酒精发酵
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酒精发酵是指微生物通过发酵过程产出酒精的化学过程。酵母以及其它微生物经过发酵作用,反应物中的糖,如葡萄糖、果糖和蔗糖转化成能量、乙醇和二氧化碳,但根据反应物的不同,微生物发酵的具体过程各异。由于该过程大多在缺氧条件下完成,酒精发酵一般被认为是厌氧过程。酒精发酵被广泛地应用于酒精饮料、燃料、食品加工等方面。在利用石油气成分合成酒精之前,发酵是唯一的大规模工业生产酒精的方法,到现在仍然占有重要地位。
化学反应
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糖酵解途径又称EMP(Embden-Meyerhof Parnas)途径, [1] 过一系列步骤,降解成三碳化合物(即丙酮酸,2 CH3COCOOH)。在无氧状态下,丙酮酸可转化为乳酸或者乙醇。
酒精发酵的总体化学式为:
- C6H12O6 + Zymase (酶) → 2 C2H5OH + 2 CO2
第一阶段的二磷酸腺苷(ADP)转化成三磷酸腺苷(ATP)、2分子的NAD+与NADH产生变换。谷氨酸代谢途径,它们能催化NADH和ATP,ADP与Pi结合形成ATP,此即葡萄糖的磷酸化过程,磷酸果糖激酶是EMP途径的关键酶。
- C6H12O6 + 2 ADP + 2 H3PO4 + 2 NAD+ → 2 CH3COCOOH + 2 ATP + 2 NADH + 2 H2O + 2 H+
- CH3COCOOH → CH3CHO + CO2
第三阶段使用还原剂 NADH。经由巯基酶催化,可被碘乙酸 (ICH2COOH)不可逆地抑制。NAD+还原成 NADH。
- CH3CHO + NADH + H+ → C2H5OH + NAD+
图片
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葡萄酒的酿制过程。
应用
面包烘烤
酒精发酵导致面包面团发起。酵母微生物食用在生面团中的糖,并产生乙醇和二氧化碳作为废弃产物。二氧化碳在生面团中形成气泡,泡沫扩大将面团发起来。面包中的几乎所有乙醇都在进行烘烤生面团时蒸发。
酒精饮料
所有酒精饮料含有的乙醇是通过酵母发酵生产(包括二氧化碳浸渍法)。
- 葡萄酒是用葡萄中的天然糖分发酵;苹果酒是用苹果中的天然糖分发酵
- 蜂蜜酒是用蜂蜜中的天然糖分发酵
- 啤酒,威士忌(whiskey),伏特加(vodka)是谷物中的淀粉被淀粉酶转化为糖,然后用糖发酵
- 米酒(包括日本清酒)是谷物中的淀粉被米曲菌转化为糖,然后用糖发酵
- 兰姆酒是用甘蔗中的天然糖分发酵
乙醇必须在容器中发酵。该容器应允许二氧化碳逸出,但阻止外部空气进入,因为暴露于氧气会阻止乙醇的生成,并增加细菌和霉菌繁殖风险,而二氧化碳的积累会造成容器破裂。
发酵的副产品
酒精发酵产生的未收获的副产品,如热量,二氧化碳,牲畜饲料,和水。[2]
在酒精发酵中使用的微生物
- 酵母 (Yeast)
- Zymomonas mobilis
- schizosaccharomyces
参看
参考文献
- ^ Stryer, Lubert. Biochemistry. W. H. Freeman and Company. 1975. ISBN 0-7167-0174-X.
- ^ Lynn Ellen Doxon. The Alcohol Fuel Handbook. InfinityPublishing.com. 2001. ISBN 0-7414-0646-2.
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