酒精生產(chǎn)工藝知識題綱

酒精生產(chǎn)工藝知識題綱酒精生產(chǎn)工藝知識題綱酒精生產(chǎn)工藝知識題綱xxx公司酒精生產(chǎn)工藝知識題綱文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計，管理制度酒精生產(chǎn)工藝知識題綱一、酒精的主要用途和加工方法酒精作為一種重要的基礎(chǔ)化工原料，廣泛地應(yīng)用國民經(jīng)濟的許多部門。在食品工業(yè)中，酒精是配制各類白酒、果酒等酒類飲品的原料；在化工行業(yè)，利用酒精可以加工乙醛、乙醇、冰醋酸、乙醚等化工產(chǎn)品；在醫(yī)藥工業(yè)中，用酒精配制消毒劑和提取醫(yī)藥制劑；酒精是一種很好的有機溶劑，可應(yīng)用在油漆和化妝品生產(chǎn)行業(yè)中。隨著世界范圍的能源危機和環(huán)境狀況的日益惡化，酒精作為燃料替代品，其潛在的價值不可限量。以發(fā)酵法生產(chǎn)的燃料乙醇，具有和礦物燃料相似的燃料性能，但其生產(chǎn)原料為生物源，是一種可再生的能源。燃料酒精具有環(huán)保效應(yīng)（相對于其它汽油合成物，加10%酒精的乙醇汽油，可減少污染微粒、一氧化碳和氮化物的排放量，減少溫室效應(yīng)），形成一個穩(wěn)定的糧食轉(zhuǎn)化市場（能利用不能食用的糧食作原料），可解決能源安全問題。目前酒精生產(chǎn)工藝主要有化學(xué)合成法和發(fā)酵法兩大類。發(fā)酵法是世界上酒精生產(chǎn)的主要方法。我們講的酒精生產(chǎn)工藝就是指發(fā)酵法酒精生產(chǎn)工藝。所謂發(fā)酵法，就是利用微生物--酵母菌在無氧條件下將糖轉(zhuǎn)化為酒精的生產(chǎn)方法。發(fā)酵法又分為固體發(fā)酵法、半固體發(fā)酵法和液體發(fā)酵法三種。目前，固體發(fā)酵法和半固體發(fā)酵法在我國主要是用于生產(chǎn)白酒。一般產(chǎn)量較小，生產(chǎn)工藝較古老，勞動強度大。而在現(xiàn)代大生產(chǎn)中，都采用液體發(fā)酵法生產(chǎn)酒精，它與固體發(fā)酵法相比，具有生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)周期短、連續(xù)化、設(shè)備能自動化，大大減輕勞動強度等優(yōu)點。不論是固體、半固體、液體發(fā)酵法，都是利用淀粉作原料，經(jīng)過微生物發(fā)酵轉(zhuǎn)化為糖。再由糖轉(zhuǎn)化為酒精。在轉(zhuǎn)化過程中發(fā)生一系列極其復(fù)雜的生化反應(yīng)。在轉(zhuǎn)化時原料中的可溶性淀粉。在糖化酶的作用下，將可溶性淀粉轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵的糖，再在酒化酶作用下，將糖水解成酒精并放出二氧化碳。發(fā)酵法酒精生產(chǎn)的主要化學(xué)反應(yīng)式（C5H10O6）n+nH2O水解nC6H12O6nC6H12O6發(fā)酵2C2H5OH+2CO2+熱量二、酒精生產(chǎn)的主要原料糖質(zhì)原料：糖蜜、甜菜、甘蔗等淀粉質(zhì)原料：(1)、谷物原料：玉米、高粱、小麥、大米、黑麥等。