黃酒三邊發(fā)酵邊糖化邊酵母發(fā)酵產(chǎn)酒精邊細(xì)菌－乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)酸混合發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型初探

Preliminary Study On The Kinetic Model of Mixed Fermentation In Huangjiu: Simultaneous Saccharification, Alcohol Production By Yeast, And Acid Production By Lactic Acid Bacteria

毛青鐘

Mao Qingzhong

摘要：黃酒 “三邊發(fā)酵” 是邊糖化（淀粉水解）、邊酵母發(fā)酵（產(chǎn)酒精）、邊細(xì)菌發(fā)酵（主要為乳酸菌產(chǎn)酸）的協(xié)同代謝過程，其動(dòng)力學(xué)模型是解析多菌種互作機(jī)制、實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過程精準(zhǔn)調(diào)控的核心工具。該模型以麥曲與酒藥提供的酶系及功能微生物為基礎(chǔ)，整合原料特性、環(huán)境參數(shù)與微生物群落演替規(guī)律，構(gòu)建多反應(yīng)耦合的量化體系。模型核心涵蓋多種高頻穩(wěn)定微生物類群的代謝行為，其中酵母屬（以釀酒酵母為主）、乳酸菌（以植物乳植桿菌為主）及根霉屬、曲霉屬構(gòu)成功能核心，通過多個(gè)狀態(tài)變量與多個(gè)反應(yīng)方程，描述底物消耗、菌體生長(zhǎng)、產(chǎn)物生成及種間抑制的動(dòng)態(tài)關(guān)系。模型參數(shù)優(yōu)化凸顯黃酒類型特異性；其核心價(jià)值在于揭示了 “糖化 - 酒精發(fā)酵 - 風(fēng)味形成” 三階段的協(xié)同演進(jìn)規(guī)律，為傳統(tǒng)釀造工藝的標(biāo)準(zhǔn)化、智能化升級(jí)提供了科學(xué)支撐，也為不同類型黃酒的風(fēng)味定向調(diào)控奠定了理論基礎(chǔ)。

Abstract: The "three concurrent fermentations" of Huangjiu—simultaneous saccharification (starch hydrolysis), yeast fermentation (alcohol production), and bacterial fermentation (primarily lactic acid production by bacteria)—constitute a synergistic metabolic process. The kinetic model serves as a core tool for analyzing multi-species interaction mechanisms and achieving precise fermentation control. Based on the enzymatic systems and functional microorganisms provided by koji and fermentation starters, this model integrates raw material characteristics, environmental parameters, and microbial community succession patterns to construct a quantitative system of coupled reactions. The model's core encompasses the metabolic behaviors of various high-frequency stable microbial groups, with Saccharomyces (dominated by Saccharomyces cerevisiae), lactic acid bacteria (dominated by Lactiplantibacillus), as well as Rhizopus and Aspergillus species forming the functional core. Through multiple state variables and reaction equations, it describes the dynamic relationships of substrate consumption, microbial growth, product formation, and interspecies inhibition. Model parameter optimization highlights the typological specificity of Huangjiu. Its core value lies in revealing the synergistic evolution patterns of the "saccharification-alcohol fermentation-flavor formation" three-stage process, providing scientific support for the standardization and intelligent upgrading of traditional brewing techniques, as well as laying a theoretical foundation for flavor-directed regulation of different Huangjiu types.

關(guān)鍵詞：黃酒 三邊發(fā)酵 發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型 特征 初探

Keywords:Huangjiu Three sided fermentation Fermentation kinetics model feature Preliminary Exploration

