甘蔗糖蜜富含糖类以及酵母发酵所需的营养物质,被广泛用作燃料乙醇的生产原料。糖蜜成分复杂,高浓度糖蜜乙醇发酵存在酒度偏低、发酵时间长等问题,尤其是发酵后期果糖的利用缓慢致使残糖高,导致糖利用率和最终乙醇浓度低。因此,如何改进发酵工艺,除去其中的抑制成分以提高酵母细胞的活力和果糖利用率尤为重要。本文研究甘蔗糖蜜内部因素对酒精酵母GJ2008葡萄糖和果糖利用差异性的影响,旨在为糖蜜高浓度乙醇发酵工业生产提供研究基础。针对上述抑制因素进行预处理糖蜜乙醇发酵试验,研究内容和结果如下:(1)总糖浓度(g/L)为100,150,200,250和300,32℃,摇床120 r/min条件下,进行甘蔗糖蜜500 mL摇瓶乙醇发酵试验。结果表明:总糖浓度为200 g/L发酵时,发酵效率最高达78.40%;总糖浓度过高的糖蜜乙醇发酵残糖量高可能是由于抑制剂浓度过高,抑制酵母的生长,导致最终乙醇产率低,发酵时间延长。(2)蔗糖浓度为274 g/L,调节亚硫酸氢钠浓度(g/L)为0.00、0.16、0.49、1.14、1.63,研究亚硫酸盐对蔗糖高浓度乙醇发酵的影响。当亚硫酸氢钠浓度为0.49 g/L时,单位时间OD值AUC、酒精度和乙醇产率分别为15.23、14.78%(v/v)和2.16 g/(L·h),与对照组相比,分别下降了8.75%、4.34%和14.96%。结果表明:亚硫酸氢钠的加入抑制了酵母细胞的活力,使酵母细胞数减少,糖消耗速率变慢,乙醇产率降低;使单位数量酵母细胞的糖消耗能力和乙醇生成能力下降;与果糖代谢相比葡萄糖代谢更易受到亚硫酸氢钠的影响。(3)总糖浓度为270 g/L,调节钙离子和钾离子浓度(g/L)分别为0.0、0.3、0.6、1.2、2.4、4.8和0、1、3、7、14,研究金属离子对等浓度葡萄糖与果糖乙醇发酵的影响。当Ca2+浓度为0.6 g/L时,OD值AUC、乙醇浓度和乙醇产率分别为28.24、114.80 g/L和2.13 g/(L·h),与对照组相比,酵母细胞死亡率升高,OD值AUC、乙醇浓度和乙醇产率分别降低了7.32%、6.28%和6.17%。当K+浓度为3 g/L时,OD值AUC、乙醇浓度和乙醇产率分别为29.99、119.93 g/L和2.00 g/(L·h),与对照组相比,OD值AUC减小了0.30%,乙醇浓度和乙醇产率分别提高了0.33%和0.50%。结果表明:钙离子的加入抑制了酵母细胞的活力,使酵母细胞数减少,葡萄糖和果糖消耗速率变慢,乙醇产率降低;使单位数量酵母细胞的乙醇生成能力下降;与葡萄糖代谢相比果糖代谢更易受到钙离子的影响。钾离子为1 g/L和3 g/L时促进了酵母细胞的生长,使酵母细胞数增多;钾离子超过7 g/L,会抑制酵母细胞的生长,葡萄糖和果糖消耗速率变慢,乙醇产率降低。(4)总糖浓度为266.70 g/L,调节糖蜜胶体浓度(g/L)分别为0、10、20、40、80,研究胶体对等浓度葡萄糖与果糖乙醇发酵的影响。当胶体浓度为40 g/L时,稳定期的酵母细胞数为3.2×108个/mL,乙醇浓度和乙醇产率分别为111.25 g/L和1.85g/(L·h)。与对照组相比,细胞死亡率升高,细胞数、乙醇浓度和乙醇产率分别下降了5.88%、7.84%和7.96%。结果表明:糖蜜胶体的加入抑制了酵母细胞的活力,使酵母细胞数减少,葡萄糖和果糖消耗速变慢,乙醇产率降低;使单位数量酵母细胞的乙醇生成能力下降;与果糖代谢相比葡萄糖代谢更易受到胶体的影响。(5)糖蜜经絮凝、硫酸酸化处理后,进行270 g/L糖蜜未处理与预处理乙醇发酵试验。糖蜜预处理后稳定期酵母细胞数为1.7×108个/mL,残总糖、乙醇浓度和乙醇产率分别为40.69 g/L、97.84 g/L和1.48 g/(L·h)。与未处理相比,残总糖降低了40.16%,细胞数、乙醇浓度和乙醇产率分别提高了13.33%、13.24%和12.98%。结果表明:糖蜜预处理使酵母的糖消耗速率变快,乙醇产率升高;使单位数量酵母细胞的糖消耗能力和乙醇生成能力升高。