酒精生产工艺

第四章 酒精生产工艺第一节 概述 酒精生产技术发展史 酒精生产是在酿酒的基础上发展起来的，我国劳动人民早在4000 多年前就会酿酒 .但是由于当时的生产技术水平和认识水平的局限 性，使酒精生产受到限制。直到 1902年，我国酒精工业才开始起步。 当时在福建省建立了一间以甘薯干为原料的生产酒精工厂.到了 1934 年。中国酒精厂在上海建成，该厂主要以甘蔗糖蜜和甘薯干为原料生 产酒精.新中国成立后，我国酒精工业不论产量 ,质量以及生产技术均有 突飞猛进的发展。淀粉岀酒率提高了 50%以上，在生产上大力推广新 工艺,新技术和新设备，并培养了大批酒精生产的专业人才.目前国内 大型酒精厂酒精年产量均在万吨以上。许多厂家生产的优质酒精已远 销国外，经济效益十分显著。二酒精工业的发展趋势我国酒精生产以发酵法为主，大多数工厂是采用薯干和玉米为原 料。为了进一步提高酒精生产水平，各国的工程技术人员 都在研究 新型的酒精发酵方法，如目前已在工业生产上应用的固定化细胞酒精 发酵法,耐高温活性干酵母发酵法等新的发酵工艺。在设备方面也有 不少新型生物反应器出现,如单罐连续搅拌反应器、酵母回用连续搅 拌反应器、塔式反应器、细胞固定化反应器等。酒精蒸馏工艺也在不 断改进和完善。进一步改造了蒸馏塔板结构，并研究新的蒸馏工艺。 目前研究较多的蒸馏工艺有高效节能的差压式蒸馏，膜分离酒精等。 随着乙醇传感器和微机控制系统的应用，酒精工业的生产水平将有新 的突破。第二节 原料及其处理一 原料选择（一）选择原料的依据1. 淀粉质原料的选择（1）原料资源要丰富，容易收集.酒精生产需要大量原料，要有一定 的库存量。（2）原料要容易贮藏。水分高的原料不易贮藏，含水量低于13为 宜.（3）原料含杂质要少,并在生产中不产生有害、有毒物质。（4）原料价格低廉,可降低产品成本.尽量采用野生植物原料。2. 糖质原料的选择糖质原料主要指糖蜜。根据糖蜜的含糖糖量分为三个等级：一级糖蜜： 含全糖（总糖）高于 50%,不溶物和胶体物质等杂质含量较少；二级糖 蜜：含全糖4550%；三级糖蜜：含全糖低于45。所有等级糖蜜 浓度均不得低于80900，相对密度为1.411。50 （20C）。（二）原料的种类 用于生产酒精的淀粉原料主要有：薯类（甘薯 、马铃薯、木薯、山药 等）；粮谷类（高粱、玉米、大米、谷子、大麦、小麦、燕麦、黍等；） 糖质原料（甘蔗、甜菜、糖蜜等）;野生植物（橡子仁,土茯苓、蕨根、石蒜等）；农产品加工副产品（米糠饼、麸皮、高粱糠、淀粉渣等）； 纤维质原料（秸秆、甘蔗渣等）等。常用原料的化学组成 原料中所含的化学成分,直接影响着酒精生产率的高低,也关系到生产 工艺流程和工艺条件的确定。常用原料的几种主要化学成分及其对酒 精生产的影响大致如下.1. 糖类 葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖等,这些物质都可以发酵生成 酒精，同时也是霉菌和酵母的营养及能源，原料中含这些物质越多， 生成酒精也就越多,所以它和产量有着密切的关系。2. 蛋白质 在酒精生产中,原料所含的蛋白质的主要作用是经蛋白酶 降解后作为生产菌种所必需的氮源，而参与菌体细胞的合成，因此其 含量以满足菌体正常生长繁殖为宜。3. 无机盐及生长素 其功能是作为酶活性基的组成部分或调解酶的 活性。生产原料中无机盐和生长素的含量均足够满足微生物的生长和 代谢.4. 脂肪 脂肪对发酵有影响，如玉米、高粱糠、米糠等油脂较多，则生酸较快。一些酒精厂如采用玉米作为原料,总是先把玉米胚芽除 去。5. 单宁单宁具有涩味和收敛性，遇铁呈蓝黑色，有凝固蛋白质的作用.