演示文稿糖蜜發(fā)酵生產(chǎn)酒精

（優(yōu)選）糖蜜發(fā)酵生產(chǎn)酒精當前第1頁\共有56頁\編于星期日\7點5、酒精的分類：按國標（GB394-93）可分為四個等級：P8表1-2-1

優(yōu)等品、一等品、合格品、粗酒精當前第2頁\共有56頁\編于星期日\7點當前第3頁\共有56頁\編于星期日\7點按用途分類：工業(yè)酒精：用作燃料，原料、溶劑醫(yī)藥酒精：用作防腐，消毒、制藥高純酒精：勾脫各種飲料酒精餾酒精：勾脫各種飲料酒無水酒精：化工原料，含量要求達99.95%以上。當前第4頁\共有56頁\編于星期日\7點第二節(jié)酒精發(fā)酵的機理

一、糖蜜酒精發(fā)酵的微生物酒精發(fā)酵使用的微生物是酵母菌，它是一種兼性厭氧性的微生物，有氧時進行生長、繁殖，缺氧時進行厭氧發(fā)酵。酵母菌是一種以單細胞作為生命活動方式的微生物。酵母菌適宜生長的極限溫度為0～45℃，最適生長溫度是25～30℃，最適發(fā)酵溫度是30～34℃，在60℃溫度下，10～15min則死亡。酵母菌適宜生長的極限pH為2.5～8，最適生長pH值是4.5～5.5，最適發(fā)酵pH是4～4.5，pH過高或過低都會使酵母的生命活動受到抑制甚至死亡。當前第5頁\共有56頁\編于星期日\7點

酒精發(fā)酵的酵母菌特性要求：（1）發(fā)酵能力強，有較強的酶活性（2）繁殖速度快：受溫度影響

30℃ 1hr20℃ 3.5hr10℃ 9hr

（培養(yǎng)繁殖時間）培養(yǎng)時，T↓，酵母不易衰老（3）耐酒精能力：酒精濃度3%（抑制開始）

6%（抑制作用較明顯）

8%（影響生長）

10%（影響生長和發(fā)酵）

12%（發(fā)酵停止）當前第6頁\共有56頁\編于星期日\7點（4）耐酸能力酵母菌對酸的抵抗能力比乳酸菌強，一般適于偏酸的環(huán)境。（5）耐溫能力對常用的菌種來說，在28～34℃的范圍內(nèi)，溫度越高發(fā)酵越迅速，在34℃以上，發(fā)酵速度將減慢，溫度在40℃以上時，酵母衰老，難于發(fā)酵，且產(chǎn)酸細菌迅速繁殖。若溫度低于28℃，發(fā)酵則緩慢，設(shè)備利用率低，產(chǎn)量下降。高溫地區(qū)，應(yīng)設(shè)法選篩適宜高溫發(fā)酵的酵母菌種（6）耐滲透壓性能強。（7）能抗重金屬的毒害作用當前第7頁\共有56頁\編于星期日\7點

目前我國常用于甘蔗糖蜜酒精發(fā)酵的酵母菌種有，，臺灣396號，甘化I號。川345及川102等。

這些酵母菌種一般用10°Bx麥芽汁固體斜面培養(yǎng)基，接種后，于30～32℃培養(yǎng)48h，然后置于冰箱，在3～5℃下冷藏保存。當前第8頁\共有56頁\編于星期日\7點

二、糖蜜酒精發(fā)酵機理

研究以糖蜜為原料的酒精發(fā)酵過程，則是研究酵母菌如何首先利用菌體內(nèi)的蔗糖酶，先將蔗糖水解為可發(fā)酵性單糖，然后如何經(jīng)過酵母菌體活細胞內(nèi)的酒化酶（參與酒精發(fā)酵的各種酶及輔酶的總稱）的作用，生成乙醇和二氧化碳，最后通過細胞質(zhì)膜將這些產(chǎn)物排泄出來的反應(yīng)過程。

當前第9頁\共有56頁\編于星期日\7點

由葡萄糖發(fā)酵生成乙醇和二氧化碳的主反應(yīng)式（未計算ADP磷酸化的水分子出入在內(nèi)）為（見11頁）：上述反應(yīng)簡單地用如下反應(yīng)式來表示：當前第10頁\共有56頁\編于星期日\7點酒精發(fā)酵過程的機理實質(zhì)是酵母菌在酸性缺氧條件下，并且有無機態(tài)磷酸及鎂離子、鉀離子等存在時，分泌出各種酶所引起的一整套酶促過程。其詳細反應(yīng)過程可參看微生物代謝的EMP途徑。圖1-2-1（12頁）當前第11頁\共有56頁\編于星期日\7點當前第12頁\共有56頁\編于星期日\7點

