第四章 乙醇发酵(1)
高中乙醇发酵实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 掌握酵母菌的发酵原理及乙醇的生成过程。
2. 了解实验操作步骤，学习实验室基本操作技能。
3. 通过实验，了解发酵过程中的现象及影响因素。
二、实验原理酵母菌是一种单细胞真菌，在无氧条件下，酵母菌能够将葡萄糖分解为酒精和二氧化碳，同时释放出能量。
这一过程称为乙醇发酵。
本实验通过观察酵母菌发酵过程中产生的酒精和二氧化碳，验证酵母菌的发酵作用。
三、实验仪器及试剂1. 仪器：锥形瓶（250ml）、移液管、pH计、生物传感仪、分析天平、酒精灯、烧杯、试管、滴定管、滴定管夹、滴定瓶、滴定瓶盖、试管架、试管夹、玻璃棒等。
2. 试剂：酵母膏、葡萄糖、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、苯甲酸钠、EDTA钠、氯化钠、氢氧化钠、酚酞指示剂、重铬酸钾溶液等。
四、实验步骤1. 准备实验材料：将酵母膏、葡萄糖、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、苯甲酸钠、EDTA钠、氯化钠等试剂按比例称量，溶解于去离子水中，配制成一定浓度的发酵培养基。
2. 将培养基倒入锥形瓶中，用pH计测定培养基的pH值，调整至适宜酵母菌生长的pH范围（通常为4.5-5.5）。
3. 将锥形瓶放入恒温培养箱中，在适宜的温度（通常为30-35℃）下培养。
4. 每隔一段时间，用移液管取少量发酵液，测定其酒精含量和二氧化碳含量。
5. 在发酵过程中，观察发酵液的酸碱度变化，记录实验数据。
6. 实验结束后，对实验数据进行整理和分析。
五、实验结果与分析1. 实验过程中，发酵液pH值逐渐下降，说明酵母菌在发酵过程中产生了一定量的酸性物质。
2. 实验数据表明，随着发酵时间的延长，酒精含量逐渐增加，二氧化碳含量逐渐减少。
3. 在发酵后期，酒精含量达到最大值，此时发酵过程基本完成。
六、实验结论1. 酵母菌在无氧条件下能够将葡萄糖分解为酒精和二氧化碳，证实了乙醇发酵的原理。
2. 实验过程中，发酵液的pH值逐渐下降，说明酵母菌在发酵过程中产生了一定量的酸性物质。
3. 实验结果与理论预期相符，验证了酵母菌发酵乙醇的可行性。
酒精发酵工艺课件
一 前言
酒精发酵工业是一个大宗底物需求的工业
谷物类
玉米、大米、小麦等
淀粉类原料
薯类
木薯、甘薯、马铃薯等
发
酵
糖质原料
原
甘蔗、甜高粱、甜菜、糖蜜等
料
农业废弃物
秸秆、谷壳、牛粪等
纤维质原料 木材业副产物
木屑、刨花、枝叶等
城市废弃物
厨余垃圾、办公废纸等
二 酒精发酵基本过程
• 酒精发酵属于厌气性发酵，在发酵过程中进行无 氧呼吸，醪液中的一部分可发酵性糖和氮等营养 物质被酵母吸收合成菌体细胞，大部分糖则被发 酵生成酒精和CO2
检测条件
① pH的选择
0.35
0.30
0.25
0.20
A
0.15
0.10
0.05
0.00
0
100
pH4.5
200 300 400
时间 (h)
pH6.5
pH8.5
500 pH10.5
图1 pH对亚甲基蓝还原反应的影响
② 亚甲基蓝浓度与酵母浓度的选择
随着亚甲基蓝浓度的增加，体系的吸光度值增大，仪器误差增大，为了 使实验有较高的灵敏度，本实验选用亚甲基蓝的浓度为8 mg/L。酵母浓度 太大时导致亚甲基蓝的初始吸光度改变，且导致褪色速率增加，使实验具 有低的灵敏性，太低时导致活力与MB还原反应成非线性关系。本实验中 酵母浓度为2.5%。
40 50 60 70 80 90 100
新鲜细胞含量(%)
新鲜细胞含量(%)
图2 不同活力酵母的亚甲基蓝还原反应
T1/2(s)
培养过程中酵母活力的变化
OD600 AP
T (s) 1/2
35
乙醇发酵
产酒精细菌中研究较多的是运动发酵 单孢菌 (Zymomonas mobilis)，这是 一种格兰氏阴性的厌氧细菌. 优点：与酵母相比 ,它具有葡萄糖利 用率高、酒精产率高、生长和发酵的 能耗低、耐酒精度高、能在较高糖浓 度中生长发酵、酒精发酵率接近理论 值及在连续发酵细胞再循环系统中不 需控制氧浓度等优点. 缺点：是只能利用葡萄糖、果糖和蔗 糖等有限的糖源.