(2)、薯類原料：甘薯、木薯、馬鈴薯等。纖維質(zhì)原料：農(nóng)作物秸稈及下腳料、木材加工下腳料、城市生活垃圾。其它原料：亞硫酸鹽廢液、乳清等。三、玉米主要化學(xué)成分、加工利用及其酒精生產(chǎn)工藝概述在世界人類作物中，玉米的種植面積和總產(chǎn)量僅次于小麥和水稻而居第三位，平均單產(chǎn)則居首位。以北美洲最多，我國玉米的栽種面積和總產(chǎn)量均世界第二位（美國為玉米第一生產(chǎn)大國，年產(chǎn)2億多噸，占世界總產(chǎn)量的40%多）。玉米子粒就干玉米而言，含淀粉60～65%、蛋白質(zhì)8～10%、水份14%、脂肪～%、灰分%、纖維素%、半纖維素5%、糖分%。玉米的深加工產(chǎn)品主要為：(1)、利用玉米中的淀粉糖化可生產(chǎn)麥芽糖、變性淀粉、果葡糖漿等一系列淀粉糖制品，利用玉米中的淀粉經(jīng)氧化后可生產(chǎn)梨酸及眾多下游產(chǎn)品，利用玉米中的淀粉發(fā)酵可生產(chǎn)酒精、檸檬酸、味精等。(2)、利用玉米的玉米胚中的脂肪可生產(chǎn)玉米油(3)、利用玉米皮及加工副產(chǎn)物生產(chǎn)蛋白飼料或蛋白纖維飼料。用玉米生產(chǎn)酒精，從對原料預(yù)處理的角度分為三種方法，即全粒法、干法、濕法。全粒法即玉米粒不經(jīng)浸潤處理直接經(jīng)除雜粉碎、拌料，經(jīng)蒸煮糖化后，進行發(fā)酵，發(fā)酵醪蒸餾、精餾后，得到酒精產(chǎn)品，酒精糟液亦可生產(chǎn)酒精糟干燥蛋白飼料（DDGS）。干法是玉米清理除雜后，預(yù)先用水濕潤一下，然后破碎分篩、脫除的玉米胚和部分玉米皮生產(chǎn)玉米油，副產(chǎn)玉米胚芽餅、低脂玉米粉作為酒精生產(chǎn)的原料。濕法玉米酒精指的是玉米先進行浸泡，分離出玉米胚芽、蛋白質(zhì)以后，用淀粉漿生產(chǎn)酒精，得到玉米油，玉米胚芽餅、玉米蛋白粉、玉米纖維飼料等產(chǎn)品。全粒法沒有玉米油制品，綜合效益稍差，干法玉米油提取率低，淀粉利用率不高，濕法玉米油提取率和淀粉出酒率均高于干法，但能耗和投資均高于干法四、糊精及其糊化糊精和糊化是用來衡量原料蒸煮工藝的技術(shù)用語。淀粉在受到加熱、酸或淀粉酶作用下發(fā)生分解和水解時，將大分子的淀粉首先轉(zhuǎn)化成為小分子的中間物質(zhì)，這時的中間小分子物質(zhì)，人們就把它叫做糊精。干糊精是一種黃白色的粉末，它不溶于酒精，而易溶于水，溶解在水中具有很強的粘性，淀粉質(zhì)原料在進行蒸煮時，淀粉分子受熱分解，首先就生成了糊精。這時如果加入一滴碘時，溶液就會呈紅紫色，而不是象淀粉遇碘那樣呈藍色。生產(chǎn)上通常把淀粉質(zhì)原料在高溫、高壓下進行蒸煮，使淀粉細胞徹底破裂，淀粉由顆粒狀態(tài)變?yōu)橐汉隣詈倪^程就叫做原料的糊化。