科普:酒精发酵中杂醇油的产生机理和预防建议措施

发酵法生产酒精时会产生一种多醇类的混合液——杂醇油。杂醇油,是酒精发酵过程中由蛋白质、氨基酸和糖类经过一系列的生化反应而生成的副产物。根据原料的不同,其比例占酒精产量的0.2%—0.7%不等。杂醇油是一种淡黄色至棕褐色的油状液体,有特殊的刺激性气味及毒性,其主要成分是异戊醇、异丁醇、乙醇、丙醇等低碳脂肪醇,还含有少量的脂类杂质。

酒精发酵过程中,原料中的蛋白质或酵母菌体蛋白质水解产生氨基酸,氨基酸在酵母分泌的脱羧酶和脱氨基酶的作用下生成醇,由于不同的氨基酸生成不同的醇,大约80%的杂醇油是在主发酵期间也就是酵母繁殖过程中合成细胞蛋白质时所形成,这种蛋白质分解生成杂醇油的机理被称为埃利希(Ehrilish)机理(也叫蛋白质降解代谢原理)。以下是一些氨基酸转化为相应杂醇油的化学反应式:


埃利希机理不是合成杂醇油的唯一途径,当发酵过程中的蛋白质分解不足时,酵母也将碳水化合物转变成各种醇,形成杂醇油,同时合成氨基酸供其生长繁殖,这种合成杂醇油的机理被称为合成代谢机理。糖代谢产生α-酮酸,经过脱羧作用抓变为比原α-酮酸少一个碳原子的醛,醛再经还原作用变为相应的高级一元醇。

除了上述由氨基酸脱氨进而形成高级醇的途径以外.还存在其它形成途径。例如丙酮酸与胱氨酸作用,生成丙氨酸和ɑ—酮基异己酸,后者再脱羧,生成异戊醛,异戊醛还原则可生成杂醇油的主要成分异戊醇。再如,丙酮酸和乙酰CoA相结合,碳链变长,在有蔗糖存在时,也会促进高级醇的生成。

业界普遍认为,杂醇油的生成与酵母的生命活动有关,与原料的品种和营养的组成,以及发酵工艺的控制也有关。

当用不同原料生产酒精时,发酵产物中杂醇油的生成量不同。从生产实践得知,凡是原料中蛋白质含量高,则发酵所生成的杂醇油就多,反之则低。如玉米中蛋白质含量比木薯多,发酵时玉米醪的杂醇油生成量就比木薯醪的杂醇油含重高。

发酵过程中通风供氧,增强了酵母有氧呼级;发酵温度适当偏高;添加糖化酶和蛋白酶量偏多,使原料中蛋白质分解加强, 均会导致杂醇油生成量增加。

氮因子可明显抑制杂醇油的形成,且底物原料的氮含量越低,添加外源性氮源对杂醇油降低越明显。另外,氮因子可刺激酵母的生长,加快发酵速度,缩短发酵周期,总酷量略有增加,且不影响乙醇的形成量。

在酒精发酵过程中酵母对杂醇油的产量具有至关重要的影响。主要表现在酵母菌种的不同生成杂醇油的差别很大,这种菌种的不同主要表现在假如某一菌种具有对某种高级醇有较高的醇脱氢酶活力,则此种高级醇产量亦较多。这些明确地表示了酵母醇脱氢酶活力与它们的杂醇油产食之间有着密切的关系。有人根据这种醇脱氢酶活力与杂醇油产至间的密切关系,应用统计分析方法求出了相关系数与回归常数。通过计算和实际实验验证了该回归线性方程式的正确性。

在酒精生产行业目前的形式下,受源头影响,生产原料的选择空间已经不大,原料的更换必然导致生产线的调整和设备资金的投入;而氮因子的大量添加和生产工艺的调整则增加了生产成本和生产风险,以上三种措施都会不同程度的影响到生产线的正常运行。相比之下,干酵母的选购和替换是最合理和最经济的做法。

安琪酵母最近新推出酒精专用酵母X系列,该系列产品采用安琪最新开发的酵母为出发菌种,根据发酵原料的不同,分别开发了专用于玉米、木薯、小麦及糖蜜发酵专用酵母,研究结果显示,该系列产品具有降低杂醇油含量、提高淀粉利用率、耐受苛刻发酵环境以及启动迅猛,后酵持久等优势。


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