ห้องสมุดไป่ตู้
通过基因工程手段将相应的水解酶基因转移到 Z. mobilis中 ,使得它能够利用木糖、甘露糖、乳糖甚 至淀粉、纤维素等多种碳源.或者将 Z. mobilis产乙 醇途径的关键酶基因丙酮酸脱羧酶编码基因 pdc、 乙醇脱氢酶编码基因 adhB转入能利用多种底物的 微生物 (如 Escherichiacoli、Klebsiellaoxytoca、 Erwinia等 )中，赋予并提高其乙醇能力 由此获得 了有效的产乙醇工程菌 E. coli KO11和 Klebsiellaoxytoca P2,后者还是报道的第一个能快 速有效利用纤维二糖高产酒精的重组菌 ,在利用 10%葡萄糖和 10%纤维二糖发酵产乙醇时 , Klebsiellaoxytoca P2的乙醇得率达到理论得率的 96%以上
最近几年， 在预处理、酶水解、发酵和工艺 流程的一体化方面已经得到了很大的改善。 然而， 要使乙醇生产的工艺流程具有经济可 行性，并且进一步提高乙醇和固体燃料的总 产量， 提高转化阶段的生产率， 降低生产 成本， 我们的研究仍然要在几个方面进行改 革。需要改革的几个主要方面如下: ①改善酶水解， 特别是纤维素酶的生产， 降低纤维素酶的生产成本； ②改善混合糖的发酵， 并且使发酵微生物 对乙醇具有更高的耐受力； ③使工艺流程一体化， 减少流程的步骤， 降低能量的需求。
酒精发酵酒精发酵一
2.纤维质原料的水解
半纤维素是一大类结构不同的多聚糖的统称。 构成半纤维素的成分有D-葡萄糖、D-甘露糖和 D-半乳糖等己糖，及D-木糖、L-阿拉伯糖等戊 糖以及糖醛酸等。常见的半纤维素分子有：D木聚糖、L-阿拉伯聚糖-D-木聚糖、L-阿拉伯聚 糖-D-半乳聚糖、L—阿拉伯聚糖-D-葡萄糖醛酸 -D-木聚糖、D-半乳聚糖-D-葡聚糖-D-甘露聚糖 等。这些多聚糖的聚合度(DP)为60～200，直链 或分枝。半纤维素与纤维素不同，它很容易水 解，但由于它们总是交杂在一起，只有当纤维 素也被水解时，才可能全部被水解。
(二)酒精发酵微生物
• 除上述酵母菌外，一些细菌如森奈假单
胞 菌 (Ps.Lindneri) 和 嗜 糖 假 单 胞 菌 (Ps.saccharophila) ， 可 以 利用葡 萄糖 进行发酵生产乙醇。总状毛霉深层培养 时也要产生乙醇。利用细菌发酵酒精早 在 80 年代初就引起了注意，但此方法还 未达到工业化，其中有许多问题有待研 究。
(一)糖化菌
• 能产生淀粉酶类水解淀粉的微生物种类很多，但
它们不是都能作为糖化菌用于生产糖化曲，在实 际生产中主要用的是曲霉和根霉。 • 历史上曾用过的曲霉包括黑曲霉、白曲霉、黄曲 霉、米曲霉等，黑曲霉群中以宇佐美氏曲霉 (Aspergillus usamii) 、泡盛曲霉 (Asp.awamori) 和 甘薯曲霉 (Asp.batatae) 应用最广。白曲霉以河内 白曲霉、轻研二号最为著名。酒精和白酒生产中， 不断更新菌种，是改进生产、提高淀粉利用率的 有效途径之一。我国的糖化菌种经历了从米曲霉 到黄曲霉，进而发展到用黑曲霉的过程
(三)纤维质原料
• 可用于酒精生产的纤维质原料包括农作
物纤维质下脚料(稻草、麦草、玉米秆、 玉米芯、花生壳、稻壳、棉籽壳等)，森 林和木材加工工业的下脚料(树枝、木屑 等 ) ，工厂纤维素和半纤维素下脚料 ( 甘 蔗渣、废甜菜丝、废纸浆等)及城市废纤 维垃圾等四类。用纤维质原料发酵酒精 目前尚不盛行。