五、淀粉的糖化及其目的淀粉質(zhì)原料通過蒸煮以后，把顆粒狀態(tài)的淀粉變成了溶解狀態(tài)的糊精，這時的糊精還不能被酵母直接利用，發(fā)酵產(chǎn)生酒精和二氧化碳，還必須采取添加糖化劑(麩曲、液體曲、糖化酶)的辦法，把醪液中的淀粉、糊精轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性糖等物質(zhì)后，才能被酵母所利用，發(fā)酵產(chǎn)生酒精。這個將可溶性淀粉、糊精轉(zhuǎn)化為糖的過程，生產(chǎn)中就叫做糖化。淀粉糖化的目的，是通過糖化劑中所具有的酶系作用，將淀粉、糊精進行水解。其中所含的α-淀粉酶(又叫做液化酶)能使淀粉液化，醪液粘度下降，有利于醪液輸送和酵母的發(fā)酵，它還能將淀粉中的直鍵淀粉最終水解，生成87％的麥芽糖和13％的葡萄糖，生產(chǎn)中將這一過程叫做液化。利用糖化劑－淀粉1，4葡萄糖苷酶(也叫做糖化酶)，作用于淀粉分子中結(jié)合的1，4糖苷鍵，從分子長鏈的非還原端，一個一個地水解為葡萄糖水子，雖然它不能切斷1，6鍵，但是切到分支點時可繞過1,6鍵而將1,4鍵水解，水解后的產(chǎn)物幾乎全部生成萄萄糖。生產(chǎn)中將這一過程叫做糖化?？傊?，液化、糖化的作用也就是把溶解狀態(tài)的淀粉、糊精轉(zhuǎn)化為能夠被酵母利用的可發(fā)酵性物質(zhì)(當(dāng)然也有不發(fā)酵性物質(zhì)生成，這主要是由于轉(zhuǎn)移葡萄糖苷酶等的作用)，降低醪液的粘度，有利于酵母的發(fā)酵和酵液的輸送。六、淀粉液化糖化過程中的酶淀粉-1，4糊精酶(簡稱α-淀粉酶)其作用是將淀粉迅速水解為糊精及少量麥芽糖，對淀粉的作用，可將長鏈從內(nèi)部分裂成若干短鏈的糊精，所以也稱內(nèi)切淀粉酶。α-淀粉酶對直鏈淀粉(鏈淀粉)的作用是將淀粉分子的α-1，4鍵任意地、不規(guī)則的分解為若干短鏈的糊精，糊精繼續(xù)被水解，最后反應(yīng)產(chǎn)物為13％葡萄糖及87％麥芽糖，但是糊精轉(zhuǎn)變?yōu)樘堑乃俣仁菢O緩慢的。α-淀粉酶對支鏈淀粉(膠淀粉)的作用，是將支鏈淀粉的α-1，4鍵任意地、不規(guī)則地分解為若干短鏈，但不能分解其中的1，6鍵而遺留下含有1，6鍵的糊得(即界限糊精)，最后產(chǎn)物為麥牙糖及少量界限糊精和葡萄糖。α-淀粉酶是一種耐熱，對酸具有敏感的淀粉酶，由于該酶可以使直鏈淀粉和支鏈淀粉迅速分裂而形成含有4一7個葡萄糖單位的糊精和含有1，6苷鍵的界限糊精，使醪液黏度迅速下降，既所謂液化現(xiàn)象，故α-淀粉酶亦稱液化酶或糊精化酶，但它作用淀粉后,還原能力上升很慢。淀粉受到α-淀粉酶的作用后，遇碘呈色很快反應(yīng)，如下表現(xiàn)：藍→紫→紅→淺紅→不顯色(即碘原色)淀粉-l，4-葡萄糖苷酶(簡稱糖化酶)作用于淀粉的l，4鍵結(jié)合，能從葡萄糖鍵的非還原性末端起將葡萄糖單位一個一個的切斷，因為是從鏈的一端逐漸地一個個地切斷為葡萄糖，所以稱為外切淀粉酶。對支鏈淀粉的作用也是從非還原性末端-個個地切斷為葡萄糖，雖然它較慢切斷1，6鍵，但是切割分支點時，可以繞過1，6鍵而將l，4鍵分解。糖化酶作用淀粉時，還原糖的增加比α-淀粉酶快，但是碘色消失得慢，淀粉的粘度也不象α-淀粉酶那樣迅速下降。