殖多量酵母作为种子，然后利用纯粹的酵母种逐级扩大培养，直至酒母的酵母细胞数足够满足酒精发酵的需要。
近年来，由于制糖技术提高，糖蜜中可发酵性糖减少，非发酵性糖增加，灰分和胶体物质增加，过去适应于高纯度糖蜜发酵的酵母，现在对低纯度糖蜜或劣质糖蜜已不相适应，发酵率明显下降。目前国内不少糖蜜酒精工厂，在生产实践中选育和驯养适于低纯度糖蜜的，耐高浓度、耐高温或耐高酸的酵母菌种，以适应生产要求。
糖蜜酒精酵母应具备条件：
(1)耐渗透压性能强，选择吸收性能好，酵母细胞质膜具有强的半渗透性。在含高浓度灰分和胶体物质的糖液中生长速度快并有强大的增殖能力，抗渗透压强的特性，是区别糖蜜酒精酵母与淀粉质原料酒精酵母最明显的界限。
(2)具有强的酒化酶活性。发酵迅速且完全、发酵能力强、残糖少，酒精生产率高。
(3)耐酸能力较强，在酸度较高的糖液中增殖快。
(4)耐温度能力强。特别是南方夏天气温炎热，水温较高，选育耐高温酵母菌种，可保证夏天气温高时仍能继续正常发酵生产。
(5)抵抗代谢产物反馈抑制作用能力强，即耐酒精能力高。能在高浓度酒精的发酵醪中继续发酵。这样不仅能提高生产率，同时可提高设备利用率。
(6)抵抗重金民的毒害作用强。通过驯养的办法，可以逐步提高酵母抗毒能力。
(7)发酵时产生泡沫少，选育产泡沫少的菌种，可以进一步提高发酵设备有效装填系数和设备利用率。
(8)变异性小，生产稳定。
二、糖蜜酒精发酵的酵母菌种特性
我国常用于甘蔗糖蜜酒精发酵的酵母菌种为台湾酵母396号；As·2·1189与As·2·1190；甘化I号；川345及川102等，常用于甜菜糖蜜发酵的酵母菌种为Rassя字。
1．适于甘蔗糖蜜酒精发酵的酵母菌种
(1)台湾酵母396号(F—396)系酵母菌属，细胞呈球形、卵形或椭圆形，曲汁中呈球形，4.5—9.8微米，内容透明、空胞大，在糖蜜中多为椭圆形，孢子呈球形2.5—3.5微米，l—3个，孢子形成温度30℃，菌落淡黄色，中心部凹下，边缘呈放射状。
它的发育最适温度33℃，发育最适pH4.5—5，发酵最适温度33—35℃，发酵最适pH2—5，死灭温度60℃，对酒精的抵抗能力在10％约为48小时。
(2)高l—396 是F—396在高温条件于糖蜜醪中长期驯养所获得的变异株，高l—396的形态和培养条件与F—396相同，它的特性是能耐高温，在40℃发酵良好。
(3)As.2.1189和As.2.1190 As.2.1189又名古巴Ⅰ，As.2.1190又名古巴Ⅱ。这两株菌种为甘蔗糖蜜酒精发酵的优良菌种，它们的细胞呈圆形、椭圆形或腊肠形。As.2.1189菌落呈白色圆形，有光泽，中心部稍凸起，边缘皱折。As.2.1190细跑大小相差较悬殊，菌落边缘稍不整。
它们的最适发育温度25—28℃，最适发育pH4.9—5.0，最适发酵温度31—38℃，最适发酵pH3.0—5.0，耐酒精能力强，成熟醪最高含酒分达10—11%。在甘蔗糖蜜醪中发酵速度快，发酵周期约22—24小时，较台湾396发酵时间缩短4—6小时以上。
它们适于甘蔗糖蜜酒精发酵，适应性强，对营养分的要求不象台湾396，在营养条件较差的低纯度糖蜜培养液中，亦能保持正常活动，酵母细胞数和发酵速度不受影响。
它们适于低温发酵，当温度不高于40℃时，发酵率高达88—90％，较台湾396高，且稳定，成熟醪含酒分也较高。如温度升高超过40℃以上，则成熟醪残糖增高，酒分下降、发酵率明显下降。
