酒精生产工艺学讲课ppt课件.ppt

《酒精生产工艺学讲课ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《酒精生产工艺学讲课ppt课件.ppt（228页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、1,酒精生产工艺学,2,石油是怎样形成的？,中国的石油现状,石油的未来,3,第一章 绪论,酒精学名乙醇在常温下呈无色液体有香味，易挥发，可燃，化学式：C2H5OH。,4,加工不同原料为酒精的过程和方法的科学，称为“酒精工艺学”,5,酒精工业生产方法,微生物发酵法：利用合适的原料（淀粉质、糖质或纤维质等）在微生物作用下生成酒精的方法，称为发酵法，制成的酒精称为发酵酒精。化学合成法：利用石油或天然气的裂解气、工矿企业以及电石等为原料，经化学合成反应制成酒精的方法。本课程叙述的工艺只涉及发酵方法生产酒精,6,课程安排,绪论 2原料及辅料 2淀粉质原料酒精生产工艺8糖质酒精生产工艺4纤维质原料酒精生产

2、工艺4副产品综合利用及课程总结2,7,课程要求,根据原料的特点及工厂实际情况，选择合理的工艺流程和工艺条件；发现和解决常规酒精生产中的技术问题维持生产的正常运转；初步具有开发新菌种，新工艺和新技术的科研能力；初步具有酒精工厂工艺设计能力。,8,酒精的种类,1)高纯度酒精：专供国防工业、电子工业与化学试剂用； 2) 精馏酒精：供国防工业、化学工业使用； 3) 医药酒精：主要用于医药； 4)工业酒精：主要用于油漆的稀释，合成橡胶等工业生产，或燃料使用。,9,酒精的用途及在国民经济中的作用,食品工业化工产品医药工业农业，国防，染料燃料副产物的用途,10,酒精工业发展史,12世纪最早记录,18世纪首次

3、报道无水酒精生产方 法,二次大战后，萎缩,石油禁运，再次兴起,81年后，石油价格下降，进入低谷,目前，石油价格一路攀升，新绿色能源称为研究热点,11,世界酒精生产概况,美国、巴西、中国、俄罗斯四大酒精生产国2001年中国已居于世界第三2010年全球增至约6100万吨（？）主要增长点来自燃料乙醇,12,我国酒精行业的基本状况,中国是第三大食用酒精生产国；酒精产量占全球13.5%；2006年以后随着全球替代能源开发步伐的加快，世界各国对酒精需求量快速增长，促使我国酒精产能迅速扩张，出口量也得到了大幅度上升。国内酒精行业的形势在发生着不断的变化。,13,2013年，中国酒精产量实现了增速回升。统计全

4、国规模以上（年主营业务收入在2000万元及以上的工业法人企业）的149家企业数据显示，2013年，全国发酵酒精产量911.55万千升，比2012年同口径统计产量848.76万千升，增长7.40%。产量增长率比去年3.46%有所回升。 根据国家统计局的统计快报，在统计的20个省（市、区）中，产量较多的前五个省份及产量分别是：河南省226.16万千升、吉林省160.26万千升、黑龙江131.80万千升、江苏省114.81万千升、广西80.90万千升。增长量较多的前五个省份及增长量分别是，河南省增长19.92万千升、黑龙江18.09万千升、广西10.11万千升、吉林省7.95万千升、江苏省5.70万

5、千升。减少量最多的五个省份分别是，山西省减少6.54千升、河北省2.10万千升、安徽省1.73万千升、新疆1.40万千升和湖北省1.27万千升。,14,中国酒业协会统计，2013年，全年燃料乙醇产量合计221.7万吨，比2012年产量增长7.36%。全年每千升酒精销售利润为456.6元，2012年为485.7元，销售利润率下降6.0%。 “全年酒精价格基本稳定，单位酒精利润水平下滑。”王琦表示，受国内经济增速下降的大环境影响下，同时，酒精产能严重过剩和酒精市场下游需求不足的影响，全年普级酒精价格在58006400元/千升之间波动，形成年初和年底较高的微“U”形价格走势。主要原料玉米价格也保持在

6、平均2200元/吨，木薯价格平均在1900元/吨，全年价格波动均不大。,15,外部环境,一、运输二、税收 三、环保四、白酒调整税率五、酒精出口退税政策的取消,16,内部结构,一、原料二、新扩建酒精厂增多三、行业内竞争结构1、供求关系2、产品结构调整 3、酒精区域分布 4、企业单体规模逐渐扩大5、新增产能逐渐由销区向原料产区转移,17,原料占成本的百分比,原料,18,木薯的进口价格走势,19,产品结构调整,20,企业单体规模逐渐扩大,21,22,区域分布,23,供求关系,24,生产工艺,淀粉质原料酒精生产工艺流程,糖质原料酒精生产工艺流程,25,第五节 存在的问题及对策一、问题成本高；原料受限酒