黃酒作為中國(guó)最古老的發(fā)酵酒之一，其釀造工藝承載著數(shù)千年的食品發(fā)酵智慧，以毛青鐘教授研究成果“邊糖化、邊酵母產(chǎn)酒精、邊乳酸菌細(xì)菌產(chǎn)酸” 的三邊發(fā)酵模式為核心特征，形成了酒體醇厚、風(fēng)味獨(dú)特的品質(zhì)優(yōu)勢(shì)。與單一菌種發(fā)酵體系不同，黃酒三邊發(fā)酵是麥曲 / 酒藥提供的淀粉酶系、釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）等酵母菌群、植物乳植桿菌（Lactobacillus plantarum）等細(xì)菌群協(xié)同作用的復(fù)雜代謝網(wǎng)絡(luò) —— 淀粉底物在糖化酶催化下持續(xù)水解為可發(fā)酵糖，酵母同步利用糖類生成乙醇及高級(jí)醇、酯類等風(fēng)味前體，乳酸菌細(xì)菌則通過碳水化合物發(fā)酵產(chǎn)生乳酸、乙酸等有機(jī)酸，三者相互耦合、相互調(diào)控，共同決定了黃酒的酒精含量、酸度平衡及風(fēng)味輪廓。這種 “糖化 - 產(chǎn)酒 - 產(chǎn)酸” 同步進(jìn)行的混合發(fā)酵模式，既是黃酒區(qū)別于啤酒、葡萄酒的核心工藝特征，也是其品質(zhì)形成的關(guān)鍵所在。

然而，傳統(tǒng)黃酒釀造依賴經(jīng)驗(yàn)化的 “開耙” 調(diào)控、原料配比及環(huán)境控制，發(fā)酵過程中底物消耗、菌體生長(zhǎng)、產(chǎn)物積累的動(dòng)態(tài)關(guān)系缺乏量化描述，導(dǎo)致批次間品質(zhì)變異系數(shù)常較高，制約了產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化與智能化升級(jí)。隨著現(xiàn)代釀造工業(yè)對(duì)工藝精準(zhǔn)度要求的提升，解析黃酒三邊發(fā)酵理論的內(nèi)在動(dòng)力學(xué)規(guī)律成為亟待解決的科學(xué)問題：一方面，糖化速率與酵母產(chǎn)酒速率的匹配度直接影響酒精轉(zhuǎn)化率，若糖化滯后易導(dǎo)致酵母碳源不足，若糖化過快則可能引發(fā)底物過量積累或有害菌污染；另一方面，乳酸菌細(xì)菌產(chǎn)酸速率與產(chǎn)酸量不僅決定酒體酸度（pH 3.5-4.5），其代謝產(chǎn)物還可通過抑制有害菌生長(zhǎng)、參與風(fēng)味物質(zhì)合成等方式調(diào)控發(fā)酵進(jìn)程，而產(chǎn)酸與產(chǎn)酒的速率失衡可能導(dǎo)致酒體酸敗或酒精產(chǎn)率下降。因此，明確三者的耦合動(dòng)力學(xué)關(guān)系，是實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過程定向調(diào)控的前提。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已針對(duì)黃酒發(fā)酵開展了部分基礎(chǔ)研究：在微生物群落方面，高通量測(cè)序技術(shù)揭示了酵母屬與乳酸菌屬為發(fā)酵核心功能菌群；在代謝產(chǎn)物方面，高效液相色譜（HPLC）、氣質(zhì)聯(lián)用儀等技術(shù)明確了葡萄糖、乙醇、乳酸等關(guān)鍵物質(zhì)的積累規(guī)律 ；在單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方面，已有研究構(gòu)建了黃酒糖化或酒精發(fā)酵的單因素模型。但現(xiàn)有研究仍存在顯著缺口：其一，多數(shù)模型僅聚焦單一發(fā)酵過程（如單獨(dú)描述糖化或酒精發(fā)酵），忽略了三邊發(fā)酵的協(xié)同耦合效應(yīng)，無法反映 “糖化 - 產(chǎn)酒 - 產(chǎn)酸” 的動(dòng)態(tài)制衡關(guān)系；其二，對(duì)乳酸菌細(xì)菌產(chǎn)酸與酵母產(chǎn)酒的種間互作（如有機(jī)酸對(duì)酵母活性的抑制閾值、酵母代謝產(chǎn)物對(duì)乳酸菌細(xì)菌生長(zhǎng)的影響，乳酸菌代謝產(chǎn)物促進(jìn)酵母耐酒精度的提高，使黃酒發(fā)酵醪酒精度可達(dá)23%vol）量化不足；其三，現(xiàn)有模型多基于實(shí)驗(yàn)室純培養(yǎng)體系構(gòu)建，與工業(yè)生產(chǎn)中復(fù)雜微生物群落及動(dòng)態(tài)環(huán)境條件的適配性較差，難以直接應(yīng)用于工藝優(yōu)化。這些問題導(dǎo)致傳統(tǒng)黃酒發(fā)酵的 “黑箱” 特性尚未被完全破解，工藝調(diào)控仍缺乏科學(xué)的量化依據(jù)。

