酒精發(fā)酵中殺菌劑的研究進(jìn)展

張強(qiáng)（長(zhǎng)春理工大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130022）

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酒精發(fā)酵中殺菌劑的研究進(jìn)展

張強(qiáng)
（長(zhǎng)春理工大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130022）

摘要：酒精發(fā)酵是一個(gè)非常復(fù)雜的微生物反應(yīng)過程。在這個(gè)過程中，除了生產(chǎn)菌外，還會(huì)從原料、空氣、水等帶入相當(dāng)數(shù)量的雜菌，從而降低酒精得率，影響酒精的正常生產(chǎn)。因此如何有效控制雜菌的感染，對(duì)整個(gè)酒精生產(chǎn)至關(guān)重要。本文綜述了酒精發(fā)酵中殺菌劑的研究進(jìn)展，主要介紹了酒精發(fā)酵過程中染菌的原因、危害、檢測(cè)方法以及常見的污染雜菌，重點(diǎn)介紹了漂白粉、青霉素、克菌靈、酒花及植物提取物等殺菌劑的使用。指出減少酒精發(fā)酵中的雜菌污染，加強(qiáng)細(xì)菌抗藥性的研究，尋找安全天然殺菌劑替代品是未來研究的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：殺菌劑；酒精；克菌靈；發(fā)酵

第一作者：張強(qiáng)（1969—），男，博士，副教授，主要從事生物質(zhì)能源研究。E-mail corn11@126.com。

自從20世紀(jì)70年代石油危機(jī)爆發(fā)以來，燃料短缺以及日益惡化的環(huán)境問題，使燃料酒精作為可再生能源越來越受到人們的關(guān)注[1]。

酒精發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的微生物反應(yīng)過程，一般要求純種培養(yǎng)。在酒精發(fā)酵過程中，除了生產(chǎn)菌外，還會(huì)從原料、空氣、水等帶入一定數(shù)量的雜菌，雜菌感染是影響酒精得率的主要因素。常見雜菌包括乙酸菌、乳酸菌、枯草芽孢菌等。少量雜菌不會(huì)對(duì)發(fā)酵過程產(chǎn)生明顯的影響，但是雜菌如果大量繁殖，就會(huì)給酒精生產(chǎn)帶來嚴(yán)重危害。雜菌的擴(kuò)繁可造成可發(fā)酵糖減少，其代謝產(chǎn)物會(huì)影響酵母菌的數(shù)量、質(zhì)量以及酶的活力?？梢哉f雜菌污染輕者影響酒精產(chǎn)量和質(zhì)量，重者導(dǎo)致倒罐，甚至停產(chǎn)。因此，如何有效控制生產(chǎn)中雜菌污染是酒精發(fā)酵工業(yè)的重點(diǎn)工作之一，對(duì)于提高酒精企業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)效益至關(guān)重要[2-3]。

本文主要介紹了酒精發(fā)酵過程中染菌的原因、危害、檢測(cè)方法以及常見的污染雜菌，重點(diǎn)對(duì)漂白粉、青霉素、克菌靈、酒花及植物提取物等殺菌劑的使用進(jìn)行概述。

1　酒精發(fā)酵過程中染菌原因

一般來講，在采用玉米等糧食作物為原材料進(jìn)行酒精發(fā)酵的過程中，都需要經(jīng)過原料處理、添加酶制劑及營(yíng)養(yǎng)物等過程，而在此過程中，很有可能會(huì)出現(xiàn)雜菌污染，主要來自以下幾個(gè)方面[4]。

1.1原輔料污染

淀粉質(zhì)原料發(fā)酵生產(chǎn)酒精，必須經(jīng)過液化糖化步驟，由于糖化酶不能耐受較高溫度，因此不能采用濕熱滅菌來處理發(fā)酵液，從而使原料帶來大量雜菌。目前酒精生產(chǎn)企業(yè)普遍采用中低溫蒸煮，蒸煮的溫度不能徹底殺滅自身所帶來的雜菌，也導(dǎo)致了耐溫雜菌的存在。另外采用淀粉質(zhì)原料時(shí)，原料處理過程需添加一定數(shù)量的淀粉酶、糖化酶以及部分蛋白酶，這些輔料在出廠后、運(yùn)輸、使用過程中會(huì)出現(xiàn)污染，鏡檢時(shí)可檢出桿菌、球菌等。發(fā)酵過程中需添加的磷酸鹽、硫酸銨、尿素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也會(huì)帶來雜菌污染。

