发酵工艺 项目十一： 典型发酵产品-酒精生产2电子课件.ppt

《发酵工艺 项目十一： 典型发酵产品-酒精生产2电子课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发酵工艺 项目十一： 典型发酵产品-酒精生产2电子课件.ppt（38页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、发酵工艺项目十一：典型发酵产品-酒精生产2电子课件项目十一项目十一 酒精生产酒精生产概述概述 l酒精按产品质量或性质，分为高纯度酒精（酒精浓、不得低于99.5%、无水酒精、精馏酒精、工业酒精(只要求酒精浓度达到95.0%)和医药酒精。l酒精工业生产方法有发酵法和化学合成法，因此，酒精按生产方法可分为发酵法酒精和合成法酒精两大类。l淀粉质原料发酵生产酒精：是我国当前生产酒精的主要方法，它是利用薯类、谷物及野生植物等含淀粉的原料，在微生物的作用下将淀粉水解为葡萄糖，再进一步发酵生成酒精。整个生产过程包括原料蒸煮、糖化剂制备、糖化、酒母制备、发酵及蒸馏等工序。l糖蜜原料发酵生产酒精：直接利用糖蜜中的

2、糖分，经过稀释并添加部分营养盐，借酒母的作用发酵生成酒精。l亚硫酸盐纸浆废液发酵生产酒精：造纸原料经亚硫酸盐液蒸煮后，废液中含有六碳糖，这部分糖在酵母作用下可以发酵生成酒精，主要是工业酒精。l淀粉质原料淀粉质原料淀粉质原料是生产酒精的主要原料。我国发酵酒精的80%是用淀粉质原料生产的，其中以甘薯干等薯类为原料的约占45%，玉米等谷物为原料的约占35%。一、酒精发酵原料一、酒精发酵原料1、薯类原料：薯类原料包括甘薯、木薯和马铃薯等。2、谷物原料(粮食原料)谷物原料包括玉米、小麦、高梁、大米等。l糖质原料糖质原料 l常用的糖质原料有糖蜜、甘蔗、甜菜和甜高梁等。l甜菜和甘蔗是一种良好的制糖原料。l糖

3、蜜又称废糖蜜，它是干蔗或甜菜糖厂制糖过程中形成的一种副产物，分别称为甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜，其产量分别为加工甘蔗和甜菜间的30%左右和3.5%5%。l糖质原料生产酒精工序简单，成本比较低，是酒精发酵的理想原料，只是制糖和其他发酵工业也都需要糖质原料，能用到酒精生产上的较为有限。l纤维质原料纤维质原料纤维类物质含量十分丰富。天然纤维原料由纤维素、半纤维素和木质素三大成分组成，均较难被降解，近年来，纤维素和半纤维素生产酒精的研究有了突破性的进展，纤维素和半纤维已成为很有潜力的酒精生产原料。可用于酒精生产的纤维质原料包括农作物纤维质下脚料(稻草、麦草、玉米秆、玉米芯、花生壳、稻壳、棉籽壳等)，森林和木材

4、加工工业的下脚料(树枝、木屑等)，工厂纤维素和半纤维素下脚料(甘蔗渣、废甜菜丝、废纸浆等)及城市废纤维垃圾等四类。l其他原料其他原料l主要指亚硫酸盐纸浆废液、甘薯和马铃薯淀粉渣、各种野生植物和乳清等。l用这些原料生产酒精目前还不多见。二、与酒清发酵有关的微生物二、与酒清发酵有关的微生物 l糖化菌糖化菌用淀粉质原料生产酒精进行乙醇发酵之前，一定要先将淀粉全部或部分转化成葡萄糖等可发酵性糖，这种淀粉转化为糖的过程称为糖化，所用催化剂称为糖化剂。糖化剂可以是由微生物制成的糖化曲(包括固体曲和液体曲)，也可以是商品酶制剂。无机酸也可以起糖化剂作用，但酒精生产中一般不采用酸糖化。能产生淀粉酶类水解淀粉的

