化学与酒.doc

化学与酒自动化4班 学号：20131870 姓名：李毅摘要 本文主要对白酒的酿造过程中的化学原理进行了探索，分别从酿酒的原辅料和 填充料、白酒的主要成分及生成反应、其他成分及来源四个方面对酿酒的过程进行阐述，描述应当合理饮酒，酗酒的害处，后对“酒是陈的香”这一现象进行了思考。 中国是卓立世界的文明古国，是酒的故乡。中华民族五千年历史长河中，酒和酒类文化一直占据着重要地位。酒是一种特殊的食品，是属于物质的，但又同时融于人们的精神生活之中。酒文化作为一种特殊的文化形式，在传统的中国文化中有其独特的地位。在几千年的文明史中，酒几乎渗透到社会生活中的各个领域。首先，中国是一个以农立国的国家，因此一切政治、经济活动都以农业发展为立足点。而中国的酒，绝大多数是以粮食酿造的，酒紧紧依附于农业，成为农业经济的一部分。酿酒技术是我国古代化学成就之一,我国早在公元前二千二百年就能造酒，人类饮酒的历史也随着酒的产生一直延续到现在。酒，和柴米油盐相比，当然不是人们生活的必需品。但是，自古以来，酒就一直浸润 着整个华夏民族。上至天子，下至庶民，不论你会不会饮酒，都与酒有着或多或少的联系。 逢年过节，男婚女嫁，庆生祭死，宴亲飨客，洗尘饯别，贺喜浇愁，祛病延年，等等，一 概都离不开酒。那么在人类社会的发展中起到如此重要作用的酒，究竟有着怎样的历史呢？ 关于酒的起源，历来都是众说纷纭。粤西偶记云：平乐等山府中，猿猴极多，善采 百花酿酒。樵子入山得其巢穴，其酒多至数石。饮之香美异常，曰猿酒。“由此可推知，在 人尚为猿的时候，就已经和酒发生了微妙的关系。而被大众所认可的酒的发明是在夏朝初 期。说文中记载：“古者，仪狄作酒醪，禹尝而美，随疏仪狄。杜康作秫酒。”可见，在 朝代那遥远的尽头，中国就已经出现了酿酒的工艺。 我国有悠久的酿酒历史，在长期的发展过程中，酿造出许多被誉为“神品”或“琼浆”的美 酒。著名唐代(618-907)诗人李白、白居易、杜甫等都有脍炙人口关于酒的诗篇流传至今。 据历史记载，中国人在商朝时代(约 3,700 年前)已有饮酒的习惯，并以酒来祭神。经过千百 年的沉淀，饮酒，已俨然成为一种文化，随着历史的发展传承至今。那么脍炙人口的白酒到底是如何酿造而成成的呢?我们将从化学角度就这个问题展开 讨论。白酒是用酒曲酿制而成的，为中华民族的特产饮料，又为世界上独一无二的蒸馏酒，通称烈性酒。白酒是我国世代相传的酒精饮料，通过跟踪研究和总结工作，对传统工艺进行了改进，从作坊式操作到工业化生产，从肩挑背扛到半机械作业，从口授心传、灵活掌握到有文字资料传授，这些都使白酒工业不断得到发展与创新，提高了生产技术水平和产品质量。那么脍炙人口的白酒到底是如何酿造而成成的呢?我们将从化学角度就这个问题展开讨论。一、酿酒的原辅料和填充料 1.原料中的主要化学组成 （1）碳水化合物 原料中的碳水化合物一般是指淀粉、纤维素、半纤维素和一些低 相对分子质量的单糖、双糖。淀粉经微生物酶水解成为葡萄糖和其他的单糖以及其他的单 糖以及双糖等低分子糖类。半纤维素在发酵过程中有部分水解，生成六碳糖和五碳糖。然 而纤维素在发酵过程中并不被分解。 （2）蛋白质 原料中的蛋白质，经微生物蛋白酶分解为氨基酸和小分子含氮物。