1.2水污染

酒精生產(chǎn)的許多工序需要用水，例如濕法粉碎、干法粉碎以及酵母菌擴(kuò)培等。這些工藝水直接參與發(fā)酵過程，如果沒有經(jīng)過消毒處理，或是僅僅經(jīng)過簡(jiǎn)單處理，也會(huì)帶來大量的雜菌污染。

1.3空氣污染

自然空氣中含有灰塵顆粒、水蒸氣和各種雜菌，每立方米約有五千至十萬個(gè)微生物。酒母繁殖階段，需通風(fēng)培養(yǎng)，如果空氣沒有進(jìn)行有效除菌處理，將會(huì)帶來大量的雜菌污染。

1.4設(shè)備及管道污染

設(shè)備和管道應(yīng)定期滅菌，破損應(yīng)及時(shí)維修，否則會(huì)帶來雜菌。另外生產(chǎn)設(shè)備或管路存在死角，滅菌時(shí)如果不徹底，也會(huì)導(dǎo)致發(fā)酵液染菌。

1.5清液回配污染

清液回配是酒精廠提高酒精糟液固定物含量，降低蒸發(fā)負(fù)荷并節(jié)約用水、節(jié)約能耗的有效手段。采用清液回配發(fā)酵，雖然回配清液溫度較高，但仍有耐溫雜菌生存，也會(huì)導(dǎo)致發(fā)酵過程雜菌污染。

1.6酒母污染

釀酒酵母也可能成為一個(gè)污染源。用于酒精發(fā)酵的釀酒酵母接種量約為10％。酒精企業(yè)一般先培養(yǎng)小酒母，后培養(yǎng)大酒母，即自然培養(yǎng)法培養(yǎng)酵母，這個(gè)過程也可帶來雜菌污染。

2　酒精發(fā)酵過程中染菌危害

隨著發(fā)酵工業(yè)不斷發(fā)展，發(fā)酵染菌率呈不斷下降趨勢(shì)，但仍有部分企業(yè)發(fā)酵染菌率居高不下。主要危害表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[5]。

2.1競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，導(dǎo)致酒精得率降低

酒精發(fā)酵中常見的雜菌乳酸菌和酵母菌有相似的營(yíng)養(yǎng)需求。它們將爭(zhēng)奪發(fā)酵醪中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，特別是碳源，使酒精得率降低。乙酸菌代謝所需碳源和能量主要來自酒精，隨著代謝產(chǎn)物乙酸的不斷積累，酒精會(huì)大量消耗，造成得率損失。

2.2改變生產(chǎn)環(huán)境，抑制酵母的生長(zhǎng)繁殖

發(fā)酵過程中感染的乙酸菌是需氧菌，乳酸菌是厭氧菌，它們分泌乙酸、乳酸和其他副產(chǎn)物，導(dǎo)致pH值下降，揮發(fā)酸升高。由于H+濃度能改變?cè)|(zhì)膜膠體的電荷，而原生質(zhì)膜影響物質(zhì)和離子通透性，所以酸度會(huì)改變酵母的存在環(huán)境，抑制酵母的生長(zhǎng)繁殖[6]。

