酒精车间发酵工段培训材料.doc

酒精车间发酵工段培训材料一、原料的要求及对生产的影响凡是含有可发酵性糖或可转变成可发酵性糖的原料都可作为酒精生产的原料。从经济角度考虑，应选用自然资源丰富的原料或淀粉含量高的原料。1、淀粉质原料的主要成分：碳水化合物、蛋白质、脂肪、灰分、果胶质（易产生甲醇）、单宁、P（构成核酸重要物质）、Mg（可调细胞活性）、K（对细胞增加起作用）。(一)碳水化合物碳水化合物是由碳、氢、氧三种元素所组成的有机物，分子中的氢和氧原子数之比为21，很象碳与水的化合物，常称为碳水化合物。其分子式可用通式Cm(H2O)n来表示(m和n可以相同，也可以不同)。例如，葡萄糖与果糖的分子式均为C6H12O6、蔗糖和麦芽糖的分子式为C12H22O11等等。由于有机化学的发展，发现一些不属于碳水化合物的分子同样具有Cm(H2O)n的元素组成，因此，碳水化合物这一名称已经不够确切。为此，1927年，国际化学名词重审委员会建议用“糖质”一词来代替“碳水化合物”，但习惯上仍叫“碳水化合物”。日常生活中的食品、农产品等物质中都含有一定量的糖、淀粉、纤维素等物质，我们把这些物质统称为碳水化合物。酒精生产中所指的碳水化合物，主要是淀粉、蔗糖、麦芽糖、葡萄糖、果糖、纤维素等。但由于现阶段使用的发酵菌种分解纤维素的能力极差，所以原料中的纤维素对酒精生产没有好处，应尽量减少。碳水化合物可概括为：注：当分子式(C6H10O5)n表示纤维素时，式中的n值远大于淀粉的n值(二)可发酵性糖在酒精生产中，能被酵母利用、同化的糖类称为可发酵性糖，可发酵性糖能满足酵母对碳源营养的要求，为酵母生命活动提供所需能量，因其全部能被酵母所利用，除了酵母自身生长、繁殖消耗外(1-2)，其余全部能生成酒精、二氧化碳及其它发酵产物。可发酵性糖主要包括有：蔗糖、麦芽糖、葡萄糖、果糖和半乳糖等。生产中通常用的是蔗糖、葡萄糖，其次是麦芽糖和果糖。1.5 单糖、双糖、多糖在生产中的作用怎样?从酒精生产工艺理论上讲，必须对单糖、双糖、多糖的性质有所了解，单糖中主要包括葡萄糖和果糖。葡萄糖、果糖(C6H12O6)是酵母发酵生产酒精的碳素营养和能量的来源，它含量的多少，决定着酒精产量的高低。纯的葡萄糖、果糖是一种白色或黄白色晶体，易溶于水，具有甜味。葡萄糖被广泛用于医疗方面。果糖有和蔗糖相类似的甜味，甜度相当于蔗糖的1.7倍左右。在生产酒精过程中，葡萄糖或果糖经酵解后，通过酵母细胞内的酒化酶作用被转化为酒精和二氧化碳。 1mol的葡萄糖或果糖水解发酵后，理论上可得到2mol的酒精和2mol的二氧化碳。蔗糖、麦芽糖同样是生产酒精的主要中间原料，是一种易溶解于温水、具有甜味的晶体物质。蔗糖主要存在于甘蔗和甜菜中，是生产白砂糖和酒精的主要原料。利用生产白砂糖后的糖蜜生产酒精，也就是利用糖蜜中含有占全糖分25-45的蔗糖进行水解，生成葡萄糖和果糖后，再被酵母发酵产生酒精。1mol的蔗糖水解后，可生成1mol葡萄糖和1mol的果糖。最后生成4mol的酒精和4mol的二氧化碳。麦芽糖是我国最早的食用糖。在酒精生产中，主要是淀粉质原料中的淀粉，在稀酸或-淀粉酶的作用下，将淀粉水解成为麦芽糖，再在麦芽糖酶的作用下，发生水解，生成葡萄糖，最后被酵母中的酒化酶作用，就产生酒精和二氧化碳。即1mol的麦芽糖水解后能生成2mo1的葡萄糖。淀粉和纤维素，它们广泛存在于植物的块茎中，也是生产酒精的主要原料，当它们在淀粉水解酶和纤维水解酶的作用下，发生水解后，同样可以被酵母吸收、利用，排出代谢产物-酒精。