而糖化酶和酵母细胞的主要成分是蛋白质，遇到单宁会凝固硬 化。目前我国各酒精厂常用的原料，约有如下几种。（一）薯类原料1. 甘薯 甘薯又名红薯、甜薯、山芋、地瓜、番薯、红苕等。在江苏 浙江和安徽一带叫山芋,在河北、山东叫地瓜，在四川、湖北则叫红 苕。甘薯在我国分布较广，除西藏和东北的部分地区以外，其他各省 均有种植。在酒精生产中，甘薯原料的岀酒率较高。优点是原料来源广，成本 较低,淀粉质含量高，淀粉颗粒结构疏松，易于蒸煮糊化,为糖化发酵 创造条件；脂肪、蛋白质较少，发酵过程中生酸幅度小,减少对淀粉 酶的破坏.2. 马铃薯 马铃薯是培养微生物的较理想的天然培养基，原因是它 含有丰富的无机盐及维生素等营养成分。3. 木薯 木薯是多年生植物，呈灌木状，根粗而长，盛产于我国南 方的广东、广西、福建、台湾等地。酒精生产用的是木薯的块根。木 薯块根的主要化学成分是碳水化合物，其他成分如蛋白质、脂肪等含 量都较少。（二）谷类原料1. 玉米 又名玉蜀黍苞、米、珍珠米、苞谷、棒子等。2. 高粱 又名红粱、芦粟、蜀黍等.高粱在我国酿造工业中主要用于酿 造白酒，很少用于生产酒精。此外，还有大麦、大米、粟谷等。（三）糖质原料糖蜜是甘蔗或甜菜糖厂制糖过程中的一种副产品，又称废糖蜜。根据 制糖原料，可将糖蜜分为甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜。1. 甘蔗糖蜜 甘蔗糖蜜是甘蔗糖厂的副产物，产于我国南方地区。 甘蔗糖蜜外观为棕黄至黑褐色的浓稠液体，微酸性，pH在6。2左右. 甘蔗糖蜜的产量约为原料甘蔗的 2。 53。甘蔗糖蜜用于生产酒 精时应无夹杂物，无异味，无发酵现象。2. 甜菜糖蜜甜菜糖蜜为甜菜糖厂的一种副产物,产量为甜菜的3%4%,甜菜的生产在我国以东北、西北、华北地区为主。甜菜糖蜜与甘蔗糖蜜的主要区别：一是甜菜糖蜜中转化糖含量极 少，而蔗糖含量较多，而甘蔗糖蜜中蔗糖和转化糖均较多，全糖两者 较接近;二是甘蔗糖蜜呈微酸性，而甜菜糖蜜则成微碱性;三是甜菜糖 蜜中氮素含量比甘蔗糖蜜多，达1.68%2.3%，但甜菜糖蜜中占3总 含氮量 50%左右的甜菜碱很难被酵母消化。（四）辅助原料 辅助原料是指糖化剂时用来补充氮源所需的原料，主要有麸皮、米糠、 玉米粉等富含碳源和氮源的物质。三 原料处理（一）原料的的除杂 淀粉原料中最常见的杂质有泥沙、石块和金属杂质三大类。常用的除 杂方法有筛选、风送除杂和电磁除铁三种。（二）原料的粉碎（三）在酒精生产过程中,淀粉原料都应进行粉碎处理.投产前先把块 状或粒装的原料磨碎成粉末状态.原料经粉碎后，受热面积可增加， 利于淀粉原料的吸水膨化糊化，从而提高热处理效率。1. 原料粉碎的方法原料粉碎方法有干法和湿法粉碎两种.（1）干法粉碎干法粉碎多采用粗碎和细碎两级粉碎工艺.原料过磅称重后，进入输送带，电磁除铁后进行粗碎（原料颗粒应通 过610mm的筛孔）。常用的设备是轴向滚筒式粗碎机和锤式粉碎 机。粗碎后的物料在送去进行细粉碎（原料颗粒应通过。 1。 21。 5mm 的筛孔）.（2）湿式粉碎。 粉碎时将搅拌用水与原料一起加到粉碎机种进行 粉碎。2. 两种粉碎方法的比较 无论是干法或湿法粉碎，都具有各自独特 的特点。（三）原料的输送 酒精厂采用的原料输送方法有机械输送,气流输送和混合输送3 种。1. 机械输送 原料或粉料的输送靠机械构件来完成。常用的输送机 械有皮带输送器、螺旋输送器和斗氏提升机3种。前两种常用于水平 输送，后一种用于垂直输送。2. 气流输送气流输送俗称风送，是利用气流在管子中输送物料。3. 混合输送粗碎后的原料输送用机械输送，细碎后粉料输送用气流输送。