《食品班黃金澤》

1、1 酒精的發(fā)酵 食品1131班黃金澤16 2 酒精工業(yè)和其他輕工業(yè)一樣，具有投資小、回收期短、 資金周轉(zhuǎn)快的特點(diǎn)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著重要的作用，與人 民生活有著密切的關(guān)系。隨著現(xiàn)代科學(xué)事業(yè)的不斷發(fā)展， 酒精的應(yīng)用范圍越來越廣泛，它是許多化工產(chǎn)品不可缺少 的基本原料。利用酒精可以制造合成橡膠、聚氯乙烯、聚 苯乙烯、乙二醇、冰醋酸、苯胺、乙醚、脂類、環(huán)氧乙烷、 氯乙醇、二氯乙烷和乙基苯等。酒精是一種很好的有機(jī)溶 劑，也可作為洗滌劑和浸出劑。在醫(yī)藥上酒精可用與滅菌 和藥劑的調(diào)試，高純度的酒精可用來配制各種飲料酒。在 國(guó)外有的工廠用酒精作燃料，取代煤和汽油；有的國(guó)家正 在使用，用酒精作為燃料的汽車。隨著

2、自然資源開發(fā)的日 漸減少，酒精作為綠色資源永不腿色，他的用途將更為廣 泛。 3 酒精發(fā)酵生產(chǎn)的副產(chǎn)物雜醇油，主要含有高級(jí)醇和脂類， 可用來制造香料、油漆及增塑劑，也可用作有機(jī)溶劑。二 氧化碳可制成液體二氧化碳與干冰，液體二氧化碳可用于 清涼飲料的制造和消防事業(yè)及焊接工業(yè)等，固體二氧化碳 可作冷凍劑及人工降雨需用的材料。 4 酒精生產(chǎn)是在釀酒的基礎(chǔ)上發(fā)展來的。 我國(guó)酒精生產(chǎn)以發(fā)酵法為主，大多數(shù)工廠是采用薯干為原 料，而廣東、廣西、福建、四川、臺(tái)灣、等省是以甘蔗糖 蜜發(fā)酵生產(chǎn)酒精的比例較大，華北、東北地區(qū)則以甜菜糖 蜜發(fā)酵生產(chǎn)酒精較多。目前，各地酒精工廠因地制宜，也 有利用野生植物淀粉質(zhì)原料或亞硫

3、酸鹽紙漿廢液和木屑稀 酸水解法來生產(chǎn)酒精。我國(guó)合成酒精的大規(guī)模生產(chǎn)是以依 稀為原料，采用直接法合成酒精。隨著我國(guó)石油工業(yè)的發(fā) 展，合成酒精的生產(chǎn)也勢(shì)必有較快的發(fā)展。 近年來，隨著酒精質(zhì)量的不斷提高，各科研部門對(duì)酒精工 業(yè)進(jìn)行了一系列的技術(shù)改革，無論是在連續(xù)蒸煮、真空冷 卻、連續(xù)糖化、液體曲、糖化酶、固體干酵母的使用、連 續(xù)發(fā)酵、新型蒸餾塔的應(yīng)用方面，或是在優(yōu)良菌種選育， 工藝與設(shè)備的改進(jìn)，自動(dòng)控制、綜合利用和環(huán)境保護(hù)等方 面，都取的了不少的成績(jī)。 5 國(guó)外酒精工業(yè)的生產(chǎn)方法，包括發(fā)酵法和化學(xué)合成法兩種。 近年來，以淀粉質(zhì)原料發(fā)酵生產(chǎn)酒精逐漸減少，以糖蜜為 原料發(fā)酵生產(chǎn)酒精逐漸增加，目前糖蜜酒精