由于酵母对纤维素分解力较差，酵解前若不对其进行水解，纤维素对发酵是无利的，所以选择原料时，要求纤维含量要适当，否则就会影响发酵的进行。总之，酒精生产中，单糖、双糖、多糖是发酵法生产酒精的必具物质，没有这些物质，就不可能发酵出酒精。原料中含量越丰富，单位酒精的粮耗就越少，成本就越低.1.6 什么是蛋白质、氨基酸？蛋白质是酵母、曲霉菌和一切微生物、生物合成菌体、生物细胞的重要组成物之一，是构成生物体细胞的一类最重要的有机化合物。它主要由碳、氢、氧、氮及少量的硫、铁、磷等元素组成，是由多种氨基酸结合的生物大分子。它的分子量非常巨大，从几万到几十万不等，有些蛋白质的分子量甚至能达到几百万至几千万。组成蛋白质的氨基酸，据目前所知，约有20多种，这些氨基酸，按照不同的比例和不同的排列顺序连结在一起，构成了种类繁多的蛋白质，不同的蛋白质具有不同的理化性质、生化功能。原料中所含的蛋白质是生产用菌种氮源的供给之一。一般说来，蛋白质的平均含氮量在16左右，所以用凯氏法测定原料所含蛋白质时，将所得氮含量乘以6.25(100166.25)，就可得到蛋白质的含量。蛋白质中主要元素的百分含量：元 素CHONSP含量50723160-30-3其它元素铁、锌、铜等含量非常少。氨基酸是蛋白质受到酸、碱、加热作用或在蛋白酶的水解下的产物。氨基酸也是一种含氮的有机物质，是生产用菌种、酵母和曲霉菌营养物和细胞组成物之一。它的分子中含有酸性的羧基(一COOH)和碱性的氨基(一NH2)，羧基和氨基在同一个碳原子上的氨基酸可以用下式来表示。式中的R可以是链烃基、环烃基、或杂环基。迄今发现从各种天然资源中。分离得到的氨基酸大约有175种以上，但构成蛋白质的氨基酸也就只发现20多种。现在，对蛋白质、氨基酸有了一个粗浅的了解，生产中就要注意对原料中加酸、加碱、加热的控制，以免使这些物质遭到破坏，使菌种在发酵时缺少营养。2、淀粉质原料生产酒精的特点：须经过粉碎，一般需经过蒸煮，在蒸煮过程中把淀粉水解，蒸煮醪要经过淀粉酶的作用，醪液的粘度随温度的升高而升高，加入淀粉酶后粘度开始下降，在蒸煮过程中有一定糖分损失，如局部过热产生焦化，降低淀粉出酒率。如采用无蒸煮就不存在上述问题。3、用玉米做原料的优点：玉米产量高；玉米中淀粉含量高，约为65%左右；蛋白质含量较丰富，粗纤维较少；脂肪含量高，副产品玉米油产量较高，综合效益高；玉米中含有一定量的无机盐，可以满足酵母的生理需要。4、淀粉的组成和性质淀粉是以葡萄糖为基本单位互相连接起来的只含有一种单糖的碳水化合物，其分子式为(C6H10O5)n。淀粉分子根据其化学结构的特点可以分为直链淀粉和支链淀粉，一般淀粉颗粒中含有80%的支链淀粉和20%的直链淀粉。支链淀粉分子中虽然有几十个甚至几百个分支末端，但只有一个分支末端具有还原性，称为还原性末端。直链淀粉：由葡萄糖基组成，通过-1.4糖苷键连接而成，每个直链淀粉大约有200980个葡萄糖单元，分子量为32000160000；物理性质：极易溶于温水，溶液粘度小，不稳定，静止淀粉析出，沉淀遇碘呈兰色。支链淀粉：除以-1.4糖苷键连接外，还有-1.6糖苷键连接进行分支，含有6006000个葡萄糖单元，分子量为60万200万；物理性质：不易溶于水，在加热条件下可溶解，形成粘质糊精，粘度较大。遇碘呈兰紫色。淀粉是一种亲水胶体，当与水接触后，水分子进入淀粉颗粒的巨大分子链之间吸水膨胀，体积增加（吸进水2040%），随着温度升高达到40，就进入糊化的第二阶段。