2.3雜菌會(huì)分泌多種有害物質(zhì)，抑制或殺死酵母

細(xì)菌的代謝產(chǎn)物乳酸和乙酸對(duì)酵母有較強(qiáng)的抑制作用。發(fā)酵醪中乙酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)0.01％時(shí)，酵母的生命活動(dòng)受到影響，0.2％時(shí)則全部被抑制。乳酸的抑制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％～4％。另外乙酸和乳酸可協(xié)同抑制酵母的生長(zhǎng)，這種協(xié)同作用所需的抑制濃度更低。丁酸的抑制濃度比乳酸和乙酸更明顯，0.005％的丁酸就會(huì)抑制酵母的增殖[7]。另外，一定濃度的乳酸和乙酸也會(huì)對(duì)淀粉酶和糖化酶的活性起到抑制作用，造成發(fā)酵殘?zhí)巧撸l(fā)酵不徹底。

3　酒精發(fā)酵雜菌判定

酒精發(fā)酵是否感染雜菌可通過兩種方法進(jìn)行判定[8]。一是通過鏡檢，酵母通常為圓形或卵圓形，而細(xì)菌一般較小，呈現(xiàn)圓形和細(xì)長(zhǎng)形兩種。當(dāng)酒精發(fā)酵染菌時(shí)，從顯微鏡中可明顯看出所染雜菌類型及數(shù)量，由此可以推斷染菌的程度。二是通過測(cè)定發(fā)酵醪液的揮發(fā)酸，判斷染菌程度。酒精發(fā)酵通常感染的是乙酸菌和乳酸菌等，它們代謝會(huì)產(chǎn)生一些易揮發(fā)的有機(jī)酸，因此測(cè)定揮發(fā)酸的高低是檢驗(yàn)雜菌感染的重要指標(biāo)。未感染雜菌時(shí)揮發(fā)酸一般在0.012％ 以下。通常將兩種方法結(jié)合起來使用，效果會(huì)更好。

4　常見的污染雜菌

自然界有許多微生物能進(jìn)行酒精發(fā)酵，但是真正得到廣泛應(yīng)用的是釀酒酵母。利用釀酒酵母發(fā)酵生產(chǎn)酒精是目前最經(jīng)濟(jì)的方法。酒精發(fā)酵屬于開放式發(fā)酵，在發(fā)酵液中還存在一定數(shù)量的其他微生物，危害酒精的生產(chǎn)，這些微生物稱為雜菌[9-10]。常見的雜菌主要有兩大類：細(xì)菌和野生酵母。①細(xì)菌對(duì)酒精發(fā)酵危害最大，革蘭氏陽性細(xì)菌包括乳酸菌及丁酸菌等。革蘭氏陰性細(xì)菌包括乙酸菌及大腸桿菌等。②野生酵母主要包括假絲酵母和嗜殺酵母。

4.1乳酸菌

乳酸菌是能使糖類生成乳酸的一類細(xì)菌的總稱，形狀為桿菌或球菌，它們有著復(fù)雜的營(yíng)養(yǎng)需求。由于繁殖速率高且可以耐較低pH值環(huán)境，是每個(gè)酒精廠實(shí)際存在的最棘手的一類污染菌。NARENDRANATH等[11]指出，乳酸菌污染水平達(dá)到106CFU/mL（CFU為菌落形成單位）時(shí)，將使正常濃度的小麥醪液酒精產(chǎn)量減少近2％，較嚴(yán)重的污染（109CFU/mL）將有更明顯的影響，可導(dǎo)致酒精產(chǎn)量降低3.8％～7.6％ 。

乳酸菌的糖類代謝途徑是嚴(yán)格的厭氧發(fā)酵，按發(fā)酵類型可分為3類：專性同型發(fā)酵、兼性異型發(fā)酵和專性異型發(fā)酵[12]，代表菌株見表1。在專性同型發(fā)酵中，乳酸是己糖代謝的主要終產(chǎn)物，幾乎全部通過糖酵解途徑將一分子己糖發(fā)酵成兩分子乳酸，這種類型的乳酸菌含有果糖二磷酸醛縮酶，但沒有磷酸戊糖異構(gòu)酶，所以不能發(fā)酵戊糖和葡萄酸鹽。專性異型發(fā)酵的乳酸菌能夠利用磷酸甘油醛或磷酸戊糖異構(gòu)酶途徑發(fā)酵糖產(chǎn)生幾種終產(chǎn)物的混合物，這些終產(chǎn)物包括乳酸、乙酸、酒精和二氧化碳及少量的甲酸和丁二酸，見圖1。乳酸菌對(duì)發(fā)酵的主要影響是產(chǎn)生和分泌對(duì)酵母有抑制作用的化合物，隨著有機(jī)酸的不斷積累，將嚴(yán)重地威脅酵母的生存。