4、產(chǎn)量占世界總 產(chǎn)量的40%。隨著石油化工的迅速發(fā)展，用硫酸法、直接 水合法以及利用石油裂解產(chǎn)生的乙烯或天然氣直接合成酒 精的產(chǎn)量越來越大。但是迄今為止，合成酒精還不能完全 取代發(fā)酵發(fā)生產(chǎn)酒精，因?yàn)楹铣删凭鶌A雜異構(gòu)化高級(jí) 醇類，對(duì)于人的高級(jí)神級(jí)中樞有麻僻痹作用，不是宜作飲 料、食品、醫(yī)藥及香料等用。因此即使是石油化工發(fā)達(dá)的 國(guó)家，發(fā)酵法生產(chǎn)酒精仍然占有一定的比例，美國(guó)以淀粉 質(zhì)原料用發(fā)酵法生產(chǎn)的酒精始終保持10%以上，一些農(nóng)副 產(chǎn)品資源豐富的國(guó)家，發(fā)酵法仍然是生產(chǎn)酒精的主要方法。 6 一.酒精的種類和工業(yè)生產(chǎn)的方法 1.酒精的種類我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的酒精按國(guó)家規(guī)定分為高純度 酒精、食用酒精和工業(yè)酒

5、精等，并由輕工業(yè)部和衛(wèi)生部頒 布標(biāo)準(zhǔn)。 （1）高純度酒精（GB68778 無水酒精） 酒精濃度不 得低于99.5%（容量），是一種嚴(yán)格中性沒有雜味的酒精， 專供國(guó)防工業(yè)、電子工業(yè)與化學(xué)試劑用。 （2）食用酒精（GB1034389 食用酒精） 酒精濃度不 得低于95.0%（容量），雜質(zhì)含量較少，主要用于食品行 業(yè)配制飲料酒、醫(yī)藥行業(yè)和精細(xì)化工行業(yè)。 （3）工業(yè)酒精 只要求酒精濃度達(dá)到95.0%（容量），無 其它要求，主要用于油漆稀釋，合成橡膠等工業(yè)生產(chǎn)，或 作燃料使用。 7 （2）化學(xué)合成法生產(chǎn)酒精 是利用煉焦炭、裂解石油的廢 氣為原料，經(jīng)化學(xué)合成反應(yīng)而制成酒精。生產(chǎn)方法又可分 為間接水合法和直

6、接水合法兩種，目前工業(yè)上普遍采用后 者。 A.間接水合法又稱硫酸水合法，它的生產(chǎn)過程是將乙烯與 硫酸經(jīng)加成作用生成硫酸氫乙脂，再進(jìn)行水解，生成乙醇 和硫酸。此法的缺點(diǎn)是對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，酸消耗較多，優(yōu) 點(diǎn)是對(duì)原料氣體的純度要求不高，設(shè)備簡(jiǎn)化，易與上馬。 B.直接水合法乙烯與水蒸氣在磷酸催化劑存在下，在高壓 高溫下可直接發(fā)生加成反應(yīng)，生成酒精。此法要求乙烯純 度在98%以上的原料氣，需要采用特出的方法分離裂解其 中各種組分，對(duì)設(shè)備、材料都提出了較高的要求，但此法 步驟簡(jiǎn)單，無腐蝕問題。 8 2.酒精工業(yè)的生產(chǎn)方法可分為發(fā)酵法和化學(xué)合成法兩大類； （1）發(fā)酵法 是利用淀粉質(zhì)原料或糖質(zhì)原料，在微生物的

7、 作用下生成酒精，根據(jù)原料的不同，又可分為： A.淀粉質(zhì)原料發(fā)酵生產(chǎn)酒精這是我國(guó)當(dāng)前生產(chǎn)酒精的主要 方法，它是利用薯類、谷物及野生植物等含淀粉的原料， 在微生物的作用下將淀粉水解為葡萄糖，再進(jìn)一步發(fā)酵生 成酒精。 整個(gè)生產(chǎn)過程包括原料蒸煮、糖化劑制備、糖化、酒母制 備、發(fā)酵及蒸餾等工序。 B.糖蜜原料發(fā)酵生產(chǎn)酒精直接利用糖蜜中的糖分，經(jīng)過稀 釋并添加部分營(yíng)養(yǎng)鹽，借酒母的作用發(fā)酵生成酒精。 C.亞硫酸鹽紙漿廢液發(fā)酵生產(chǎn)酒精造紙?jiān)辖?jīng)亞硫酸鹽液 蒸煮后，廢液中含有六碳糖，這部分糖在酵母作用下可以 發(fā)酵生成酒精，主要是工業(yè)酒精。 9 （2）化學(xué)合成法生產(chǎn)酒精 是利用煉焦炭、裂解石油的廢 氣為原料，經(jīng)