7、糟处理如何提高发酵力二、研究方向纤维原料代替粮食原料节能：无蒸煮工艺，浓醪发酵，酒精节能回收提高发酵强度菌种选育酒糟综合利用，生成SCP,DDGS，燃料，饲料等,26,课外学习资源,网站：中国酒精网，中国酒精新闻网，中国木薯酒精网等；CNKI，维普，万方；百度，google书籍：,27,第二章 原料、水、辅料,第一节 原料一、定义可发酵性糖或可以转变为可发酵性糖的物料二、 选用原则资源丰富；产地便利；含糖多，蛋白质适中；价格便宜,28,三、常用及潜力原料种类 1、淀粉质原料（P8） 80%酒精厂采用 （1）玉米 65-73%淀粉 8-10%蛋白质 种植广、产量高、籽机构特殊 淀粉颗粒小、紧密、

8、不易糖化 玉米酒精糟的利用价值大,29,2）甘薯干65%淀粉种植广、淀粉颗粒大、易糊化薯干不易保藏，病害多,30,（3）木薯 69% 苦木薯甜木薯 淀粉含量高，“淀粉之王” 生长快、耐旱耐贫瘠,31,（4）其他 高粱（产量低、含单宁、色素等有害物） 小麦、大麦、燕麦等,32,2、糖质原料 废糖蜜：蔗糖、甜菜 降低能耗，降低成本；产量不足，受糖厂生产约束（1）甘蔗糖蜜（南方） 外观：棕黄或黑褐色，浓稠，无杂物，无 异味，无发酵迹象 成分：pH6.2左右，含氮量0.5%，含磷较高,33,（2）甜菜 主要含蔗糖，pH7.4，含氮量1.68-2.3%可利用氮源12-20%，含磷0.03-0.06%,3

9、4,3、纤维质原料（1）农作物秸秆、麦草、稻草、玉米杆、玉米芯、高粱杆、花生壳等（2）工厂纤维、半纤维下脚料甘蔗渣，600万吨甘蔗渣可产酒精70万吨造纸行业下脚料（3）城市垃圾,35,第二节 水一、酒精生产用水生产1t酒精，约消耗120t左右的水工艺过程用水，成品、半成品冷却用水、锅炉用水各种洗涤用水二、酒精生产用水要求符合饮用水标准，硬度7mgCa/L。不能使用RA值过大的水，因为整个过程都需要在酸性环境下进行。,36,三、水质处理（略）四、循环用水 1、清液回用 2、冷冻制水 3、浓醪发酵 4、CIP在线清洗,37,第三节 辅料,1、原料（1）麸皮：制备霉菌糖化剂的良好材料（2）米糠：制备

10、液体曲的主料,38,2、其他辅料（1）营养盐过磷酸钙，磷盐，甜菜糖蜜(NH)4HPO4 ，尿素，氨水，氯化钾，硫酸镁（2）脱水剂苯，离子交换树脂，氯化钙（3）酸硫酸，盐酸，磷酸（4）洗涤，消毒剂及消泡剂氢氧化钠，碳酸钠，次氯酸钠，符合消毒剂，福尔马林；消泡剂包括油酸，菜籽油，泡敌,39,第三章 淀粉质原料生产工艺,40,第一节 特点一、粉碎原料二、水热处理三、酸、酶处理成可发酵性糖，需一个糖化过程,41,第二节 原料的预处理一、预处理的目的与内容1、除杂 泥土、沙石、纤维质杂物；二筛，一去石，二磁性2、粉碎 利于糊化及液化二、除杂筛选，风选，磁力除铁设备，平面回旋筛，TCXT系列强力永磁筒,4

11、2,三、粉碎1、目的 使淀粉颗粒能从细胞中游离出来，吸水膨胀。2、优点 与整料蒸煮比，节省消耗的蒸气 糊化较彻底，出酒率高 改善劳动条件，减轻劳动强度,43,3、方法 干式：锤式粉碎机 湿式：原料粉末不飞扬，减少损失，又可改善劳动条件4、粉碎比X=D/d，粗粉，1:10-15；细粉，1:30-40,44,四、输送1、方式机械输送：皮带、螺旋、斗式提升机气流输送混合输送：粗粉用机械，细粉后用风送,45,2、特点机械输送：原料损失大，条件恶劣；不能除硬杂物质，筛板容易损坏；气流输送：可以提高锤碎效率至于节能则具体情况而定,46,五、预处理的流程,47,第三节 淀粉质原料的蒸煮一、目的淀粉颗粒破裂灭

