酒精生产工艺学讲课.ppt.ppt

,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,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：,C,2,H,5,OH,。,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,5800,6400,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,原料,预处理,水,蒸煮,蒸汽,糖化,糖化剂,发酵,酵母,二氧化碳,蒸汽,蒸馏,酒精,杂醇油,醛酯,酒糟,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、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%,34,3,、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),4,HPO,4,，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,42,三、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,大气,布袋除尘器,粉料回收,风机,甘薯干,料斗,吸风管,旋风分离器,螺旋输送器,粉碎,粉浆,预煮罐,47,第三节 淀粉质原料的蒸煮,一、目的,淀粉颗粒破裂,灭菌,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,（,RCOOCH,3,）,n+nH2O (RCOOH)n+nCH,3,OH,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。,果胶酸,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，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，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(,NH,4,),2,SO,4,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1518,Bx,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。,4,pH,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,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,-20,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,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。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,CO,2,，,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,C,6,H,12,O,6,2C,2,H,5,OH+2CO,2,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。,125,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。,因为发酵作用的增强，醪液中产生了大量的,CO,2,。,随着,CO,2,的逸出，可以产生很强的,CO,2,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,CO,2,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：,1000*10%*0.7893,nC,6,H,12,O,6,2nC,2,H,5,OH +2nCO,2,180n 92n 88n,m,1,78.93,m,1,=180*78.93/92,（,C6H10O5,）,n+nH2O nC6H12O6,162n 18n 180n,m,2,m,1,M,2,/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,pH,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。,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16一18,Bx，,其发酵成熟醪酒精含量为8-9(容量)。,139,7关于缩短发酵时间 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，,K,1,。,145,3,、酒精,-,水恒沸混合物,97.6%,（,v,）,K=1,，此时沸点,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,