乙醇发酵
乙醇•乙醇发酵的原理：•一、工业生产过程•二、发酵原理•三、酒精发酵机理•如何在生产中提高乙醇产量•一、原料•二、酵母菌的培养•三、糖化剂•四、其他发酵原理发酵乙醇根据其原料的不同，可分为淀粉质原料乙醇、糖原料乙醇和纤维原料乙醇三大类。
（一）淀粉质原料乙醇生产过称。
原料水预处理蒸汽蒸煮糖化剂糖化发酵酒母CO2蒸馏蒸汽成品乙醇杂醇油醛酯馏分乙醇工业生产过程酒精发酵机理工业生产过程发酵原理酒精发酵机理（二）糖质原料乙醇成产过称（以蜜糖为例）蜜糖水、酸、营养盐、防腐剂预处理（稀糖液制备）发酵酒母CO2蒸馏蒸汽成品乙醇杂醇油醛酯馏分乙醇工业生产过程发酵原理酒精发酵机理纤维素预处理酶或酸水解水解液处理发酵酒母CO2蒸馏蒸汽成品乙醇杂醇油醛酯馏分乙醇（三）纤维原料乙醇成产过称工业生产过程发酵原理酒精发酵机理原理：酵母菌在厌氧条件下把可发酵性糖，经过细胞内酒化酶的作用生成乙醇和CO 2,，在通过细胞膜把这些产物排出体外。
反应方程式：[C 6 H 10 O 5]n +n H 20 nC 6H 12O 6糖化酶C 6H 10O 6 2 CO 2 + 2 C 2H 5OH酒化酶工业生产过程发酵原理酒精发酵机理在酒精发酵过程中，主要要经过下述4个阶段、12步反应。
其中其中有葡萄糖生成丙酮酸的反应被称为EMP途径。
由葡萄糖发酵生成酒精的总反应式为：C6H12O6+ 2 ADP +2 H3PO42 CH3CH2OH + 2 CO2+ 2 ATP第一阶段葡萄糖酸化，生成活泼的1,6-二磷酸果糖。
这个阶段主要是磷酸化及异构化，是糖的活化过程。
第二阶段1,6-二磷酸果糖分裂为2分子磷酸丙糖第三阶段3-磷酸甘油醛经氧化（脱羧），并磷酸化，生成1,3-二磷酸甘油酸。
然后将高能磷酸键转移给ADP，以产生ATP。
在经磷酸基变位和分子内重排，又给出1个高能磷酸键，而后变成丙酮酸。
第四阶段酵母菌在无氧条件下，将丙酮酸继续降解，生成酒精。
糖化剂酵母菌的培养在工业生产中，为了提高乙醇的成产产量，一般选择淀粉质原料乙醇生产过称。
酒精发酵过程高中化学教案
酒精发酵过程高中化学教案
年级：高中
科目：化学
时间：45分钟
目标：学生能够理解酵母发酵过程中产生酒精的化学反应，并分析该过程中的原理和影响
因素。
教学步骤：
1. 导入（5分钟）
引入酒精发酵的概念，提出问题：酿酒中的酒精是如何产生的？请学生做出猜测。
2. 知识讲解（10分钟）
介绍酒精发酵过程：以葡萄酒酿造为例，讲解酵母菌在缺氧环境下将葡萄糖分解为乙醛然
后再还原为乙醇的过程。
同时，介绍酶在发酵中的作用。
3. 实验演示（15分钟）
进行酒精发酵实验：准备好酵母、葡萄糖水和酒精计量器，让学生亲自动手进行实验，观
察发酵后的产物。
4. 讨论（10分钟）
引导学生分析实验中观察到的现象，讨论酒精发酵过程中的原理和影响因素，如温度、酵
母浓度和反应时间等。
5. 总结（5分钟）
总结酒精发酵过程的主要内容，并鼓励学生思考：酵母发酵不仅应用于酿酒，还在生活中
的其他领域有哪些应用？
作业：要求学生根据教学内容，撰写一篇关于酒精发酵过程的实验报告，包括实验目的、
原理、步骤、结果和结论。
扩展：邀请专业人士或区内酿酒厂工作者到班上做客，与学生分享酿造酒精的经验和技巧，增加学生对该知识的兴趣和理解。
