酒精生产.ppt

酒精生产 2021/9/211 1 1酒精生产原料酒精生产原料(1)(1)薯类原料薯类原料 甘薯、木薯和马铃薯等。甘薯、木薯和马铃薯等。(2)(2)谷物原料谷物原料 玉米、高梁、大米和小麦等。玉米、高梁、大米和小麦等。(3)(3)糖类原料糖类原料 废糖蜜、甘蔗、甜菜等。废糖蜜、甘蔗、甜菜等。第一节第一节 酒精生产工艺学酒精生产工艺学2021/9/212(4)(4)野野生生植植物物原原料料 椽椽子子仁仁、土土茯茯苓苓、楝楝树树果等。果等。(5)(5)纤纤维维原原料料 森森林林工工业业和和木木材材加加工工工工业业的的下下脚脚料料、农农作作物物秸秸秆秆、甘甘蔗蔗渣渣、废废纤纤维维垃圾和废纸浆等。垃圾和废纸浆等。(6)(6)其他原料其他原料 亚硫酸纸浆废液、淀粉渣等。亚硫酸纸浆废液、淀粉渣等。2021/9/213纤维素生产酒精工艺纤维素生产酒精工艺2021/9/2142021/9/2152.2.淀粉质原料酒精生产的工艺流程发酵淀粉质原料酒精生产的工艺流程发酵2021/9/2161.1.原料粉碎原料粉碎2.2.蒸煮糊化蒸煮糊化3.3.曲霉糖化曲霉糖化 经蒸煮糊化后的醪液，通过曲霉菌的淀粉经蒸煮糊化后的醪液，通过曲霉菌的淀粉酶进行糖化作用生成可发酵性糖，供酵母酶进行糖化作用生成可发酵性糖，供酵母菌利用。菌利用。曲霉菌是属于好气性的微生物，故在繁殖曲霉菌是属于好气性的微生物，故在繁殖和生长过程中要给以充分得空气，同时，和生长过程中要给以充分得空气，同时，淀粉酶的形成也取决于所供给的空气量。淀粉酶的形成也取决于所供给的空气量。2021/9/2174.4.酵母发酵酵母发酵 酒精发酵是属于厌气性发酵，在酒精发酵是属于厌气性发酵，在发酵过程中进行无氧呼吸，在此过程中，发生发酵过程中进行无氧呼吸，在此过程中，发生着复杂的生物化学变化，既有糖化醪中淀粉和着复杂的生物化学变化，既有糖化醪中淀粉和糊精继续被淀粉酶水解生成糖，也有蛋白质在糊精继续被淀粉酶水解生成糖，也有蛋白质在曲霉蛋白酶水解下生成肽和氨基酸。这些物质曲霉蛋白酶水解下生成肽和氨基酸。这些物质一部分被酵母吸收合成菌体细胞，另一部分则一部分被酵母吸收合成菌体细胞，另一部分则被发酵，生成酒精和被发酵，生成酒精和CO2CO2。2021/9/2185.5.蒸馏提纯蒸馏提纯 经酵母菌把糖转变成酒精后，经酵母菌把糖转变成酒精后，在成熟发酵醪内，除含有酒精和大量水在成熟发酵醪内，除含有酒精和大量水分外，还含有固形物和许多杂质。蒸馏分外，还含有固形物和许多杂质。蒸馏是把发酵醪液中含有的酒精提纯出来，是把发酵醪液中含有的酒精提纯出来，通过粗馏和精馏，最后取得合乎规格的通过粗馏和精馏，最后取得合乎规格的酒精，同时得到副产物杂醇油，还有大酒精，同时得到副产物杂醇油，还有大量的酒糟（也称废醪）排除。量的酒糟（也称废醪）排除。2021/9/219第二节第二节 酒母的制备酒母的制备 2021/9/2110一、酒精生产对酵母菌的要求一、酒精生产对酵母菌的要求 (1)(1)含有较强的酒化酶，发酵能力强，而且迅速；含有较强的酒化酶，发酵能力强，而且迅速；(2)(2)繁殖速度快，具有很强的增殖能力；繁殖速度快，具有很强的增殖能力；(3)(3)耐酒精能力强，能在较高浓度的酒精发酵醪中进行发耐酒精能力强，能在较高浓度的酒精发酵醪中进行发酵；酵；(4)(4)耐温性能好，能在较高温度下进行繁殖和发酵；耐温性能好，能在较高温度下进行繁殖和发酵；(5)(5)抵抗杂菌能力强；抵抗杂菌能力强；(6)(6)耐酸能力强；耐酸能力强；(7)(7)生产性能稳定，变异性小；生产性能稳定，变异性小；(8)(8)发酵时产生泡沫少。