第三节 蒸煮薯类谷类野生植物等淀粉质原料,吸水后在高温高压条件下进行 蒸煮，使植物组织和细胞彻底破裂，由于吸水膨胀而破坏，使淀粉由 颗粒变成溶解状态的糊液,目的是使它易受淀粉酶的作用,把淀粉水解 成可发酵性糖.其次，由于原料表面附着大量的微生物,如果不将这些微生物杀 死，会引起发酵过程的严重污染,使生产失败.通过高温高压蒸煮后， 对原料进行了灭菌作用.二 蒸煮过程中的物理化学变化（一）淀粉的膨化与糊化1.淀粉的膨化当淀粉与水接触，水分酒渗入淀粉颗粒内部,使淀粉的巨大分子链发生扩展，因而体积膨大，质量增加，这种现象称之为 膨化。2.淀粉的糊化淀粉颗粒发生膨化时，随着温度升高，颗粒渗透压逐渐增大,膨胀程度逐渐增高，当温度升到某一特定温度，颗粒的体 积膨胀到原体积的50100倍时，淀粉粒发生破裂,造成黏度迅速增大， 体积也随之迅速变大,此现象称为淀粉的糊化，糊化过程的起始温度 则为该原料淀粉的糊化温度。糊化的结果是引起醪液黏度的大幅度上 升，从而形成一种均一的黏稠液体。淀粉发生膨化与糊化必须满足 3 个条件：一是一定量水分子的参 与；二是一定的温度；三是一定时间。糊化温度与淀粉粒大小有关系,一般的说,淀粉粒越大，糊化越容 易，糊化温度越低.如薯类淀粉粒越大，故糊化温度较低,马铃薯为 5565C，甘薯和木薯为5570C，而谷类淀粉粒较小，故糊化温度 也较高，小麦为6471 C，玉米6573C。3。淀粉液化糊化现象发生后，如果温度继续上升,达到 130C左右时，大量的支链淀粉也会完全溶解，至此，淀粉颗粒的网状结构被彻底破坏，醪液的胶体性质受到破坏，淀粉溶液也随之变成了黏 度较低的流动性醪液，这种现象称为液化。马铃薯、小麦和玉米支链 淀粉完全液化的温度为132C、136141C和146151C。（二）植物组织和细胞的变化在蒸煮过程中植物组织和细胞的变化过程如下：1. 预煮 在加温水投料浸泡和预煮时，原料吸水膨化，此时不仅淀 粉膨化，纤维素也膨化，细胞间的物质（主要是果胶质）和细胞内的物 质部分溶解，是,使植物组织的坚固性减弱。为下一步蒸煮创造良好 的条件。2. 蒸煮在原料蒸煮过程中，当温度升高至120135C时，最初2025min 内，果胶质的溶解便可完成，淀粉和多聚戊糖的溶解也开始剧烈地进行。果胶质的溶解对细胞壁的破裂有重要意义。此后，当温度升高至145150C时,由于细胞壁的强度大为削弱，淀粉便从细胞内释 出，直至蒸煮完毕为止。3. 后熟 在原料的蒸煮阶段，虽然原料不断软化，植物组织和细胞 也有部分裂解,但大部分仍未失去原有的形态，只有经过一定时间的 后熟,在吹醪时即醪液在蒸煮罐内吹出时，由于醪液通过蒸煮锅喷出 口的狭缝，压力发生变化，产生蒸汽的绝热膨胀，使细胞破裂，植物 组织才能完全碎解.为了尽可能使原料细胞完全破裂而成为均一的醪 液，在吹醪时醪液放出的速度应当快些。但是如果吹醪速度太快，则 醪液容易从糖化锅或后熟器中喷出。（三）蒸煮过程中原料各组分的化学变化 煮过程中不仅发生淀粉颗粒，植物组织的物理变化,同时原料各 组织也发生化学变化,对酒精生产过程有着一定的影响.1. 纤维素 纤维素是构成植物细胞壁的主要成分，在蒸煮过程 中只是吸水膨胀,不发生化学变化.2. 半纤维素 由于多聚戊糖和少量的多聚己糖组成，在蒸煮过程 中发生部分溶解和水解,生成糊精和木糖、葡萄糖、阿拉伯糖、糖醛 等产物。3. 果胶物质 果胶物质是细胞壁组成的一部分，也是细胞间层 的填充剂，是由半乳糖醛酸或半乳糖醛酸甲酯组成的链状化合物。在 蒸煮过程中果胶质强烈的分解，并生成甲醇和果胶酸.成量因原料品种、蒸煮压力不同而有所差别。薯类原料比谷类原 料含果胶质多，生成的甲醇量也就多。蒸煮压力越高，生成的甲醇量 越多。