酒精生产中常见的杂菌种类及其特性

1、酒 精 生 产 中 杂 菌 的 分 析一、酒精生产中常见的杂菌种类及其特性1、杂菌定义酒精发酵不是纯培养发酵，属于开放式发酵。因此，发酵醪中除酵母菌外，还存 在相当数量的其他微生，它们会对酒精发酵产生不良的影响， 这些其他微生物通称为杂 菌。2、杂菌种类常见的杂菌主要有两大类：细菌、野生酵母。1 细菌这类杂菌对酒精发酵危害最大是杂菌中的“主要矛盾”。革兰氏阳性细菌：乳酸杆菌、小球菌、葡萄球菌、明串珠菌、丁酸菌、枯草杆菌。 革兰氏阴性细菌：醋酸杆菌、大肠杆菌。2 野生酵母一一假丝酵母、嗜杀酵母。3、杂菌的形态与特性1 乳酸杆菌：形状为棒杆状、单生或呈短链状、不运动、不产抱子、厌气性、 部分微需氧

2、或耐氧、最适温度 35 50 C,耐酸，最终产物主要是乳酸。2 小球菌：形状为卵球状，大部分互相连接成串球状或链球状、不运动不、 产抱子、厌气性、部分耐氧、最适温度 3045 °C、耐酸，终产物主要是乳酸、能产生不 愉快的味道，具有与酵母粘连成团的性能。3 明串珠菌：形状为园柱状或球状、成对、成短或长链、微好氧或兼性厌氧、 最适温度30 45C，终产物为葡聚糖，具有与酵母粘连成团的性能。4 丁酸菌：形状为杆状、能运动和产生抱子、专性厌氧、最适温度3040 C， 不耐酸，pH4.5以下停止繁殖、终产物为丁酸和少量醋酸、乳酸、丁醇。5 枯草杆菌：形状椭圆、圆柱状、好氧、最适温度35 50

3、C、终产物为淀粉酶和蛋白酶。6 醋酸杆菌：形状椭园或杆状、单生、成对或成链、有鞭毛、好氧菌、最适 温度3045C、能耐10 13%V/V的酒精度，能将乙醇转化为乙酸。7 大肠杆菌：杆状、细胞短而直、无芽抱、以周毛运动兼性厌氧、最适温度3035C耐低pH，终产物为多种有机酸：包括乙酸、乳酸等。8 假丝酵母：细胞为圆形、卵形或长形、无性繁殖为多边芽殖、形成假菌丝、 也有真菌丝、无抱子、好氧、最适温度 30 40C,有产生酒精的能力，但主要是产菌 丝体蛋白质和其他付产物。9 嗜杀酵母：嗜杀酵母能杀死同族及亲缘酵母、而不被同族酵母杀死、主要 是分泌嗜杀毒素、杀死酵母、形状与其他酵母无区别，其生活特性也

4、相似，终产物是能致 蛋白质变性的毒素。二、杂菌的来源1、原料污染淀粉质原料：木薯（鲜、干）、玉米、红薯等带来大量杂菌，而部分生产厂家又 采用低温液化工艺，蒸煮不彻底（夹生），淀粉糊保护了部分耐温杂菌。影响工段：预糊化工段、糖化工段、发酵工段。废糖蜜原料：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、甜高粱糖浆由于贮存和运输与输送等环节造 成污染。影响工段；配料工段、发酵工段。2、辅料污染淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、尿素或硫酸铵等。淀粉酶、糖化酶、蛋白酶在生产过程中都是采取常温生产，杂菌感染又无法 消毒，带来大量的杂菌，尿素或硫酸铵主要在使用过程中感染杂菌。影响工段：液化糖化工段、发酵工段。3、水源大多酒精厂水源不干净，又不