酒精發(fā)酵過程主要經(jīng)歷下述四個階段，共12個步驟：第一階段：葡萄糖磷酸化，生成活潑的1，6-二磷酸果糖。這個階段主要是糖的活化。第二階段：1，6-二磷酸果糖分裂為兩分子磷酸丙糖。第三階段：3-磷酸甘油醛經(jīng)氧化（脫氫作用）并磷酸化，生成1，3-二磷酸甘油酸，然后將高能磷酸鍵轉(zhuǎn)移給ADP，以產(chǎn)生ATP，再經(jīng)磷酸基變位和分子內(nèi)重排后又給出一個高能磷酸鍵，而后變成丙酮酸。第四階段：乙醇的生成。在此階段，酵母菌在無氧條件下，繼續(xù)將丙酮酸進行降解，產(chǎn)生乙醇。當前第13頁\共有56頁\編于星期日\7點上述酒精發(fā)酵機理的幾點說明：（1）葡萄糖在無氧條件下通過酵母菌進行酒精發(fā)酵的全過程必須經(jīng)過酵母菌體細胞內(nèi)酶系中的十二種酶分別順次作用才能完成。（2）整個酒精發(fā)酵過程是放能反應(yīng)過程。在酒精發(fā)酵過程中，所放出的能量，部分用于合成ATP（ATP的主要用途是使葡萄糖磷酸化以促進發(fā)酵作用），其余的能量則發(fā)散為熱，導(dǎo)致發(fā)酵液溫度逐漸升高。因此在發(fā)酵工藝管理上必須嚴格控制溫升和調(diào)節(jié)溫度。當前第14頁\共有56頁\編于星期日\7點（3）在酒精發(fā)酵過程中總是附帶產(chǎn)生多種多樣的副產(chǎn)物。若改變酒精發(fā)酵的條件，發(fā)酵反應(yīng)的方向是可以改變的，產(chǎn)物和副產(chǎn)物也將隨之改變。當前第15頁\共有56頁\編于星期日\7點第三節(jié)糖蜜酒精發(fā)酵

一、糖蜜發(fā)酵前的處理1．稀釋目的：降濃降粘。（因在高濃度高粘度的情況下，酵母菌是難以甚至無法直接利用糖蜜進行有效發(fā)酵的）。當前第16頁\共有56頁\編于星期日\7點

根據(jù)生產(chǎn)工藝流程的不同，通常稀釋要求的濃度大致如下：（1）單濃度發(fā)酵流程稀糖液濃度控制在22～25°Bx。

當前第17頁\共有56頁\編于星期日\7點（2）雙濃度發(fā)酵流程酒母用稀糖液濃度控制在17～20°Bx；發(fā)酵用基本稀糖液濃度控制在36～39°Bx。當前第18頁\共有56頁\編于星期日\7點（3）稀釋加水量的計算為了制備一定濃度的稀糖液，以便滿足發(fā)酵工藝技術(shù)條件的要求，糖蜜稀釋所需的加水量和糖蜜量通常用以下公式計算：

M·c前

=V·ρ·c后式中M——糖蜜量（kg）

c前——稀釋前糖蜜濃度（°Bx）

V——稀釋后稀糖液體積（m3）

ρ——稀釋后稀糖液密度（kg／m3）

c后——稀釋后稀糖液濃度（°Bx）

當前第19頁\共有56頁\編于星期日\7點所需糖蜜量：

V·ρ·c后

M=——————c前稀釋時所需加水量：

M(c前-c后)W＝————————c后當前第20頁\共有56頁\編于星期日\7點2．澄清糖蜜澄清處理通常運用加酸酸化、加熱滅菌和靜置沉淀等多種手段來完成。（1）酸化甘蔗糖蜜本身為微酸性，而酵母發(fā)酵的最適pH為4.0～4.5，所以工藝上要求糖蜜稀釋的同時要加酸酸化。酸化的目的：①除可調(diào)節(jié)適宜發(fā)酵的酸度外，還能使部分蔗糖轉(zhuǎn)化為酵母可直接利用的單糖，有利于促進酵母迅速增殖、發(fā)酵；②可有效地抑制其他雜菌的繁殖；③除去雜質(zhì)。當前第21頁\共有56頁\編于星期日\7點