12、菌二、淀粉粒的结构 淀粉是以颗粒状态存在，由直链及支链淀粉、少量的矿物质、脂肪酸等整齐排列而成的颗粒。有单粒体，复粒体，半复粒存在 玉米是单粒，甘薯有单有复，薯类淀粉颗粒大，易于糊化，谷类难。,48,小麦淀粉颗粒,大米淀粉颗粒,土豆,49,大麦淀粉颗粒,50,三、淀粉在蒸煮过程的物理化学变化1、糊化的概念淀粉在水中经加热后出现膨润现象，继续加热，成为溶液状态，这种现象称为糊化，处于这种状态的淀粉称为a-淀粉。膨润现象：在水中经加热后，一部分胶束被溶解，空隙逐渐扩大，淀粉粒因吸水而膨胀，胶束消失，这种现象称为膨润现象。,51,糊化的过程第一阶段：水温未达到糊化温度时，水分只是由淀粉粒的孔隙进入粒

13、内，与许多无定形部分的极性基相结合，或简单的吸附，此时若取出脱水，淀粉粒仍可以恢复。第二阶段：加热至糊化温度，这时大量的水渗入到淀粉粒内，引起淀粉粒溶胀并蜂窝一样紧密地相互推挤。扩张的淀粉粒流动受阻使之产生粘稠性，并随温度升高，粘度增加。第三阶段：使膨胀的淀粉粒继续分离支解，当在95 恒温一定时间后，则粘度急剧下降。淀粉糊冷却时，一些淀粉分子重新缔合形成不可逆凝胶。,52,50,58,70,53,40,60,70,54,2、组织与细胞变化（1）预煮 淀粉、纤维素膨化，细胞内物质部分溶解，组织坚固性减弱；（2）蒸煮 120-135，果胶质膨化溶解；145-150 淀粉从细胞内释放（3）后熟 组织

14、与细胞未失去原态，在吹醪时，由蒸煮锅吸出，压力发生巨大变化，使细胞破裂，组织完全碎解,55,3、化学变化（1）纤维素 不变化（2）半纤维素 多聚戊糖分解为木糖及阿拉伯糖等，木糖失水易形成糠醛不利发酵（3）果胶 细胞壁的组成成分（RCOOCH3）n+nH2O (RCOOH)n+nCH3OH薯类产生的甲醇多于谷物类，因而对薯类蒸煮温度不宜过高。,56,（4）淀粉 基本没有淀粉水解；但在预煮过程，可能会形成低聚糖，造成发酵糖的损失。（5）糖分 单糖和低聚糖甘薯：麦芽糖；谷物：蔗糖黑色素的生成：己糖脱水 羟甲基糠醛 甲酸 + 糠尾酸 聚合或AA缩合 黑色素黑色素的生成造成了糖与AA的损失,57,焦糖的

15、形成 焦糖 糖 羟甲基糠醛果糖（fructose） 葡萄糖（glucose）减低酒精产量原因：局部过热引起，碱性条件酸性条件措施：增加料水比，减小蒸煮压力,58,（6）含氮物的变化 100，可溶性蛋白下降（7）酸度：上升，果胶酸的生成,59,四、主要的影响因素1、原料的粉碎度2、加水比适度，加量少，醪液浓度大，含酒精浓度高，节约能耗提高设备利用率；加水量过少，不易煮透，易产生黑色素与焦糖，不易输送加水量过多，能耗大，设备利用率低，生产能力下降甘薯，1:3-1:4；玉米，1:2.8-1:3,60,3、投料水温，预煮时间 投料水温高，原料吸水膨胀快，浸泡越透，整粒原料投料水温要求80-90；粉状原

16、料温度50-55 ，边投料边搅拌，防止结块，投料结束立刻升温至75-80 。4、蒸煮压力与时间 糊化程度与蒸煮压力，温度，时间成正比。压力过高，温度高，可发酵性糖损失大，产甲醇多。,61,5、循环换汽 间歇蒸煮过程中，“放乏汽”，一定时间间隔放走锅内部分蒸汽。目的：形成压力差，起搅拌目的； 排除原料中的有害物质，氢氰酸，甲醇等薯类适当增加排乏汽的次数。,62,第二节 蒸煮的工艺方法一、间歇蒸煮1、设备：立式锥形蒸煮锅蒸汽分几路进入，受热均匀，锥底结构有利于放乏汽时的搅拌。容积5-15立方米，投料1000-2000t,63,2、工艺条件（1）加热间歇蒸煮加水 投料 升温 蒸煮 吹醪加水：蒸煮车间

17、废水或由蒸汽加热的热水薯干 1:3-4；谷类 1:2.8-3投料：整粒投完进汽 粉状匀浆后进汽升温：40-50min，有的升温前浸泡30min,64,蒸煮：一般10-15min排乏汽，3-5min。装量70-80%吹醪：利用压力，原料从蒸煮锅排出，10-15min,65,2、连续蒸煮工艺（1）罐式我国常用；原料利用率大于间歇蒸煮，提高1-2%；占地面积大，时间长，有滞留滑漏现象,66,（2）管式连续蒸煮工艺出酒率高,67,3、塔式连续蒸煮工艺蒸汽耗量低,68,三、新工艺介绍1、喷射液化（1）液化喷射器的结构，如下图（2）特点传热效率高，可以达到100%；蒸汽用量少，高效节能；结构轻巧，控制精度