5、进行消毒处理，带来大量杂菌。影响工序：配料工段、液化糖化工段、发酵工段、蒸馏工段、水冷却工段等。4、空气空气中存在大量的微生物，每立方米大约有五千至十万个微生物， 是微生物的混 合体。酒精生产酵母繁殖阶段，需进行通风培养，如无进行空气过滤将会带来大量的杂 菌。影响工段：发酵工段。5、生产过程中进入或增殖在生产过程中，如不注意控制生产工艺或设备条件不好，将会使外源杂菌进入或 系统中存在的杂菌迅速繁殖造成严重后果。影响工段：配料工段、液化糖化工段、发酵工段等。6设备及管道设备或管道设计、安装不合理、设备和管道不定期灭菌、设备或管道损坏不及时 维修会带来杂菌。影响工段：配料工段、液化糖化工段、发酵工

6、段等。7、清液回配有部分工厂采用废醪液澄清后回配发酵。 虽然回配清液温度较高：70 90 C,但 有些耐温杂菌还生存，清液贮罐和管道又不定期杀菌，将带来杂菌。三、杂菌感染的危害性1、竞争性争夺营养源，使糖酒转化率下降。乳酸菌和酵母菌对营养的需求是非常相似的，它们的存在将互相争夺发酵醪中有 限数量的必需营养物和生长因子，如糖源、氮源、磷源等，特别是消耗了大量的糖源， 使产率降低。研究证明，醪液挥发酸升高1度，相当于损失发酵性糖0.50.6%，生产一吨酒 精产量下降20-23 升。2、竞争性地争夺生存环境，抑制酵母的生长繁殖。醋酸菌是需氧菌，在酒精发酵初期，酵母的生长和增殖绝对需氧，而醋酸菌生长

7、繁殖也需要氧，并分泌醋酸和其他副产物，使 pH下降，挥发酸升高，造成酵母的生产 环境变得恶劣。而乳酸菌一般被认为是耐氧的厌氧微生物，它虽然在完全缺氧时生长速度比 有氧情况下慢，但它们能存活和生长。所以在厌氧环境下，酵母和乳酸菌是相互 竞争生存的，酵母合成乙醇，抑制乳酸菌生存，而乳酸菌则生成乳酸，使pH降低，挥发酸升高，反过来抑制酵母的生存，它们互们排斥，创造有利于自己的生 存环境。另外，由于酵母和细菌的繁殖方式不同，即酵母为发芽繁殖，增殖一代需2-3h，细菌为分裂繁殖，增殖一代只需12-30mi n。因此，在相当条件下，酵母竞争生长明 显处于劣势。3、杂菌会分泌多种有害物质，毒素抑制或杀死酵母

8、。细菌的产物有机酸、醋酸、乳酸、丁酸等，对酵母有较强的抑制作用。发酵醪中 醋酸浓度达0.01%时，酵母的生命活动受到影响0.2%时，贝U全部被抑制。乳酸的抑制浓 度为1 4%。而且醋酸和乳酸可协同作用抑制酵母的生长，这种协同作用所需的抑制浓度更低。丁酸的抑制浓度更明显，0.0005%的 丁酸就会抑制酵母的增殖。 嗜杀酵母能向体外分泌嗜杀毒素，致死蛋白或嗜杂因子，能杀死工业上常用的敏 感酵母。另外，研究表明，乳酸和醋酸的产生，达到一定浓度后，将对淀粉酶和糖化酶的 活性起到抑制作用，造成残总糖升咼引起间接损失。细菌感染后其副产物还会使 酒精产品产生令人不愉快的气味。4、杂菌的感染会消耗乙醇，导致酒

