细菌的酒精发酵途径如何?它与酵母菌的酒精发酵有何不同?细菌的酒精发酵有何优缺点?

细菌发酵制酒精
目的意义
当今，石油、煤等化石能源正以很快的速度被消耗，估计在儿十年内将被耗尽。因此乙醇、甲烷、氢气等代替能源成为人们关注的重点。
国外的研究状况
传统的酒精生产采用酵母间歇式发酵，而酵母不能耐受高浓度乙醇，因此有必要寻找一种耐受高浓度乙醇的新菌种。运动发酵单胞菌被认为是较好的候选品种。它是由I_indne于1928年从墨西哥Pulgue酒中首先分离得到。它属于革兰氏阴性兼性厌氧杆菌，弧菌科，发酵单胞菌属。经过实验室及中试规模的发酵动力学比较研究，人们公认利用运动发酵单胞菌制酒精与酵母相比有以下一些优点1)糖的吸收速度要比酵母高l - 2倍。(2)酒精得率比酵母高。(3)生长过程完全不要氧气。(4)比酵母容易进行遗传工程处理，以获得耐高温、耐酒精和能利用多种碳源的优良工程菌。缺点是:现有菌株所能发酵底物局限于葡萄糖、果糖、蔗糖。
国外的研究分以下几方面:（1）菌种的改良。(2)工艺的研究。间隙式发酵、连续式发酵、混合发酵等。(3)底物的研究。木薯、小麦、玉米、西米、大米等。(4)工艺控制研究。如底物浓度、pH,氮源、温度等参数。
研究重点及研究方法：
当前发酵法制乙醇研究工作的重点是筛选优良的菌种，选择低成本的发酵底物和最适的发酵控制条件。通过诱变或基因工程选育优良菌株。把其它生物细胞的基因转移进运动发酵单胞菌。把运动发酵单胞菌的基因转移进其它生物细胞。间隙式发酵、连续式发酵、混合发酵等。
酵母菌酒精发酵
酵母菌的一般特性
子囊菌纲酵母属；单细胞微生物；圆形、椭圆形、细长或柠檬形；饱满、细胞壁薄、细胞质均一、透明无色为活性强的细胞；衰老和不良条件下的细胞壁厚、细胞质呈颗粒状。
酵母的特性：产酒精能力、产酒精效率、抗SO2能力。
酵母菌的生长周期
经典的微生物生长曲线:缓慢，对数，稳定，衰亡
繁殖阶段：2－5天，达107个/mL，很少超过2(5)×108
平衡阶段：持续8天左右，动态平衡
衰减阶段：持续几周，活细胞降至105 多种微生物（如酵母菌，根霉，曲霉，某些细菌）能通过称为乙醇发酵的过程，将糖转变成乙醇和CO2。乙醇发酵也分为同型乙醇发酵（homoalcholic fermentation）和异型乙醇发酵（heteroalcoholic fermentation）两类。
同型乙醇发酵（homoalcholic fermentation）：
酿酒酵母能够通过EMP途径进行同型酒精发酵，即由EMP途径代谢产生的丙酮酸经过脱羧放出CO2，同时生成乙醛，乙醛接受糖酵解过程中释放的NADH+H+被还原成乙醇。这是一个低效的产能过程，大量能量仍然贮存于乙醇中，其总反应为：
葡萄糖 ＋ 2ADP + 2Pi ----- 2乙醇 + 2 CO2 + 2ATP
运动发酵单胞菌能通过ED途径进行同型乙醇发酵，但只产生1个ATP。
葡萄糖 ＋ ADP + Pi 2乙醇 + 2 CO2 +ATP
缺乏完整EMP途径的少数细菌（假单胞菌，根瘤菌，农杆菌，粪肠球菌）利用ED途径替代EMP途径产能。
异型乙醇发酵（heteroalcoholic fermentation）：
一些细菌能够通过HMP途径进行异型乳酸发酵产生乳酸、乙醇和CO2等，我们也可以称其为异型乙醇发酵，例如Leuconostoc mesenteroides（肠膜明串珠菌）进行的异型乙醇发酵总反应式为：
葡萄糖 ＋ ADP + Pi ----- 乳酸 + 乙醇 + CO2 + ATP

当今,石油、煤等化石能源正以很快的速度被消耗,估计在儿十年内将被耗尽.因此乙醇、甲烷、氢气等代替能源成为人们关注的重点.