5、微生物种类很多，但它们不是都能作为糖化菌用于生产糖化曲，在实际生产中主要用的是曲霉和根霉。三、糖化方法三、糖化方法l糖糖化化方方法法分分成成间间歇歇糖糖化化和和连连续续糖糖化化两两类类。目目前前我我国国大大多多数数酒精厂采用后者。酒精厂采用后者。间歇糖化工艺间歇糖化工艺 间歇糖化在糖化锅。蒸煮醪放入并冷却到间歇糖化在糖化锅。蒸煮醪放入并冷却到6162时，加时，加入糖化剂，搅拌均匀后静止糖化入糖化剂，搅拌均匀后静止糖化30min，再冷却至，再冷却至30后后供发酵用。供发酵用。连续糖化工艺连续糖化工艺根据蒸煮醪冷却(前冷却)和糖化醪液冷却(后冷却)的方法不同，可将连续糖化工艺分成混合冷却连续糖化、

6、真空冷却连续糖化和三级真空冷却连续糖化三大类，所控制的工艺参数与间歇糖化工艺的相似。真空冷却连续糖化法真空冷却连续糖化法l真空冷却连续糖化法是蒸煮醪在进入糖化锅前，将蒸煮醪在真空冷却器中瞬时冷却至规定的糖化温度（5860），然后加入糖化剂，在糖化锅中进行糖化，糖化时间约30min。糖化完成后，经喷淋冷却器将糖化醪冷却至发酵温度（2830），然后送往至发酵车间。真空冷却连续糖化生产工艺流程1-真空冷却器；2-混合冷却器；3-蒸汽喷射器；4-液封水箱；5-糖化曲贮罐；6-糖化罐；7-糖化醪泵；8-喷淋冷却器四、发酵工艺四、发酵工艺l酒精发酵方式酒精发酵方式间歇式间歇式半连续式半连续式连续式连续式间

7、歇式发酵法间歇式发酵法间歇式发酵法就是指全部发酵过程始终在一个发酵罐中进行。由于发酵罐容量和工艺操作不同，在间歇发酵工艺中，又可分为如下几种方法：一次加满法：此法是将糖化醪冷却到2730后，接入糖化醪量10的酒母，混合均匀后，经6072h发酵，即成熟。此法适用于糖化锅与发酵罐容积相等的小型酒精厂。其优点是操作简便，易于管理，缺点是酒母用量大。分次添加法：此法适用于糖化锅容量小，而发酵罐容量大的工厂。生产时，先打入发酵罐容积三分之一左右的糖化醪，接入10酒母进行发酵，再隔23h后，加第二次糖化醪，再隔23h，加第三次糖化醪。如此，直至加到发酵罐容积的90为止。半连续发酵法半连续发酵法在主发酵阶段

8、采用连续发酵，而后发酵则采用间歇发酵的方式。一种是将一组数个发酵罐连接，前三个罐保持连续发酵状态。第一只罐接入酒母后，该罐始终处于主发酵状态情况下，连续流加糖化醪。待第一罐加满后，流入第二罐，此时可分别向第一、二两罐流加糖化醪，并保持两罐始终处于主发酵状态。待第二罐流加满后，自然流入第三罐。第三罐流加满后，流入第四罐。第四罐施加满后，则由第三罐改流至第五罐，第五罐满后改流至第六罐，依次类推。第四、五罐发酵结束后，送去蒸馏。多级连续发酵法多级连续发酵法也称连续流动发酵法。是用9-10个发酵罐串连在一起，组成一组发酵系统。各罐连接是由前一罐上部经连通管流至下一罐底部。投产时，先将酒母接入第一罐，然

9、后在保持主发酵状态下流加糖化醪，满罐后，流入第二罐。在保持两罐均处于主发酵状态下，与第一只罐同时流加糖化醪。在第二只罐流加满后，又流入第三只发酵罐，又在保持三只罐均处于主发酵状态下，向三只罐同时流加糖化醪。待第三只罐流加满后，自然流入第四只罐，直流至末罐。五、淀粉质原料的酒精发酵五、淀粉质原料的酒精发酵l淀粉质原料生产酒精分为原料预处理、原料蒸煮、糖化剂制备、糖化、酒母制备、乙醇发酵和蒸馏等工艺（一）原料预处理（一）原料预处理l原料除杂原料除杂p通过振荡筛、吸铁器等将混杂小铁钉、泥块、杂草、石块通过振荡筛、吸铁器等将混杂小铁钉、泥块、杂草、石块等杂质除去等杂质除去p原料粉碎：目的主要是增加原料