8、化學(xué)合成反應(yīng)而制成酒精。生產(chǎn)方法又可分 為間接水合法和直接水合法兩種，目前工業(yè)上普遍采用后 者。 A.間接水合法又稱硫酸水合法，它的生產(chǎn)過程是將乙烯與 硫酸經(jīng)加成作用生成硫酸氫乙脂，再進(jìn)行水解，生成乙醇 和硫酸。此法的缺點(diǎn)是對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，酸消耗較多，優(yōu) 點(diǎn)是對(duì)原料氣體的純度要求不高，設(shè)備簡(jiǎn)化，易與上馬。 B.直接水合法乙烯與水蒸氣在磷酸催化劑存在下，在高壓 高溫下可直接發(fā)生加成反應(yīng)，生成酒精。此法要求乙烯純 度在98%以上的原料氣，需要采用特出的方法分離裂解其 中各種組分，對(duì)設(shè)備、材料都提出了較高的要求，但此法 步驟簡(jiǎn)單，無腐蝕問題。 10 （2）化學(xué)合成法生產(chǎn)酒精 是利用煉焦炭、裂解石油的

9、廢 氣為原料，經(jīng)化學(xué)合成反應(yīng)而制成酒精。生產(chǎn)方法又可分 為間接水合法和直接水合法兩種，目前工業(yè)上普遍采用后 者。 A.間接水合法又稱硫酸水合法，它的生產(chǎn)過程是將乙烯與 硫酸經(jīng)加成作用生成硫酸氫乙脂，再進(jìn)行水解，生成乙醇 和硫酸。此法的缺點(diǎn)是對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，酸消耗較多，優(yōu) 點(diǎn)是對(duì)原料氣體的純度要求不高，設(shè)備簡(jiǎn)化，易與上馬。 B.直接水合法乙烯與水蒸氣在磷酸催化劑存在下，在高壓 高溫下可直接發(fā)生加成反應(yīng)，生成酒精。此法要求乙烯純 度在98%以上的原料氣，需要采用特出的方法分離裂解其 中各種組分，對(duì)設(shè)備、材料都提出了較高的要求，但此法 步驟簡(jiǎn)單，無腐蝕問題。 11 一.淀粉質(zhì)原料酒精生產(chǎn)的特點(diǎn) （1

10、）原料系采用薯類、糧谷類及野生植物等，在投產(chǎn)前 必須先經(jīng)過破碎處理。目前在國(guó)內(nèi)上有一部分產(chǎn)量較小的 酒精廠，采用間歇蒸煮，原料不經(jīng)粉碎，就直接將快狀或 粒狀原料投入生產(chǎn)，但大部分中等規(guī)模以上的酒精廠，原 料多經(jīng)二次粉碎，然后進(jìn)行高壓連續(xù)蒸煮，有利原料的受 熱面加大，更有效地達(dá)到蒸煮的要求。 （2）原料必須經(jīng)過蒸煮，在高溫高壓過程中，引起原料 細(xì)胞的組織破裂，使存在于細(xì)胞中的淀粉轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性 糖。蒸煮溫度由于原料的品種與規(guī)格不同而有差異，通常 為130150度，但經(jīng)過粉碎的原料，其蒸煮所須的溫度較 低，大約120130度。高溫處理除了使淀粉糊化，便于淀 粉酶起糖化作用外，還可把附著的有害雜菌殺