发酵时产生泡沫少。2021/9/2111二、酒精生产中常用酵母菌及其特性二、酒精生产中常用酵母菌及其特性 （一）常用菌种（一）常用菌种酵母菌是一类单细胞微生物，繁殖方式以出芽繁殖为酵母菌是一类单细胞微生物，繁殖方式以出芽繁殖为主。细胞形态以圆形、卵圆形或椭圆形较多。主。细胞形态以圆形、卵圆形或椭圆形较多。从分类系统来讲，淀粉质原料酒精发酵常用的菌种为从分类系统来讲，淀粉质原料酒精发酵常用的菌种为真酵母属中的真酵母属中的啤酒酵母啤酒酵母(SdccHcromyce SCereuisiae)SdccHcromyce SCereuisiae)及其变种及其变种，如拉斯，如拉斯2 2号号(Rasse)Rasse)、拉斯拉斯1212号号(Rasse Rasse)、K K字、以及从我国酒精生产实践中筛选的南阳五字、以及从我国酒精生产实践中筛选的南阳五号号(1300)(1300)、南阳混合、南阳混合(1308)(1308)等酵母菌株。等酵母菌株。2021/9/2112用于酒精发酵的细菌主要有：用于酒精发酵的细菌主要有：厌氧发酵厌氧发酵单胞菌和棕搁发酵菌。对耐高温的嗜热单胞菌和棕搁发酵菌。对耐高温的嗜热细菌细菌(40(40一一50)50)和极端嗜热菌（和极端嗜热菌（6565）的筛选和应用也逐渐受到重视。的筛选和应用也逐渐受到重视。用用于于酒酒精精发发酵酵(纤纤维维素素原原料料)的的霉霉菌菌有有：粗粗糙糙脉脉孢孢霉霉、拟拟青青霉霉、链链孢孢霉霉等等。假假丝丝酵母可直接发酵木糖为酒精。酵母可直接发酵木糖为酒精。2021/9/2113(二二)酒精酵母的特性酒精酵母的特性 1 1繁殖速度快繁殖速度快 如在麦汁小滴培养如在麦汁小滴培养2424小时，一小时，一个拉斯个拉斯1212号酵母细胞，可以产生号酵母细胞，可以产生5555个子细胞。个子细胞。2 2醪液浓度醪液浓度 一般酒精酵母在含一般酒精酵母在含5 5(容量容量)的的酒精发酵醪中，其发酵能力就减弱，当醪液酒精发酵醪中，其发酵能力就减弱，当醪液中酒精浓度含量达到中酒精浓度含量达到1212(容量容量)时，则停止时，则停止发酵。发酵。2021/9/21143 3培养温度培养温度 拉斯拉斯1212号酵母繁殖适温为号酵母繁殖适温为30333033，最低为，最低为55，最高为，最高为3838。温度适宜，酵母。温度适宜，酵母繁殖速度加快。温度过高或过低，都影响酵母繁殖速度加快。温度过高或过低，都影响酵母细胞的繁殖，甚至引起酵母的衰老或死亡。细胞的繁殖，甚至引起酵母的衰老或死亡。4 4PHPH值值 发酵醪的发酵醪的pHpH值与氧化还原电势有关系，值与氧化还原电势有关系，而氧化还原电势又与酵母的呼吸有直接关系。而氧化还原电势又与酵母的呼吸有直接关系。酒精酵母可在酒精酵母可在pH4.06.0pH4.06.0环境中进行繁殖，如环境中进行繁殖，如果醪液的果醪液的pHpH值低于值低于3 3，则酵母的活力大减。，则酵母的活力大减。2021/9/2115三、酒母培养与扩大培养工艺三、酒母培养与扩大培养工艺 (一一)酒母培养基的制备酒母培养基的制备 (二二)酒母的扩大培养酒母的扩大培养 2021/9/2116(一一)酒母培养基的制备酒母培养基的制备 1 1试验室阶段培养基的制备试验室阶段培养基的制备 酵母菌在试验室培养阶段一般多采用米酵母菌在试验室培养阶段一般多采用米曲汁或麦芽汁来做培养基。