不 仅如此，有一部分氨基酸经微生物代谢，会生成高级醇、脂类以及其他的一些香味物质。 （3）脂肪 原料中一般只含有少量脂肪类化合物，在发酵过程中几乎都能被微生物 利用。如果原料的脂肪含量过高，就会生成较多的高级脂肪酸类。不仅如此，过量的脂肪 会导致发酵过程中生酸快，升酸幅度大，影响发酵的正常进行。 （4）灰分 原料中含有磷、硫、镁、钾、钙等离子。 （5）单宁 丹宁一般为没食类丹宁和儿茶类单宁，它在酿酒过程中会生成丁香酸、 丁香醛。高亮中含单宁较多。 （6）果胶 薯类等原料中的果胶含量较高，而粮谷类原料中的果胶含量较低。果胶 在原料蒸煮和发酵过程中会生成甲醇，而甲醇是对人体有害的。2.谷类原料 白酒生产传统上多用谷类植物的子实作原料。固态法大曲酒都以高粱为 原料；普通低档白酒，有的以薯类块根或块茎为原料，也有的以甘蔗糖蜜或者甜菜糖蜜为原料。 （1）高粱 酿酒用的是高粱子实。按品质可分为粳高龄和糯高粱。糯高粱，其淀粉 几乎全是直链淀粉，具有吸水性强，容易糊化的特点，因此出酒率高。 （2）玉米 酿酒用的是玉米子实。按颜色分，玉米有黄玉米和百玉米两种，前者的 蛋粉高于后者。玉米子实含脂肪较高尤其是胚芽部分。玉米子实还含有较多的植酸，在发 酵过程中，植酸被分解为环己六醇和磷酸前者使酒呈醇甜味，后者能促进甘油的生成。 （3）大米 按大米的淀粉性质可分为粳米和糯米两种。以糯米为原料酿制的白酒， 质量比粳米酿制的白酒好。 （4）小麦 小麦的子实是固态法大曲酒用于制曲的主要原料。小麦子实除淀粉外， 还含有少量的蔗糖、葡萄糖、果糖等。 （5）豆类 白酒制曲如果不以小麦为原料，而改用大麦、荞麦时，一般都需要添加 20%到 40%的豆类。常用的是豌豆，以补充蛋白质数量的不足并增加曲块的粘结性。3.薯类原料 （1）甘薯 酿酒用的是甘薯块根甘薯的淀粉含量大，与高粱、玉米或小麦、大米相 比较，其蛋白质和脂肪的含量较低，因此用来酿酒，出酒率比其他原料高。 但是，甘薯块根中含有较多的果胶，在蒸煮糊化的过程中产生出多量的对人体健康有 害的甲醛。另外，甘薯块根中的甘薯树脂对发酵有一定的抑制作用。突出的缺点是，鲜 甘薯不易保存，极易受到病菌侵害，产生出对发酵有极强抑制力的番薯酮，并且使白酒具 有明显苦味。 （2）木薯 木薯的块根富含淀粉，可做酿酒原料。但是，木薯的果胶含量甚至超过 甘薯，而且还含有极少量的极毒物质氰基苷。 4.糖质原料 （1）甘蔗糖蜜 甘蔗糖蜜是以甘蔗为制糖原料的废蜜。而由于产区的土质、气候、 原料品种、收获季节和制糖方法、工艺条件的不同，糖蜜中的化学成分相差比较大。 （2）甜菜糖蜜 甜菜糖蜜是以甜菜为制糖原料的废蜜。甜菜糖蜜的组成成分在数量 上与甘薯糖蜜相差较大。 5.辅助原料及填充料 常用的辅助原料有麸皮、高粱糠，常用的填充料有稻壳、酒糟和玉米芯等。 6水二、白酒中的主要化学成分及生成反应 酿酒过程中的主要的化学变化是糖酵解的过程，即酵母菌将葡萄糖分解成为丙酮酸 的过程，它可以分为十个步骤，催化糖酵解的酶、金属离子（辅助因子）均存在于酵母菌 细胞中。