9、精生产量的实际损失。醋酸菌代谢的碳源和能量主要来自于乙醇，随着醋酸菌代谢产物醋酸的不断积累乙醇会大量地消耗造成损失。四、酒精生产中杂菌感染的异常现象原因分析及检查方法1、淀粉质原料：配料罐（预热罐）、杂菌感染。1 现象：淀粉乳pH下降、挥发酸较高。2 原因分析：淀粉乳配料罐连续长时间运行不清洗，加上预热温度较低50-70r，淀粉乳糊化时又对微生物起保护作用，耐高温的细菌还在继续繁殖， 分泌有机酸，使发酵醪挥发酸升高，pH下降。3 检查方法：镜检、检测淀粉乳的挥发酸和 pH。2、糖化醪杂菌感染。1 现象：镜检有杂菌，挥发酸升高。2 原因分析：糖化酶带来杂菌、间歇糖化时、糖化罐清洗消毒不够彻底，连

10、续糖化时，设备运转时间过长不清理、糖化温度太低。3 检查方法镜检检测糖化醪的挥发酸。3、酒母或1#发酵罐杂菌感染。1 现象：酵母数少、酵母变形结团、镜检视野杂菌多，挥发酸0.010%。2 原因分析：糖化液或糖蜜原料已感染杂菌、发酵醪酒份低，小于 4.0%V/V、 生产运行周期太长、发酵罐、酒母罐、没清理、发酵醪pH偏高、 空气没有过滤、 设备和管道有死角、 水源污染带来、 罐温过高，34 T 以上 。3 检查方法：镜检发酵醪和水源杂菌情况，检测罐内酒份温度和发酵醪挥 发酸、酸度、pH等，检查和检修设备死角。4、主发酵罐杂菌感染。1 现象：酵母数少、酵母变形结团、杂菌多、挥发酸高 0.015%。

11、2 原因分析：糖化醪或糖蜜原料已感染杂菌、酒母感染杂菌、 发酵醪酒份过低、生产运行周期太长发酵罐没有清理、设备和管道有 死角 灭菌不彻底、罐温过高：36C以上、产生泡沫，使 CO2排出管和过 料管物料倒流。3 检查方法：镜检发酵醪和糖化醪或糖蜜高位罐的酸化糖蜜杂菌情况、检 测罐内酒份、温度和发酵醪挥发酸、酸度，检查和检修设备死角。5、发酵成熟醪杂菌感染。1 现象：镜检杂菌多、酵母死亡率高> 90%、挥发酸高 > 0.02%、升酸差高 > 2.0、残总糖和残还糖高。2 原因分析： 发酵过程感染杂菌、 主发酵温度过高 > 36C、 酵母提前衰老、 设备和管道有死角、 工艺控

12、制不当、 成熟醪在罐内 保留时间太长、 糖化酶和淀粉酶过快失活。&糖蜜生产酒精时低蜜罐和高蜜罐杂菌感染。1 现象：镜检有杂菌、挥发酸高> 0.02%，产生白膜或蔗饭。2 原因分析：糖蜜在贮运过程中感染杂菌、糖蜜受到明串珠菌的感染，产生葡聚糖、配料存放时间过长、pH太高。3 检查方法：镜检、检测物料挥发酸。五、杂菌的防治方法杂菌的防治原则：防重于治，综合治理。一物理防治方法1、蒸汽高温灭菌法利用微生物在一定温度下会使其蛋白质变性失活而死亡的原理，采用蒸汽产生高温灭菌的方法。火菌方法 定期或交叉对调浆罐、液化罐、糖化罐、酒母罐、发酵罐及其 连接管道进行蒸汽灭菌。定期对空气过滤器进行蒸

13、汽灭菌。2、空气过滤除菌法空气过滤除菌的原理是利用过滤介质拦截空气中的微粒和微生物，得到纯净的空气。空气除菌有以下方法：空气加热法一一空气压缩加热杀菌、辐射杀菌法利用a、 丫、B、X射线和紫外线及超声波等破坏蛋白质和生物活性物质而起到空气杀菌作用、静电除菌法一一利用静电除尘器吸附空气中的水雾、尘埃及微生物除去空气中的杂菌、过滤除菌法一一利用0.5-2卩m过滤介质阻截空气中的杂菌、是工业上最常用的空气除菌方法。空气过滤除菌的关键设备为过滤器，设备种类有：棉花活性炭过滤器、超细 玻璃纤维过滤器、烧结金属过滤器、烧结陶瓷过滤器、微孔超膜过滤器等。二化学防治法。1、杀菌剂消毒剂杀菌消毒原理：改变细胞膜