18、高；操作运行平稳,69,2、低温蒸煮工艺 水+液化酶玉米粉（0.84mm，90%） 调浆罐 预煮锅 （70 ） 蒸煮管道（80，5min） 冷却 28 发酵罐 糖化酶特点：节能，40-60%；未发现染菌，防止可加NaF等； 不需要高压设备；发酵率达87.5%，略低于高温（88%）,70,3、无蒸煮工艺 利用黑曲霉产生的淀粉酶替代麦芽或黄曲霉产生的，可利用生料发酵制取酒精。 优点；节约能耗，节省冷却用水； 设备简单； 适于浓醪发酵，发酵率高； 可获优质酒精等。,71,4、膨化工艺 原料在膨化机内，由于高温高压作用，组织变软，水分呈过热状态，当从机内挤出时，由高压瞬间变为常压，原料内水分瞬间汽化，

19、从而改变物质状态、性状与成分构成，从而发生膨化。,72,第三节 淀粉质原料糖化工艺,一、淀粉分子结构含有96%的D-葡萄糖（2%的HCl水解）1、直链淀粉D-葡萄糖以-1，4糖苷键相连，200-980个葡萄糖单位2、支链淀粉大部分与直链相同，还具有-1,6糖苷键连接的分支，每个分支长10-15个单位，共600-6000个葡萄糖单位。3、淀粉分子结构具有螺旋式结构的卷曲。,73,74,75,二、糖化原理淀粉的糖化工艺包括淀粉的液化和糖化两个步骤。1、淀粉的液化（1）-淀粉酶及水解原理-淀粉酶能水解淀粉及产物分子中的-1,4-葡萄糖苷键，不能水解-1,6-葡萄糖苷键，但能越过此键。,76,（2）耐

20、高温-淀粉酶 是一种淀粉内切酶，可随机切断-1，4糖苷键，产物有糊精，葡萄糖，麦芽糖。,77, pH对酶活力及稳定性的影响5.5-7.0最适；稳定pH是5.0-10.0,78, 温度对酶活力及稳定性的影响对热稳定性好，可达100-105。,79, 钙浓度对酶稳定性的影响 钙的存在可以使淀粉酶酶活的pH范围扩大，一般自来水配料时可不另外添加。,80,2、淀粉的糖化（1）原理 利用糖化酶将淀粉液化产物进一步分解成葡萄糖的过程。从底物的非还原末端开始，逐个水解-1,4或者1,6糖苷键。能将麦芽糖水解成为葡萄糖。,81,（2）糖化酶 淀粉外切酶，最终产物为葡萄糖，又称葡萄糖淀粉酶。 pH对酶活及稳定性

21、的影响 最适4.0-4.5,82, 温度对酶活力及稳定性研究最适58-60,83,三、影响水解速度的因素1、酶浓度活性相同，酶浓度越高，糖化时间越小2、温度温度高，反应快；过高，酶失活3、pH（偏酸）4、糖化时间糖化率40-55%，时间短，利于保持酶活，时间长糖化好，但影响后糖化；5、其他,84,四、糖化过程中的物质变化1、淀粉 小分子糊精 可发酵性糖原料 糊精 淀粉2、含氮物 胨、多肽、AA等3、果胶物和半纤维素4、含P化合物有机含P化合物在磷酸酯酶的作用下磷酸盐，buffer，缓冲提供营养。,85,五、糖化工艺1、主要程序（1）蒸煮醪冷却至糖化温度（2）加糖化剂，在规定温度下糖化（3）结束

22、冷却到发酵温度（4）泵入发酵车间,86,2、间歇糖化法加水至糖化锅 吹醪并搅拌 补足冷却水 前冷却加糖化剂 保温糖化 后冷却 发酵车间整个过程需3h,87,3、连续糖化法蒸煮醪 真空冷却器 糖化 喷淋冷却器发酵罐真空冷却，水分流失，在糖化剂中适当多加水维持稳定足够的真空度注意杀菌、检修等。,88,89,第五节 酒精酵母,90,91,一、酵母的选择(1)含有较强的酒化酶，发酵能力强，而且迅速；(2)繁殖速度快，具有很强的增殖能力；(3)耐酒精能力强，能在较高浓度的酒精发酵醪中进行发酵；(4)耐温性能好，能在较高温度下进行繁殖和发酵；(5)抵抗杂菌能力强；(6)耐酸能力强；(7)生产性能稳定，变异

