全 文 ：文章编号:1002-8110(2003)01-0017-02
收稿日期:2002-10-17
不同菌种利用早籼米糖化液发酵生产乙醇的研究
朱浩里 ,王泽云 ,张　君 ,刘德华
(清华大学化学工程系 ,北京　100084)
摘　要:以早籼稻糖化液为原料 ,分别用酿酒酵母 、混合酵母和运动发酵单胞菌进行批式发酵生产乙醇。结果
表明 , 较适合的葡萄糖浓度为 22.1%。 酿酒酵母适合于糖化液过滤后 , 以糖化清液进行发酵 , 乙醇得率为
0.463g/g ,生产速率为 2.448g/ L·h;混合酵母适合于以糖化液直接进行发酵 , 乙醇得率为 0.473g/ g ,生产速率为
2.48g/ L·h;运动发酵单胞菌适合于以糖化液直接发酵 , 乙醇得率为0.484g/ g ,指数生长期生产速率为6.17g/ L·
h , 该菌种较适合于连续或菌体循环发酵工艺。
关键词:早籼米;乙醇;糖化液;菌种
中图分类号:TS262.2;TQ223.122　　　　文献标识码:A
0　引言
以酒精作为燃料代替汽油是近年来燃料工业发展的新
领域 ,也是利用可再生资源的重要部分。针对目前我国石油
资源相对短缺 ,城市大气污染严重 , 粮食供给相对过剩 ,陈粮
积压严重等问题 ,发展发酵法生成燃料酒精产业是解决这些
危机的有效途径之一[ 1] 。
目前国内外工业上大多采用玉米来发酵生产乙醇 ,而用
早籼米作为乙醇发酵原料研究报道较少。早籼米淀粉含量
远远高于玉米淀粉含量 ,且其产量较大 ,价格便宜 , 但食用性
差 ,因此研究利用早籼米来发酵生产乙醇具有重要的意
义[ 2] 。
一般而言 ,乙醇发酵多采用酵母菌[ 3 ～ 6] 。为了扩大乙醇
发酵菌种范围 ,本文以早籼米为原料 ,经过液化糖化后 ,分别
采用了酿酒酵母 、混合酵母和运动发酵单胞菌进行批式发酵
生产乙醇。比较了其乙醇发酵的结果 , 为充分利用早籼米资
源 ,筛选更加适合早籼米发酵生产乙醇的菌种 , 实现工业生
产提供了理论依据。
1　材料和方法
1.1　原料
早籼米:湖南金键米业股份有限公司提供
α-淀粉酶:酶活 6000 单位/g , 无锡酶制剂厂提供
糖化酶:酶活 50000 单位/g , 无锡酶制剂厂提供
1.2　菌种
酿酒酵母:Saccharomyces cerevisiae , 购自中科院微生物所 ,
简称S
混合酵母:United Saccharomyces cerevisiae ,购自中科院微生
物所 ,简称 US
运动发酵单胞菌:Zymomonas mobilis , 清华大学化工系生
化工程研究所保存 ,简称 Z
1.3　培养基
S 菌培养基
斜面培养基:麦芽汁 200mL;琼脂 6g;去离子水 100mL
种子培养基:KH2PO4 5g/ L;(NH4)2SO4 2g/ L;MgSO4 0.2g/
L;CaCl20.2g/ L;酵母浸出膏 2g/ L;葡萄糖 50g/ L。
发酵培养基:除了葡萄糖外其余组分浓度与种子培养基
相同。
US 菌培养基:同 S 菌培养基
Z 菌培养基[ 7] :
斜面培养基:蛋白胨 10g/ L;酵母浸出粉 10g/L;葡萄糖
20g/ L ,琼脂 15g/ L。自然 pH。
种子培养基:KH2PO41 ～ 3g/L;(NH4)2SO41 ～ 2g/L;Mg-
SO40.5 ～ 2g/ L;酵母浸粉 1.5 ～ 10g/L;葡萄糖 50g/ L。
发酵培养基:除了葡萄糖外其余组分浓度与种子培养基
相同。
(注:各培养基葡萄糖外其余组分用 OCM 表示 , 葡萄糖
用Glu 表示)
1.4　原料的处理[ 8]
用去离子水调早籼米米粉至浆浓度为 30%～ 40%,加入
0.01mol/g氯化钙 , 搅拌 , 调 pH 至 6 后加入液化酶 0.002g/g
米粉 , 在 88～ 92℃下液化 20min 后冷却至 60℃, 再加入糖化
酶 100单位/ g米粉 , 在60℃下搅拌至 DE>95后糖化结束 , 得