基于此，本研究以黃酒三邊發(fā)酵理論的混合代謝體系為對(duì)象，構(gòu)建耦合 “糖化 - 酵母產(chǎn)酒精 - 乳酸菌細(xì)菌產(chǎn)酸” 的多反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。通過系統(tǒng)考察發(fā)酵過程中淀粉、還原糖、乙醇、乳酸等關(guān)鍵物質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化，結(jié)合微生物群落演替數(shù)據(jù)，明確各反應(yīng)的速率方程及關(guān)鍵參數(shù)；重點(diǎn)解析糖化酶活性、酵母與乳酸菌生長(zhǎng)速率、產(chǎn)物抑制效應(yīng)等因素的相互作用機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)三邊發(fā)酵全過程的量化預(yù)測(cè)。本研究構(gòu)建的動(dòng)力學(xué)模型有望為黃酒發(fā)酵過程的精準(zhǔn)調(diào)控提供理論支撐，助力傳統(tǒng)釀造工藝從經(jīng)驗(yàn)化向標(biāo)準(zhǔn)化、智能化轉(zhuǎn)型，同時(shí)為其他多菌種混合發(fā)酵食品的工藝優(yōu)化提供參考[1][2]。

1黃酒 “三邊發(fā)酵” 的本質(zhì)定義

黃酒 “三邊發(fā)酵”理論是教授級(jí)高級(jí)工程師毛青鐘最早研究成果：黃酒釀造機(jī)理是：黃酒也稱為米酒(Huang jiu)，是用糯米、粳米、秈米、黑米、小米、黍米、玉米、青稞等谷物作原料，以曲（麥曲、小曲、紅曲、米曲、大曲等）或酶作為糖化劑、酒母或酵母和細(xì)菌（乳酸菌）作為發(fā)酵劑，經(jīng)浸米、蒸飯，通過不同種類的霉菌、酵母和細(xì)菌（乳酸菌“黃酒乳酸桿菌”、益生菌）等參與的，邊糖化、邊酵母發(fā)酵產(chǎn)酒精和邊細(xì)菌（乳酸菌、“黃酒乳酸桿菌”、益生菌）發(fā)酵產(chǎn)酸等協(xié)同混合作用的三邊發(fā)酵而釀成的一種釀造酒（發(fā)酵原酒），甜黃酒（香雪酒）是以細(xì)菌（乳酸菌）發(fā)酵為主，酵母作用小，是真正意義上的細(xì)菌（乳酸菌）為主的發(fā)酵。黃酒（特別是傳統(tǒng)半固態(tài) / 固態(tài)發(fā)酵）是典型的多菌種、多底物、多產(chǎn)物、多酶系耦合的混合發(fā)酵體系，其核心特征是：邊糖化（saccharification） ：曲中霉菌（根霉、毛霉、米曲霉等）分泌淀粉酶、糖化酶，將淀粉 → 糊精 → 麥芽糖 → 葡萄糖。

邊酒精發(fā)酵（ethanol fermentation） 酵母（釀酒酵母）利用葡萄糖進(jìn)行糖酵解，生成乙醇 + CO2。

邊有機(jī)酸發(fā)酵（acid fermentation） 乳酸菌等細(xì)菌利用糖或乙醇生成乳酸、乙酸等有機(jī)酸，同時(shí)影響pH、酶活、酵母生長(zhǎng)。