甲醇是一种有毒的挥发性杂质，也是成品酒精的主要杂质。4. 淀粉 淀粉在蒸煮过程中，通常发生两大类变化，一是物理变 化，即淀粉的膨化与糊化；二是化学变化，即在高温作用下，淀粉发 生的水解变化。淀粉质原料本身富含淀粉酶系统，在预煮6060C） 时,淀粉酶会分解部分淀粉生成糖和糊精，将造成好、可发酵性糖的 损失。5. 糖分 糖分主要是指单糖和低聚糖.不同的糖分，在蒸煮过程中 的化学变化也不同,主要变化是黑色素和焦糖的形成。（1）黑色素的形成.在蒸煮过程中，己糖脱水变成羟甲基糠醛，羟甲 基糠醛很不稳定,会继续分解，生成糖尾酸（左旋糖酸）和甲酸.部分 羟甲基糖醛经缩合生成黑色素，部分羟甲基糖醛和醪液中的氨基酸发 生缩合反应生成氨基糖,造成糖和氨基酸的损失.氨基糖也称为类黑 精，是一种红褐色无定性物质。黑色素积累的速度与还原糖及氨基酸 的浓度成正比，为了抑制黑色素形成,在原料蒸煮时，可采用较大的 加水比。（2）焦糖的形成。 当温度达到糖的熔点（185C ）时糖分会失水生 成黑色无定形产物，即焦糖.焦糖的生成不但会使可发酵性糖损失， 还会影响后面的酒精发酵.在蒸煮中，局部过热容易形成焦糖，焦糖 化一般发生在蒸煮锅死角或锅壁上局部过热处。原料蒸煮后，由于糖分分解时会形成着色物质，因而良好的蒸煮 醪应该是淡黄色或浅褐色，可根据蒸煮醪液的颜色来判断糊化程度.6. 含氮物质 主要是指蛋白质,其变化情况如下：温度升高到 100C 时，蛋白质发生凝固和部分变性作用，使蒸煮醪中的可溶性含氮物质 含量下降;但当温度升至140158C时，蛋白质发生胶溶作用，可溶性 含氮物质含量将增加。蛋白质在蒸煮过程中是不能被分解的，故氨基 氮并未增加，反而因生成黑色素而减少.7. 脂肪 在蒸煮过程中变化甚小。三 蒸煮工艺流程用淀粉质原料生产酒精的工厂，多数采用连续蒸煮工艺,只有少部分小型酒精厂和白酒厂，还采用间歇蒸煮工艺，下面分别加以介绍。(一) 间歇蒸煮法 间歇蒸煮法常用的蒸煮设备是立式锥形蒸煮锅，其外形和结构简单.1. 间歇蒸煮工艺流程目前我国酒精厂间歇蒸煮的方法基本上有两种,一种是加压间歇蒸煮，一种是添加细菌淀粉酶液化后低压或常 压间歇蒸煮、2. 加压间歇蒸煮是原料经人工或运输机械送到蒸煮车间，经除杂后进 入拌料罐，加温水拌料，并维持一定时间，然后送入蒸煮锅中，通入 直接蒸汽将醪液加热到预定蒸煮压力，维持一定的蒸煮时间，蒸煮时 间结束后，进行吹醪。操作工艺流程如下：温水蒸汽II原料f除杂f粉碎f拌料 f泵 f蒸煮 f成熟蒸煮醪送 入糖化锅(1) 加水 蒸煮整粒原粒时，水温要求在8090C，尤其是蒸煮 含有淀粉酶的甘薯干，更不能用低温水。蒸煮粉状原料时，水温不宜 过高，一般要求在5055C。原料加水比因原料不同和粉碎度不同 而不同，一般为：粉状原料为1：3.4至1:4.0;薯干为1：3.0至1：4。 0；谷物原料为1:2.8至1：3.0(2) 投料。 蒸煮整粒原料时，投完粒即加盖进汽，或者在投料过 程中同时通入少量蒸汽，起搅拌作用。蒸煮粉状原料时，可先在拌料 桶内将粉料加水调成粉浆后在送入蒸煮罐；或向罐内直接投料，边投 料,边通入压缩空气搅拌，以防结块,影响蒸煮质量。投料时间因罐的 容量大小和投料方法不同而有差异,通常在 1520min。（3）升温（生压）。投料毕,即关闭加料盖，通入蒸汽，同时打开排 气阀，驱除罐内冷空气,以防罐内冷空气存在而产生“冷压”，影响压 力表所指示的数值，不能反反映罐内的真实温度，造成原料蒸煮不透。 正确排出“冷压”的方法是：通入蒸汽加热时，打开排气阀，直到排 出的气体发白（水蒸气），并保持23min，而后再关闭排气阀，升温 时间一般 4050min。