到早籼米糖化液 ,糖化液含葡萄糖为 22.1%。 糖化液经过滤
后得到糖化清液。糖化液和过滤后的糖化清液分别用 SL 和
PSL表示。
1.5　发酵过程
种子培养 24h 后 , 按 10%的接种量加入到 50mL 的发酵
液中 ,在 30℃, 100rpm下进行厌氧培养 ,每隔一定时间取样分
析葡萄糖和乙醇的含量。
1.6　分析方法
1.6.1　DE=被测液中还原糖含量被测液中干物质含量×100%
被测液中干物质含量由手持糖度计测量
1.6.2　葡萄糖和乙醇含量采用高效液相色谱法测定。色谱
条件为:柱型号 C18 250×4.6mm , 柱温 30℃, 柱压 9.0 ～
10.0MPa。流动相为重蒸水 , 流速 1mL/ min。样品稀释 100
倍 , 12000rpm 离心 ,取上清液测定。葡萄糖和乙醇的停留时
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酿　　酒
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Jan., 　2003
间分别为 2.76min 和 4.18min[ 9] 。
2　结果与讨论
2.1　不同发酵液组成对酿酒酵母发酵乙醇的影响
图 1　不同发酵液组成对酿酒酵母发酵乙醇的影响
图 1是不同发酵液组成对酿酒酵母发酵乙醇的影响 , 从
图中可以得出 ,发酵生成乙醇中发酵液的组成对乙醇发酵结
果有很大的影响 , 随着发酵时间的增长 , 不同发酵液的乙醇
浓度增加。在 10h 之前 , 乙醇浓度增加较慢 , 菌体处于生长
期;在 10h ～ 40h , 乙醇浓度增加较快;在 40h 之后 , 添加了
OCM 的糖化液 SL 和糖化清液 PSL 发酵的乙醇浓度不再增
加 ,而其余的发酵液乙醇浓度还继续增加 , 从图中还可得出
添加了OCM的 PSL发酵的乙醇浓度为最高。这是因为糖化
液经过滤后 ,除去了糖化液中的悬浮物 ,降低了粘度 , 这有利
于传质 , 加快了发酵速度 , 因此乙醇含量较高。 另外从图 1
还可以得出 ,分别用糖化液和糖化清液为发酵原料 , 乙醇浓
度要高于用葡萄糖为发酵原料的乙醇浓度 ,这是因为早籼米
经糖化后 , 除淀粉大部分水解成葡萄糖外 , 溶液中还含有少
量的氨基酸 、维生素及矿物质 , 这些物质有利于酿酒酵母的
发酵。因此 ,对酿酒酵母的乙醇发酵采用糖化清液为发酵原
料乙醇浓度较高。
2.2　不同发酵液组成对混合酵母发酵乙醇的影响
图 2　不同发酵液组成对混合酵母发酵乙醇的影响
图2 是不同发酵液组成对混合酵母发酵乙醇的影响结
果 ,从图 2 可以得出 ,乙醇的增长曲线与酿酒酵母的类似 , 加
入OCM的 PSL发酵乙醇的浓度为最高 , 但略高于加入 OCM
的 SL发酵乙醇的浓度 , 因此混合酵母更能适应高粘度的糖
化液发酵。与用葡萄糖为底物的乙醇发酵相比 , 其乙醇的浓
度较高 ,说明糖化液中少量的氨基酸 、维生素及矿物质也同
样有利于混合酵母发酵生成乙醇。因此 , 从降低成本的角度
出发 ,对于混合酵母的乙醇发酵 , 可采用糖化液来发酵乙醇。
2.3　不同发酵液组成对 Zymomonas mobilis发酵乙醇的影响
Zymomonas mobilis属于细菌 , 对发酵液中的营养物质的
要求更高 ,不同发酵液组成对 Zymomonas mobilis发酵乙醇的
影响如图 3 所示。由图 3 可知 , Zymomonas mobilis有较长的
延迟期 ,加入 OCM 的糖化液清液 PSL在 60h后乙醇才开始增
加 ,明显比 SL发酵乙醇慢约 20h , 但 PSL发酵乙醇增长的最
大速率较快 , 因此 PSL 更加适合 Zymomonas mobilis 的发酵。
由图 3还可得出 , 加入 OCM的发酵液都能发酵生成乙醇 , 而
没加OCM的 SL虽然能发酵生成乙醇 , 但生成速率非常慢 ,