10、受热面积，有利于淀粉颗原料粉碎：目的主要是增加原料受热面积，有利于淀粉颗粒的吸水膨胀，糊化，缩短后续热处理时间粒的吸水膨胀，糊化，缩短后续热处理时间,提高热处理效提高热处理效率。另外率。另外,粉末原料加水混合后容易流动输运。原料粉碎的粉末原料加水混合后容易流动输运。原料粉碎的方法要分为干粉碎和湿粉碎两种。方法要分为干粉碎和湿粉碎两种。p目前国内大多采用湿粉碎法。湿粉碎时，将蒸煮所需水量目前国内大多采用湿粉碎法。湿粉碎时，将蒸煮所需水量和原料一起加入粉碎机中，原料粉末不飞扬，省去除尘通和原料一起加入粉碎机中，原料粉末不飞扬，省去除尘通风设备，但粉碎后的粉料不能储存，宜立即用于生产。风设备，但粉碎

11、后的粉料不能储存，宜立即用于生产。（二）蒸料（二）蒸料l蒸煮目的：淀粉质原料吸水后在高温高压下蒸煮，蒸煮目的：淀粉质原料吸水后在高温高压下蒸煮，可以破坏植物组织和细胞，使淀粉彻底糊化、液可以破坏植物组织和细胞，使淀粉彻底糊化、液化，为淀粉进一步转化为糖创造良好的条件；蒸化，为淀粉进一步转化为糖创造良好的条件；蒸料还有灭菌作用。料还有灭菌作用。l 蒸煮过程中物理化学变化：淀粉经加热吸水溶蒸煮过程中物理化学变化：淀粉经加热吸水溶胀。继续加热至一定温度（一般胀。继续加热至一定温度（一般6080）,淀淀粉粒即发生破裂，造成黏度迅速增大，体积也随粉粒即发生破裂，造成黏度迅速增大，体积也随之迅速变大，这种

12、现象称为淀粉的糊化，经糊化之迅速变大，这种现象称为淀粉的糊化，经糊化的淀粉称为的淀粉称为-淀粉。淀粉。l淀粉糊化一般经历三个阶段：淀粉糊化一般经历三个阶段：p可逆性吸水膨胀，冷却干燥后个恢复原状可逆性吸水膨胀，冷却干燥后个恢复原状p当温度升至当温度升至65度左右，淀粉颗粒不可逆吸水，继续膨度左右，淀粉颗粒不可逆吸水，继续膨胀，粘度增加胀，粘度增加p温度继续升高，大部分可溶性淀粉浸出，形成半透明温度继续升高，大部分可溶性淀粉浸出，形成半透明的均质胶体，即糊化液，其淀粉称为的均质胶体，即糊化液，其淀粉称为-淀粉。淀粉。l不同种类淀粉糊化温度有所不同，甘薯、马铃薯、不同种类淀粉糊化温度有所不同，甘薯

13、、马铃薯、玉米和小麦淀粉的糊化温度分别为玉米和小麦淀粉的糊化温度分别为7076、5967、6472和和6568。l果胶物质是细胞壁组成部分，也是细胞间层的填果胶物质是细胞壁组成部分，也是细胞间层的填充剂，其化学成分是半乳糖醛酸或半乳糖醛酸甲充剂，其化学成分是半乳糖醛酸或半乳糖醛酸甲脂所组成。含有许多甲氧基，在蒸煮时，甲氧基脂所组成。含有许多甲氧基，在蒸煮时，甲氧基从果胶物质中分离出来，生成甲醇。从果胶物质中分离出来，生成甲醇。l间歇蒸煮工艺流程：加水入蒸煮锅间歇蒸煮工艺流程：加水入蒸煮锅投料投料升温升温蒸煮蒸煮吹醪吹醪l 加水按粉状原料，加水按粉状原料，1 4.0；甘薯原料，；甘薯原料，1 3