方法：可用濃硫酸外或鹽酸，加酸量為（密度1.86，66°Bé的工業(yè)硫酸）每噸原糖蜜加2.5L～3.5L，約為稀糖液量的0.2％～0.3％。對于雙濃度流程來說，發(fā)酵用的基本稀糖液一般不加酸而酒母用稀糖液加酸控制酸度（注）應(yīng)在6～7。當前第22頁\共有56頁\編于星期日\7點（2）滅菌糖蜜中常有雜菌，當發(fā)酵時，這些雜菌會消耗糖分而降低酒精產(chǎn)率，并會生成其他有害物質(zhì)而影響酒精質(zhì)量。方法：

A、采用蒸汽加熱至80～90℃，維持1h即可達到滅菌的目的。

當前第23頁\共有56頁\編于星期日\7點B、化學防腐劑，如漂白粉、甲醛、氯化鈉、五氯代苯酚鈉等。一般按1：10溶化稀釋后加入糖蜜中攪拌均勻，靜置3～4h即可。若用量過多或作用時間過短則殘余防腐劑進入發(fā)酵工序?qū)绊懡湍干L，繁殖。

C、利用噬菌體來防止糖蜜發(fā)酵時的雜菌。

D、用抗菌素來防止雜菌的。當前第24頁\共有56頁\編于星期日\7點（3）靜置沉淀糖蜜中的膠體物質(zhì)、灰分和其它懸浮物質(zhì)在加酸、加熱后，相當一部分已凝聚或生成不溶性的沉淀物，靜置沉降可使固液進一步分離，易于取出清液而除去這些有害雜質(zhì)。靜置沉降的時間一般需要若干小時。當前第25頁\共有56頁\編于星期日\7點傳統(tǒng)的澄清方法有冷酸通風處理法和熱酸處理法。①冷酸通風處理（沉淀）法先將糖蜜稀釋至50°Bx左右，加人為稀糖液量0.2％～0.3％的濃硫酸，酸化的同時可加入0.01％高錳酸鉀，并通入無菌壓縮空氣1～2h，然后靜置沉淀取上清液。加入高錳酸鉀，可使糖蜜中的亞硫酸鹽、亞硝酸鹽等氧化，減輕其對酵母的毒害或生成沉淀除去。通風則可驅(qū)走如SO2、NO2等有害氣體和其他揮發(fā)性物質(zhì)，同時還可增加糖液中的溶氧量，有利于酵母的增殖。此法在廣東一些大型糖蜜酒精廠較多采用。當前第26頁\共有56頁\編于星期日\7點②熱酸處理法先用60℃溫水將糖蜜稀釋至55～58°Bx，同時添加濃硫酸調(diào)節(jié)pH至3～3．8進行酸化，然后靜置沉淀5～6h，取出清液再稀釋至培養(yǎng)酒母所需的濃度。后來此法改良為將半稀釋的糖蜜先加硫酸酸化后再加熱，最后再稀釋，效果更好。當前第27頁\共有56頁\編于星期日\7點

對于糖蜜澄清處理的意見，近年來國外酒精發(fā)酵資料和國內(nèi)的研究均有提出如下結(jié)論：①經(jīng)澄清處理的稀糖蜜，其發(fā)酵率和產(chǎn)品質(zhì)量比不澄清的高；②經(jīng)澄清處理的稀糖蜜，可采用較高濃度進行發(fā)酵；③經(jīng)澄清處理的稀糖液，其發(fā)酵速度比未澄清的或澄清后的殘渣都慢；④膠體被除去后，會削弱酵母對高濃度酒精的抵抗力。當前第28頁\共有56頁\編于星期日\7點

基于上述見解，在考慮糖蜜澄清方法時，應(yīng)盡量除去非糖雜質(zhì)中有礙酒精發(fā)酵工藝的成分而盡量保留那些能促進酵母生長、對于發(fā)酵有利的物質(zhì)，以求達到既提高發(fā)酵率和產(chǎn)品質(zhì)量，又保持理想的發(fā)酵速度的目的。目前我國大多數(shù)糖蜜酒精廠只考慮用作培養(yǎng)酒母的稀釋液才進行澄清處理，而對發(fā)酵用的基本稀糖液則不作澄清處理。（見P17稀糖液制備的工藝流程）。當前第29頁\共有56頁\編于星期日\7點當前第30頁\共有56頁\編于星期日\7點3．添加營養(yǎng)鹽酵母生長繁殖時需要一定的氮源、磷源、生長素、鎂鹽等。氮源：硫酸銨，用量為糖蜜質(zhì)量的0.1～0.2％磷源：磷酸液，用量為糖蜜質(zhì)量的0.03％～0.04％。鎂鹽：硫酸鎂，用量為糖蜜質(zhì)量的0.04％～0.05％。生長素：一般不用添加生長素但對于純度很低的糖蜜和劣質(zhì)糖蜜，則有必要適當添加生長素（如米糠或玉米漿等）當前第31頁\共有56頁\編于星期日\7點二、酒母的制備