14、的渗透性或损伤细胞膜、影响正常的物质交 换、使细胞造成损伤、氧化作用使细胞内的某些物质氧化而使酶失去活性、 改变原生质的胶体性质使菌体发生沉淀或凝固。酒精生产中常用的杀菌剂、消毒剂、有漂白粉、甲醛、氟化钠、二氧化氯、 强氯精。1 漂白粉 是一种强氧化剂、遇水反应后释出活性氧和氯，起到杀菌作 用。漂白粉不稳定，易受温度、湿度、光照的影响，但不能全部溶于水，对金属 有腐蚀作用。一般漂白粉活性氯含量为 30%,常用于水源，固定化酵母载体和工 厂环境的消毒。2 强氯精三氯异氰尿酸，其杀菌原理与漂白粉相似，但活性氯含量为95% 以上，且化学性质较稳定，但价格较贵。3 甲醛对微生物的营养细胞和抱子有抑菌与

15、杀菌作用。它是含有36-37%的甲醛水溶液。因为细菌对它较为敏感，浓度较大时对酵母才有抑制作用， 所以，发酵中常用于浓糖蜜的消毒和后期醋酸菌严重感染时的消毒。但它刺激性强，气味难闻，会造成生产环境的污染。4 二氧化氯其杀菌原理与漂白粉相似。但杀菌效果更好，杀菌不受pH 影响，适用范围广，万分一含量就能起到杀菌作用，对设备腐蚀作用小，但使用 成本稍咼。5 氟化钠是一种防腐剂，对原生核细菌的损害比酵母大，常用于酒母 罐和主发酵罐感染菌的处理，3ppm就有效果，它易溶于水，使用方便，但其对 人有毒性，性质稳定残留时对厌氧菌有抑制作用。2、生物制剂其抑菌作用方式：抑制蛋白质的合成 抑制细菌细胞壁合成

16、抗叶酸 代谢 影响胞浆膜的通透性。抗生素抑菌作用也叫“化学治疗剂”，它的特点 是有选择性地对某些细菌起抑制作用，而对另一些没有作用。酒精生产中常用的抑制剂有青霉素、链霉素和克菌灵。1 青霉素属于户内肽胺类抗生素，它通过抑制细菌细胞壁的合成起作用。可以有效地杀死革兰氏阳性菌， 对阴性菌无效，即在酒精发酵中用来抑 制乳酸菌。用量为2-4单位/g ，但长期使用青霉素会产生抗药性而失效，且 pH5.0以下时效能也下降。2 链霉素属于氨基糖苷类抗生素，是一种窄谱抗菌剂。它主要使敏感革兰氏阳性菌的细胞壁形成孔隙，使细胞在短时间内死亡，它与青霉素配合 使用时有增效作用，对好气的革兰氏阳性菌最有效，但pH较低

17、时抑菌效果较差， 用量2单位/g。3 克菌灵属于混合型抗生素，主要是抑制细菌细胞壁合成和蛋白质合成而起抑菌作用。对革兰氏阳性菌和阴性细菌都起到抑制作用，特别是对大多数球菌，全部芽抱杆菌和捧杆菌极其敏感，抑制力强，效果好，因此，克菌灵 对酒精发酵的有害细菌如乳酸菌、 醋菌、丁酸菌有明显的抑制作用，是目前为止 最好的酒精发酵专用抑制剂。但如果使用方法不正确，其效果也不好，其用量为 1m3发酵醪7 10g。三酒精发酵常见的杂菌防治措施杂菌感染是酒精发酵中最经常发生的异常现象，它直接影响到生产是否正常 和酒精的产率。杂菌的防治是连续发酵酒精最主要的难题之一， 是酒精增产增收 的技术关键。1、配料水源的