14、.21 3.4；谷物原料，；谷物原料，1 2.81 3.0。投料后升温时。投料后升温时间一般采用间一般采用40min左右。蒸煮的装醪量约为锅容左右。蒸煮的装醪量约为锅容量的量的7580%左右，在醪液面上要留有空间。蒸左右，在醪液面上要留有空间。蒸煮完毕的醪液，利用蒸煮锅的压力从蒸煮锅排除。煮完毕的醪液，利用蒸煮锅的压力从蒸煮锅排除。l从从蒸蒸煮煮工工艺艺看看，20世世纪纪50年年代代前前期期我我国国酒酒精精厂厂大多采用整粒原料间歇蒸煮工艺。大多采用整粒原料间歇蒸煮工艺。l为为了了提提高高蒸蒸煮煮醪醪质质量量和和减减轻轻劳劳动动强强度度，目目前前我我国国各各酒酒精精厂厂广广泛泛采采用用连连续续蒸

15、蒸煮煮的的工工艺艺，方方法法有有多多种种，常常用用有有罐罐式式(锅锅式式)连连续续蒸蒸煮煮、管管道道式式连连续续蒸蒸煮煮、塔式塔式(柱式柱式)连续蒸煮等三种方法。连续蒸煮等三种方法。罐式连续蒸煮工艺罐式连续蒸煮工艺（三）糖化（三）糖化l对糖质原料，可直接利用酵母将糖转化成乙醇。对糖质原料，可直接利用酵母将糖转化成乙醇。对于淀粉质和纤维质原料，首先要进行淀粉和纤对于淀粉质和纤维质原料，首先要进行淀粉和纤维质的水解（糖化），再由酒精发酵菌将糖发酵维质的水解（糖化），再由酒精发酵菌将糖发酵成乙醇。成乙醇。l淀粉水解又称糖化，通过添加酶制剂或糖化曲来淀粉水解又称糖化，通过添加酶制剂或糖化曲来完成。完成

16、。l糖化曲中含有的淀粉酶类包括糖化曲中含有的淀粉酶类包括-淀粉酶、淀粉酶、-淀粉淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和异淀粉酶（脱支酶）。酶、葡萄糖淀粉酶和异淀粉酶（脱支酶）。p-淀粉酶能从分子内部切开-1,4糖苷键，但不能水解-1,6糖苷键及靠近-1,6糖苷键的几个-1,4糖苷键。p当-淀粉酶作用于淀粉糊，能使其黏度迅速下降，故又称液化酶。直链淀粉经该酶水解最终产物为葡萄糖和麦芽糖，支链淀粉的水解产物除葡萄糖、麦芽糖外，还有具有-1,6键的极限糊精和含有4个或更多葡萄糖残基的带键低聚糖。p葡萄糖淀粉酶能从淀粉非还原末端逐个切下葡萄糖，它既能水解-1,6糖苷键，又能水解-1,4糖苷键。其产物几乎是葡萄糖，因此

17、该酶又称为糖化酶。p-葡萄糖淀粉酶能从淀粉的非还原末端逐个切下麦芽糖单位，但不能水解-1,6糖苷键，也不能越过-1,6糖苷键水解-1,4糖苷键，所以该酶水解支链淀粉时留下分子量较大的极限糊精。p总之，淀粉在以上几类酶的共同作用下被彻底水解成葡萄糖和麦芽糖。麦芽糖可在麦芽糖酶的作用下进一步生成葡萄糖。p另外，在糖化曲中除含有淀粉酶类外，还含有一些蛋白酶等，后者在糖化过程中能将蛋白质水解成胨、多肽和氨基酸等。l酶解糖化及原理酶解糖化及原理p淀粉的液化，利用淀粉的液化，利用-淀粉酶将糊化后的淀粉液化，转化为淀粉酶将糊化后的淀粉液化，转化为糊精和低聚糖糊精和低聚糖p糖化过程，利用糖化酶将糊精和低聚糖进