糖蜜酒精發(fā)酵的微生物是酵母菌。酒母——指具有一定酵母細胞數(shù)量的酵母菌菌種。成熟酒母的要求：健壯飽滿、純粹無雜菌、繁殖速度快、酶的活力高、發(fā)酵能力強。酒母制備：分為兩個階段的培養(yǎng)

1、酵母種子純粹擴大培養(yǎng)（實驗室階段）

2、酒母擴大培養(yǎng)（車間階段）當前第32頁\共有56頁\編于星期日\7點

酒母擴大培養(yǎng)的方法可分為間歇式、半連續(xù)式和連續(xù)式三種：（1）間歇式培養(yǎng)法（2）半連續(xù)式培養(yǎng)法（3）連續(xù)式培養(yǎng)法

當前第33頁\共有56頁\編于星期日\7點酒母成熟后質(zhì)量指標：a.酵母細胞數(shù)1～1.2億／mLb.細胞出芽率20％～25％c.死細胞<1%d.耗糖率45％～50％e.酸度5.5～6.5（pH4.0～4.2）f.含酒精3％～3.5％

當前第34頁\共有56頁\編于星期日\7點三、酒精發(fā)酵的方法基質(zhì)（稀釋糖蜜）+酒母醪——

發(fā)酵糖蜜酒精發(fā)酵方法分為：間歇法連續(xù)法（多用）當前第35頁\共有56頁\編于星期日\7點連續(xù)發(fā)酵方法：（1）單濃度連續(xù)發(fā)酵發(fā)酵糖液濃度與酒母培養(yǎng)液濃度相同，即為22～25°BX

工藝流程：圖1-2-5當前第36頁\共有56頁\編于星期日\7點（2）雙濃度連續(xù)發(fā)酵酒母培養(yǎng)液采用低濃度稀糖液（17-20°BX）發(fā)酵用的基本稀糖液采用高濃度稀糖液（36-39°BX）工藝流程：P23圖1-2-6當前第37頁\共有56頁\編于星期日\7點（3）固定化酵母連續(xù)發(fā)酵把酵母固定在特殊的載體內(nèi)，用不銹鋼網(wǎng)圍放在1號發(fā)酵罐內(nèi)，載體不會流失，而且載體內(nèi)的酵母數(shù)可高達20億/g，酵母在載本中不斷生長繁殖并滲透到發(fā)酵液中。其發(fā)酵速度比雙濃度流加法快10％～30％，發(fā)酵周期可縮短為28～35h，設(shè)備利用率和產(chǎn)酒率相應(yīng)提高。當前第38頁\共有56頁\編于星期日\7點（4）連續(xù)發(fā)酵蒸餾法特點：采用發(fā)酵和蒸餾結(jié)合起來的一種新工藝。

優(yōu)點：酵母循環(huán)回用，罐內(nèi)形成酵母優(yōu)勢，發(fā)酵時間短，產(chǎn)酒率高，且節(jié)省了酵母生產(chǎn)繁殖的耗糖；蒸餾廢液部分回流至發(fā)酵作內(nèi)部稀釋，再結(jié)合低pH的發(fā)酵工藝，既實現(xiàn)了內(nèi)部滅菌，又減少了生產(chǎn)用水量和廢液排放量，且廢液的濃度高，有利于廢液的再利用。當前第39頁\共有56頁\編于星期日\7點

四、發(fā)酵動態(tài)