评估：观察学生在实验中的操作情况，听取学生的讨论和解释，以及查阅学生的实验报告
来评估他们对酒精发酵过程的理解程度。
微生物的代谢
有氧呼吸
无氧呼吸作用
厌氧呼吸以除氧以外的物质如硝酸盐作为最终电 子受体。
以硝酸盐作为最终电子受体的生物学过程通常称 为硝酸盐呼吸：
NO3-十2H+十2e
NO2-十H20
反应生成的NO2—可以被分泌到胞外，也可以进一
步被还原成N2，这个过程称为反硝化作用。亚 硝酸盐还可以经羟胺被还原成氨：
NO2- 还原NH20H还原NH3
第四章 微生物的代谢
概念合成代谢（同化作用）；分解代谢 （异化作用）；初级代谢；次级代谢
第一节 微生物的能量代谢 第二节 微生物的分解代谢 第三节 微生物的合成代谢 第四节 微生物的代谢调控与发酵生产
第一节 微生物的能量代谢
一、ATP的生成（复习） 1.光合磷酸化作用 2.氧化磷酸化作用 二、微生物氧化的方式 1.有氧呼吸作用 2.无氧呼吸作用 3.发酵作用 三、能量的利用
乙酰 CoA
乙醛
琥珀酸
乙酰 CoA 乙酰乳 酸
乙酰乙 酰CoA
加氢 加氢 脱羧
氧化 脱羧
氧化 脱羧
终产物 乙醇 乳酸 丙酸
乙酸、乙 醇 2,3丁二 醇 乙酸 丁醇
丙酮 乙醇乳酸
乙醇
发酵类型 酵母型酒精同型乳酸丙酸发酵
丁酸型发酵
异型乳酸发 酵 细菌酒精-
菌株 啤酒酵母 德氏乳杆菌 丙酸杆菌
产气肠杆菌
丁酸羧菌 丁醇羧菌 丙酮丁醇羧菌
Lactobacillus
Streptococcus
phosphoketolase 1
Entner-Doudoroff KDPG aldolase 2
Zymomonas
0
22
2
02
1
11
工业制乙醇实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解工业制乙醇的基本原理和工艺流程。
2. 掌握乙醇发酵、蒸馏等实验操作技术。
3. 学习乙醇的检测和分析方法。
4. 培养团队协作和实验操作能力。
二、实验原理工业制乙醇主要采用发酵法，以淀粉或糖类为原料，通过微生物发酵生成乙醇。
发酵过程中，微生物将原料中的糖类转化为乙醇和二氧化碳。
然后，通过蒸馏操作将乙醇从发酵液中分离出来。
三、实验仪器与试剂1. 仪器：发酵罐、蒸馏装置、温度计、压力计、取样器、分析天平等。
2. 试剂：淀粉或糖类原料、酵母、发酵剂、蒸馏水、乙醇标准溶液、酸性高锰酸钾溶液等。
四、实验步骤1. 发酵：（1）将淀粉或糖类原料溶解于蒸馏水中，调整pH值至适宜范围。
（2）将酵母和发酵剂加入发酵液中，搅拌均匀。
（3）将发酵液放入发酵罐中，控制温度和pH值，进行发酵。
（4）发酵过程中，定期取样检测乙醇浓度，记录实验数据。
2. 蒸馏：（1）将发酵液加热至沸腾，开始蒸馏。
（2）控制蒸馏温度，使乙醇蒸汽与水蒸汽分离。
（3）收集蒸馏出的乙醇，记录产量和浓度。
3. 检测与分析：（1）采用酸性高锰酸钾溶液检测乙醇浓度。
（2）分析乙醇的纯度和质量，记录实验数据。
五、实验结果与分析1. 发酵：（1）发酵过程中，乙醇浓度逐渐升高，最终达到最大值。
（2）实验结果表明，发酵时间、温度、pH值等因素对乙醇产量和浓度有显著影响。
2. 蒸馏：（1）蒸馏过程中，乙醇产量与发酵液浓度成正比。
（2）实验结果表明，蒸馏温度、压力等因素对乙醇产量和纯度有显著影响。
3. 检测与分析：（1）乙醇浓度检测结果与蒸馏过程中记录的浓度基本一致。