（ 4）蒸煮（定压）。料液升到规定压力后，保持此压力维持一定的时间.使原料达到彻底糊化的操作,工厂常称之为定压。定压后，通入锅内的蒸汽已经很少,锅内热力分布不均匀，易造 成下部原料局部受热而焦化,上部原料受热不足而蒸煮不透。另外， 料液翻动不好,原料与罐壁及其相互之间撞击摩擦轻缓,则导致原料的 植物组织和淀粉粒不易破裂。为了使原料受热均匀和彻底糊化，采用 循环汽的办法来搅拌罐内的料液。一般每隔1015min循环换汽一 次，每次维持35min,直至蒸煮完毕为止.循环换气后使罐内达到原 规定压力。循环换汽和稳压操作，是保证蒸煮醪液质量的两个重要条 件。（5）吹醪。 蒸煮完毕的醪液，利用蒸煮罐内的压力从蒸煮锅排出， 并送入糖化锅内。吹醪时间视蒸煮罐容量的大小而定,不得少于 1015min。此法蒸汽耗量较多，但蒸煮醪液质量较好,故广泛应用于酒精生产中。2. 加淀粉酶低压或常压间歇蒸煮法此法是先加细菌淀粉酶液化后，在进行加压蒸煮。方法是先粉碎原料，按照规定的加水比放到混 合池拌匀，调整温度至5060C，加入细菌淀粉酶，搅拌均匀，细菌 淀粉酶的用量为510ug/g原料，加石灰水调整pH6.97.1,送入蒸 煮锅，通入压缩空气进行搅拌，并通蒸汽升温至8893C，保持1h， 取样化验（碘反应呈红色），达到标准的液化程度,继续升温至115 130C，保持0。5h，经灭酶后即可吹醪送至糖化锅。这样，蒸煮压 力可以降低，蒸煮时间也可以缩短.采用原料不同，淀粉酶的用量不同。例如薯类粉状原料，淀粉酶用量 可少些,谷类原料和野生植物原料, 淀粉酶用量则要适当加大些。最好 先将淀粉酶加水浸渍0。51h后,再用.（二）连续蒸煮法 淀粉质原料的连续蒸煮，是一项重大技术革新。根据蒸煮设备的类型， 可分为罐式连续蒸煮、柱式连续蒸煮和管道式连续蒸煮3 种方法.1. 罐（锅）式连续蒸煮最初是将酒精工厂原有的间歇式蒸煮罐经改装后几个罐串联起来，并增加一个预煮锅和一个汽液分离器而投入 酒精生产的。原料经斗式提升机1 运送到贮料斗2,再经锤式粉碎机3 粉碎后, 进入粉料贮斗4中，由此经螺旋输送器5,边加水边进料与搅拌桶6中, 在搅拌状态下，通入二次蒸汽，加热至预定的预煮温度，并维持一段 时间（预煮时间），为了确保连续蒸煮，生产常设两个预煮搅拌桶。之后泵入蒸煮锅组中进行蒸煮,通常预煮醪从锅底进入锅内，与对面 锅底喷入的加热蒸汽混合,并加热到蒸煮温度。蒸煮醪从蒸煮锅8中 流出，依次进入各蒸煮锅中。从最后一蒸煮锅中出来的蒸煮醪以切线 方向进入汽液分离器9 中,产生的二次蒸汽从气液分离器顶部导出， 用于预煮醪升温之用，蒸煮成熟醪从底部引出送入糖化车间。(三) 蒸煮新工艺因传统的酒精生产均需要经过130150C的高温蒸煮，能耗药占整 个酒精生产总能耗的 30%。因此，10多年来，有不少研究者首先从 节约蒸煮工序的能耗着手进行了试验，其中比较成功并以被工业生产 采用的石低温蒸煮法和无蒸煮法的酒精发酵技术。1。低温蒸煮法采用高于淀粉糊化温度，但不高于100C,另加a -淀粉酶作为液化剂是低温蒸煮工艺的特点。根据醪液加温的高 低，该工艺主要分为下列两种形式:(1) 9095C糊化液工艺。这种方法是德国和美国合作开发的 简称LBW工艺，整粒玉米先用离心方法分离的热酒糟清夜在90-95 C 下浸渍，使玉米吸水软化，并完成玉米糊化作用,再用均质机加耐高 温a -淀粉酶进行二次湿磨。可节约蒸汽85%以上.采用此工艺处理甘 薯原料较少.(2) 80-85C糊化液工艺。对薯类原料而言。该工艺的流程如 下：甘薯干一粉碎一拌碎一加a淀粉酶一加温至8085C糊化液化f冷却至62C加酸调节ph46糖化(30min)f冷却至27-28C。