23、性小；(8)发酵时产生泡沫少。,92,二、常用酵母1、拉斯2号酵母发酵葡萄糖，蔗糖、麦芽糖，适于淀粉质原料，尤其玉米淀粉，易产生泡沫。2、拉斯12号果糖，半乳酸，棉籽糖，不发酵乳糖。3、K字酵母生长快，发酵力强，高粱，大米，薯干等原料发酵4、南阳5号耐酒精13%以下，产酒稳定,93,5、其他 用于酒精发酵的细菌主要有：厌氧发酵单胞菌和棕搁发酵菌。对耐高温的嗜热细菌(40一50)和极端嗜热菌（65）的筛选和应用也逐渐受到重视 用于酒精发酵(纤维素原料)的霉菌有：粗糙脉孢霉、拟青霉、链孢霉等。假丝酵母可直接发酵木糖为酒精。,94,三、酵母所需营养物质及其数量,1碳源 酵母菌在繁殖过程中，吸收的糖分

24、，一方面用于合成菌体蛋白中的碳架，另一部分转变为酵母菌的贮藏物质，还释出一定能量，以供合成菌体物质时的能量消耗。,95,2氮源 酵母菌所需的含氮物质主要也是从淀粉质原料中获得。但原料中含氮物质往往是大分子的蛋白质，因此也必须经过蒸煮和曲霉菌中的蛋白酶水解，生成小分子量的蛋白胨、眎或氨基酸后才能被酵母所利用。如果原料中含氮量少时，也可补加无机氮，供给酵母生长。生产上多采用(NH4)2SO4为补充氮源。,96,3无机盐 酵母繁殖过程中需要的无机盐可从原料中获得，一般不需另加。 4维生素 酵母在生长繁殖过程中所需的维生素主要由糖化醪中获得。维生素易被高温所破坏，因此，在制备酒母糖化醪时，不宜采用高温

25、长时间的杀菌，以减少维生素的损失。,97,三、酒精酵母的特性,1繁殖速度快 如在麦汁小滴培养24小时，一个拉斯12号酵母细胞，可以产生55个子细胞。2醪液浓度 一般酒精酵母在含5(v/v)的酒精发酵醪中，其发酵能力就减弱，当醪液中酒精浓度含量达到12(v/v)时，则停止发酵。所以生产中常将糖化醪浓度控制在1518Bx之间，发酵成熟醪的酒精含量约为89(容量)。,98,3培养温度 拉斯12号酵母繁殖适温为3033，最低为5，最高为38。温度适宜，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。 4pH值 发酵醪的pH值与氧化还原电势有关系，而氧化还原电势又与酵母

26、的呼吸有直接关系。酒精酵母可在pH4.06.0环境中进行繁殖，如果醪液的pH值低于3，则酵母的活力大减。,99,四、酒母培养与扩大培养工艺,(一)酒母培养基的制备 (二)酒母的扩大培养,100,(一)酒母培养基的制备,1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曲汁或麦芽汁来做培养基。,101,2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。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pH

27、值，以抑制杂菌生长。,102,(二)酒母的扩大培养,扩大流程：,原菌 生产中使用的原始菌种应当是经过纯种分离的优良菌种。保藏时间较长的原菌，在投产前，应接入新鲜斜面试管进行活化，以便使酵母菌处于旺盛的生活状态。,斜面试管培养 将活化后的酵母菌在无菌条件下接入新鲜斜面试管，于28-30保温培养3-4天，待斜面上长出白色菌苔，即培养成熟。,在无菌条件下，用接种针自斜面试管挑取一环酵母菌体，接入装有10毫升米曲汁的液体试管，摇匀后，置2830保温培养24小时左右，待液面冒出大量CO2，即培养成熟。,接种时，应先用酒精消毒瓶口，在无菌条件下，将液体试管全部接入小三角瓶，28-30条件下保温培养15-2

28、0小时，待液面冒出大量CO2泡沫，即培养成熟。,卡氏罐培养基可使用酒母糖化醪，以使酵母逐渐适应大生产培养条件。卡氏罐用的糖化醪应单独杀菌后备用，如果工厂卫生管理条件较好，也可不杀菌。,103,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。,104,105,2酒母罐培养,从卡氏罐以后酒母扩大培养属于酒母车间进行培养，其流程为：卡氏罐-小酒母罐-大酒母罐-成熟酒母送发酵车间,106,107,(1)间歇培养法 此法是分小酒母罐与大酒母罐两个阶段进行培养。接入已培养成熟的卡氏罐酒母。通无菌空气或用机