表1　乳酸菌發(fā)酵類型及代表菌株

圖1　乳酸菌己糖發(fā)酵的主要途徑

4.2乙酸菌

乙酸菌是一種好氧菌，能將發(fā)酵液中的糖類等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收利用，產(chǎn)生大量的乙酸，是酒精生產(chǎn)中害處最大的一種細(xì)菌[13]。如果發(fā)酵過程中發(fā)生乙酸菌污染，乙酸菌可將已生成的酒精氧化成乙醛、乙酸，進(jìn)而氧化為水和二氧化碳。當(dāng)發(fā)酵液中乙酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)0.01％時(shí)，酵母菌的生命活動(dòng)即受影響；當(dāng)乙酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)0.2％時(shí)，酵母菌就完全受到抑制。該菌可耐10％～11％的酒精。

酵母菌擴(kuò)培罐和醪液罐最容易受乙酸菌污染。在擴(kuò)培罐中，通風(fēng)和強(qiáng)攪拌雖然可促進(jìn)酵母生長(zhǎng)和增殖，但也為乙酸菌的繁殖提供了適宜的生存環(huán)境，在擴(kuò)培系統(tǒng)染菌逐步加重。實(shí)際上擴(kuò)培罐中并不是真正的有氧環(huán)境，特別是在使用發(fā)酵醪時(shí)，其中溶解氧含量低，不過乙酸菌可以在罐頂部生長(zhǎng)，該處流動(dòng)濺起的醪液能為乙酸菌創(chuàng)造一個(gè)適宜的生存環(huán)境[14]。另外，在厭氧條件下，酵母產(chǎn)生的酒精也是乙酸菌的優(yōu)良營(yíng)養(yǎng)物。乙酸菌可以通過呼吸作用直接氧化糖和酒精生成能量，在含有酒精的發(fā)酵罐中更容易出現(xiàn)乙酸菌污染的問題。如果醪液和發(fā)酵罐頂部有充足的氧氣，這些細(xì)菌將大量繁殖并把酒精轉(zhuǎn)化為乙酸和其他產(chǎn)品。乙酸菌糖代謝途徑有多種，磷酸己糖旁路（HMP）和三羧酸循環(huán)（TCA）是其中占優(yōu)勢(shì)的代謝途徑，代謝主產(chǎn)物是乙酸，所需能量來自酒精、甘油和乳酸鹽，主要取決于可利用的碳源。

4.3丁酸菌

丁酸菌屬芽胞菌，多數(shù)為嫌氣性，具有固定游離氮的能力，生長(zhǎng)溫度30～40℃。丁酸菌對(duì)酸抵抗性弱，pH值小于4.9時(shí)，就不再生長(zhǎng)繁殖。發(fā)酵過程中一旦感染該菌，危害相當(dāng)大，因?yàn)槎∷峋軐⑻欠蒉D(zhuǎn)化為丁酸，丁酸具有較強(qiáng)的抑制酵母菌繁殖能力。當(dāng)醪液中丁酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)0.005％時(shí)，酵母的增殖即受到抑制，其抑制酵母的能力是乙酸的20倍。因此，丁酸菌不僅造成酒精發(fā)酵過程糖分損失，還會(huì)嚴(yán)重抑制酵母的增殖和代謝，迫使發(fā)酵過程停止。

5　酒精發(fā)酵常用的殺菌劑

選擇合適的殺菌劑是控制雜菌最有效方法和最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。目前生產(chǎn)中采用的殺菌劑有漂白粉、青霉素、克菌靈、酒花及植物提取物等。