18、一步水解为葡萄糖化过程，利用糖化酶将糊精和低聚糖进一步水解为葡萄糖。糖。l酒母制备过程是酒母扩大培养过程，分为实验室扩大培养和酒母罐扩大培养两阶段。其流程见图所示。整个酒母扩大培养过程控制的温度均为2830。所得酒母应细胞健壮、整齐，出芽率高(15%30%)，没有杂菌污染。（四）酒母制备（四）酒母制备 l酒母培养罐结构见下图所示。罐体密闭，底部呈碟形或锥形，罐内设有冷却蛇管，罐底设搅拌器，转速为80100rmin，有的罐底部还设有无菌空气吹管，另外，罐体底部还设有排醪口，侧面还装有冷水与蒸汽进出口管。1-冷却水进口；2-电动机；3-蒸汽冷凝液出口；4-排醪口；5-冷却水出口；6-蒸汽进口；7-

19、搅拌器 成熟酒母的指标成熟酒母的指标检查项目检查项目小酒母小酒母大酒母大酒母酵母细胞数酵母细胞数/(/(亿亿/mL)/mL)1 11 1出芽率出芽率/%/%2020252515152020死亡率死亡率/%/%1 1以下以下1 1以下以下耗糖率耗糖率/%/%4040454545455050酸度酸度不增高不增高不增高不增高l淀淀粉粉质质原原料料经经过过蒸蒸煮煮，使使淀淀粉粉呈呈溶溶解解状状态态，又又经经过过曲曲霉霉糖糖化化酶酶的的作作用用，部部分分生生成成可可发发酵酵性性糖糖，这这还还不不是是酒酒精精生生产产的的终终了了，糖糖化化醪醪中中接接入入酵酵母母菌菌，在在酵酵母母的的作作用用下下，将将糖糖

20、分分转转变变为为酒酒精精和和CO2，获获得得了了酒酒精精产产品品，这这才才是是酒酒精精发发酵酵的的目目的。的。l乙醇发酵三个阶段：糖化醪送入发酵罐，接入酒母后，即乙醇发酵三个阶段：糖化醪送入发酵罐，接入酒母后，即可始乙醇发酵。乙醇发酵过程可分为前发酵期、主发酵期可始乙醇发酵。乙醇发酵过程可分为前发酵期、主发酵期和后发酵期三个阶段。前发酵期一般为前和后发酵期三个阶段。前发酵期一般为前10h左右，在酒左右，在酒母与糖化醪加入发酵罐后，醪液中的酵母开始数量还不多，母与糖化醪加入发酵罐后，醪液中的酵母开始数量还不多，由于醪液中的酵母开始数量还不进行繁殖。由于醪液中的酵母开始数量还不进行繁殖。（五）乙醇

21、发酵（五）乙醇发酵 p前发酵期阶段，发酵作用不强，酒精和三氧化碳产生得少，糖分前发酵期阶段，发酵作用不强，酒精和三氧化碳产生得少，糖分消耗得比较慢，发酵醪表面显得比较平静。前发酵期一般控制发消耗得比较慢，发酵醪表面显得比较平静。前发酵期一般控制发酵温度不超过酵温度不超过30。p主发酵期为前发酵期之后的主发酵期为前发酵期之后的12h左右，酵母细胞已大体形成，每左右，酵母细胞已大体形成，每毫升醪液中酵母数可达毫升醪液中酵母数可达1亿以上，酵母菌基本上停止繁殖而主要亿以上，酵母菌基本上停止繁殖而主要进行乙醇发酵作用。糖分迅速下降，酒精量逐渐增多，醪液中产进行乙醇发酵作用。糖分迅速下降，酒精量逐渐增多

22、，醪液中产生大量的二氧化碳，有很强的二氧化碳泡沫响声。生大量的二氧化碳，有很强的二氧化碳泡沫响声。发酵醪温度发酵醪温度上升也快，生产将温度控制在上升也快，生产将温度控制在3034。醪液的糖分大部分已被。醪液的糖分大部分已被耗掉，发酵进入后发酵期。耗掉，发酵进入后发酵期。p后发酵期阶段，发酵作用弱，产生热量也少，温度逐渐下降，应后发酵期阶段，发酵作用弱，产生热量也少，温度逐渐下降，应控制温度控制温度3032。后发酵一般需约。后发酵一般需约40h完成，总发酵时间一般完成，总发酵时间一般控制控制6072h。发酵成熟醪的乙醇含量为。发酵成熟醪的乙醇含量为6%10%(V/V)。发酵成熟醪质量指标发酵成熟