29、械搅拌。控制醪温在28-30进行培养待醪液糖分降低40-50%，其酒精分含量在3-4%(容量)左右，并且液面有大量CO2冒出，即培养成熟。将此培养成熟的小酒母再按入已装好糖化醪的大酒母罐中，同法于28-30继续培养，待大酒母罐中糖分消耗45-50%，液面冒出大量CO2时，培养即成熟，即可送往发酵车间，做发酵接种用。,108,(2)半连续培养法 半连续培养法也叫循环培养法。将卡氏罐酒母接入小酒母罐，培养成熟后，分割出三分之二接入大酒母罐进行培养，余下的三分之一再补加新鲜酒母糖化醪连续培养，培养成熟后再分割，如此反复以上操作。大酒母培养成熟则可全部送发酵车间做接种用。,109,目前多数酒精厂均采用

30、半连续培养酒母的方法。利用这种方法培养酒母，可以710天换一次新种，如果工厂卫生管理条件较好，可以12个月换一次新种，这样不但省去了繁琐的试验室阶段培养，而且也使酵母在生产条件下进行了驯养，有利于酵母菌的繁殖和发酵。,110,3成熟酒母质量指标,(1)酵母细胞数 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数一般为l亿毫升左右。(2)出芽率 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，则说明酵母衰老。成熟酒母出芽率要求在1530%。 (3)酵母死亡率 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

31、已死亡。正常培养的酒母不应有死亡现象，如果死亡率在1%以上，应及时查找原因采取措施进行挽救。,111,(4)耗糖率 酵母的耗糖率也是观察酒母成熟的指标之一。成熟的酒母，耗糖率一般要求控制在40-50。耗糖率太高，说明酵母培养已经过“老”，反之则“嫩”。 (5)酒精 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制酵母生长，造成酵母衰老。成熟酒母醪中的酒精含量一般为3-4(容量)。,112,(6)酸度 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。如果成熟酒母

32、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，镜检时又发现有很多杆状细菌，则不宜做种子用。,113,114,五、影响酒母质量主要因素,1.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新增殖酵母细胞数关系不大。,115,2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，增加设备投资。在酒母培养中，酒母接种量多控制在1:5-l0。接种后的醪液，经过l0-12小时培养成熟的酒母醪细胞数可达0.8-1.2亿毫升以上，此时就可将成熟的酒母接到下一工序的醪中。,116,3接种时间的掌握 从酵母茵

33、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(也称迟缓期)、旺盛期、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养接种就是控制在这个时期。,117,4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28-30。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，以保证酵母菌健壮生长。,118,5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。

34、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，可使糖分转变为酒精和CO2。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，酒精产量大大降低，糖的消耗速度在单位时间内也减慢。,119,6.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，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、管道的杀菌也十分重要，尤其应当注意对某些管道死角加强杀菌操作。,120,第七节 酒精发酵工艺,一、糖化醪发酵

35、的目的要求及设备结构特点二、酒精发酵机理三、酒精发酵工艺四、影响酒精发酵因素的讨论五、酒精发酵醪成熟六、酒精生产异常发酵、杂菌污染及防治办法七、从CO2中回收酒精八、淀粉出酒率和淀粉利用率,121,(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，经过细胞内酒化酶的作用，生成了酒精与CO2，然后通过细胞膜将这些产物排出体外酒精是可以以任何比例与水混合的，所以由酵母体内排出的酒精溶于周围的醪液中。,122,G 磷酸二羟基丙酮 3磷酸甘油醛 3磷酸甘油醛 3磷酸甘油 3-磷酸甘油酸 3磷酸甘油酸 甘油（0.3-0.5%） 2,3二磷酸甘油酸 丙酮酸 C6H12O6 2C2H5OH +

36、 2CO2 乙醛乙醛+亚硫酸氢钠 加成物pH高，2分子乙醛发生歧化反应。 乙醇,123,（二）酒精发酵动态,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：1.前发酵期2.主发酵期 3.后发酵期,124,1.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，酒精分和CO2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。,1

37、25,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。前发酵延续时间一般为l0小时左右。 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2628，前发酵期温度一般不超过30。如果温度太高，会造成酵母早期衰老，如果温度过低，又会使酵母生长缓慢。 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。,126,2主发酵期,酵母细胞已大量形成，醪液中酵母细胞数可达1亿毫升以上。 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酵作用。 醪液中糖分迅速下降，酒精逐渐增多。因为

38、发酵作用的增强，醪液中产生了大量的CO2。随着CO2的逸出，可以产生很强的CO2泡沫响声。,127,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。根据酵母菌的性能，主发酵温度最好能控制在30-34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，主发酵时间长，反之则短。主发酵时间一般为12小时左右。,128,3后发酵期,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，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，所以发酵作用也十分缓慢。因此，这一阶段发酵醪中酒精和CO2产生得也少。,129,后发酵阶段，因为发酵作用减弱，所以产生的热量也

39、减少，发酵醪的温度逐渐下降。此时醪液温度应控制在30-32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约需40小时左右才能完成。,130,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，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6072小时左右。,131,三、酒精发酵工艺,根据发酵醪注入发酵罐的方式不