5.1漂白粉

漂白粉作為消毒劑已經(jīng)廣泛應(yīng)用在自來水中。它由氯氣和熱石灰反應(yīng)所得，消毒作用是因?yàn)榇温人徕}在水中產(chǎn)生次氯酸的結(jié)果。次氯酸和次氯酸根能夠穿過細(xì)菌的細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部，在氯離子的氧化作用下，細(xì)菌內(nèi)的某些酶系統(tǒng)受到破壞，導(dǎo)致細(xì)菌死亡。

陳世忠等[15]在酒母醪中添加漂白粉進(jìn)行殺菌，酒母醪中揮發(fā)酸都在0.09mg/mL 以下。發(fā)酵醪中添加漂白粉殺菌，前期揮發(fā)酸從0.13～0.15mg/mL 降到0.11mg/mL 以下，雜菌從5～6個(gè)桿菌、4個(gè)球菌降至3～4個(gè)桿菌、2個(gè)球菌。發(fā)酵期的酒分、酵母數(shù)都很正常。

史淑芝等[16]采用不同殺菌劑對(duì)能源甜菜酒精發(fā)酵進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)漂白粉時(shí)雖然使酒精發(fā)酵過程中pH值下降幅度較小，但它的酒精轉(zhuǎn)化率較低，可能由于漂白粉對(duì)酵母具有一定的傷害作用，致使最終酒精得率降低。

漂白粉常用于發(fā)酵設(shè)備，例如發(fā)酵罐及管道的消毒。漂白粉使用時(shí)一般先配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％～2％的溶液，然后再加到糖化醪或發(fā)酵醪中。漂白粉有效氯含量一般為25％～35％。加量為0.5～2.0 mg/mL，這是國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)用量，使用中不得超標(biāo)。

5.2青霉素

酒精工業(yè)生產(chǎn)一般通過添加抗生素以控制雜菌污染。據(jù)報(bào)道，使用青霉素己有150年以上的歷史。青霉素由于分子中含有4 個(gè)原子構(gòu)成的β-內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)（圖2），故統(tǒng)稱為β-內(nèi)酰胺抗生素。青霉素是利用青霉菌進(jìn)行培養(yǎng)，從其培養(yǎng)液中獲得的一種有機(jī)酸，一般用其鉀鹽或鈉鹽，主要用于抑制革蘭氏陽性細(xì)菌的感染。

圖2　青霉素結(jié)構(gòu)

革蘭氏陽性細(xì)菌細(xì)胞壁主要由黏肽構(gòu)成。黏肽的前體物質(zhì)通過相互交連形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而這種交連作用需要在轉(zhuǎn)肽酶的作用下才能完成。由于青霉素與黏肽的前體物質(zhì)互相競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)肽酶，導(dǎo)致黏肽合成受阻，細(xì)胞壁缺損，失去保護(hù)作用，從而導(dǎo)致細(xì)菌死亡。因此，青霉素對(duì)酒精發(fā)酵有害的細(xì)菌，例如乳酸菌、乙酸菌、丁酸菌等有明顯的抑制作用，但這種抑制作用主要發(fā)生在細(xì)菌的繁殖旺盛期，而對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)下的細(xì)菌則作用較弱。釀酒酵母細(xì)胞壁主要由葡聚糖和苷露聚糖構(gòu)成，因而青霉素對(duì)酵母沒有影響。青霉素是目前酒精生產(chǎn)企業(yè)廣泛應(yīng)用的一種殺菌劑[17]。

利用抗生素抑制乳桿菌等雜菌，青霉素比氯四環(huán)素、桿菌膚、氯霉素和土霉素更有效，其用量介于0.75～2U/mL。HYNES等[18]認(rèn)為在間歇發(fā)酵中青霉素的濃度一般要超過1.5mg/L才能抑制乳酸菌，因?yàn)榍嗝顾夭皇且环N耐酸的抗生素，在pH值為5以下會(huì)部分失活。