因此，“三邊發(fā)酵” 本質(zhì)是： 糖化動(dòng)力學(xué) + 酵母酒精發(fā)酵動(dòng)力學(xué) + 細(xì)菌產(chǎn)酸動(dòng)力學(xué) + 環(huán)境反饋（pH、溫度、底物抑制、產(chǎn)物抑制）的耦合系統(tǒng)[1]。

2系統(tǒng)變量與基本假設(shè)（建模基礎(chǔ)）[2][3][4]

2.1 狀態(tài)變量（State Variables）

S(t) ：可發(fā)酵糖（葡萄糖為主）濃度

P(t) ：乙醇濃度

A(t) ：總有機(jī)酸濃度（乳酸 + 乙酸等）

X y (t) ：酵母生物量

X b (t) ：產(chǎn)酸菌生物量

St(t) ：可糖化底物（淀粉 / 糊精）

pH(t) ：體系 pH（可作為狀態(tài)變量或由酸濃度計(jì)算）

2.2 核心假設(shè)（經(jīng)典黃酒動(dòng)力學(xué)建模常用） 糖化遵循米氏動(dòng)力學(xué) + 底物 / 產(chǎn)物抑制。

酵母生長(zhǎng)遵循Monod 方程 + 乙醇抑制 + 酸抑制 + 底物限制。

產(chǎn)酸菌生長(zhǎng)與產(chǎn)酸耦合，受糖、乙醇、pH 共同影響。

溫度、通氣、水分活度等環(huán)境因素可作為參數(shù)或分段函數(shù)。

忽略菌體死亡以外的復(fù)雜代謝支路，聚焦主路徑。

3 三邊發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型完整方程組

下面給出最常用、最成熟、文獻(xiàn)中廣泛采用的 “耦合三邊模型”，可直接用于模擬、擬合、參數(shù)辨識(shí)。

3.1糖化動(dòng)力學(xué)（淀粉 → 糖）如圖1。

3.2 酵母酒精發(fā)酵動(dòng)力學(xué)（糖 → 乙醇 + 酵母） 如圖2，糖消耗（用于生長(zhǎng) + 維持 + 產(chǎn)醇）如圖3。

3.3 產(chǎn)酸菌有機(jī)酸生成動(dòng)力學(xué)（糖 / 乙醇 → 酸）如圖4，糖消耗（產(chǎn)酸）。

3.4 總物料平衡（糖的總變化） 糖來自糖化，被酵母和細(xì)菌消耗如圖5。

3.5 pH 動(dòng)態(tài)（可選但非常關(guān)鍵）如圖6。

4模型的 “耦合結(jié)構(gòu)” 與反饋環(huán)路（核心機(jī)理）如圖6。

5模型求解與參數(shù)辨識(shí)方法 如圖7。

5.1數(shù)值解法如圖8 。

5.2參數(shù)辨識(shí)（擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖8。

優(yōu)化算法： 最小二乘法 遺傳算法 模擬退火 粒子群優(yōu)化（PSO） 。

6 模型典型動(dòng)態(tài)行為（可直接畫圖）

St（淀粉）：?jiǎn)握{(diào)下降，前期快后期慢。

S（糖）：先升后降，出現(xiàn)明顯峰值（典型 “糖峰”）。

Xy、Xb：先增長(zhǎng)，后因抑制進(jìn)入穩(wěn)定 / 衰亡。

P（乙醇）：S 型增長(zhǎng)，后期趨緩。

A（酸）：持續(xù)上升，后期增速下降。

pH：持續(xù)下降，后期趨穩(wěn)。 糖峰的出現(xiàn)是 “糖化速率> 酵母消耗速率” 的直接體現(xiàn)，是黃酒三邊發(fā)酵最典型特征。

7模型擴(kuò)展方向（進(jìn)階）

如果你需要更精細(xì)模型，可進(jìn)一步加入： 多糖組分（麥芽糖、葡萄糖分開） 多酸組分（乳酸、乙酸分開） 酵母 / 細(xì)菌死亡項(xiàng) 溫度動(dòng)態(tài)控制 固態(tài)發(fā)酵傳質(zhì)限制（有效底物濃度） 酶合成 / 分泌動(dòng)力學(xué) 群落相互作用（競(jìng)爭(zhēng)、共生、拮抗）

