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酿酒时的化学反应原理

酿酒的核心化学反应原理主要涉及糖化(淀粉转化为糖)和发酵(糖转化为乙醇)两个关键过程,以下是分步解释:

一、糖化过程(淀粉→可发酵糖)

1. 原料中的淀粉来源:谷物(如大麦、大米)或薯类中的淀粉是多糖,无法直接被酵母利用。

酿酒时的化学反应原理-图1
(图片来源网络,侵删)

2. 酶的催化作用

  • α-淀粉酶:在60-70℃下将长链淀粉分解为短链糊精(液化作用)。
  • 葡萄糖淀粉酶:在50-60℃下进一步水解糊精为葡萄糖(糖化作用)。
  • 3. 化学式示例

    [

    酿酒时的化学反应原理-图2
    (图片来源网络,侵删)

    (C_6H_{10}O_5)_n xrightarrow{

    ext{酶}} nC_{12}H_{22}O_{11} xrightarrow{

    ext{酶}} 2nC_6H_{12}O_6

    酿酒时的化学反应原理-图3
    (图片来源网络,侵删)

    ]

    (淀粉→麦芽糖→葡萄糖)

    二、发酵过程(糖→乙醇)

    1. 酵母代谢路径

  • 糖酵解(EMP途径):葡萄糖在细胞质中分解为丙酮酸
  • [

    C_6H_{12}O_6 → 2CH_3COCOOH + 2ATP

    ]

  • 丙酮酸脱羧:生成乙醛并释放CO₂
  • [

    CH_3COCOOH → CH_3CHO + CO_2↑

    ]

  • 乙醇脱氢酶催化:乙醛还原为乙醇
  • [

    CH_3CHO + NADH → C_2H_5OH + NAD^+

    ]

    总反应式:( C_6H_{12}O_6 → 2C_2H_5OH + 2CO_2↑ + 能量 )

    三、关键影响因素

    1. 温度控制

  • 糖化最佳:50-70℃(酶活性区间)
  • 发酵最佳:20-30℃(酵母存活温度)
  • 2. 副产物生成

  • 甘油(C₃H₈O₃):改善酒体口感
  • 高级醇(如异戊醇):贡献风味物质
  • 酯类物质(如乙酸乙酯):产生果香
  • 四、特殊类型酒的差异

    1. 黄酒/清酒:添加米曲霉(Aspergillus oryzae)同时进行糖化和发酵

    2. 白酒:固态发酵中霉菌(根霉、曲霉)和酵母协同作用

    3. 葡萄酒:直接利用葡萄中的果糖(无需糖化)

    五、后熟阶段的化学变化

    1. 酯化反应

    [

    CH_3COOH + C_2H_5OH → CH_3COOC_2H_5 + H_2O

    ]

    (乙酸与乙醇生成乙酸乙酯,产生花果香)

    2. 氧化还原反应:醛类物质逐渐转化为醇类,降低***性

    整个过程本质是微生物(酵母、霉菌)通过酶催化实现的生物氧化还原反应体系,最终将植物中的碳水化合物转化为乙醇及数百种风味物质。不同酒类的独特风味取决于原料成分、菌种组合及工艺条件对副反应的控制。

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