糖酵解的简单过程如下： （1）糖原或淀粉的磷酸化： （2） （3） （4） (5) (6) （7） （8） （9） （10） 在生成丙酮酸之后，在无氧条件下，丙酮酸在丙酮酸脱羧酶、辅酶焦磷酸硫胺素（TPP） 以及 Mg 作用下转为乙醛，乙醛在乙醇脱氢酶作用下，生成酒精： 最终酒精构成了白酒中的主要成分三、白酒中的其他成分及来源 白酒的主要成分是乙醇和水（占总量的9899），而溶于其中的酸、酯、醇、醛等 种类众多的微量有机化合物（占总量的12）作为白酒的呈香呈味 物质，却决定着白 酒的风格（又称典型性，指酒的香气与口味协调平衡，具有独特的香味）和质量。影响酒的香型和化学组分的主要因素有：原料，制曲工艺，发酵 酿酒工艺，操作，窖池结构，生产环境等。此外，还与贮存时间，贮存容器有关。酒基中的主要成分及部分成分的生成途径1、醇类 乙醇（含量约14000mgL)：酒精香味，稀释带甜，有温和的烧灼感。 甲醇CH3OH（含量约100mgL）：有温和的酒精气味，具有烧灼感。甲醇对人体有很 大的毒害作用，特别是对人的视神经危害甚。其主要生成途径是在蒸煮过程中，果胶质 因高温而分解为甲醇；另外，果胶在发酵过程中经微生物果胶酯酶作用也可生成甲醇。 正丙醇CH3CH2CH2OH（含量50800mgL）：似醚臭，有苦味。 正戊醇CH3(CH2)3CH2OH（含量约80mgL）：微具刺激臭，似酒精气味。 异丁醇(CH3)2CHCH2OH（含量约75mgL）：有微弱戊醇气味，具苦短味感。2、有机酸类 乳酸CH3CH(OH)COOH（含量100mgL)：有特殊臭及辛辣味。乙醛CH3CHO（含量2.5-50mgL）：微有醛臭，似果香，味带甜涩。乙醇被氧化就生 成乙醛；另外，在乙醇生物合成途径中的中间代谢产物丙酮酸经脱羧也生成乙醛。 糠醛 （含量5.8mgL）：似杏仁味，有焦臭，带苦涩味。辅料中的五碳糖在 高温蒸煮，和微生物作用时转变为糠醛。 四、酒的香型及其代表成分 酒的香型分为5种：酱香型，浓香型，清香型，米香型和其他香型。1、酱香型：酱香型白酒因有一种类似豆类发酵时的酱香味而故名。从成分上分析， 酱香酒的各种芳香物质含量都较高，而且种类多，香味丰富。这种香味又分为前香和后 香。 所谓前香，是指启瓶时首先闻到的优雅而细腻的芬芳。前香主要是由低沸点的醇，酯，醛 类组成，起呈香作用；所谓后香，是指细闻时闻到的酱香，且夹带着烘炒的甜香，饮后空 杯仍有一股香兰素和玫瑰花的优雅芳香，而且57天内不会消失。后香主要由高沸点的酸 性物质组成。根据国内研究资料，酱香型白酒的香气中 含有100多种化学成分。茅台酒和四川的郎酒便属于酱香型白酒。2、浓香型：浓香型白酒以泸州老窖酒为代表。它的特点是窖香浓郁，绵甜爽净， 香 味浓郁。它的主体香源成分是己酸乙酯和丁酸乙酯。另外还含有丙三醇使酒绵甜甘冽，以 及以乙酸为主的有机酸协调口味。此外还有醛类和高级醇，其中乙缩醛含 量较高，是构成 喷香的主要成分。除泸州老窖外，五粮液，古井贡酒，剑南春，洋河大曲等名酒也属于浓 香型。3、清香型：清香型白酒芬芳的清香纯正，甘润爽口，诸味协调，以山西杏花村的汾 酒为代表。它的主要香味成分是乙酸乙酯和乳酸乙酯。但是从含酯量看，它比浓香型和酱 香型都要低，而且突出了乙酸乙酯。4、米香型：以桂林三花酒为代表，特点是蜜香清雅，入口柔绵，落口爽净。它的主 体成分是苯乙醇和乳酸乙酯。5、其它香型酒：包含前4个香型以外的各种酒。6、关于香型：白酒的香型划分是相对的，不是绝对的。