七、淀粉液化糖化的影響因素1．糖化劑的選擇與用量2．糖化溫度3、糖化pH值4、糖化時間5、底物濃度八、酒精發(fā)酵的概念什么叫發(fā)酵，所謂發(fā)酵，是指微生物細胞，在無氧條件下，進行無氧呼吸，將吸收的營養(yǎng)物質(zhì)通過細胞內(nèi)酶的作用，進行一系列的生物化學(xué)反應(yīng)，把復(fù)雜的有機物分解為比較簡單的生化中間產(chǎn)物，同時放出一定能量的過程，就叫做發(fā)酵?；蛘吆唵蔚卣f，就是在無氧條件下，微生物將復(fù)雜的有機物轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵蔚漠a(chǎn)物的過程，就叫做發(fā)酵。所謂酒精發(fā)酵，就是指發(fā)酵酵中的糖類物質(zhì)，在無氧條件下，受酵母細胞中酒化酶的作用，產(chǎn)生酒精的全過程。酒精的發(fā)酵過程中，酵母菌的發(fā)酵是屬于厭氣性發(fā)酵，進行著無氧呼吸，發(fā)生著復(fù)雜的生化反應(yīng)。從整個發(fā)酵工藝來講，既有發(fā)酵醪中的淀粉、糊精繼續(xù)被糖化酶作用，水解生成糖類物質(zhì)的反應(yīng)，同時又有發(fā)酵醪中的蛋白質(zhì)在蛋白酶的作用下，水解生成小分子的蛋白胨、肽和各種氨基酸的反應(yīng)，這些水解產(chǎn)物一部分被酵母細胞吸收合成菌體，另一部分則發(fā)酵生成了酒精和二氧化碳，還要產(chǎn)生副產(chǎn)物雜醇油、甘油等。九、酒精生產(chǎn)用酵母菌種的選擇選擇酒精生產(chǎn)所用酵母菌大約有如下幾點要求。(1)選擇具有較強的酒化酶，發(fā)酵能力強，繁殖迅速，發(fā)酵速度快，發(fā)酵完全的酵母菌。(2)選擇耐酒精能力強，能在含較高酒精濃度的發(fā)酵醪中正常發(fā)酵，不受抑制的酵母菌。使之后發(fā)酵完全。(3)選擇耐熱性能好，耐酸性能強的酵母菌，使生產(chǎn)能在較高溫度下發(fā)酵正常，而不易被雜菌侵入而污染。(4)選擇抗?jié)B透壓性能好，能在較高糖度的發(fā)酵醪中發(fā)酵正常，使?jié)怩舶l(fā)酵成為可能，從而提高生產(chǎn)能力，同時使發(fā)酵醪在成熟時殘余糖分少，副產(chǎn)物也少的酵母菌。(5)選擇發(fā)酵時產(chǎn)生泡沫少，生產(chǎn)性能穩(wěn)定，變異性小、抗重金屬離子毒性作用強、抗雜菌能力強的酵母菌。(6)選擇容易培養(yǎng)、保藏方便的酵母菌。十、酵母細胞的結(jié)構(gòu)及其作用酒精發(fā)酵所用的酵母菌，它們屬于典型的真核微生物，其細胞是由明顯的細胞核、細胞壁、細胞膜、細胞質(zhì)、內(nèi)含物、線粒體、液泡等構(gòu)成。這些構(gòu)成物在酵母細胞中所起的作用如下：1．細胞壁作用是由于它具有一定的彈性和韌性，能起著保護細胞形態(tài)，抵防外界的滲透壓力，保護細胞膜等作用。2．細胞膜主要作用是有選擇地從培養(yǎng)基中吸收各種營養(yǎng)物質(zhì)，排出代謝產(chǎn)物，對細胞的代謝和生理活性起作用。3．細胞核主要是作為細胞“信息”控制的中心和物質(zhì)代謝的控制室的作用，在細胞的繁殖和遺傳上也起著“核心”作用。