李繼德[19]按0.6～1.2U/mL（醪液）的量把青霉素加入到發(fā)酵醪及酒母醪中，控酸效果非常明顯，起到了較好的抑菌效果。環(huán)境條件好時(shí)少用，環(huán)境條件差時(shí)多用；冬季時(shí)少用，夏季時(shí)多用；原料經(jīng)過高溫蒸煮時(shí)少用，低溫蒸煮時(shí)多用。另外青霉素的加入量應(yīng)適當(dāng)，過少不能達(dá)到滅菌效果，過多則會(huì)造成浪費(fèi)。

范懷德[20]采用青霉素替代硫酸后，使用量為0.5～1 U/mL，可以有效地抑制雜菌污染，提高酒母質(zhì)量，防止硫酸對(duì)人體的危害。此時(shí)酵母細(xì)胞的各項(xiàng)指標(biāo)均符合工藝要求。酒母醪發(fā)酵正常，酸度降低，特別在夏季使用、效果更為明顯。

范靜等[21]在薯干酒精生產(chǎn)中添加青霉素，使用后可使酸度下降0.2，殘?zhí)窍陆?.15％ ，外觀糖度下降0.5 "BX，淀粉出酒率提高約2.7％。

然而人們發(fā)現(xiàn)，青霉素在酒精發(fā)酵使用過程中的濫用已引發(fā)多抗性菌株的出現(xiàn)。細(xì)菌耐藥性系指細(xì)菌對(duì)于抗菌藥物作用的耐受性，耐藥性一旦產(chǎn)生，藥物的療效作用就明顯下降。當(dāng)長(zhǎng)期應(yīng)用抗生素時(shí)，占多數(shù)的敏感菌株不斷被殺滅，耐藥菌株就大量繁殖，替代敏感菌株，使細(xì)菌對(duì)該種藥物的耐藥率不斷升高，這已經(jīng)引起了人們的關(guān)注。

孫振江等[22]研究了青霉素、安菌泰、莫能菌素3種殺菌劑在木薯酒精發(fā)酵中的殺菌效果。指出3種殺菌劑均能有效進(jìn)行殺菌，最好在發(fā)酵初期添加，但殺菌劑添加量不能超過10mg/L，否則會(huì)對(duì)酵母產(chǎn)生抑制作用。發(fā)酵過程中將3種殺菌劑交替使用，從而避免使用一種殺菌劑產(chǎn)生抗藥性的問題。

李力群等[23]在15L 發(fā)酵罐中進(jìn)行玉米濃醪酒精發(fā)酵。采用鏈霉素1.4U/mL，土霉素0.7U/mL，青霉素0.9U/mL 組成的優(yōu)化復(fù)合抗生素，抑菌效果明顯，最終酒精度達(dá)到了17.2％ ，揮發(fā)酸0.20mg/L。3種抗生素的聯(lián)合使用，增強(qiáng)了抑菌的效果，避免了抗藥性的問題。

青霉素是酒精生產(chǎn)中最常用的殺菌劑，另外還有鏈霉素和抗乳菌素。雖然鏈霉素和抗乳菌素也有較好的殺菌作用，但成本較高，一般酒精企業(yè)都不采用。

5.3克菌靈

克菌靈具有廣譜高效的殺菌效果，是酒精生產(chǎn)中專用殺菌劑。它主要通過抑制細(xì)菌細(xì)胞壁合成和干擾蛋白質(zhì)合成而達(dá)到抑菌作用，因此能夠有效抑制或殺滅酒精生產(chǎn)過程中的乳酸菌、乙酸菌等常見雜菌，而對(duì)生產(chǎn)菌株沒有任何的毒副作用。

于成等[24]在玉米酒精生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，在前發(fā)酵期添加克菌靈較為合適，加人量為6mg/L時(shí)，抑制雜菌的效果較明顯。發(fā)酵速度加快，雜菌減少，發(fā)酵酒度高。發(fā)酵周期可維持在55～60h。