（2）乙醇纯度达到工业标准。
六、实验讨论1. 影响乙醇发酵的因素：（1）原料质量：淀粉或糖类原料的质量直接影响发酵效果。
（2）酵母和发酵剂：选择合适的酵母和发酵剂，可以提高发酵效率和乙醇产量。
（3）发酵条件：温度、pH值、发酵时间等条件对发酵效果有显著影响。
2. 影响乙醇蒸馏的因素：（1）蒸馏温度：蒸馏温度对乙醇产量和纯度有显著影响。
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672.33 1016.7 629.14 21.0 129.0
208-343 325-539 220 9.5-11.6 43.5
27
一些农作物下脚料的组成 （干物质％）
原料 葡萄糖 甘露糖 半乳糖 木糖 阿拉伯糖 木质素 灰分
大麦草 37.5
1.26
1.71
15.0
3.96
玉米秆 35.1 0.25 0.75 13.0
变质的甜菜来生产酒精。
21
22
甜高粱
甜高粱的茎干单产约5吨/亩。 甜高粱茎含糖量10－12％。 产高粱米约300Kg/亩。
甜高粱是生物能源发展的一 种很有前途的作物。
23
24
Байду номын сангаас
纤维质原料
25
纤维质原料
农作物纤维下脚料 森林和木材加工工业下脚料 工业纤维和半纤维素下脚料 城市垃圾中的废纤维
9
薯类原料
木薯 (Manihot, 或Cassava）
苦味木薯：有毒，茎干红色，产量高，生长期长。 甜味木薯：无毒，茎干绿色或棕色，产量低，生长期短。
优缺点：1.可植于坡地；2.亩产高；3.可四季种植； 4.脂淀木肪粉薯、含干果量成胶高分质，：含碳粘量水质很化少少合；。物5.7含4氢%，氰灰酸分。1.7%，蛋白质、
26
世界主要农作物及其下脚料年产量
谷物 品种
年生产 年生产 下脚料比 年下脚料
面积 量
例
产量
（106 ha）（106 t） （t/ha） （106t)
相当葡萄糖 产量
（106t）
小麦 大米 玉米 甘蔗 燕麦
22.41 13.74 11.23 1.17 3.23
363.95 3.0 329.34 7.4 311.03 5.6 57.85 1.8 54.37 4.0
8
薯类原料
甘薯 （Ipamcea Batatae Lam.）
别名：地瓜、红薯、山芋、番薯。 甘薯的优甘缺薯点干：的1.单化产学高成；分2（.种均植值面）积：大水；3分.淀粉含 量高12、.9纤%维；少碳、水有化适合量物蛋白7；6.74.%果；胶粗质蛋含白量高6。.1%；
粗脂肪 0.5%；粗纤维 1.4%；无机盐 2.4%。
14
谷物原料
世界和我国主要淀粉原料产量（万吨）
品种
玉米a
甘薯b 马铃薯c
中国 世界
16400 78700
11400 13600
7033 31384
木薯d 580 16600
注：a，2009年数据；b，2002年数据；c，2006年数据； d，1999年数据
15
糖质原料
16
糖质原料
糖蜜 甘蔗 甜菜 糖高粱
10
薯类原料
马铃薯 （土豆） （Salanum tuberosum）
分食用、饲料用、工业用品种。
优缺点：1.生长期短，可在日照短、无霜期短地区生
长；2.含薯蛋干白化质学较组高成；（3.纤％维）少：，水易分加12工；；碳4.水亩化产合量 物74；粗蛋白7.4；粗脂肪0.4；粗纤维2.3；灰