曲汁或麦芽汁来做培养基。2021/9/21172 2酒母糖化醪的制备酒母糖化醪的制备酒母扩大培养至卡氏罐和酒母罐后，采用淀粉质原料来制酒母扩大培养至卡氏罐和酒母罐后，采用淀粉质原料来制做酒母糖化醪。做酒母糖化醪。由于酒母糖化醪主要用来繁殖酵母细胞，所以酒母醪中除由于酒母糖化醪主要用来繁殖酵母细胞，所以酒母醪中除含有一定量的糖分外，还要求含有一定量的氮和无机盐等含有一定量的糖分外，还要求含有一定量的氮和无机盐等其它营养物质，以供酵母菌合成菌体细胞的需要。其它营养物质，以供酵母菌合成菌体细胞的需要。此外，为了确保酵母菌能够顺利的繁殖，还要调节酒母糖此外，为了确保酵母菌能够顺利的繁殖，还要调节酒母糖化醪的化醪的pHpH值，以抑制杂菌生长。值，以抑制杂菌生长。2021/9/2118(二二)酒母的扩大培养酒母的扩大培养 1 1、扩大流程：、扩大流程：原菌原菌斜面试管斜面试管液体试管液体试管三角瓶培养三角瓶培养卡氏罐卡氏罐 这一阶段的培养，是扩大酒母种子的开始。生产上希这一阶段的培养，是扩大酒母种子的开始。生产上希望在这一阶段培养得到细胞健壮，没有杂菌的种子酵望在这一阶段培养得到细胞健壮，没有杂菌的种子酵母。因此，无菌条件要求较严，酵母培养基的营养成母。因此，无菌条件要求较严，酵母培养基的营养成分要求也高。分要求也高。2021/9/21192 2成熟酒母质量指标成熟酒母质量指标 (1)(1)酵母细胞数酵母细胞数 酵母细胞数是观察酵母繁殖能力的一项指标，酵母细胞数是观察酵母繁殖能力的一项指标，也是反映酵母培养成熟的指标。成熟的酒母醪其酵母细胞也是反映酵母培养成熟的指标。成熟的酒母醪其酵母细胞数一般为数一般为l l亿毫升左右。亿毫升左右。(2)(2)出芽率出芽率 酵母出芽率是衡量繁殖旺盛与否的一项指标。出酵母出芽率是衡量繁殖旺盛与否的一项指标。出芽率高，说明酵母处于旺盛的生长期。反之，则说明酵母芽率高，说明酵母处于旺盛的生长期。反之，则说明酵母衰老。成熟酒母出芽率要求在衰老。成熟酒母出芽率要求在1530%1530%。(3)(3)酵母死亡率酵母死亡率 用美蓝对酵母细胞进行染色，如果酵母细胞用美蓝对酵母细胞进行染色，如果酵母细胞被染成蓝色，说明此细胞已死亡。正常培养的酒母不应有被染成蓝色，说明此细胞已死亡。正常培养的酒母不应有死亡现象，如果死亡率在死亡现象，如果死亡率在1%1%以上，应及时查找原因采取措以上，应及时查找原因采取措施进行挽救。施进行挽救。2021/9/2120(4)(4)耗糖率耗糖率 酵母的耗糖率也是观察酒母成熟的指标之一。酵母的耗糖率也是观察酒母成熟的指标之一。成熟的酒母，耗糖率成熟的酒母，耗糖率-般要求控制在般要求控制在4040一一5050。耗糖率。耗糖率太高，说明酵母培养已经过太高，说明酵母培养已经过“老老”，反之则，反之则“嫩嫩”。(5)(5)酒精分酒精分 成熟酒母醪中的酒精含量一方面反映酵母耗成熟酒母醪中的酒精含量一方面反映酵母耗糖情况，也反映酵母成熟程度。如果酒母醪中酒精含糖情况，也反映酵母成熟程度。如果酒母醪中酒精含量高，说明营养消耗大，酵母培养过于成熟。此时，量高，说明营养消耗大，酵母培养过于成熟。此时，应停止酒母培养，否则会因营养缺乏或酒精含量高抑应停止酒母培养，否则会因营养缺乏或酒精含量高抑制酵母生长，造成酵母衰老。成熟酒母醪中的酒精含制酵母生长，造成酵母衰老。