As.2.1190适于甘蔗糖蜜原料酿制白酒或兰姆酒，稍有特殊芳香风味。
(4)甘化I号 该菌种是广东省江门甘蔗化工厂1968年从甘蔗糖蜜中分离选育出来，适于甘蔗糖蜜原料酒精发酵，它的细胞多呈圆形，部分呈卵圆形，在麦汁中培养细胞大小为5.5×5×6微米。最适发育温度为30—32℃，最适发育pH4.5—5.5。最适发酵温度为32—34℃，最适发酵pH4.5—5.5。对甘蔗糖蜜(特别是碳酸法甘蔗糖蜜)有较强的适应性，发酵力强且稳定，发酵过程增酸较低，但对高温发酵的适应性差。
(5)川345 该酵母菌种是1952年四川省糖酒工业研究所选育出来的，适于甘蔗糖蜜酒精的发酵，在发酵温度40℃时，发酵率仍很好，是目前内江糖厂酒精车间等常用的酵母菌种。1956—1957年曾在广东省揭阳糖厂酒精车间夏季生产采用，证明当发酵温度超过36℃以上时，发酵率仍相当稳定。
川345酵母的最适发育温度是28—30℃，最适发酵温度31—35℃，能耐高温，40℃时发酵尚好，耐酒精能力10—12%(容量），成熟醪含酒精较高。但耐酸能力较差，发酵率较川102酵母低杂醇油产量较多。
(6)川102 也是1952年四川省糖酒工业研究所选育出来的，适于甘蔗糖蜜酒精发酵，产生酒精能力特别高，杂醇油产量极少，也是目前四川省内江糖厂酒精车间等常用的酵母菌种。1956—1967年曾在广东揭阳糖厂酒精车间生产采用，证明川102酵母在甘蔗糖蜜酒精发酵温度不超过36℃情况下，发酵率较F—396及川345等酵母高。
川102酵母形态多呈圆形及卵圆形，增殖快，数量多，最适发育温度28——30℃，最适发酵温度31—34℃，最高不超过36℃，抗酒精能力强，能耐12——14％(容量)的酒精，耐酸能力强，发酵产酒精特别高，杂醇油产量极少。
2．适于甜菜糖蜜发酵的酵母菌种
Basseя字酵母 该菌种广泛应用于苏联、波兰等甜菜糖蜜酒精工厂。我国甜菜糖蜜酒精工厂也广泛采用。它属于葡萄酒酵母一类，具有下面发酵酵母的特征，按其沉淀特性属于尘状酵母。
它的最大特点是具有特别强的耐渗透压能力，在10％食盐中经33小时其原生质收缩90％，但经24小时便恢复正常状态，仅有个别细胞发生原生质收缩。因此，不仅适于甜菜糖蜜的酒精发酵，也适于甘蔗糖蜜的酒精发酵，不仅适于纯度较高的糖蜜发酵，也可适于低纯度糖蜜的酒精发酵，发酵率较高。
它能使葡萄糖、蔗糖、果糖及麦芽糖完全发酵，同时能发酵1/3棉子糖，即由其中分出果糖而剩下2/3的不发酵的蜜二糖。
Rasseя字酵母的最适发育温度23—25℃，发育最适pH4.0—4.5，最适发酵温度27—30℃，发酵最适pH2.0—5.O，耐酒精能力9.5—10％(即成熟醪含酒分9.5—10％)。在进行甜菜糖蜜酒精发酵过程中宜采用硫酸来酸化，在浓度20％用硫酸酸化至pH2的稀糖液中也可正常繁殖，当醋酸含量为0.3％时，繁殖便停止，如采用甲酸，则当其含量为0.11％时便停止繁殖。
三、酒母培养的工艺流程
酒母培养可分为两个阶段，即酵母纯粹扩大培养阶段和酒母培养阶段，酒母培养的工艺流程，各厂不一，通常有下列几种：
酒母培养工艺流程，各工厂不统一，但总的要求是培养出健壮，纯粹无杂菌，发酵力强的酵母种子。因此，酒母培养一定要控制好培养条件，使每级扩大培养的工艺条件逐步适应发酵的要求，尽可能采用同一类的糖蜜来制备稀糖液，以使酵母能适应大生产的条件。
四、酵母纯粹扩大培养工艺
1．原菌种斜面培养 培养基斜面用米曲汁琼脂或麦芽汁琼脂，接种后在25——30℃培养3—5天。