酒精發(fā)酵過程從表觀現(xiàn)象看，可分為前發(fā)酵、主發(fā)酵和后發(fā)酵三個階段。

1．前發(fā)酵階段此階段主要是酵母的增殖和積累，由于酵母的總數(shù)量還不多，發(fā)酵作用不強，糖分消耗較慢，酒精和二氧化碳的生成不多，所以醪液的溫度上升很慢或基本不上升。當前第40頁\共有56頁\編于星期日\7點2．主發(fā)酵階段酵母細胞已大量生成，可達1億／mL以上。此時主要進行缺氧發(fā)酵。糖分大量被分解，酒精和二氧化碳的生成較多，并放出大量熱量，醪液的溫升很快。在此階段必須嚴格控制溫度，以30～34℃為宜，確保酵母的活力。如醪液溫度過高，酵母易衰老，酶活性降低，影響產(chǎn)酒率；如溫度過低，則延長發(fā)酵時間，降低發(fā)酵罐利用率。當前第41頁\共有56頁\編于星期日\7點3．后發(fā)酵階段發(fā)酵醪液中的糖分絕大部分已被酵母消耗，發(fā)酵作用減弱，酒精和二氧化碳產(chǎn)生也少了，溫升完全緩和，溫度逐漸下降，發(fā)酵趨于成熟。

當前第42頁\共有56頁\編于星期日\7點五、影響糖蜜酒精發(fā)酵的主要因素

1、醪液的糖分濃度：直接影響發(fā)酵速度，糖分利用率及生產(chǎn)效率發(fā)酵醪濃度高，提高發(fā)酵設(shè)備的利用率。發(fā)酵醪濃度低，可加速酒精發(fā)酵和提高糖分的轉(zhuǎn)化率。2、酵母數(shù)量：直接影響發(fā)酵效率數(shù)量過多，糖分轉(zhuǎn)化為酒精的轉(zhuǎn)化率低數(shù)量過少，發(fā)酵時間長，設(shè)備利用率低，發(fā)酵率下降。當前第43頁\共有56頁\編于星期日\7點3、主發(fā)酵酒精濃度

1號主發(fā)酵罐的酒精濃度宜控制在3-3.5%

酒精濃度過高，酵母易老化，降低發(fā)酵效率。

4．pH

酵母發(fā)育最適pH是4.5～5，發(fā)酵的最適pH是4～4.5。

pH太低，則酵母生長受到抑制

pH太高，則易感染雜菌

當前第44頁\共有56頁\編于星期日\7點

5．發(fā)酵溫度在28～34℃的范圍內(nèi)，溫度越高發(fā)酵越迅速。在34℃以上，發(fā)酵速度將減慢，在40℃以上時，酵母衰老，難于發(fā)酵。若溫度低于28℃，發(fā)酵則緩慢，產(chǎn)量下降。因此發(fā)酵溫度最高一般控制在32～35℃。

6．發(fā)酵時間雙濃度流程：30～36h，單濃度流程：24～26h。當前第45頁\共有56頁\編于星期日\7點六、酒精發(fā)酵設(shè)備

酒精發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)如圖1-27所示。

當前第46頁\共有56頁\編于星期日\7點發(fā)酵罐的冷卻裝置，多采用罐內(nèi)裝冷卻蛇管或罐內(nèi)蛇管和罐外壁噴淋的聯(lián)合冷卻裝置。發(fā)酵罐多采用水力噴射洗滌裝置，如圖1-2-8所示（見27頁圖）。當前第47頁\共有56頁\編于星期日\7點第四節(jié)酒精發(fā)酵成熟醪的蒸餾與精餾除雜

一、發(fā)酵成熟醪的化學組成

發(fā)酵后的成熟醪是一種復(fù)雜的混合液體，其組成中水分約為80~90%（W），酒精含量約為6~10%（V），一定量的不揮發(fā)性雜質(zhì)和揮發(fā)性雜質(zhì)（數(shù)十種之多）。

當前第48頁\共有56頁\編于星期日\7點二、酒精蒸餾與精餾

在酒精生產(chǎn)過程中，將酒精和其它易揮發(fā)性雜質(zhì)，從發(fā)酵成熟醪中分離出來的過程，稱為蒸餾，也可稱為初餾或粗餾。蒸餾的結(jié)果可得到粗酒精，設(shè)備為醪塔或粗餾塔。進一步除去粗酒精中的雜質(zhì)，提高酒精的純度和濃度的過程稱為精餾。精餾的結(jié)果可得到不同級別的酒精，設(shè)備為精餾塔。當前第49頁\共有56頁\編于星期日\7點

發(fā)酵成熟醪中的不揮發(fā)性雜質(zhì)容易與酒精分離，通過蒸餾后可從粗餾塔（醪塔）底部排出，稱為廢糟或酒糟。對于揮發(fā)性雜質(zhì)，則隨酒精蒸汽（冷凝后即為粗酒精）一起從醪塔頂部導(dǎo)出，進入精餾工序。當前第50頁\共有56頁\編于星期日\7點

粗酒精中的揮