8總結(jié)（一句話概括）

黃酒三邊發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型，是糖化米氏動(dòng)力學(xué) + 酵母 Monod + 產(chǎn)物抑制 + 細(xì)菌產(chǎn)酸 Luedeking–Piret + pH 反饋耦合而成的非線性 ODE 系統(tǒng)，能完整描述 “邊糖化、邊酒精發(fā)酵、邊產(chǎn)酸” 的協(xié)同與競(jìng)爭(zhēng)過程，是黃酒工藝優(yōu)化、控制、預(yù)測(cè)的核心工具。

9參數(shù)意義

9.1糖化動(dòng)力學(xué)參數(shù)（淀粉 → 糖）

9.1.1 k sac ：糖化速率常數(shù)

意義：?jiǎn)挝粫r(shí)間、單位底物濃度下，淀粉 / 糊精被酶水解的最大速率。

單位：g/(L?h) 或 g/(kg?h)（固態(tài)）

物理含義：反映糖化酶總活性（米曲霉產(chǎn)酶能力、酶濃度、溫度、pH 綜合）。

影響方向： ↑ → 糖化更快 → 糖峰更高、更早出現(xiàn) ↓ → 糖化慢 → 糖峰低、發(fā)酵周期長(zhǎng)

典型范圍：0.5–5 g/(L?h)（視體系、溫度、曲藥而定）

9.1.2 K m,s ：糖化米氏常數(shù)

意義：糖化速率達(dá)到最大速率一半時(shí)的淀粉 / 糊精濃度。

單位：g/L

物理含義：酶對(duì)底物的親和力。

K m 小 → 親和力高 → 低底物濃度下也能快速糖化 K m 大 → 親和力低 → 高底物才快

典型范圍：5–30 g/L

9.1.3 K i,s ：糖對(duì)糖化的抑制常數(shù)

意義：產(chǎn)物（葡萄糖）對(duì)糖化酶的競(jìng)爭(zhēng)性 / 非競(jìng)爭(zhēng)性抑制強(qiáng)度。

單位：g/L

物理含義：K i,s 大 → 抑制弱 K i,s 小 → 抑制強(qiáng) → 糖積累會(huì)顯著減慢糖化

典型范圍：50–200 g/L

9.1.4 Y S/St ：淀粉轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵糖的得率

意義：每消耗 1 g 淀粉 / 糊精，生成多少克可發(fā)酵糖（葡萄糖為主）。

單位：g/g

物理含義：糖化效率、原料利用率。

典型范圍：0.8–1.1 g/g（理論上淀粉完全水解為葡萄糖為 1.11 g/g）

9.2 酵母生長(zhǎng)與酒精發(fā)酵參數(shù)

9.2.1 生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)

μ max,y ：酵母最大比生長(zhǎng)速率

意義：無抑制、底物飽和時(shí)，酵母的最大增殖速率。

單位：1/h

物理含義：酵母生長(zhǎng)潛力（菌種、營(yíng)養(yǎng)、溫度、pH 綜合）。

典型范圍：0.1–0.5 1/h K S,y ：

酵母對(duì)糖的半飽和常數(shù)

意義：酵母生長(zhǎng)速率達(dá)到最大一半時(shí)的糖濃度。

單位：g/L

物理含義：酵母對(duì)糖的親和力。

典型范圍：0.5–5 g/L（釀酒酵母對(duì)葡萄糖親和力很高）

K i,P,y ：乙醇對(duì)酵母生長(zhǎng)的抑制常數(shù)

意義：乙醇對(duì)酵母的抑制強(qiáng)度。

單位：g/L

物理含義：

K i,P,y 小 → 酵母耐酒性差

K i,P,y
大 → 耐酒性強(qiáng)

典型范圍：30–80 g/L（黃酒乙醇一般 15–20% vol，對(duì)應(yīng)約 120–160 g/L，因此抑制顯著）

K i,A,y ：有機(jī)酸對(duì)酵母的抑制常數(shù)

