酒精生产工艺学

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,酒精生产工艺学,1,1酒精生产原料,(1)薯类原料 甘薯、木薯和马铃薯等。,(2)谷物原料 玉米、高梁、大米和小麦等。,(3)糖类原料 废糖蜜、甘蔗、甜菜等。,(4)野生植物原料 椽子仁、土茯苓、楝树果等。,(5)纤维原料 森林工业和木材加工工业的下脚料、农作物秸秆、甘蔗渣、废纤维垃圾和废纸浆等。,(6)其他原料 亚硫酸纸浆废液、淀粉渣等。,2,纤维素生产酒精工艺,3,4,2.淀粉质原料酒精生产的工艺流程,5,1.原料粉碎,2.蒸煮糊化,3.曲霉糖化 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，供酵母菌利用。,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，淀粉酶的形成也取决于所供给的空气量。,6,4.酵母发酵 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，另一部分则被发酵，生成酒精和,CO2。,7,5.,蒸馏提纯 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，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，还有大量的酒糟（也称废醪）排除。,8,第二节 酒母的制备,一、酒精生产对酵母菌的要求,二、酒精生产中常用酵母菌及其特性,三、酵母所需营养物质及其数量,四、酒母培养与扩大培养工艺,五、酒母培养设备结构的特点,六、影响酒母质量主要因素的讨论,七、液体曲酒母的特点,八.酒母培养异常现象与防治措施,9,一、酒精生产对酵母菌的要求,(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。,10,二、酒精生产中常用酵母菌及其特性,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。,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,啤酒酵母,(,SdccHcromyce SCereuisiae),及其变种，如拉斯2号 (,Rasse )、,拉斯12号(,Rasse )、K,字、以及从我国酒精生产实践中筛选的南阳五号(1300)、南阳混合(1308)等酵母菌株。,11,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。,12,(二)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(容量)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(容量)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)。,13,3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。,14,三、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。,15,2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向化。,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。,16,3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。,17,四、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,18,(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。,19,2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。,20,(二)酒母的扩大培养,扩大流程：,原菌斜面试管液体试管三角瓶培养卡氏罐,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。,21,(1)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。,(2)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34天，待斜面上长出白色菌苔，即培养成熟。,(3)液体试管培养 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。,22,(4)三角瓶培养：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，2830条件下保温培养1520小时，待液面冒出大量,CO2,泡沫，即培养成熟。,（5）卡氏罐培养 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。,23,24,2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,25,(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2830进行培养,待醪液糖分降低4045%，其酒精分含量在34%(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2830继续培养，待大酒母罐中糖分消耗4550%，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。,26,(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。,27,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。,28,3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。,29,(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-般要求控制在40一50。耗糖率太高，说明酵母培养已经过“老”，反之则“嫩”。,(5)酒精分 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股为34(容量)。,30,(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。,31,32,五、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。,33,2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,l012,小时培养成熟的酒母醪细胞数可达0.81.2亿毫升以上，此时就可将成熟的酒母接到下一工序的醪中。,34,3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。,35,4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2830。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。,36,5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。,37,6.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。,38,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,39,(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。,40,（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,41,1.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。,42,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。,43,2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，酒精分逐渐增多。,因为发酵作用的增强，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。,44,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3034,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。主发酵时间一能为12小时左右。,45,3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。,46,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3032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。,47,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。,48,(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,49,四、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。,50,2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。,51,3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。,52,5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。,53,6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)。,54,7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。,55,综合利用,酒糟的综合利用,CO2,的综合利用,酒精酵母的综合利用,杂醇油和醛酯馏分的利用,56,57,