4．內(nèi)含物作用是當(dāng)細胞中暫時缺少磷源、碳源、能源時，可作為一定時間內(nèi)的補充來源。十一、酒精發(fā)酵工藝型式根據(jù)發(fā)酵醪注入發(fā)酵罐的方式不同，可以將酒精發(fā)酵的方式分為間歇式、半連續(xù)式和連續(xù)式三種。(一)間歇式發(fā)酵法間歇式發(fā)酵法就是指全部發(fā)酵過程始終在一個發(fā)酵罐中進行。由于發(fā)酵罐容量和工藝操作不同，在間歇發(fā)酵工藝中，又可分為如下幾種方法：1．一次加滿法2．分次添加法3．連續(xù)添加法4．分割主發(fā)酵醪法(二)半連續(xù)發(fā)酵法半連續(xù)發(fā)酵是指在主發(fā)酵階段采用連續(xù)發(fā)酵，而后發(fā)酵則采用間歇發(fā)酵的方式。在半連續(xù)發(fā)酵中，由于醪液的流加方式不同，又可分為兩種：一種是將一組數(shù)個發(fā)酵罐連接起來，使前三個罐保持連續(xù)發(fā)酵狀態(tài)。第二種方法是由7—8個罐組成一組罐，各罐用管道從上部通入下-罐底部相串連。上述半連續(xù)發(fā)酵方式的優(yōu)點是省去了酒母制做，但無菌操作要求高。(三)連續(xù)發(fā)酵淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精的連續(xù)發(fā)酵，在國內(nèi)外早有研究，由于雜菌污染問題沒能很好解決，所以未能普遍推廣和應(yīng)用。近年來，由于發(fā)酵理論研究有所進展，尤其是在淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精的過程中采用了連續(xù)蒸煮、連續(xù)糖化和液體曲新工藝，給連續(xù)發(fā)酵創(chuàng)造了條件，因此，連續(xù)發(fā)酵引起了人們的普通重視，也取得了很大成績。全封閉自流式連續(xù)發(fā)酵”的新工藝，使淀粉質(zhì)原科連續(xù)發(fā)酵法生產(chǎn)酒精工藝日趨完善，操作更加簡便，取得了更顯著的成績。十二、酒精酵母菌中主要的酶發(fā)酵產(chǎn)生酒精的酵母菌細胞中主要有蔗糖酶、麥芽糖酶、肝糖酶、酒化酶，它們各自的作用分別是：蔗糖酶能將發(fā)酵醪中的蔗糖水解生成一分子的葡萄糖和一分子的果糖。麥芽糖酶能將發(fā)酵醪中的麥芽糖水解生成二分子的葡萄糖。肝糖酶能將酵母細胞內(nèi)分子小于支鏈淀粉的肝糖分解為胞內(nèi)葡萄糖。酒化酶系指參與糖轉(zhuǎn)化為酒精的一系列酶的總稱，它主要是將發(fā)酵醪中的葡萄糖轉(zhuǎn)化生成酒精和二氧化碳。十三、影響發(fā)酵效率的因素1．菌種性能的影響2．原料的粉碎、蒸煮的影響3．酒母質(zhì)量的影響。4．發(fā)酵醪中糖度的影響5.發(fā)酵醪中pH值的影響6．發(fā)酵溫度的影響7．發(fā)酵時間的影響8．發(fā)酵設(shè)備的影響9．雜菌污柒的影響由于雜菌的污染，可發(fā)酵性物質(zhì)被雜菌利用，酵母菌生長受到抑制，發(fā)酵效率就會受到嚴(yán)重影響。