没加OCM的 PSL由于发酵液中营养物的缺乏 , 没有乙醇生
成。可见在 Zymomonas mobilis 发酵生成乙醇中主要营养物
由OCM 提供 , 糖化液中的其它营养物则起到促进乙醇增长
的作用 ,用糖化液为原料比用葡萄糖为原料乙醇的生产速率
快一倍以上。比较不同发酵液的乙醇发酵结果 ,可知对 Zy-
momonas mobilis的乙醇发酵 ,采用 PSL发酵乙醇浓度最高。
图 3　不同发酵液组成对 Zymomonas mobilis发酵生成乙醇的影响
2.4　葡萄糖浓度对不同菌种乙醇发酵的影响
图 4　葡萄糖浓度对不同菌种乙醇发酵的影响
乙醇发酵中底物葡萄糖的浓度对速率影响很大 , 发酵初
期糖浓度过高对菌体的生长有抑制作用 , 在发酵后期由于乙
醇浓度过高又产生了乙醇抑制 ,在批式发酵中初糖浓度超过
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25%时这种现象尤为明显 ,所以以糖化液为原料发酵生成乙
醇需选择合适的糖浓度[ 10] 。由上面的实验结果可知三种不
同菌种的菌在加了 OCM的 PSL 中发酵乙醇的效果最好。 图
4 是以 PSL+OCM 为发酵液葡萄糖浓度对不同菌种乙醇发酵
的影响结果。由图可知 ,葡萄糖浓度对酿酒酵母和混合酵母
产乙醇的延迟期以及乙醇的生长速率都没有太大的影响 , 而
对 Zymomonas mobilis 发酵生成乙醇的延迟期影响较大 , 对
Zymomonas mobilis而言 , 含 11.0%初糖比 22.1%初糖的糖化
液发酵生成乙醇的延迟期缩短了 30h;但二者生成乙醇速率
差别不大。从三种菌的发酵结果来看 , 初糖浓度高发酵乙醇
的产量也较高 ,则因此用早籼米糖化液作为底物发酵生成乙
醇 ,合适的糖浓度是 22.1%。
2.5　不同菌种发酵生成乙醇的结果比较
图 5　不同菌种发酵生成乙醇结果的比较
图5 是不同菌种发酵生成乙醇的结果比较。由图可以
看出 Zymomonas mobilis发酵乙醇的延长期最长 , 但乙醇的生
长速率最快;而用酿酒酵母和混合酵母发酵乙醇延迟期较
短 ,但乙醇生长速率较慢。这主要是酿酒酵母和混合酵母的
代谢途径和 Zymomonas mobilis的代谢途径是不同的 , 酿酒酵
母和混合酵母发酵生成乙醇有 88%是通过 EMP 途径代谢 ,
有12%通过HMP途径代谢[ 3] ,而 Zymomonas mobilis 发酵生成
乙醇是通过 ED途径代谢[ 4] , 两种代谢途径的不同使乙醇的
生成过程也不同 ,进而其乙醇的生长速率不同 。
2.6　不同菌种发酵生成乙醇的主要参数比较
表 1　 不同菌种发酵乙醇主要参数比较
酿酒
酵母
混合
酵母 Z 细菌 对比1 对比2
最终乙醇浓度(g/L) 102.4 104.5 106.9 100.2 94.8
乙醇对糖得率(g/g) 0.463 0.473 0.484 0.451 0.427
乙醇生长延迟期(h) 7 7 61 0 0
发酵耗时(h) 42 42 78 60 55
乙醇平均生成速率(g/L/h) 2.44 2.48 1.37 1.67 1.72
乙醇生成期速率(g/L/h) 2.85 2.90 6.17 1.67 1.72
(注:对比 1是澳大利亚一酒精厂批式发酵生成乙醇的结果[ 5] ;对比 2是国内
以糖化液为原料批式发酵生产乙醇的结果[ 6])
表1 是不同菌种发酵乙醇主要参数的比较。由表中数
据可知 , 以 Zymomonas mobilis 发酵的乙醇对糖的得率为
0.484g/g , 远高于酿酒酵母和混合酵母发酵的乙醇对糖的得
率 ,这是由于 Zymomonas mobilis 与酵母的代谢途径不同 , 一
方面其生成的副产物较少 ,另一方面用于自身维持代谢的能
量也较少[ 6 , 7] 。对于乙醇的生产速率 , 按批式发酵整个过程
中的乙醇平均生长速率和对数生长期内乙醇生长速率分别