40、同，可以将酒精发酵的方式分为间歇式、半连续式和连续式三种。(一)间歇式发酵法 (二)半连续发酵法(三)连续发酵,132,（四）酒精新工艺1、高强度酒精发酵浓醪发酵能提高企业生产能力，降低生产成本；提高了发酵强度：g/(L.h)，在发酵容积及时间不变的情况下提高酒精浓度；能源消耗及用水量大幅下降；对菌种及设备提出了新的要求。,133,浓醪发酵玉米粉浓度的计算醪液质量=谷物质量 + 水质量 （M=G+W）谷物中淀粉质量=谷物质量 * 谷物中淀粉含量% （GS）完全转化成葡萄糖的质量=180/162GS=1.11GS例：玉米淀粉含量78%，以1000立方米为例，成熟醪酒精度10%发酵罐中乙醇含量：1

41、000*10%*0.7893 nC6H12O6 2nC2H5OH + 2nCO2 180n 92n 88n m1 78.93 m1=180*78.93/92（C6H10O5）n + nH2O nC6H12O6 162n 18n 180n m2 m1M2/78%=淀粉用量,134,四、影响酒精发酵因素的讨论,1稀释速度 在间歇发酵中，糖化醪要求自接种后8-10小时内加完，这样可以有较长的后发酵时间，将糊精彻底水解发酵。酵母的繁殖速度取决于发酵醪营养物质浓度，而营养物质的含量又取决于进料和出料速度。所以，控制进料速度，就可以控制酵母细胞数和营养成分。,135,2发酵醪pH值的控制。降低发酵醪中的p

42、H值，是防止杂菌污染的有效措施之一。由于连续发酵无菌条件要求较严，其pH控制在4.0一4.5为宜。间歇发酵PH值可控制在4.7-5.0。在上述pH值范围内，较接近于糖化酶作用的最适PH值。pH值的控制，可用H2SO4来调节。如果PH值太低，不但会抑制杂菌的繁殖，同时也会抑制酵母菌的繁殖和代谢，还会使糖化酶钝化，影响发酵成果。,136,3发酵温度控制。酒精酵母繁殖温度为2730，发酵温度3033，生产中发酵醪温度可根据发酵形式不同进行控制：间歇发酵：接种温度2730；发酵温度30-33；后发酵温度301。连续发酵各罐温度控制在3033。4发酵醪的滞流和滑漏问题。多级连续发酵要求醪液保持先进先出。

43、,137,5多级连续发酵中发酵罐数量问题 多级连续发酵是利用很多个罐进行串联，组成一个发酵罐组。除了前面几个流加罐外，后面还要配合适量的罐作为后发酵用，并使前后罐之间醪液保持一定的浓度梯度。每一罐组用多少只发酵罐为宜，这主要取决于发酵醪自进入第一只发酵罐起，到最后一只发酵罐醪液成熟，醪液在几个罐内发酵时间。,138,6关于发酵醪浓度问题。糖化醪浓度稀，虽然有利于酵母的代谢活动，提高出酒率，但是浓醪发酵却有提高设备利用率，节省水、电、汽、降低生产成本，增加产量的优点。因此，生产上希望尽量采用浓醪发酵。正常发酵醪浓度一股为16一18Bx，其发酵成熟醪酒精含量为8-9(容量)。,139,7关于缩短发

44、酵时间 用糖蜜原料制造酒精，发酵时间需要24-32小时，如用淀粉质原料，则需60小时以上。缩短发酵时间，需要设法加速水解支链淀粉中以1，6相结合的键。解决这个问题的方法是选育糖化酶含量高的菌种，以加强糖化作用。另外，采用连续发酵和选用发酵力强的酵母菌种，也是加速发酵、缩短发酵时间的有力措施。,140,8. 细菌污染的防治（1）污染源酵母回用糟液糖化罐，连续发酵设备（2）常见细菌污染及控制乳酸菌（LAB） 繁殖快，耐高温及低pH，产乳酸乙酸菌，好氧，易发现于扩培罐，占有罐表面，液面成膜丁酸菌，严格厌氧，产丁酸，死角及隐蔽的地方；野生酵母，使糖转化为有机酸，氧化酒精。控制：抗生素（Allpen青霉

45、素，链霉素）；乳苷,141,新工艺介绍：浓醪发酵,142,第八节 发酵成熟醪的蒸馏与精馏,将酒精和所有挥发性杂质从成熟醪中分离出来的过程除去粗酒精中的杂质,143,一、杂质 不溶性悬浮物：皮壳，纤维等 干物质 可溶性物质：糖，糊精等 挥发性 70种，0.5-0.7%，醇、醛、挥发酸,144,二、蒸馏的原理1、拉乌尔定律混合溶液中，沸点低的组分，在气相中含量高于液相中。2、酒精的挥发系数A/a=K K表示乙醇溶液中乙醇的挥发性强弱 A表示气相中乙醇含量，a液相中含量K随着乙醇的浓度增加而减少，但乙醇浓度97.6%（v/v）时，K1。,145,3、酒精-水恒沸混合物97.6%（v）K=1，此时沸点