11、死。 12 （3）淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精，要經(jīng)過加曲糖化作用，把糊 化成溶解狀態(tài)的淀粉轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵性糖。由于曲的生產(chǎn)方 法不同，可分為麩曲糖化法、液曲糖化法、根酶糖化法 （阿米羅法）、根酶酒母混合法、麥芽糖化法等。目前在 國(guó)內(nèi)是以麩曲糖化法和液曲糖化法為主，在國(guó)外使用淀粉 質(zhì)原料生產(chǎn)酒精的方法，大致可分為： A.麥芽法 以麥芽、黍芽、稷芽作糖化劑。 B.阿米羅法將根霉或毛霉等霉菌，在糊化醪冷卻至3040 度時(shí)，接種培養(yǎng)，在霉菌生長(zhǎng)過程中轉(zhuǎn)化淀粉成發(fā)酵性糖， 再加酵母發(fā)酵。 C.曲法 以固體曲或液體曲作為糖化劑。 D.酶法 用淀粉酶代替曲。 13 （4）淀粉懸浮液在糊化和溶解過程中，粘度是不斷變化

12、的，當(dāng)?shù)矸垲w粒溶解時(shí)，粘度逐漸增加，達(dá)到最大限度后， 隨著溫度的繼續(xù)上升，醪液粘度下降。 （5）蒸煮過程中原料因受高溫高壓，易產(chǎn)生焦糖。由于 淀粉質(zhì)原料甘薯內(nèi)所含的碳水化合物中以淀粉為主，另外 還有少量糊精和糖類；而馬鈴薯中所含的糖主要是堡葡萄 糖和果糖，以及少量的蔗糖；在谷粒中則以葡萄糖為主。 在蒸煮時(shí)，不同的糖分其化學(xué)變化也不同。例如糖分回轉(zhuǎn) 化，醛糖回變成酮糖（異構(gòu)化）；各種糖分都會(huì)焦化，形 成焦糖；己糖分解變?yōu)榱u甲基糠醛，又很容易和新的氨基 酸分子起作用而生成黑色素。 14 焦糖是不能被發(fā)酵的，還會(huì)阻按礙酵母的發(fā)酵作用，影響 發(fā)酵而降低酒精產(chǎn)量。因此，蒸煮是要注意控制適宜的溫 度和壓力

13、。由于形成焦糖的作用，一般在高濃度溶液中比 低濃度溶液中容易進(jìn)行，因而淀粉質(zhì)原料蒸鑄時(shí)，如原料 內(nèi)含有較多的糖分，便容易形成黑色物質(zhì)和焦糖。醪液濃 度越高，也越容易形成焦糖。因此，我國(guó)個(gè)酒精廠對(duì)甘薯 干的原料加水比，一般都采用1313.4，有時(shí)還要稍 稀些，這樣便于淀粉率的提高。 15 淀粉質(zhì)原料酒精生產(chǎn)的工藝流程淀粉質(zhì)原料酒精生產(chǎn)的工藝流程 此流程主要是說明用淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精時(shí)，投產(chǎn)前必須 先把快狀或粒狀的原料，磨碎成粉末狀態(tài)后，經(jīng)過高壓蒸 煮和糖化作用，然后在進(jìn)行發(fā)酵，最后經(jīng)蒸餾得到成品酒 精，現(xiàn)簡(jiǎn)要敘述如下： 1.原料粉碎連續(xù)蒸煮的酒精工廠，原料出庫(kù)后，先經(jīng)過粉 碎，然后在投入生產(chǎn)。幾

