山东诸城凉台出土的一幅汉代的画像石有一幅庖厨图,图中的一部分为酿酒情形的描绘,把当时酿酒的全过程都表现出来了。一人跪着正在捣碎曲块,旁边有一口陶缸应为曲末的浸泡,一人正在加柴烧饭,一人正在劈柴,一人在甑旁拨弄着米饭,一人负责曲汁过滤到米饭中去,并把发酵醪拌匀的操作。有两人负责酒的过滤,还有一人拿着勺子,大概是要把酒液装入酒瓶。下面是发酵用的大酒缸,都安放在酒垆之中。大概有一人偷喝了酒,被人发现后,正在挨揍。酒的过滤大概是用绢袋,并用手挤干。过滤后的酒放入小口瓶,进一步陈酿。
用酒曲酿酒是我国的特色,古人如何用曲值得研究。曲是糖化发酵剂,在古代,将其看作发酵的引物。在古时,酿酒的关键步骤之一就是先将酒曲制成这种引物,酒曲的使用是否得当往往决定酿酒的成败。因为古代的酒曲都是天然接种微生物的,极易污染杂菌。
用酒曲酿酒是我国的特色,古人如何用曲值得研究。曲是糖化发酵剂,在古代,将其看作发酵的引物。在古时,酿酒的关键步骤之一就是先将酒曲制成这种引物,酒曲的使用是否得当往往决定酿酒的成败。因为古代的酒曲都是天然接种微生物的,极易污染杂菌。
古代用曲的方法有两种,一是先将酒曲泡在水中,待酒曲发动后(即待曲中的酶制剂都溶解出来并活化后),过滤曲汁,再投入米饭开始发酵,这称之为浸曲法;另一种是酒曲捣碎成细粉后,直接与米饭混合,这不妨称之为“曲末拌饭法”。浸曲法可能比曲末拌饭法更为古老。浸曲法大概是从蘖(谷芽)浸泡糖化发酵转变而来的。浸曲法在汉代甚至在北魏时期都是最常用的用曲方法,这可从广泛使用浸曲法得出这一结论。
古代懂得浸曲之水应根据不同的季节而应分别处理。冬季酿酒取来的水可以直接浸曲;春天后,气温较高,水不干净,需将水煮沸,沸水也不能直接浸曲,需冷却后才能浸曲(沸水会将曲中的微生物烫死,酶也会失活)。
浸曲,也有讲究,应根据季节,水温确定浸曲时间。以保证浸曲的效果。
(三)微生物的培养
在工业上,发酵过程的发生处于严格的控制之下,这种控制称为培养,即分批培养、补料分批培养、半连续培养和连续培养。
1.分批培养
分批发酵是最为简单的发酵过程,培养基中接入菌种以后,没有物料的加入和取出,除了空气的通入和排气。整个过程中菌的浓度、营养成分的浓度和产物浓度等参数都随
时间变化。
微生物生长分为:迟滞期、对数生长期、稳定期和死亡期。在迟滞期,菌体没有分裂只有生长,因为当菌种接种入一个新的环境,细胞内的核酸、酶等稀释,这时细胞不能分裂。当细胞内的与细胞分裂相关的物质浓度达到一定程度,细胞开始分裂,这时细胞生长很快,比生长速率几近常数。这个时期称为对数生长期。随着细胞生长,培养液中的营养物减少,废物积累,导致细胞生长速率下降,进入减速期和稳定期。最后当细胞死亡速率大于生成速率,进入死亡期。对于初级代谢产物,在对数生长期初期就开始合成并积累,而次级代谢产物则在对数生长期后期和稳定期大量合成。
分批培养的操作简单,周期短,染菌机会少,生产过程和产品质量容易掌握;然而产率低,不适于测定动力学数据。
2.补料分批培养
补料分批培养是指在分批培养过程中补入新鲜的料液,以克服营养不足而导致的发酵过早结束的缺点。在此过程中只有料液的加入没有料液的取出,所以发酵结束时发酵液体积比发酵开始时有所增加。在工厂的实际生产中采用这种方法很多。
在这样一种系统中可以维持低的基质浓度,避免快速利用碳源的阻遏效应;可以通过补料控制达到最佳的生长和产物合成条件;还可以利用计算机控制合理的补料速率,稳定最佳生产工艺。同时,由于没有物料取出,产物的积累最终导致比生产速率的下降。由于有物料的加入增加了染菌机会。
3.半连续培养
在补料分批培养的基础上间歇放掉部分发酵液(带放)称为半连续培养。某些品种采取这种方式,如四环素发酵。放掉部分发酵液,再补入部分料液,使代谢有害物得以稀释有利于产物合成,提高了总产量。然而这样做也导致代谢产生的前体物被稀释,提取的总体积增大。