进行讨论。从表 1可以看出在糖化液批式发酵中 , 混合酵母
发酵乙醇平均生长速率为 2.48g/L/h , 酿酒酵母为 2.44g/L/
h , Z细菌为 1.37g/ L/ h , 可见在糖化液批式发酵生成乙醇中 ,
混合酵母的效果最好。但从乙醇生长期速率看 , Zymomonas
mobilis的乙醇生长速率为 6.17g/ L/ h , 远远超过酿酒酵母和混
合酵母。批式发酵乙醇生长速率和产乙醇阶段乙醇的生长
速率的差异主要是由于各个菌种在发酵过程中乙醇生长的
延迟期不同所致 ,酿酒酵母以及混合酵母的延迟期比较短为
7h ,而 Zymomonas mobilis的延迟期比较长为 61h ,所以在间歇
发酵中 ,延迟期短 , 那么乙醇平均生长速率就快;乙醇生长期
速率是菌种产乙醇能力的体现 , Z细菌发酵生成乙醇的能力
最强 ,是较适合半连续以及连续发酵生成乙醇的菌种。
由表1 还可以得出酿酒酵母和混合酵母以早籼米糖化
液为原料间歇发酵生成乙醇的生产水平高于文献报道的生
产水平。混合酵母在 42h 内发酵得到 104.5g/L的乙醇 ,大于
国外的 100.2g/L 和国内的 94.8g/L;乙醇对糖的得率为
0.473 ,也高于国外的 0.451 和国内的 0.427;乙醇的生长速率
为 2.48g/L/h ,分别是国外的1.48倍以及国内的 1.41倍。
3　结论
3.1　用早籼米糖化液作为底物发酵生成乙醇的最佳糖浓度
是 22.1%。
3.2　酿酒酵母在加了培养基的糖化液清液中生长及发酵速
率较快 ,间歇发酵指数生长期乙醇产率为 2.85g/ L/ h , 乙醇得
率为 0.463g/g 。糖浓度为 22.1%的糖化液发酵 42h , 最终乙
醇浓度达到 102.4g/ L。因此 , 酿酒酵母适合于糖化清液的发
酵。
3.3　混合酵母适合于以糖化液原料发酵乙醇 , 间歇发酵乙
醇产率为2.90g/L/h ,乙醇得率为 0.473g/g 。糖浓度为22.1%
的糖化液发酵 42h , 最终乙醇浓度达到 104.5g/ L。
3.4　Zymomonas mobilis 的乙醇发酵过程 , 其延迟期较长 , 但
指数期乙醇生产速率较高达到 6.11g/ L/ h , 所以 Zymomonas
mobilis较适合于工业化连续或菌体循环发酵工艺发酵乙醇。
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文章编号:1002-8110(2003)01-0020-03
酱香型白酒贮存期老熟问题探讨
蒋英丽 ,程　伟
(四川古蔺郎酒集团公司酒体设计室 ,四川 古蔺　646523)
摘　要:酱香型白酒在三年贮存过程中 , 贮存前期主要是酒体香气的改善 , 中期主要表现为酒体味感的改善 ,
后期主要表现为风格的改善。通过对酱香型酒不同贮存条件下贮存效果对比 ,天宝洞恒温贮存的酒体更加醇
厚细腻 、协调 、丰满是比自然贮存更为合适的贮存方法。
关键词:酱香;贮存;老熟;自然贮存;恒温贮存
中图分类号:TS262.2;TS261.4　　　　文献标识码:A
　　酱香型白酒是我国白酒中极其独特的酒种之一 , 它特殊
的工艺“四高一长”是其它名优白酒所没有的 ,由于酱香香味
物质种类数量非常多 ,除了低沸点的醛类 、酯类外 , 还有许多
高沸点的酸类物质 、芳香族和杂环类香味物质 , 所以其独特
的酿造工艺即高温制曲 、高温堆积糖化 、高温发酵 、高温馏酒
为生成酱香香味物质创造了必要的条件。而长期贮存则是
为了排杂增香 , 减小新酒的刺激 、糙辣 , 增加酒体的醇厚感 、
细腻感。我们认为酱香型酒贮存方式采用恒温贮存 , 贮存时
间三年以上比较恰当 ,这是我们几年来对酱香型酒在不同贮
收稿日期:2002-07-16
作者简介:蒋英丽(1968-), 女 , 四川省第五届白酒评委 , 郎
酒集团公司酒体设计室主任。
存时间 、不同的贮存环境条件下其质量变化规律和不同的老