十四、酒精的蒸餾蒸餾是利用液體溫合物中各組分揮發(fā)性的不同而分離組分的方法。在酒精生產(chǎn)中，將酒精和其它所有的揮發(fā)性雜質(zhì)從發(fā)酵成熟醪中分離出來的過程，稱為蒸餾。蒸餾的結(jié)果便得到粗酒精，所用的設(shè)備稱醪塔，也稱粗餾塔。除去粗酒精中雜質(zhì)，進一步提高酒精濃度的過程則稱為精餾。精餾的結(jié)果得到醫(yī)藥酒精或精餾酒精，所用的設(shè)備稱為精餾塔。乙醛、乙酸乙酯、乙酸甲酯、甲酸乙酯在酒精水溶液中其揮發(fā)系數(shù)與精餾系數(shù)始終大于1，即此類雜質(zhì)在氣相中的含量始終比液相中含量多。就是說這類雜質(zhì)在酒精精餾時比酒精更易揮發(fā)。因此它們將聚集在精餾設(shè)備的最高層。生產(chǎn)中利用這一特性來排除它。蒸餾是利用液體混合物中各組分揮發(fā)性能的不同，進行組分分離的方法。這是目前世界酒精工業(yè)從發(fā)酵醪中回收酒精所采用的唯一方法。在早期的酒精生產(chǎn)工藝中，從成熟醪中回收酒精分兩步走，其一是將酒精和所有的揮發(fā)性雜質(zhì)從發(fā)酵成熟醪中分離出來的過程，即蒸餾。蒸餾結(jié)果得到的是粗酒精和酒糟，其二是除去粗酒精中的雜質(zhì)，進一步提高濃度的過程，即精餾，精餾結(jié)果得到各級成品酒精和雜醇油等副產(chǎn)品，隨差蒸餾技術(shù)的發(fā)展將兩個過程簡稱為蒸餾。十五、發(fā)酵成熟醪的組成及分類發(fā)酵成熟醪含水80～90%（w），酒精及揮發(fā)性5～10%（w）雜質(zhì)，干物質(zhì)4～10%，總體分為揮發(fā)性雜質(zhì)和不揮發(fā)性雜質(zhì)。發(fā)酵醪中揮發(fā)性雜質(zhì)各類很多，已檢出并定性的超過70種，總量是酒精含量的～%，揮發(fā)性雜質(zhì)根據(jù)其化學(xué)性質(zhì)可歸納為醇類、醛類、酸類、酯類四大類。醛類的代表是乙醛，甲醇類的代表是甲醇、丙醇和異丁醇、異戊醇等高級醇，酸類主要是醋酸、丁酸、丙酸等，酯類主要是乙酸乙酯、乙酸甲酯、甲酸甲酯等。酒精發(fā)酵醪的蒸餾是以拉烏爾定律為基礎(chǔ)的（混合溶液中沸點低的組分在氣相中的含量總是比液相中高，反之亦然）。由于成熟醪中各組分揮發(fā)性能的不同，在蒸餾過程中，液相組分和氣相組分是不同的，而氣相中含有較多的易揮發(fā)組分，液相中含有較多難揮發(fā)的組分，經(jīng)過多次反復(fù)汽化，冷凝就可以將酒精增濃和提純。十六、揮發(fā)系數(shù)和精餾系數(shù)汽相中的百分含量與液相中的百分含量之比值，叫揮發(fā)系數(shù)。雜質(zhì)的揮發(fā)系數(shù)與酒精的揮發(fā)系數(shù)的比值，叫雜質(zhì)的精餾系數(shù)。精餾系數(shù)大于1，則不僅該雜質(zhì)在汽相中的含量比液相中高，而且在該條件下?lián)]發(fā)性比酒精高，即它在塔內(nèi)向上運動的速度快于酒精。十七、酒精一水系統(tǒng)的恒沸混合物酒精一水溶液中酒精的揮發(fā)性能隨系統(tǒng)中酒精濃度增加而變小，當(dāng)酒精濃度增加到%（v）時，揮發(fā)系數(shù)