国外的研究状况
传统的酒精生产采用酵母间歇式发酵,而酵母不能耐受高浓度乙醇,因此有必要寻找一种耐受高浓度乙醇的新菌种.运动发酵单胞菌被认为是较好的候选品种.它是由I_indne于1928年从墨西哥Pulgue酒中首先分离得到.它属于革兰氏阴性兼性厌氧杆菌,弧菌科,发酵单胞菌属.经过实验室及中试规模的发酵动力学比较研究,人们公认利用运动发酵单胞菌制酒精与酵母相比有以下一些优点1)糖的吸收速度要比酵母高l - 2倍.(2)酒精得率比酵母高.(3)生长过程完全不要氧气.(4)比酵母容易进行遗传工程处理,以获得耐高温、耐酒精和能利用多种碳源的优良工程菌.缺点是:现有菌株所能发酵底物局限于葡萄糖、果糖、蔗糖.
国外的研究分以下几方面:（1）菌种的改良.(2)工艺的研究.间隙式发酵、连续式发酵、混合发酵等.(3)底物的研究.木薯、小麦、玉米、西米、大米等.(4)工艺控制研究.如底物浓度、pH,氮源、温度等参数.
研究重点及研究方法：
当前发酵法制乙醇研究工作的重点是筛选优良的菌种,选择低成本的发酵底物和最适的发酵控制条件.通过诱变或基因工程选育优良菌株.把其它生物细胞的基因转移进运动发酵单胞菌.把运动发酵单胞菌的基因转移进其它生物细胞.间隙式发酵、连续式发酵、混合发酵等.
酵母菌的一般特性
子囊菌纲酵母属；单细胞微生物；圆形、椭圆形、细长或柠檬形；饱满、细胞壁薄、细胞质均一、透明无色为活性强的细胞；衰老和不良条件下的细胞壁厚、细胞质呈颗粒状.
酵母的特性：产酒精能力、产酒精效率、抗SO2能力.
酵母菌的生长周期
经典的微生物生长曲线:缓慢,对数,稳定,衰亡
繁殖阶段：2－5天,达107个/mL,很少超过2(5)×108
平衡阶段：持续8天左右,动态平衡
衰减阶段：持续几周,活细胞降至105
(1)温度.液态酵母的活动最适温度为20～30℃,当温度达到20℃时,酵母菌的繁殖速度加快,在30℃时达到最大值,而当温度继续升高达到35℃时,其繁殖速度迅速下降,酵母菌呈疲劳状态,酒精发酵有停止的危险.只要保持l～1.5h 40～45℃或保持10～15min60～65℃的温度就可杀死酵母菌.但干态酵母抗高温的能力很强,可忍受5min 115～120℃的高温.
①发酵速度与温度：在20～30℃的温度范围内,每升高l℃,发酵速度就可提高10％.因此,发酵速度(即糖的转化)随着温度的升高而加快.但是,发酵速度越快,停止发酵越早,因为在这种情况下,酵母菌的疲劳现象出现较早.
②发酵温度与产酒精效率：在一定范围内,温度越高,酵母菌的发酵速度越快,产酒精效率越低,而生成的酒度就越低.因此,如果要获得高酒度的葡萄酒,必须将发酵温度控制在足够低的水平；当温度＜35时,温度越高,开始发酵越快；温度越低,糖分转化越完全,生成的酒度越高.
③发酵临界温度：当发酵温度达到一定值时,酵母菌不再繁殖,并且死亡,这一温度就称为发酵临界温度.如果超过临界温度,发酵速度就迅速下降,并引起发酵停止.由于发酵临界温度受许多因素如通风、基质的含糖量、酵母菌的种类及其营养条件等的影响,所以很难将某一特定的温度确定为发酵临界温度.在实践中常用“危险温区”这一概念来警示温度的控制,在一般情况下,发酵危险温区为32～35℃.
对于红葡萄酒,发酵最佳温度为25～30℃,而对于白葡萄酒和桃红葡萄酒,发酵的最佳温度为18～20℃左右.
(2)通风.酵母菌繁殖需要氧,在完全的无氧条件,酵母菌只能繁殖几代,然后就停止.这时,只要给予少量的空气,它们又能出芽繁殖.如果缺氧时间过长,多数酵母菌就会死亡.
在进行酒精发酵以前,对葡萄的处理(破碎、除梗、泵送以及对白葡萄汁的澄清等)保证了部分氧的溶解.在发酵过程中,氧越多,发酵就越快、越彻底.因此,在生产中常用倒罐的方式来保证酵母菌对氧的需要.
(3)酸度.酵母菌在个性或微酸性条件下,发酵能力最强,如在pH4.0的条件下,其发酵能力比在pH3.0时更强.在pH很低的条件下,酵母菌活动生成挥发酸或停止活动.可见,酸度高并不利于酵母菌的活动,但却能抑制其他微生物(如细菌)的繁殖.