2. 无蒸煮工艺近年来酒精生产的各个部门都在进行淀粉原料的无蒸煮工艺的研究，并取得了一定成效。本文仅以研究较多的玉 米粉的无蒸煮工艺为例：玉米原料f粉碎f调浆f糖化（加糖化剂）f发酵（加防腐 剂、酒母）f蒸馏f成品该工艺所采用的工艺条件为粉碎粒度1。52.0mm,原料加水比控制 在1：2。 0至1:2。 5，生玉米粉糖化酶用量为每克原料50单位，酵 母细胞数控制在每毫升1010个。在30C发酵约100h,发酵成熟醪 酒精的体积分数达 13.5%14.5。上述蒸煮新工艺，在节能方面尤其独特的优势，但至今为止，国内外 真正在工艺生产上采用的还不多,原因是发酵时间长,糖化酶用量大, 污染危险性较大等。但从发展趋势看，蒸煮新工艺还是很有前途的。第四节 糖化一 、糖化的目的淀粉质原料蒸煮以后得到的蒸煮液，或者无蒸煮工艺的醪液中，淀粉 变成了糊精，糊精不能直接被酵母菌利用发酵生成酒精。糊化醪在发 酵前必须加入一定数量的糖化剂（麸曲、液体曲、糖化酶），使淀粉、 糊精水解生成为酵母能发酵的糖类.淀粉转变为糖的这一过程，称为 糖化。糖化后的醪液称为糖化醪。糖化的目的是将淀粉水解成可发酵性糖。在糖化工序内不可能将全部 淀粉都转化为糖，相当一部分淀粉和糊精要在发酵过程中进一步酶水 解，并生成可发酵性糖。后面这个过程早在酒精生成上称为“后糖化”, 而前面的糖化工序则称为“前糖化”或简称“糖化”.二 淀粉水解的基本原理 淀粉质原料的糖化过程,就是把淀粉转变成葡萄糖。在进行糖化的过 程中,往往需要酸或酶作为糖化剂，因此工业上常采用的方法有酸法 糖化和酶法糖化。1. 酸解法 酸解法又称酸糖化法，它是以酸（无机酸或有机酸）为催化 剂，在高温高压下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。2. 酶解法 酶解法是用淀粉酶将淀粉水解为葡萄糖。酶解法制葡萄糖 可分为两步:第一步是a -淀粉酶将淀粉液转化为糊精及低聚糖，使淀 粉的可溶性增加,这个过程称为“液化.第二步是利用糖化酶将糊精或 低聚糖进一步水解，转变为葡萄糖的过程.在生产上称为“糖化”。淀 粉的“液化”和“糖化都是在微生物酶的作用下进行的，故也称为 双酶水解法。3. 酸酶结合法 酸酶结合水解法是集酸法及酶法制糖的优点而形成 的生产工艺。根据原料淀粉性质又可分为酸酶水解法和酶酸水解法.三、化过程物质变化1. 淀粉 在糖化剂中的液化酶和糖化型淀粉酶共同作用下，一部分 淀粉被水解为小分子糊精，进而水解为可发酵性糖。2. 含氮物质 在糖化过程中,醪液中的蛋白质在蛋白酶的作用下水 解成胨、多肽和氨基酸等，所以糖化时醪液中氨基态氮的含量增加 1.52.0 倍.3. 果胶物质和半纤维素 微生物糖化剂中除了淀粉酶系统外，也含 有一定量的果胶酶和半纤维素酶,在糖化过程中，醪液中的果胶质和 半纤维素会有不同程度的水解,并生成相应的水解产物。4. 含磷化合物 在磷酸酯酶的作用下，磷从有机化合物中被释放出 来,这对酵母的生长和发酵都有重要的意义。四 糖化工艺糖化的基本工艺流程：蒸煮醪冷却至糖化温度f 加糖化剂使蒸煮醪化液f 淀粉糖化- 物料巴氏灭菌 f 糖化醪冷却到发酵温度f用泵将醪液送往发酵或酒母车间目前我国酒精生成中糖化主要采用两种工艺方法：间歇糖化工艺和连 续糖化工艺。连续糖化工艺连续糖化法是连续地将蒸煮醪冷却到糖化温度送至糖化锅内进行糖 化，然后又连续泵送糖化醪经冷却至发酵温度后送入发酵罐。连续糖 化工艺目前采用的有两种形式，主要差异是糖化前的冷却设备不同， 一种是采用将蒸煮醪直接在糖化锅内冷却，另一种是采用真空冷却.1. 