23、醪质量指标项目项目间歇发酵间歇发酵连续发酵连续发酵镜检镜检酵母形态正常，杂菌酵母形态正常，杂菌很少很少酵母形态正常，酵母形态正常，杂菌稀少杂菌稀少外观浓度外观浓度/Bx0.50.5以下以下0 0以下以下总糖含量总糖含量/%/%1 1以下以下0.60.6以下以下还原糖含量还原糖含量/%/%0.30.3以下以下0.20.2以下以下酒精含量酒精含量/(%/(%容量容量)8 810109 91010总酸总酸/(g/100mL)/(g/100mL)增酸增酸1 1以下以下增酸增酸0.50.5以下以下挥发挥发/(g/100mL)/(g/100mL)0.30.3以下以下0.20.2以下以下l发酵成熟醪中除含酒

24、精外，还含其他杂质，需要进行蒸馏及精发酵成熟醪中除含酒精外，还含其他杂质，需要进行蒸馏及精馏才能得到酒精成品。经过蒸馏可得到粗酒精和酒精，所用设馏才能得到酒精成品。经过蒸馏可得到粗酒精和酒精，所用设备为醪塔，又称蒸馏塔、粗馏塔，粗酒精再经精馏即可得到各备为醪塔，又称蒸馏塔、粗馏塔，粗酒精再经精馏即可得到各级成品酒精和杂醇油等副产物，所用设备为精馏塔。级成品酒精和杂醇油等副产物，所用设备为精馏塔。p发酵成熟醪的成分分成不挥发性成分和挥发性成分两大类。发酵成熟醪的成分分成不挥发性成分和挥发性成分两大类。p不挥发性成分包括甘油、琥珀酸、乳酸、脂肪酸、无机盐、酵不挥发性成分包括甘油、琥珀酸、乳酸、脂肪

25、酸、无机盐、酵母菌体、不发酵性及未发酵完完的糖、皮壳、纤维等。这些成母菌体、不发酵性及未发酵完完的糖、皮壳、纤维等。这些成分易与酒精等挥发性成分分离，在精馏中它们和大部分水一起分易与酒精等挥发性成分分离，在精馏中它们和大部分水一起进入精馏塔。挥发性杂质共有进入精馏塔。挥发性杂质共有50多种，分成醇类、醛类、酸类多种，分成醇类、醛类、酸类和酯类等四大类。和酯类等四大类。p在精馏中，沸点比酒精低的杂质先被蒸馏出，称为中间杂质，在精馏中，沸点比酒精低的杂质先被蒸馏出，称为中间杂质，包括乙醛、乙酸乙酯和甲酸甲酯等；有些杂质沸点高的杂质出包括乙醛、乙酸乙酯和甲酸甲酯等；有些杂质沸点高的杂质出现在蒸馏酒尾中，呈油状浮在液面，称为尾级杂质，又称杂醇现在蒸馏酒尾中，呈油状浮在液面，称为尾级杂质，又称杂醇油。油。（六）酒精蒸馏与精馏（六）酒精蒸馏与精馏 粗酒精的主要杂质及来源粗酒精的主要杂质及来源杂质来源杂质来源名称名称原料蒸煮原料蒸煮甲醇、烯萜甲醇、烯萜酵母生命活动酵母生命活动杂醇油、乙醛、甘油、有机酸杂醇油、乙醛、甘油、有机酸粗酒精组分间相互作用粗酒精组分间相互作用酯类酯类醇类遇空气氧化醇类遇空气氧化醛类醛类蒸馏时成熟醪过热及分解蒸馏时成熟醪过热及分解硫化氢、糠醛硫化氢、糠醛半直接式三塔蒸馏流程图1-醪液预热器；2-粗镏塔；3-醛塔；4-精馏塔；59-冷凝器工业酒精谢谢！