较低分。3.9。
有单宁酶的黑曲作糖化剂等方法可以消除和减轻不利 影响）
13
谷物原料
其他谷物原料
小麦、大麦、燕麦、黑麦、大米、小米等。
在谷物原料中玉米是最佳的酒精生产原料，大米、 小麦主要是用作为粮食，但是如果发生霉变等情况不 能作为食品和饲料原料时，却是酒精生产的好原料。
一般淀粉质野生植物由于产量小不能形成规模， 预处理复杂等原因用于生产酒精一般不太经济。
第四章 乙醇发酵
第一节 乙醇发酵菌种 第二节 乙醇发酵机制 第三节 乙醇发酵原料 第四节 乙醇发酵工艺
1
第一节 乙醇发酵菌种
酿酒酵母
Saccharamyces cerevisiae
运动发酵单胞菌
Zymomonas mobilis
五碳糖发酵菌种
管囊酵母、树干毕赤酵母、湿热糖梭菌，基因工程菌。
其他菌种
粟酒裂殖酵母（Saccharamyces pombe），具有耐高渗、 絮凝性、高发酵强度（30－40 g/L）。
2
第二节 乙醇发酵机制
糖酵解
➢ EMP途径： 酵母 ➢ ED途径： 运动发酵单胞菌 ➢ 木糖发酵途径：基因工程菌等
乙醇形成
丙酮酸 丙 酮酸 脱 羧 酶乙醛 乙 醇脱 氢酶乙醇
3
第三节 乙醇发酵原料
11
谷物原料
玉米 （Zea mays L.)
玉米的化学组成（％）：水分6～15；蛋白
优缺点：1.产量高；2.淀粉含量高；3.需要占用粮食
质8.5；脂肪5～7；碳水化合物65～73；粗纤维
种植土地种植。
1.3；灰分1.7。
12
谷物原料 高粱
缺点：高含有粱3的%化的单学宁组和成一（定％量）的：色素水，分单12宁；会蛋对白酵母 的质酒8精.2发；酵脂起肪阻2碍.2作；用碳；水红化高合粱物色7素8和；高粗粱纤苞维颖0色.3素； 也灰会分对0发.4酵。产生不利影响。（采用混合原料发酵和用
2.8
稻草 36.9 1.6
0.4
13.0
4.0
稻壳 36.1 3.0
0.1
14.0
2.6
高粱杆 32.5 0.8
0.2
15.0
3.0
小麦草 32.9
0.72
2.16
16.0
2.1
13.8 10.8
15.1 4.3
9.9
12.4
19.4 20.1
淀粉质原料
➢ 薯类 ➢ 谷类
4
第三节 乙醇发酵原料
糖质原料
➢ 糖蜜 ➢ 甘蔗 ➢ 甜菜 ➢ 甜高粱
5
第三节 乙醇发酵原料
纤维质原料
➢ 农作物秸秆 ➢ 林产下脚料 ➢ 工厂纤维和半纤维下脚料 ➢ 生活垃圾
6
第三节 乙醇发酵原料
其他原料
➢ 亚硫酸盐废液 ➢ 乳清 ➢ 淀粉生产渣料
7
淀粉质原料
17
糖蜜的成分
成分
固形物含量（锤度）Bx 全糖分 （％） 蔗糖（％） 转化糖（％） 胶体（％） pH 硫酸灰分（％） 总氮量（％） 磷酸（P2O5） （％）
甘蔗糖蜜
85 50 30 20 11 6.2 11 0.5 0.6
甜菜糖蜜
80 49 49
10 7.4 7.3 2.0 0.03
18
甘蔗（Saccharum sp.）
甘蔗的亩产量：3-12吨/亩，平均6-7 吨/亩。
甘蔗的含糖量：8-15%，平均12%。 适合生长地区北纬37°－ 南纬
31° 。 甘蔗制酒精的能量投入产出比1:22。
19
20
甜菜 （Beta vulgaris）
甜菜的亩产量：2-5吨/亩，平均4吨/亩。 甜菜的含糖量：13-21%，平均15-17%。 甜菜适合种植于温带和寒温带地区 。 甜菜主要用于制糖，但是可用受冻、