46、78.15，较水和酒精都低此时常规蒸馏技术便不能再浓缩4、压力对平衡浓度值的影响P175对于低酒精度的酒精水溶液，压力增高，蒸汽中酒精含量增加，反之，亦然。因此，对于高酒精度的水溶液，应使用减压蒸馏。,146,5、蒸馏塔工作原理P177,147,三、精馏的原理1、挥发性质 头级杂质 沸点 酒精 ，乙醛，醋酸乙酯 中间杂质 异丁酸乙酯，异戊酸乙酯 尾级杂质 高级醇，异戊醇,148,2、杂质的挥发系数与精馏系数（1）挥发系数杂质含量少的情况下，假设单个杂质的挥发性质与其杂质无关。/=K杂头级杂质，在任何情况都1，汽体是向上运动，因此，越往上头级杂质含量越高；尾级杂质，55% K=1，因此在55%的

47、塔板中收集。,149,（2）精馏系数K=K杂/K酒精=a/A表示同一酒精浓度下，杂质与酒精挥发性能的差别。K 1，杂质 汽液，向上运动，且快于酒精；K 1， K杂1，向上，慢于酒精 K杂1，向下。,150,3、醛酯馏分分离理论分两类，一类为乙醛、乙酸乙酯、乙酸甲酯，为头级杂质另一部分，如异戊酸乙酯，异丁酸乙酯，在酒精度90%时从大于1变为小于1，中间杂质。,醛分离：低酒精度时挥发系数及精馏系数大，因此采取：在蒸馏流程中考虑设置排醛塔；醛塔顶加水稀释；发酵醪预热到较高温度，蒸馏前先排一次醛。,151,4、杂醇油分离理论基础杂醇油是酒精蒸馏的主要副产物；,55%酒精浓度,液相取油的位置，进料层以上

48、2,4,6块板汽相取油的位置，进料层以下2,4块板。,152,精馏塔,酒精水杂醇油（淡黄色至棕褐色，带苦味，0.3-0.5%）,通过萃取的方法分离杂醇油，开发利用如下图：,153,5、甲醇分离高酒精浓度时，精馏系数大，因此最好在高酒精度时除去甲醇。措施：在第二冷凝器时升高温度，在第三冷凝器中多取工业酒精。高质量酒精一般要加甲醇塔。,154,四、酒精蒸馏、精馏工艺流程单塔蒸馏，适于生产88%的粗酒精 粗馏塔：将酒精和挥发性杂质及部分水从醪液中分离出来两塔蒸馏 精馏塔：使酒精增浓及除杂 汽相进料两塔蒸馏工艺流程 液相进料两塔蒸馏工艺流程,155,156,157,2、蒸馏系统各塔的功能醪塔：将酒精和

49、挥发性杂质从发酵醪中分离出来。多采用低温负压蒸馏，使得酒精和挥发性物质更容易分离，且节能。粗辅塔：分两段，上段设在醪塔顶部，预热醪液；下段独立成塔紧接醪塔，便于回流循环。水萃取塔：将来自醪塔、精馏塔等浓度较高的粗酒精通过水稀释，进一步除去头级和中级杂质。低酒度，中级杂质的K大于1，将聚集在塔顶。,158,精馏塔：排除一部分水萃取塔未能排尽的杂质进一步提高粗酒精的酒精浓度，并排出废水。高度最高，直径次于醪塔。脱甲醇塔：一般17.5m高，将精馏塔出来的95%的酒精进一步除甲醇及其他残余头级杂质。含馏分处理塔：将含杂醇油较多的低浓度酒精浓缩除杂，生产工业酒精。,159,160,单塔 不能制备高浓度酒

50、精两塔 成品酒精质量不高，不能生产优质酒精 直接式蒸馏，蒸气用量少，成品酒精有不好的口味三塔 半直接式蒸馏，成品质优温度，耗气多于直接式 间接式 操作稳定，耗气多多塔 浓缩塔，甲醇塔等,3、蒸馏工艺种类,161,162,5、蒸馏工艺分析精馏系数是分离酒精中挥发性杂质的理论根据。甲醇、甲醛在高酒精度下分离（甲醇塔）；异戊醇在低酒精度下分离（水萃取塔）；负压蒸馏等。,163,第四章 糖质原料酒精生产工艺,164,第一节 糖蜜酒精发酵的特点一、糖蜜含有可发酵性糖，甜菜主要是蔗糖，甘蔗还含有一定数量的转化糖二、糖蜜浓度高，含糖分50%以上，需稀释；三、污染严重四、含大量焦糖，氨基糖等黑色素组成的胶体物