熟效果进行研究得出的结果和总结的经验。 本文就酱香型
白酒在不同的贮存时间和条件下其熟化过程谈一点肤浅的
看法 ,以供参考。
1　影响酱香型白酒贮存期间老熟的因素
1.1　贮存时间
不同香型的酒有不同的贮存时间。贮存的目的是排除
酒中杂味 ,促使新酒熟化 , 提高酒质。但贮存时间长了 , 造成
资金积压和设备 、工用具浪费;贮存时间短了 , 酒体质量得不
到稳定和提高。所以要找出新酒合理的贮存时间 , 就必须了
解掌握贮存期间内酒体质量变化的规律 , 研究其新酒熟化速
度和时间变化的关系 , 从而找出控制产品质量的因素 , 提高
酒体质量。
[ 6] 胡象尧 ,浓之申 ,曾昭政 ,谢林.酒精生产技术的回顾和探讨(内
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Fermentation of ethanol using sacchariificaion solution of early-rice by different microbes
ZHU Hao-li ,WANG Ze-yun ,ZHANG Jun ,LIU De-hua
(Department of Chemical Engineering , Tsinghua University , Beijing , 100084, China)
ABSTRACT:Fermentation of ethanol using saccharificaion solution of rice by Saccharomyces cerevisiae , United Saccharomyces cerevisiae and
Zymomonas mobilis was studied respectively;the optimal concentration of glucose is 22.1%.Saccharomyces cerevisiae was suitable to produce
enthanol with filtrate of saccharification solution.The yield and productivity of ethanol were reached 0.463g/ g and 2.448g/ L·h , respectively.
But , United Saccharomyces cerevisiae was appropriate to produce enthanol with saccharification solution directly.The yield and productivity of
enthanol can be arrived at 0.473g/ g and 2.59g/L·h , respectively.As for Zymomonas mobilis , it was also suitable to use saccharification solu-
tion directly to produce enthanol.The highest yield and productivity of enthanol were 0.484g/ g and 6.17g/ L·h , The results also indicated fur-
ther that Zymomonas mobilis is suitable for production of enthanol by continuous or cell-recycled fermentation.
KEY WORDS:Early-rice-flour;ethanol;saccharificaion;microbes
第 30卷　第 1期
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