2．液体试管培养 培养基用麦芽汁或米曲汁，灭菌后，冷却至25—30℃，在无菌条件下挑取一白金耳菌体接入液体试管，摇匀后置25—30℃培养20小时。
3．三角瓶培养 培养基用1/3麦芽汁或米曲计与2/3糖蜜稀释且添加营养盐的稀糖液，稀糖液浓度为14—15Bx，酸度5—6°，糖分6.5—7.0％，塞好棉塞后用9.80665×10000帕斯卡蒸汽灭菌15分钟，冷却至25—30℃，无菌操作接种，摇匀后置25—30℃培养12—14小时便可移入卡氏罐。
三角瓶培养阶段采用两种混合培养基，一方面为了保证在纯培养阶段使酵母有较好的条件生长繁殖，得到健壮饱满的种子，另一方面使菌种能够逐步适应于大生产的条件。
4．卡氏罐培养：培养基全部用糖蜜稀释添加营养盐的稀糖液，稀糖液浓度为14—15Bx，酸度5—6°，糖分6.5—7.0％，用9.80665×10000帕斯卡蒸汽灭菌15分钟，冷却至25—30℃，无菌操作接种，摇匀后置25—30℃培养12—14小时。卡氏罐酵母种子醪成熟指标是：耗糖50％左右，酸度基本上不升高，酵母细胞数为1.5—2.0亿／毫升左右，出芽率20％，即培养成熟。
五、酒母扩大培养工艺
酒母培养的扩大级数，可根据各厂生产实际需要来决定。酒母的制备方法一般可分为间歇式、连续式和半连续式三种：
1．间歇式酒母培养 间歇培养酒母方法，是将每次培养的新酵母从卡氏罐接入小酒母罐，培养成熟后，再接入大酒母罐，大酒母培养成熟后，即可供接种发酵罐用。因为这种接种方法每次都需要重新培养新酵母种子，不但操作麻烦，而且不能使酵母得到生产条件的驯养，生产成绩往往不好。因此，很多工厂采用循环接种法，即将第一次接入的种子培养成熟后，接人大酒母或发酵罐一部分，另一部分留卞，再加入新鲜稀糖液进行培养，如此反复进行，用这种方法接种，可以连续几个月，甚至更长时间不需要更换酒母种子，但要求保证严格的无菌操作。在新建工厂
开工生产时，采用纯种培养扩大，在正常生产的时候，可取上次培养酒母15—25％作为酒母种，放入己杀菌好的酒母罐中，然后加入浓度12—14％，酸度6—7°的稀糖液，控制温度在28—29℃以下，继续培养至酒母发酵度为65％时，即通入无菌空气，通气量为每立方米稀糖液每小时2—3立方米，一直通到接近酒母成熟为止。
酒母由接种到成熟的时间一般为12—14小时，成熟的酵母醪中台酒精3——3.5％，发酵度达50％，酵母细胞数l—1．2亿／毫升，将其中取出15—25％作为酒母种，其余送入发酵罐中，如此反复循环。
2．连续式酒母培养 连续培养酒母方法是以保持酒母中酵母数量恒定为原则。在不断交换基质的酒母罐中连续添加糖液，在单位体积及单位时间内所生成的酵母数量，应该等于在同一时间内，自容器中取出同样体积液体时其中所含的酵母数量。当生成的酵母数量大于取出的酵母数量，则酵母将由容器中流走。因此，不保持这个原则，连续培养酒母便往往不能实观。
此外，应该维持酵母繁殖的最适条件，如糖液的浓度、酸度、通风量、发酵度等。
连续式酒母培养，是将三个酒母罐用排出管连接，把酒母稀糖液连续地流入罐的上部，酒母也连续地排入发酵罐中，不断地向酒母通气，每小时对1立方米酒母醪通入2—3立方米。
酒母罐的总体积应等于每天所得发酵罐体积的12—15%，制得的酒母数量应等于发酵醪体积的50%，此时1立方米的酒母罐有效容积的生产能力约为每天4立方米的酒母，可以在长时间内进行连续培养，每经过5—7天，把三个酒母罐中的一个空出来，以便洗涤及杀菌。