意義：乳酸、乙酸等對(duì)酵母的抑制強(qiáng)度。

單位：g/L

物理含義：酵母耐酸性。

典型范圍：5–20 g/L（酸對(duì)酵母抑制通常比乙醇更敏感）

f y
(pH) ：pH 對(duì)酵母生長(zhǎng)的影響因子

酵母最適 pH 通常 4.0–5.5，隨 pH 下降生長(zhǎng)顯著下降。

9.2.2 糖消耗與維持參數(shù)

Y X/S,y ：酵母對(duì)糖的生物量得率

意義：每消耗 1 g 糖，生成多少克酵母干重。

單位：g/g

物理含義：碳源用于合成菌體的比例。

典型范圍：0.1–0.2 g/g（厭氧發(fā)酵得率低）

m y ：酵母維持系數(shù)

意義：?jiǎn)挝簧锪俊挝粫r(shí)間用于維持生命（不生長(zhǎng)、不產(chǎn)醇）的糖消耗。

單位：g/(g·h)

物理含義：酵母 “基礎(chǔ)代謝消耗”。

典型范圍：0.01–0.05 g/(g·h)

9.2.3 乙醇生成（Luedeking–Piret）

參數(shù) α y ：生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)乙醇生成系數(shù)

意義：酵母生長(zhǎng)時(shí)，單位比生長(zhǎng)速率對(duì)應(yīng)的比乙醇生成速率。

單位：g/g（乙醇 / 生物量）

物理含義：生長(zhǎng)偶聯(lián)產(chǎn)醇強(qiáng)度。

典型范圍：5–15 g/g

β y：非生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)乙醇生成系數(shù)

意義：酵母不生長(zhǎng)時(shí)（穩(wěn)定期），仍持續(xù)產(chǎn)醇的速率。

單位：g/(g·h)

物理含義：維持型產(chǎn)醇（內(nèi)源代謝、糖酵解）。

典型范圍：0.01–0.05 g/(g·h)

9.3 產(chǎn)酸菌（乳酸菌）生長(zhǎng)與產(chǎn)酸參數(shù)

9.3.1 生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)

μ max,b ：產(chǎn)酸菌最大比生長(zhǎng)速率

意義：乳酸菌在最優(yōu)條件下的最大增殖速率。

單位：1/h

物理含義：乳酸菌生長(zhǎng)潛力。

典型范圍：0.05–0.3 1/h（通常比酵母慢）

K S,b ：產(chǎn)酸菌對(duì)糖的半飽和常數(shù)

意義：乳酸菌生長(zhǎng)速率達(dá)最大一半時(shí)的糖濃度。

單位：g/L

物理含義：乳酸菌對(duì)糖的親和力。

典型范圍：1–10 g/L

K i,P,b ：乙醇對(duì)產(chǎn)酸菌的抑制常數(shù)

意義：乙醇對(duì)乳酸菌的抑制強(qiáng)度。

單位：g/L

物理含義：乳酸菌耐酒性。

典型范圍：40–100 g/L（多數(shù)乳酸菌比酵母更不耐高酒）

f b (pH) ：pH 對(duì)產(chǎn)酸菌的影響因子 乳酸菌最適 pH 通常 3.5–5.0，比酵母更耐酸，甚至在低 pH 下仍能生長(zhǎng)。

9.3.2 產(chǎn)酸（Luedeking–Piret）

參數(shù) α b ：生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)產(chǎn)酸系數(shù)

意義：乳酸菌生長(zhǎng)時(shí)，單位比生長(zhǎng)速率對(duì)應(yīng)的比產(chǎn)酸速率。

單位：g/g（酸 / 生物量）

物理含義：生長(zhǎng)偶聯(lián)產(chǎn)酸強(qiáng)度。

典型范圍：3–10 g/g β b ：非生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)產(chǎn)酸系數(shù)

意義：乳酸菌不生長(zhǎng)時(shí)，仍持續(xù)產(chǎn)酸的速率。

單位：g/(g·h)