成熟酒母醪中的酒精含量一股为量一股为3434(容量容量)。2021/9/2121(6)(6)酸度酸度 测定酒母醪中的酸度是观察酒母测定酒母醪中的酸度是观察酒母是否被细菌污染的一项指标。如果成熟是否被细菌污染的一项指标。如果成熟酒母醪中酸度明显增高，说明酒母被产酒母醪中酸度明显增高，说明酒母被产酸细菌所污染。酸度增高太多，镜检时酸细菌所污染。酸度增高太多，镜检时又发现有很多杆状细菌，则不宜做种子又发现有很多杆状细菌，则不宜做种子用。用。2021/9/2122四、影响酒母质量主要因素四、影响酒母质量主要因素1.1.接种量与成熟酒母细胞数的关系接种量与成熟酒母细胞数的关系酵母接种量的大小与成熟酒母醪中酵母接种量的大小与成熟酒母醪中新增殖酵母细胞数关系不大。新增殖酵母细胞数关系不大。2021/9/21232 2接种量与培养时间的关系接种量与培养时间的关系 接种量大，则培养时间可以缩短，酒母成熟快接种量大，则培养时间可以缩短，酒母成熟快开始接种时，易导致醪液被杂菌污染。开始接种时，易导致醪液被杂菌污染。但接种量太大，也会增加扩大培养次数，增加设备但接种量太大，也会增加扩大培养次数，增加设备投资。投资。在酒母培养中，酒母接种量多控制在在酒母培养中，酒母接种量多控制在1 1：55l0l0。接接种后的醪液，经过种后的醪液，经过l012l012小时培养成熟的酒母醪细小时培养成熟的酒母醪细胞数可达胞数可达0.81.20.81.2亿毫升以上，此时就可将成熟亿毫升以上，此时就可将成熟的酒母接到下一工序的醪中。的酒母接到下一工序的醪中。2021/9/21243 3接种时间的掌握接种时间的掌握 从酵母茵繁殖规律曲线可以知道，酵母菌在增从酵母茵繁殖规律曲线可以知道，酵母菌在增殖过程中可分为适应期殖过程中可分为适应期(也称迟缓期也称迟缓期)、旺盛期、旺盛期、静止期和衰退期四个阶段。静止期和衰退期四个阶段。当达到旺盛期时，酵母的增殖能力特别强，酵当达到旺盛期时，酵母的增殖能力特别强，酵母生命活动处于旺盛阶段，醪液中酵母活细胞母生命活动处于旺盛阶段，醪液中酵母活细胞数也迅速达最高峰。酒精生产中的酒母扩大培数也迅速达最高峰。酒精生产中的酒母扩大培养接种就是控制在这个时期。养接种就是控制在这个时期。2021/9/21254 4酒母培养温度的控制酒母培养温度的控制 酵母菌在适宜生长温度范围内，高温比酵母菌在适宜生长温度范围内，高温比低温繁殖稍快。但高温培养酵母易于衰低温繁殖稍快。但高温培养酵母易于衰老。酒精生产中酒母培养温度为老。酒精生产中酒母培养温度为28283030。由于酵母菌在生长代谢过程中还。由于酵母菌在生长代谢过程中还要产生一定热量，故应注意加强冷却，要产生一定热量，故应注意加强冷却，以保证酵母菌健壮生长。以保证酵母菌健壮生长。2021/9/21265 5关于通风培养关于通风培养 酒母糖化醪中含有充足的氧时，酵母菌在吸收酒母糖化醪中含有充足的氧时，酵母菌在吸收营养后，由于其酒化酶受抑制，主要进行菌体营养后，由于其酒化酶受抑制，主要进行菌体细胞合成，繁殖酵母细胞。酒母培养的目的是细胞合成，繁殖酵母细胞。酒母培养的目的是要获得大量酵母细胞，所以在酒母培养过程中要获得大量酵母细胞，所以在酒母培养过程中通入适量的无菌空气，对酵母繁殖是有利的。通入适量的无菌空气，对酵母繁殖是有利的。酵母菌在无氧条件下培养，主要进行发酵作用，酵母菌在无氧条件下培养，主要进行发酵作用，可使糖分转变为酒精和可使糖分转变为酒精和CO2CO2。