流加糖液的浓度为12—14%，温度为15—20℃，酸度为6—7°，培养温度应为27—28℃。排入发酵罐的酒母发酵度应保持在55—60%之间，酒精含量为3—3.5%(容量)，酵母细胞数1.5—1.8亿／毫升酒母。
3．半连续式酒母培养 酒母半连续养培在我国也有不少的糖蜜酒精工厂采用。酒母在第一、第二纯培罐中是采用间歇培养方式，进入中间酒母罐阶段便采用半连续培养方法，酒母用的稀糖液连续进入酒母罐内，而成熟的酒母醪则自酒母罐的底部定时送至主发酵罐，它的培养工艺如下：
(1)第一纯培罐培养 移种前用水冲洗然后通蒸汽100℃，空罐杀菌10分钟，再于纯培罐中配制18Bx的糖液，用蒸汽煮沸10分钟，冷却后加营养盐硫酸铵0.3%，粗磷酸0.1%，制成培养基，并调整酸度，PH3.8—4.2，按种卡式罐酵母，保持32—33℃，间歇通风，每小时通风10分钟，培养16—18小时。当锤度为原来的
50％左右，酵母数在1—1.2亿／毫升，繁殖旺盛便可移接于第二纯培罐。
(2)第二纯培罐培养 培养基的制备，培养方法及培养工艺同上，培养时间为12—16小时。移种条件也与上同，它的有效体积为第一纯培罐的4—5倍。
(3)中间酒母罐培养 接种前用水冲洗后通蒸汽至100℃，杀菌10分钟，冷却后加入酸化稀释糖液制成的培养液，糖分为11—12%，接入第二纯培罐的纯种，保持恒温为32—33℃，并微量通风，培养至酒母成熟，酒母成熟指标为糖分消耗1／2，酵母细胞数为1.0—1.2亿／毫升，每8小时向主发酵罐放成熟酵母醪一次，保留1／10成熟酒母，再连续接入培养液，并微量通风，8小时再向主发酵罐送成熟酒母醪，如此重复循环，每隔5—7天，将中间酒母罐醪液放尽，清洗杀菌，再行第二批酒母半连续培养，中间酒母罐有效体积为第二纯培罐的10倍。
六、影响酒母质量的主要因素
1．酒母醪中的糖浓度和纯度的影响 低纯度糖蜜由于焦糖、黑色素等胶体物质粘附在酵母细胞表面，会妨障酵母细胞质膜的半渗透选择性吸收，从而会抑制酵母的生长和繁殖。因此，低纯度糖蜜制备酒母醪，必须通过前处理来提高稀糖液的纯度，使酵母细胞质膜的半渗透吸收正常进行，摄取酒母醪中的C、N源和生长素，迅速合成细胞和酶系，获得健壮和酶活强的酵母，这对提高酒母质量具有明显的效果。
酵母长期用糖蜜所制备的酒母醪进行驯养，因而在大生产发酵阶段的适应性较强，发酵率可相应提高。
酵母的生长繁殖宜在低渗透压下进行，因此，酒母培养时一般要求在较低的糖度下进行，如果浓度过高，醪液粘度大，渗透压大，则不利于酵母细胞质膜的吸收，酵母不容易迅速吸收足够的营养分合成细胞和各种酶系。酒母醪浓度过高，粘度过大，对酵母生长与繁殖不利。因此，制备酒母醪较适宜的糖浓度应控制在12—14%。
2.酒母醪酸度的影响 酒母醪制备过程中，调整酒母醪的酸度，一方面是调整适应酵母生长繁殖的酸度，防止杂菌感染，另一方面可淘汰衰老的酵母。因为酵母在pH4.5最适宜繁殖，在pH3.8—4.5范围内也能较好繁殖。而酒精发酵过程中不希望有生酸细菌与酵母伴生，而生酸细菌最适pH为6.8—7.2。如果添加硫酸调整酒母醪的pH值为4.2—3.8时，则只有强壮酵母可以发育，衰老酵母便被淘汰，而细菌在此pH范围内则难于繁殖，因此酒母醪的酸度调整是否正确，不但能选育强壮酵母，提高酒母的质量，同时能防止杂菌的污染。尽管酵母最适繁殖pH4.5，但国内糖蜜酒精工厂酒母醪的酸度大多数为pH4.2—4.0，这样既利于选育健壮酵母，提高酒母质量，又能防止杂菌的污染。