張家偉等[25]研究發(fā)現(xiàn)，克菌靈對(duì)酒精發(fā)酵過程中常見的乳酸菌、乙酸菌等雜菌具有較好的抑制殺滅作用，殺菌率在85％以上?？司`無論是低濃度還是高濃度，對(duì)釀酒酵母沒有任何毒副作用，其形態(tài)、出芽率、發(fā)酵活力均不受影響，而且能夠促進(jìn)酵母生長(zhǎng)，增強(qiáng)發(fā)酵活力。

本文作者[26]曾經(jīng)在玉米酒精生產(chǎn)中添加克菌靈進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)克菌靈可有效抑制雜菌生長(zhǎng)。在發(fā)酵前期加入，最佳使用量為6mg/L，酸度可降低0.2，酒精度可提高0.4％（體積比），原料出酒率提高0.9％。另據(jù)蔣敬全[4]報(bào)道，一個(gè)以糖蜜為原料年產(chǎn)5 萬噸酒精廠，以克菌靈完全替代濃硫酸抑制雜菌，可直接增加經(jīng)濟(jì)效益296萬元。而以淀粉質(zhì)為原料年產(chǎn)5萬噸酒精廠，可增加經(jīng)濟(jì)效益214萬元。

克菌靈在酒精生產(chǎn)中殺菌效果顯著，且不會(huì)出現(xiàn)耐藥性。另外可以改變傳統(tǒng)以濃硫酸抑制雜菌的生產(chǎn)工藝，減少發(fā)酵過程中濃硫酸的用量及對(duì)發(fā)酵設(shè)備的腐蝕作用。目前克菌靈已在國(guó)內(nèi)多家酒精企業(yè)應(yīng)用，國(guó)外的巴西、泰國(guó)、越南也有使用克菌靈產(chǎn)品。

5.4酒花及植物提取物

藥用植物具有顯著的生理活性，廣泛應(yīng)用于抗菌等領(lǐng)域。隨著綠色消費(fèi)的興起，藥用植物的開發(fā)和利用越來越引起人們的關(guān)注。同時(shí)，由于抗生素的濫用，在眾多方面已引起許多問題，如多抗性菌株的出現(xiàn)等，因此已產(chǎn)生了使用安全天然代替品的迫切要求[27]。

酒花，即啤酒花，是來源于歐洲和西亞的野生植物，它生長(zhǎng)迅速，在很多氣候溫和的地區(qū)如中國(guó)、英國(guó)、澳大利亞和法國(guó)等都有生長(zhǎng)。人們很早就認(rèn)識(shí)到β-酒花酸能夠增強(qiáng)抑菌效果。1993年，SIMPSON[28]研究了乳酸菌對(duì)酒花酸的敏感性，指出酒花酸起移動(dòng)離子載體的作用，可以消除跨膜pH值梯度，抑制乳酸菌的生長(zhǎng)。另外質(zhì)子從胞外越過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)外pH值差異，使細(xì)胞對(duì)糖的吸收受到抑制，乳酸或乙酸等代謝物不能夠分泌。

2002年BetaTec與Hohenheim大學(xué)合作，采用全水相工藝從酒花的CO2萃取物中得到了兩種可用于酒精工業(yè)的酒花天然抗菌劑Iso StabTM和Lacto StabTM。它們含有酒花酸，對(duì)酒精發(fā)酵過程中的雜菌具有良好的抗性。通過在一個(gè)1.9億升玉米燃料酒精生產(chǎn)企業(yè)實(shí)踐證明，在抑制濃度下，抗菌劑Iso StabTM被連續(xù)加入到600m3種子罐，前10h添加Iso StabTM，后14h不添加。采取這種方法試驗(yàn)進(jìn)行了14天。4天后發(fā)現(xiàn)乳酸和乙酸的濃度明顯降低，8天后乳酸和乙酸幾乎消失[29]。這兩種抗菌劑已經(jīng)被美國(guó)和加拿大的酒精生產(chǎn)企業(yè)所采用，目前可在國(guó)際市場(chǎng)上購(gòu)買到。