18、消毒杀菌发酵用水的无菌程度是非常重要的，但酒精厂家使用的水源比较复杂，水源 卫生条件较差，杂菌量较多，且杂菌品种复杂，配料时就大量带入杂菌，一旦生 长条件适宜，就大量增殖，造成发酵染菌，是酒精工厂主要的杂菌来源之一。处理方法1 添加漂白粉或强氯精或二氧化氯消毒水源。2 采用紫外线灭菌器消毒水源。2、调料罐预热罐杂菌感染的处理由于原料或配料水源或回配清液带来杂菌，造成调料罐pH下降，挥发酸升高。损耗了糖源，增加调pH用碱量。处理方法 每天或每班投一次克菌灵或青霉素 适当提高预热温度 定期洗罐和蒸汽消毒。3、糖化罐杂菌感染的处理糖化罐感染杂菌大都是耐温的乳酸杆菌和球菌为主，造成糖化液挥发酸较高。处

19、理方法 至少每五天清洗一次糖化罐 每天投放一次青霉素或克菌灵 在糖化罐连续添加克菌灵 保持糖化温度在62-63 Eo4、酒母罐或1#种罐感染杂菌的处理。酒母罐或1#罐由于多种原因造成染菌，如处理不当，将会造成酒精生产的很 大损失必须及时准确有效地进行处理。处理方法 分析杂菌的感染原因，对症下药，应采取综合治理方法。 如罐内温度过高 采取措施使罐内温度降到29-32 Eo 镜检杂菌多添加克菌灵或青霉素或氟化钠控制 加强通风 降低糖锤度或检查还原糖、酵母数 提高酒份到4.5% V/V 以上 降低pH到3.2-3.0 其他防治措施无效时，放罐清罐消毒后重新起动。5、主发酵罐或多发酵罐感染杂菌的处理主

20、发酵罐由于酒母或自身原因造成染菌，使罐内酵母数较少或结团变形，挥 发酸升高耗糖慢，应采取果断措施及时有效地处理。处理方法 分析杂菌感染的具体原因，采取一种或多种方法综合治理。 如罐内温度36C以上，采取措施降温 镜检杂菌太多，添加克菌灵或青霉素 提高发酵醪酒份5.5% V/V 以上 降低pH3.2-3.4 其他防治措施无效时，放料洗罐消毒重新起动。6、水源受污染条件的发酵控制技术有些酒精生产企业的供水系统存在下列问题，造成水源受到较高程度的污 染，使酒精发，酵受到负面的影响。水源来自于河水，受到枯水期或洪水期的 影响，水源水质受污染采用循环供水系统，冷却水与配料水属于同一系统，由于长期使用不消

21、毒，水源杂菌大量繁殖采用小水塘和小水库作生产水源，由于受家禽畜牧排泄物和其他污染，杂菌严重超标其他原因造成的水源污染。处理方法 对水源及多个工段的用水进行检验，确定水源的污染程度 用漂白粉或强氯精对水源进行消毒 采用低pH的发酵控制方法，并加大通风量 使用高效杀菌剂克菌灵 使用固定化酵母。7、采用高污染糖蜜原料时的发酵控制技术糖蜜由于下列原因造成污染，将会给酒精发酵带来不利的影响糖蜜储藏时间太长或储藏条件不当糖蜜在运输过程中感染有些糖厂由于洗机给糖蜜带来水份，使浓度变稀 一些糖厂因糖蜜太浓而用污染了的水冲稀后泵送 操作不当，使酸化或稀释的糖蜜存放时间过长， 造成染菌。以上原因造成染 菌在生产上