3．酒母醪中营养分的影响 制备酒母的目的就是要获得大量健壮的和酶活力强的酵母。要想获得大量酵母的活细胞，就需要供给酵母以丰富的营养物质，酵母同化了这些营养物质，迅速合成细胞组成分和细胞内有用的酶系。
氮、磷、钾、镁、生长素以及能被酵母所同化的糖分，是合成酵母细胞和酶系所必需的组分。知道了成熟酒母中单位体积内酵母的细胞数，就可以计算必要的营养分。酒母醪的营养分是否适当，对酒母质量的影响甚大，酒母醪中有足够的营养分，则酵母健壮，酵母细胞较多，酶活性强，同时酵母对数生长期长。如果酒母醪的营养分不足，则酵母瘦弱，酶活性低，同时容易衰老，显微镜检查酵母细胞空胞大。
4．酒母通气与不通气培养的影响 酵母在有氧的条件下，则迅速摄取外界环境的营养分合成细胞和酶系，因此能迅速产生大量的菌体，而在无氧条件下酵母则主要进行发酵，生成酒精和二氧化碳。酒母培养的目的是获得大量强壮且酶系活性高的酵母细胞。因此适当地通气有利于酵母迅速达到繁殖曲线的对数生长期，同时采用通气培养酒母较不通气培样酒母的接种量可大大减少，目前国内有些酒精工厂采用小种量比接种，通气培养酒母，接种量可减少至0.3%，通气培养12小时，酵母便迅速繁殖到达对数生长期，酵母细胞数达1—1.2亿／毫升。酵母通气培养，实质上只能利用酒母醪中溶解氧，因此在通气时，应设法使通入的无菌空气尽量分散，以加强氧气的溶解，便于酵母细胞的利用。目前国内有些酒精工厂采用自吸式发酵罐来培养酒母，溶氧系数大大提高，接种量和培养时间可相应减少。
5．接种时期与接种量和接种温度的影响 为了保证各级酒母的质量，接种的时期应控制在酵母繁殖至对救生长期的末期，以保证种子酵母的健壮。酵母对数生长期末期的确定，可以根据酵母细胞数1—1.2亿／毫升，出芽率20%，死亡率1%以下，耗搪率45—50%，酸度不增高等指标来确定。
不通气培养的接种比(扩大比)通常为1∶8—10，通气培养的接种量为0.3—1%。如接种量少，则酵母繁殖时间延长，到达对数生长期的培养时问较长。如接入种子酵母健壮，则酒母殖快，如衰老的酵母种则迟缓期延长，对数生长期缩短，酵母细胞空胞大。
接种温度的高低对酒母质量也有较大的影响，接种温度高，则酵母繁殖快，但酵母容易衰老，长得不健壮，还容易感染杂菌。温度低则繁殖慢，繁殖时间长，因此酒母培养时间应相对延长。
6．培养温度与培养时间的影响 为了保证酵母生长繁殖的良好条件，酒母培养过程中，要正确掌握培养温度与培养时间。酒母培养的温度，一般应控制在30—32℃，这是酵母繁殖的适宜温度，有些酒精工厂为了抑制杂菌的繁殖，酒母培养采用较低培养温度25—28℃。温度控制是否适当，直接影响到酒母质量和种子成熟时间，温度过高，容易引起酵母细胞过早衰老，活力减退，并易引起杂菌污染，温度过低，则会使酵母繁殖缓慢。酵母的培养时间一般为15—20小时，发酵要求酒母在对数生长期的末期接种，以保证接入的种子均是健壮的酵母。但实际生产中常会遇到发酵基本糖被还未制备好，而需要延长酒母培养时间的情况，这时应采取降低培养温度，使酵母繁殖减慢；增加新鲜稀搪液，使酒母重新获得营养，让它继续生长，而不致过热。如果此时酒母已培养成熟，则放掉一部分到正常发酵的发酵罐，再补加一部分新鲜糖液，重新进行培养至酵母繁殖至对数生长期的末期才接种。
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