鄭進(jìn)保[30]對(duì)大量藥用植物提取物在酒精發(fā)酵中的抑菌作用進(jìn)行了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)烏梅、麻黃、地榆、黃連、石榴皮、山茱英等提取物均能不同程度地抑制乳酸菌的生長(zhǎng)。0.05g/mL的烏梅提取物可促進(jìn)釀酒酵母的生長(zhǎng)，卻抑制乳酸菌的生長(zhǎng)。0.01g/mL黃連提取物能夠強(qiáng)烈抑制乳酸菌的生長(zhǎng)，而對(duì)釀酒酵母基本不起抑制作用；發(fā)酵過程中添加0.05g/mL的烏梅提取物可使乳酸菌由6×107CFU/mL降低到1.0×104CFU/mL，而酒精產(chǎn)量可提高1.45mg/mL。

鑒于藥用植物獨(dú)特的抗菌活性，作為安全天然代替品已經(jīng)引起了人們極大的關(guān)注[31]。

6　結(jié)語

解決酒精發(fā)酵工業(yè)中的染菌問題，應(yīng)當(dāng)“防重于治”，只有嚴(yán)防才能消除或減少雜菌的污染。防止染菌應(yīng)嚴(yán)格工藝管理、防止空氣帶菌、培養(yǎng)基應(yīng)徹底滅菌、合理消除管路、死角帶菌等，另外要抓好菌種、原料和水的處理以及環(huán)境衛(wèi)生，從根本上切斷污染源。如果能有效防治雜菌感染，不僅能提高酒精得率，節(jié)省大量的人力物力，而且能避免由于染菌而造成的經(jīng)濟(jì)損失。

防菌固然重要，但抑菌才是關(guān)鍵，如同一個(gè)問題的兩個(gè)方面。目前抗生素是酒精企業(yè)廣泛使用的殺菌劑。為了保持抗生素的有效性，應(yīng)重視其合理使用。盡管理論上認(rèn)為抗生素在蒸餾等處理后會(huì)分解而不殘留在酒糟中，但大量證據(jù)顯示，工業(yè)抗生素的濫用會(huì)污染地表水和地下水。巴西在酒精生產(chǎn)中使用抗生素控制細(xì)菌，現(xiàn)已從該甘蔗農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中分離出多抗性細(xì)菌。2005年底，歐盟內(nèi)用于作為動(dòng)物飼料的復(fù)合物，其發(fā)酵產(chǎn)物已經(jīng)不允許有抗生素殘留。隨著在農(nóng)業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用抗生素而使病原菌產(chǎn)生多抗性的關(guān)注日益增長(zhǎng)，應(yīng)加強(qiáng)細(xì)菌抗藥性的研究，尋找安全天然的殺菌劑替代品，在此基礎(chǔ)上，防抑結(jié)合，標(biāo)本兼治，才能促進(jìn)酒精工業(yè)健康發(fā)展。

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Research progress on fungicides during ethanol fermentation

ZHANG Qiang
（School of Life Science and Technology，Changchun University of Science and Technology，Changchun 130022，Jilin，China ）

Abstract：Ethanol fermentation is a complex microbial process. During the process，a significant number of bacteria will be brought in from raw materials，air，water，etc.，which will reduce yield of ethanol and affect production of ethanol. Therefore，how to effectively control the bacteria infection is essential for the ethanol production. Research progress on fungicides during ethanol fermentation was reviewed in this paper. The source，contamination，testing methods of the common harmful bacteria during ethanol fermentation were introduced focusing on the application of bleaching powder，penicillin，“kejunling” and hops and plant extracts. Reducing the bacteria infection during ethanol fermentation，strengthening the study of bacteria resistance and finding safe and natural alternatives to fungicides are the keys to future research.

Key words：fungicide；ethanol；kejunling；fermentation

中圖分類號(hào)：TK 6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000–6613（2016）04–1167–06

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.04.032

收稿日期：2015-08-31；修改稿日期：2015-10-25。

基金項(xiàng)目：吉林省教育廳科研項(xiàng)目（吉教科合字[2014]第34號(hào)）。