14、乎大多數(shù)工廠都采用了錘式粉碎 機(jī)，把原料磨成粉。很多工廠都采用二次粉碎法，在進(jìn)入 錘碎機(jī)前先經(jīng)過粗碎，把大快原料初步打碎成小快原料， 再經(jīng)過錘碎機(jī)，將小快原料打碎成較細(xì)的粉末原料，這樣 便于連續(xù)蒸煮。 2.蒸煮糊化把磨碎后的粉末原料，先行拌水預(yù)熱，使原料 升溫，為連續(xù)蒸煮作好預(yù)煮準(zhǔn)備。原料內(nèi)的淀粉顆粒，經(jīng) 高壓蒸煮后逐步破裂，趨與溶解狀態(tài)，蒸煮醪液成糊狀。 16 3.曲霉糖化經(jīng)蒸煮糊化后的醪液，通過曲霉菌的淀粉酶進(jìn) 行糖化作用。曲霉菌生成的淀粉酶，能把原料內(nèi)含有的淀 粉轉(zhuǎn)變?yōu)榭砂l(fā)酵性糖，供酵母菌利用。曲霉菌是屬于好氣 性的微生物，故在繁殖和生長(zhǎng)過程中要給以充分得空氣， 同時(shí)，淀粉酶的形成也取決

15、于所供給的空氣量。 4.酵母發(fā)酵酒精發(fā)酵是屬于厭氣性發(fā)酵，在發(fā)酵過程中進(jìn) 行無氧呼吸，在此過程中，發(fā)生著復(fù)雜的生物化學(xué)變化， 既有糖化醪中淀粉和糊精繼續(xù)被淀粉酶水解生成糖，也有 蛋白質(zhì)在曲霉蛋白酶水解下生成肽和氨基酸。這些物質(zhì)一 部分被酵母吸收合成菌體細(xì)胞，另一部分則被發(fā)酵，生成 酒精和CO2。 17 5.蒸餾提純 經(jīng)酵母菌把糖轉(zhuǎn)變成酒精后，在成熟發(fā)酵醪 內(nèi)，除含有酒精和大量水分外，還含有固形物和許多雜質(zhì)。 蒸餾是把發(fā)酵醪液中含有的酒精提純出來，通過粗餾和精 餾，最后取得合乎規(guī)格的酒精，同時(shí)得到副產(chǎn)物雜醇油， 還有大量的酒糟（也稱廢醪）排除。有的工廠把酒糟內(nèi)的 余熱，設(shè)法取出，充分利用。 18

16、 原料所含的化學(xué)成分，不僅關(guān)系著酒精生產(chǎn)率的高低，同 時(shí)也影響酒精生產(chǎn)的工藝過程。常用原料中主要的化學(xué)成 分如下： 碳水化學(xué)物 原料中所含的淀粉，或與淀粉類似的菊糖、 蔗糖、麥芽糖、果糖及葡萄糖等，這些物質(zhì)都可以發(fā)酵生 成酒精，同時(shí)也是霉菌和酵母的營(yíng)養(yǎng)及能源，原料中含這 些物質(zhì)越多，生成酒精也就越多，所以它和產(chǎn)量有著密切 的關(guān)系。碳水化合物中的五碳糖多存在于原料的皮層，如 麩皮、高粱糠，谷糠、花生殼等都含有很多，它不但影響 淀粉數(shù)字偏高，發(fā)酵中也易生成有害的糠醛。纖維素雖屬 于碳水化合物，但不被淀粉水解，只起填充作用，對(duì)于發(fā) 酵沒有什么直接影響。 19 蛋白質(zhì) 原料含有的蛋白質(zhì)，在酒精生產(chǎn)過成中，經(jīng)曲霉 菌的蛋白酶水解后，可為霉菌和酵母菌生長(zhǎng)繁殖的重要營(yíng) 養(yǎng)成分，而微生物細(xì)胞中，3050%（干重）是蛋白質(zhì)。 一般的說，當(dāng)培養(yǎng)基內(nèi)氮的含量適當(dāng)，則曲霉菌絲生長(zhǎng)旺 盛，酶的含量也較高。有些原料所含蛋白質(zhì)有時(shí)不能滿足 微生物生長(zhǎng)和繁殖的要求，則應(yīng)從外界加入氮源。蛋源一 般包括有機(jī)蛋