混合冷却连续糖化法利用原有的糖化罐，先把罐中约2/3 的糖化醪冷却至60C左右，然后加入温度为85100C的蒸煮醪，并通过糖 化锅内冷却装置进行冷却。同时加入糖化剂并开动搅拌，使其混合均 匀，按规定的工艺条件进行连续糖化。该工艺所用设备简单，工艺操 作不复杂，但有时冷却时间长，糖化温度不好控制。2. 真空冷却连续糖化法该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（5860C）,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（2830C）,然后送往至发酵车间。 糖化工艺的发展趋势国内外对糖化剂和糖化工艺的改革和研究方向如下：1. 糖化剂方面的研究提高现有菌种的产酶活力.开发和研究其 他糖化剂菌种 ;我国目前用的菌种局限于黑曲霉一种，国外用的泡盛 曲霉、拟内孢酶，根酶等菌种都有开发的潜力。降低糖化剂的生产成 本。开发研究连续发酵生产糖化酶和改进固体曲培养技术。2. 糖化工艺的改革 对糖化工艺本身来说，糖化水解多少为宜,不同株 的糖化温度多高为好,糖化剂用量的综合经济效益等方面都应该有进 一步的理论和实践阐明。第五节 发 酵一 发酵机理（一）酒精发酵动态 酒精发酵过程以外观现象可以将其分为如下3个发酵不同阶段:1. 前期发酵 在酒母与糖化醪加入发酵罐后，酵母细胞利用醪液中 溶解的少量的氧和营养物质，迅速的进行繁殖，并达到一定的数量. 同时，醪液中的糊精继续被糖化酶作用生成糖分。醪液温度控制,接 种时为2628C,前发酵期温度不超过30C。前发酵时间的长短取决 于酵母的接种量及种酵母的菌龄，一般为68h。2. 主发酵期 醪液中酵母细胞数达每毫升1 亿个以上,酵母菌因氧气 已消耗基本上停止繁殖,主要进行酒精发酵作用。此阶段，醪液中糖 分迅速下降,酒精逐渐增多，并产生大量二氧化碳。发酵温度应控制 在3034C。时间为1014h。3. 后发酵期 醪液中的糖分大部分已被酵母菌消耗掉,其中残存的糊 精会继续被淀粉酶水解为糖，此水解作用的速度缓慢，发酵作用也十 分缓慢。此时醪液温度应控制在3032C。后发酵一般约需6072h 左右。（二）酒精发酵机制在酒精发酵过程中主要经过下述4个阶段第一阶段 葡萄糖磷酸化生成 1,6-二磷酸果糖第二阶段 1，6-二磷酸果糖分解生成两个分子的磷酸丙糖第三阶段 3-磷酸甘油醛经氧化磷酸化生成 1，3二磷酸甘油酸,在 生成丙酮酸。第四阶段 酵母菌在无氧条件下，将丙酮酸继续降解，生成乙醇。（三）酒精发酵的目的和要求1. 目的 淀粉质原料经过预处理、蒸煮和糖化等作用，大部分淀粉转 化成可发酵性糖。可发酵性糖在酵母菌的作用下，转变为酒精和二氧 化碳，获得酒精产品.2. 要求 酒精生产要求用最少原料来生产尽可能多的酒精产品，并 尽量减少发酵损失,为达到此目的,必须创造如下有利条件:（1）在发酵前期，要创造条件，让酵母菌繁殖到一定数量.（2）保持一定量的糖化酶活力，保证后糖化作用继续进行，使糖化 醪中的淀粉和糊精继续被分解，生成可发酵性糖。（3）发酵过程的中、后期,创造厌氧条件,使酵母在无氧条件下将糖分 变成酒精。（4）发酵过程中产生的二氧化碳应设法排除，并注意回收二氧化碳 逸出时夹带的酒精。二 酒精发酵工艺 根据发酵醪注入发酵罐的方式不同，可将酒精发酵的方式分为间歇 式、半连续式、连续式 3 种。（一）间歇式发酵法 指全部发酵过程始终在一个发酵罐中进行.根据发酵罐容量和糖化醪 流加方式等工艺操作的不同，间歇式发酵可分为如下几种方法：1. 一次加满法一次加满法是将糖化醪冷却到2730C后,接入糖 化醪量10%的酒母，混合均匀后，经6072h发酵即成熟，发酵温度 控制在3234C。