酵母菌在有氧条酵母菌在有氧条件下进行酒精发酵时，由于进行了呼吸作用，件下进行酒精发酵时，由于进行了呼吸作用，酒精产量大大降低，糖的消耗速度在单位时间酒精产量大大降低，糖的消耗速度在单位时间内也减慢。内也减慢。2021/9/21276.6.关于防止杂菌污染关于防止杂菌污染 酒精生产除了对原始菌种进行定期分离纯化外，酒精生产除了对原始菌种进行定期分离纯化外，在培养过程中加强无菌管理操作也是十分重要在培养过程中加强无菌管理操作也是十分重要的。因为目前多数酒精厂酒母培养仍在敞口酒的。因为目前多数酒精厂酒母培养仍在敞口酒母罐中进行，因此对车间环境卫生要十分注意。母罐中进行，因此对车间环境卫生要十分注意。另外，在使用前，对罐体、管道的杀菌也十分另外，在使用前，对罐体、管道的杀菌也十分重要，尤其应当注意对某些管道死角加强杀菌重要，尤其应当注意对某些管道死角加强杀菌操作。操作。2021/9/2128第三节第三节 酒精发酵工艺酒精发酵工艺 一、酒精发酵的基本理论一、酒精发酵的基本理论酒精发酵作用，是酵母菌把可发酵性的糖，经酒精发酵作用，是酵母菌把可发酵性的糖，经过细胞内酒化酶的作用，生成了酒精与过细胞内酒化酶的作用，生成了酒精与CO2CO2，然后通过细胞膜将这些产物排出体外然后通过细胞膜将这些产物排出体外酒精是可以任何比例与水混合的，所以由酵母酒精是可以任何比例与水混合的，所以由酵母体内排出的酒精便溶于周围的醪液中。体内排出的酒精便溶于周围的醪液中。2021/9/2129二、酒精发酵动态二、酒精发酵动态 酒精发酵过程从外观现象可以将其分为酒精发酵过程从外观现象可以将其分为如下三个发酵不同阶段：如下三个发酵不同阶段：1.1.前发酵期前发酵期2.2.主发酵期主发酵期 3.3.后发酵期后发酵期 2021/9/21301.1.前发酵期前发酵期在酒母与糖化醪加入发酵罐后，醪液中的酵母细胞数在酒母与糖化醪加入发酵罐后，醪液中的酵母细胞数还不多，由于醪液中含有少量的溶解氧和充足的营养还不多，由于醪液中含有少量的溶解氧和充足的营养物质，所以酵母菌仍能迅速地进行繁殖，使发酵醪中物质，所以酵母菌仍能迅速地进行繁殖，使发酵醪中酵母细胞繁殖到一定数量。酵母细胞繁殖到一定数量。在这一时期，醪液中的糊精继续被糖化酶作用，生成在这一时期，醪液中的糊精继续被糖化酶作用，生成糖分，但由于温度较低，故糖化作用较为缓慢。糖分，但由于温度较低，故糖化作用较为缓慢。从外观看，由于醪液中酵母数不多，发酵作用不强，从外观看，由于醪液中酵母数不多，发酵作用不强，酒精分和酒精分和CO2CO2产生得很少，所以发酵醪的表面显得比较产生得很少，所以发酵醪的表面显得比较平静，糖分消耗也比较馒。平静，糖分消耗也比较馒。2021/9/2131前发酵阶段时间的长短，与酵母的接种量有关。如前发酵阶段时间的长短，与酵母的接种量有关。如果接种量大，则前发酵期短，反之则长。前发酵延果接种量大，则前发酵期短，反之则长。前发酵延续时间一般为续时间一般为l0l0小时左右。小时左右。由于前发酵期间酵母数量不多，发酵作用不强，所由于前发酵期间酵母数量不多，发酵作用不强，所以醪液温度上升不快。醪液温度控制，在接种时为以醪液温度上升不快。醪液温度控制，在接种时为26282628，前发酵期温度一般不超过，前发酵期温度一般不超过3030。如果温。如果温度太高，会造成酵母早期衰老，如果温度过低，又度太高，会造成酵母早期衰老，如果温度过低，又会使酵母生长缓慢。