22、表现为，挥发酸居高不下 1#和2#镜检发现大量杂菌，采取其他措施 后又继续染菌。酵母变小且数量少，耗糖慢，发酵醪酒份4.5% V/V 以下，残糖高达3.0%以上，三、五天经常换种，生产无法进行。处理方法 对糖蜜进行镜检和测定挥发酸 1#罐pH控制在3.0-3.3,2#罐pH控制3.6-3.8 采用高密度、低强度的通风方法，使酵母快速繁殖形成群体优势 选用固定化酵母 在酸化时添加克菌灵或青霉素 上述方法都无效时，可重新放料发酵。&加强工厂的卫生管理，贯彻以防为主，以治为辅的防治原因生产车间的环境卫生状况不良，特别是有些工厂抽样废液不收集杀菌，随地 排放 使工厂周围的杂菌繁殖，增加染菌的机

23、会，有些工厂没有空气净化系统而 取风口又较低，大量的杂菌随空气带入发酵醪造成感染， 这样虽然节省了一些设 备投资，但染菌会造成生产的不正常，单耗提高，这种损失往往直观感觉不到， 事实上损失是巨大的，这是很多工厂忽视的问题，有些工厂设备和管道存在大量 的死角，造成物料沉积，消毒灭菌不良而染菌。处理方法搞好周围的清洁卫生，抽样废液集中消毒处理，每星期都要用漂白粉消费 车间的排水沟和积水角落必须安装空气净化系统凡有蒸汽不流通的地方都应安装阀门排汽，尽量去除设备死角，减少污染源。9、几个工艺上的建议1 在木薯原料酒精生产中改连续发酵工艺为半连续发酵工艺2 将空气取风口提高到15米3 上一套冷冻水系统，

24、对酒母罐1#发酵罐和2#发酵罐采用冷冻水进行 冷却4 将发酵罐涂上白漆或隔热油漆。影响酶活力的因素米契里斯 Michaelis 和门坦 Menten 根据中间产物学说推导出酶促反 应速度方程式，即米-门公式，具体参考环境工程微生物学第四章微生物的 生理。由米门公式可知酶促反应速度受酶浓度和底物浓度的影响，也受温度、pH、 激活剂和抑制剂的影响。1 酶浓度对酶促反应速度的影响从米门公式和酶浓度与酶促反应速度的关系图解可以看出，酶促反应速度与酶分子的浓度成正比。当底物分子浓度足够时，酶分子越多，底物转化的速度越 快。但事实上，当酶浓度很高时，并不保持这种关系，曲线逐渐趋向平缓。根据 分析，这可能是

25、高浓度的底物夹带夹带有许多的抑制剂所致。2 底物浓度对酶促反应速度的影响在生化反应中，若酶的浓度为定值，底物的起始浓度较低时，酶促反应速度 与底物浓度成正比，即随底物浓度的增加而增加。当所有的酶与底物结合生成中 间产物后，即使在增加底物浓度，中间产物浓度也不会增加，酶促反应速度也不 增加。还可以得出，在底物浓度相同条件下，酶促反应速度与酶的初始浓度成正 比。酶的初始浓度大，其酶促反应速度就大。在实际测定中，即使酶浓度足够高，随底物浓度的升高，酶促反应速度并没有因 此增加，甚至受到抑制。其原因是，高浓度底物降低了水的有效浓度，降低了分 子扩散性，从而降低了酶促反应速度。过量的底物聚集在酶分子上，生成无活性 的中间产物，不能释放出酶分子，从而也会降低反应速度。3 温度对酶促反应速度的影响各种酶在最适温度范围内，酶活性最强，酶促反应速度最大。在适宜的温度 范围内，温度每升高10C，酶促反应速度可以相应提高1 2倍。不同生物体内 酶的最适温度不同。如动物组织中各种酶的最适温度为37 40°C，微生物体内各种酶的最适温度为2560C，但也有例外，如黑曲糖化酶的最适温度为6264C，巨大芽抱杆菌、短乳酸杆菌、产气杆菌等体内的葡萄糖异构酶的最适温度 为80C，枯草杆菌的液化型淀粉酶的