物理含義：維持型產(chǎn)酸。

典型范圍：0.005–0.03 g/(g·h)

9.3.3 糖消耗與得率參數(shù)

Y X/S,b ：產(chǎn)酸菌對(duì)糖的生物量得率

意義：每消耗 1 g 糖，生成多少克產(chǎn)酸菌生物量。

單位：g/g

典型范圍：0.08–0.18 g/g

m b ：產(chǎn)酸菌維持系數(shù)

意義：產(chǎn)酸菌維持生命的基礎(chǔ)糖消耗。

單位：g/(g·h)

典型范圍：0.008–0.04 g/(g·h)

Y A/S ：糖轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸的得率

意義：每消耗 1 g 糖，生成多少克有機(jī)酸（乳酸為主）。

單位：g/g

物理含義：糖用于產(chǎn)酸的效率。

典型范圍：0.5–1.0 g/g（理論上葡萄糖→乳酸為 1 g/g）

9.4 pH 動(dòng)態(tài)相關(guān)參數(shù)

pH 0 ：初始 pH 典型范圍：4.5–6.0（隨曲藥、原料、水而異）

k pH ：酸濃度與 pH 下降的比例系數(shù)

意義：?jiǎn)挝凰釢舛茸兓鸬?pH 變化。

單位：pH/(g/L) 物理含義：體系緩沖能力的倒數(shù)。

k pH 大 → 緩沖弱 → 酸一產(chǎn) pH 就下降

k pH 小 → 緩沖強(qiáng) → pH 穩(wěn)定

典型范圍：0.02–0.1 pH/(g/L)

9.5 參數(shù)辨識(shí)與敏感性的關(guān)鍵要點(diǎn)（非常實(shí)用） 最敏感、最需要精確擬合的參數(shù)如圖9。

9.6 一句話總結(jié)所有參數(shù)的共同邏輯 所有參數(shù)本質(zhì)上描述三類能力如圖10：

9.7 理想 “三邊協(xié)同”—— 糖峰適中、酒度高、酸度適中、發(fā)酵完全 現(xiàn)象（優(yōu)質(zhì)黃酒典型）

糖峰明顯但不過高 酒度最終 16–20% vol

酸度適中，pH 最終 3.8–4.2 殘?zhí)堑停瑲埖矸鄣停l(fā)酵完全

模型機(jī)理（最完美的三邊耦合） 前期糖化略快于酵母消耗 → 適度糖峰，酵母有充足底物

酵母適度快速增殖，占主導(dǎo)，抑制雜菌

乳酸菌適度產(chǎn)酸，pH 緩慢下降，既抑菌又不過度抑制酵母

后期糖化與消耗匹配，殘?zhí)堑停贫雀?/strong>

9.8 關(guān)鍵參數(shù) “黃金組合”（典型區(qū)間）如圖11。

9.9總結(jié)：

所有案例背后的統(tǒng)一模型邏輯 所有典型行為，都可以用這三條 “總速率平衡” 解釋：

糖平衡：糖化生成 vs 酵母 + 細(xì)菌消耗 → 決定糖峰、殘?zhí)牵?/strong>

酵母主導(dǎo)：生長(zhǎng) / 產(chǎn)醇 vs 乙醇 / 酸 /pH 抑制 → 決定酒度、發(fā)酵周期；

乳酸菌調(diào)控：產(chǎn)酸 vs pH 反饋 vs 酵母競(jìng)爭(zhēng) → 決定酸度、風(fēng)味、發(fā)酵穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

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[3] 用AI生成“黃酒三邊發(fā)酵邊糖化邊酵母產(chǎn)酒精邊細(xì)菌乳酸菌產(chǎn)酸混合發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型”

[4] 蔣國(guó)慶，基于模糊系統(tǒng)的黃酒發(fā)酵過程建模，江南大學(xué)，2023年碩士學(xué)位論文.

[5] 劉登峰，黃酒發(fā)酵過程的建模與優(yōu)化，江南大學(xué)，2014年碩士學(xué)位論文.