此法适用于糖化锅和发酵罐容积相等的小型酒精 工厂，优点是操作简便,易于管理.缺点是酒母用量大.2. 分次添加法 生产时,糖化醪分几批加入发酵罐（分24次）。先打 入发酵罐容积， 1/3左右的糖化醪,接入8%10%酒母进行发酵，再隔 23h后，加第二次糖化醪，在重复操作一次，直至加到发酵罐容积的 90%为止。每个发酵罐加满的时间不应超过10h。此法适用于糖化锅 容量小，而发酵罐容量大的工厂。3. 分割式发酵法 此法是将处在旺盛主发酵阶段的第1 个发酵罐发 酵醪分出1/31/2至第2个发酵罐，然后量罐同时加满新鲜糖化醪， 继续发酵。第 1 罐任其发酵完毕，送去蒸馏。而当第 2 个罐进入主 发酵时，又分割出 1/31/2的发酵醪，送入第3 罐,并同时用糖化醪将 第 2、第 3 罐加满，依次轮流下去，进行分割式发酵。此法的优点是 省去了酒母的制作，由于接入的酵母种子量大，相应的减少了酵母生 长的前发酵期，发酵时间可相应缩短。此法适用于卫生管理较好工厂, 无菌条件要求较高。第六节 蒸 馏 发酵成熟醪的化学组成随原料种类、加工方法、菌种性能以及操 作条件不同而变化。化学组成一般为：含水82%90%,酒精7% 1 1 ， 还含有醇、醛、酸、酯等挥发性物质，浸出物、无机盐、酵母泥和其 他不挥发性物质以及夹杂物。要得到高浓度和高纯度的酒精，就需要 用蒸馏和精馏的方法,把酒精从成熟醪中分离出来。一 蒸馏的基本原理 蒸馏是利用液体混合物中各组分挥发性的不同而分离组成的方法。在 酒精生产中，通常把酒精和其他挥发性杂质从发酵成熟醪中分离出来 的过程，称为蒸馏，也称为粗馏。蒸馏所得到的是含挥发性杂质较多 的粗酒精，所用的设备称作醪塔，也称粗馏塔。从塔底排出的废液称 为酒糟，其主要成分是水和少量不挥发性物质。 除去混在粗酒精中的挥发性杂质和一部分水,进一步提高酒精浓度和 纯度的操作过程，称为精馏.精馏有的结果可以得到各种符合产品质 量要求的酒精（医药酒精或精馏酒精）,所用的设备称为精馏设备。精 馏设备除了精馏塔以外，还要视其产品质量要求,安装排醛塔（也称分 馏塔）或甲醇塔等.1.酒精的挥发系数 蒸馏过程之所以能将成熟醪中所含的酒精分离 出来,并得到高浓度的酒精，基本原因是成熟醪中所含的各种物质的 挥发性不同。将两种或两种以上挥发性不同的物质组成的混合溶液加 热至沸腾，这时，液相组分与气相组分往往不同,气相比液相含有较 多的易挥发组分，剩下的液相就含有较多难挥发组分，加热酒精-水 溶液至沸腾，蒸汽中酒精含量酒较溶液中的高。二、蒸馏的工艺流程 醪液蒸馏和酒精精馏的主要设备是蒸馏塔，它把酒精从醪液中蒸馏分 离出来，把酒精蒸馏到高浓度;同时分离出部分杂质。酒精发酵的成熟醪除含有固形物外，主要成分是酒精和水，并伴随许 多微量物质如醛、醇、酮、酯等，这些微量物质在酒精蒸馏系统中统 称杂质。酒精和低沸点物质容易挥发,高沸点物质经水蒸气蒸馏也气化上升， 因此酒精与杂质混杂起来。但是酒精和杂质的挥发系数不同 ,比酒精 更易挥发的杂质称为头级杂质，这些杂质的沸点多数比酒精低，也称 低沸点杂质，如乙醛、乙酸乙酯等；尾级杂质的挥发性比乙醇低，沸 点多数比乙醇高,也称为高沸点杂质，因呈油状漂浮在蒸馏酒的酒尾 液面上，故称杂醇油。杂质因挥发性不同而在塔里分布和聚集的区域 不同，运用杂质分布的规律可在蒸馏操作中分离部分杂质。 各种杂质不是高度集中于塔德某一区域，而且杂质的聚集还受操作的 影响，不可能一次性除净，也不可能在一个塔里把各种杂质同时除净。根据产品质量的不同要求和杂质的特性，组成不同的流程，蒸馏得到不同质量的成品。常见的流程有单塔式、双塔式、三塔式和多塔式。