凡酒虽属于同一香型，仍有 自己的“小自由”。如此便构成了我们现在丰富的酒世界。五、合理饮酒，拒绝酗酒各类酒对身体都有一定的刺激作用,长期饮酒或饮酒过量,会对人体产生麻醉和刺激作用造成酒精中毒。酒精中毒除乙醇自身毒性外，主要是在代谢过程中生成的乙醛和自由基、OH以及氢离子浓度的改变都能对身体造成影响。1.乙醛的影响乙醛的化学性质比乙醇活泼，它能与细胞内外各种蛋白质结合，形成乙醛-蛋白质产物，破坏蛋白质的结构和性质，使某些酶降低活性或失去活性；还可导致某些组织失去作用而死亡。长期大量饮酒蓄积的毒物与饮酒量成正比。乙醛对人体肝脏和胰脏功能的影响最为严重。2.活性氧的毒害活性氧（ROS）是氧分子在还原过程中形成的化学性质非常活泼的物质，如超氧离子O2-、过氧化氢H2O2、羟基自由基OH等。ROS在体内存留时间虽短，但具有强烈的氧化作用，对机体组织的毒害很大。超氧化物歧化酶（SOD）是一类存在于机体内的含不同金属离子的氧化还原酶，主要是清除体内具有毒性的自由基，阻断ROS所引发的一系列自由基反应加剧，保护细胞免受其氧化毒害。正常情况下，体内自由基的产生与清除之间保持一种平衡。但长期大量饮酒可导致自由基生成增多，使具有清除作用的SOD活性下降。实验表明，给家兔长期大量灌酒后，过氧化脂质（LPO）显著升高，说明自由基对脂质的过氧化作用非常强烈。由于ROS非常活泼，可与细胞膜的磷脂发生一系列连锁反应，不但使膜分子受到氧化性损伤，而且改变或破坏膜结构和膜功能，如ROS使溶酶体膜损伤，可发生酶溢出。所以饮酒引发急性胰腺炎的诊断指标之一就是血中淀粉酶升高。3.质子积累的后果在醇脱氢酶系统中，随着乙醇的氧化，NADH、H+浓度增加，使糖代谢中间产物丙酮酸还原为乳酸：CH3COCOOH+NAD+H+CH3CHOHCOOH+NAD+质子浓度越高，导致血液中乳酸/丙酮酸比例增加。血中乳酸浓度升高会导致高乳酸血症，而血中丙酮酸浓度的降低，使葡萄糖分解加速引发低血糖。在肝脏内，因H+浓度升高，容易使脂肪酸根质子化，游离的脂肪酸浓度增高，促使脂肪合成增加。生成的甘油三酯在肝内蓄积，一方面使血内脂肪含量增高，导致高脂血症；另一方面肝中脂肪合成过多，超过转运能力导致脂肪肝。过度饮酒还可以引起神经疾病。进入身体内的酒精10min之后即进入大脑，大脑里和血液中酒精浓度之比为11.18，酒精可与卵磷脂结合，沉着于组织中长达0.5-1个月，而脑组织中卵磷脂极为丰富，因此，酒精对于中枢神经系统可产生持久的毒性作用。酒精及其代谢产物对神经系统具有直接和间接损害。大量长期饮酒不仅造成急性酒精中毒，同时也导致多种营养因子的缺乏，以及乙醇及其代谢产物对神经系统具有直接和间接毒性，从而引发各种神经系统疾病。长期此外，过量饮酒是导致骨质疏松症的原因之一。乙醇进入人体后,可以和其他无机物或有机物发生化学反应,产生一些新的物质,这些新物质会导致骨质疏松症,其发生机制是乙醇具有抑制成骨细胞功能的不良作用,抑制骨生长因子。长期过量饮酒血液中会保持一定浓度的乙醇,对骨髓的生长、发育产生影响,加快钙的丢失。综上所述,少量饮用有益身体健康;大量饮酒会对人体器官、神经、精神和心理等造成严重损害。我们每一个人都应该认清酗酒带来的危害,警戒自己和他人不要饮酒过度！六、关于“酒是陈的香