会使酵母生长缓慢。前发酵期间应十分注意防止杂菌污染，因为此时期前发酵期间应十分注意防止杂菌污染，因为此时期酵母数量少，易被杂菌抑制，故应加强卫生管理。酵母数量少，易被杂菌抑制，故应加强卫生管理。2021/9/21322 2主发酵期主发酵期 酵母细胞已大量形成，醪液中酵母细胞数可达酵母细胞已大量形成，醪液中酵母细胞数可达1 1亿毫升以上。亿毫升以上。由于发酵醪中的氧气也已消耗由于发酵醪中的氧气也已消耗完毕，酵母菌基本上停止繁殖而主要进行酒精发完毕，酵母菌基本上停止繁殖而主要进行酒精发酵作用。酵作用。醪液中糖分迅速下降，酒精分逐渐增多。醪液中糖分迅速下降，酒精分逐渐增多。因为发酵作用的增强，醪液中产生了大量的因为发酵作用的增强，醪液中产生了大量的CO2CO2。随着随着CO2CO2的逸出，可以产生很强的的逸出，可以产生很强的CO2CO2泡沫响声。泡沫响声。2021/9/2133发酵醪的温度此时上升也很快。生产上发酵醪的温度此时上升也很快。生产上应加强这一阶段的温度控制。根据酵母应加强这一阶段的温度控制。根据酵母菌的性能，主发酵温度最好能控制在菌的性能，主发酵温度最好能控制在30343034主发酵时间长短，取决于醪液中营养状主发酵时间长短，取决于醪液中营养状况，如果发酵醪中糖分含量高，主发酵况，如果发酵醪中糖分含量高，主发酵时间长，反之则短。主发酵时间一能为时间长，反之则短。主发酵时间一能为1212小时左右。小时左右。2021/9/21343 3后发酵期后发酵期 醪液中的糖分大部分已被酵母菌消耗掉，醪液中的糖分大部分已被酵母菌消耗掉，醪液中尚残存部分糊精继续被曲作用，醪液中尚残存部分糊精继续被曲作用，生成葡萄糖。由于这一作用进行的极为生成葡萄糖。由于这一作用进行的极为缓馒，生成的糖分很少，所以发酵作用缓馒，生成的糖分很少，所以发酵作用也十分缓慢。因此，这一阶段发酵醪中也十分缓慢。因此，这一阶段发酵醪中酒精和酒精和CO2CO2产生得也少。产生得也少。2021/9/2135后发酵阶段，因为发酵作用减弱，所以后发酵阶段，因为发酵作用减弱，所以产生的热量也减少，发酵醪的温度逐渐产生的热量也减少，发酵醪的温度逐渐下降。此时醪液温度应控制在下降。此时醪液温度应控制在30323032左右。如果醪液温度太低，糖化酶的作左右。如果醪液温度太低，糖化酶的作用就会减弱，糖化缓慢，发酵时间就会用就会减弱，糖化缓慢，发酵时间就会延长，这样也会影响淀粉出酒率。延长，这样也会影响淀粉出酒率。淀粉质原料生产酒精的后发酵阶段一般淀粉质原料生产酒精的后发酵阶段一般约需约需4040小时左右才能完成。小时左右才能完成。2021/9/2136影响发酵时间的因素影响发酵时间的因素整个发酵过程的时间长短，受糖化剂的种类、酵母菌整个发酵过程的时间长短，受糖化剂的种类、酵母菌的性能、酵母接种量等因素的影响，的性能、酵母接种量等因素的影响，与接种、发酵方式和发酵温度的控制有关。一般讲，与接种、发酵方式和发酵温度的控制有关。一般讲，接种和发酵温度高，则发酵时间短，反之则长。接种和发酵温度高，则发酵时间短，反之则长。另外，由于连续发酵一开始即处于主发酵状态，发酵另外，由于连续发酵一开始即处于主发酵状态，发酵时省去了前发酵期，所以一般较间歇发酵时间为短。时省去了前发酵期，所以一般较间歇发酵时间为短。发酵总时间一般多控制在发酵总时间一般多控制在60726072小时左右。小时左右。2021/9/2137