温度达6080，淀粉颗粒强力吸水，体积增加到50100倍。玉米淀粉糊化温度6573，此时各分子间的连接削弱，使淀粉颗粒分开，有利于液化进行。二、辅助原料的要求1、糖化酶：生料发酵所用糖化酶为工业糖化酶，属于糖液化型，能将长链淀粉切断为短链糊精，并继续转变成葡萄糖。对糖化酶的要求是有较强的糖液化能力；适应温度广；携带杂菌数量少；不含有害物质；保质量期长。2、酵母：酒母自身产生酒化酶，将葡萄糖转化成酒精和二氧化碳并释放出能量。对酵母的要求是：增殖能力强，一般1213h到达1.52亿/ml，前8h是酵母的增殖过程；耐高温，高温发酵速度快，酒母易衰老，一般37以下，对采用3536。因37杂菌繁殖速度快。耐酸性好，可耐PH3.5的酸性环境，杂菌在PH3.7不易繁殖。耐高酒精份，一般达10%（v/v）时开始死亡或发酵能力减弱，9.5%（v/v）为临界点，特别是浓醪发酵达到高酒精份的成熟醪更应选用耐高酒精份的酵母；耐高渗透压，如清液中含810%可溶物，如全回配循环时间长浓度可达13%，可溶物含量较高。如耐渗透压低，酵母繁殖受抑制，影响繁殖速度。生产性能稳定，变异性小。3、营养盐：酒精份浓度达910%时，一般不需要营养盐，酒精份高时需要补充部分营养盐如硫铵、尿素或蛋白酶，要求含有效成分高，不含铁、铜对酵母有制约作用的物质。4、抗菌素：如青霉素、氯霉素、土霉素、漂白粉，用来消毒、灭菌，由于成本较高，而且添加量大有可能对酵母有影响，残留到饲料中动物也产生抗药性。二、糖液化工序介绍1、工艺概述本工艺是将玉米粉调浆（或制粉来的粉浆）预热后加入淀粉酶，经蒸煮使淀粉液化分解成短链糊精和低聚糖。在糖化酶的作用下，短链糊精和低聚糖转化为可发酵性糖，糖化醪送至发酵与生料粉浆共同进行发酵。2、工艺指标粉浆罐PH：6.00.2 糖化醪PH：4.10.1 喷射器出口温度：9598糖化罐温度600.2 糖化醪糖度： 1820Bx 糖化醪冷却温度291糖化率:3040 % 1#、2#粉浆罐温度：6065液化罐液化酶添加量0.27kg/吨玉米 粉浆罐液化酶添加量0.13kg/吨玉米第二章 发酵工艺第一节 概述发酵是将粉碎工序送来的玉米粉浆在糖化酶及酵母的作用下，使淀粉转化为可发酵性糖的同时发酵生成酒精和CO2，并控制整个发酵过程以提高淀粉转化率和降低损失。本装置采用无蒸煮间歇发酵工艺，生料扩培和生料发酵，糖化酶直接利用生淀粉，此工艺可大大节约蒸汽等能耗，减少了蒸煮糖化工序，降低了蒸煮过程中的损失，同时采用干酵母直接扩培，降低生产成本，而且采用罐外循环冷却系统，可以提高设备利用率，减少安全事故的发生。本工艺采用玉米淀粉生料扩培、间歇发酵，分酒母培养和发酵两个工序。第二节 酒母扩培工艺一、扩培目的在粉浆溶液中使糖化酶、干酵母恢复生物活性，并利用粉浆作为载体将糖化酶、尿素等辅助材料输送入发酵罐，同时，恢复活性后的酵母在粉浆中继续增殖扩大培养，繁殖出大量活力强的酵母细胞供发酵使用。使发酵过程正常，缩短发酵时间，遏止杂菌的感染，从而获得良好的发酵效果。二、酵母的生理特性1、形态：酵母呈圆形、卵形或椭圆形，内有细胞核、液泡和颗粒体物质。年轻的细胞肥大，发酵能力强；若衰老、瘦小，则细胞壁薄，易被次甲基兰染色，可用于检查细胞的死亡率。2、繁殖方式：酵母进行无性繁殖，通常以出芽繁殖；有的能进行二等分分裂。3、酵母细胞需要的营养物质及环境条件：酵母细胞繁殖代谢需要的营养物质有：碳源、氮源、微量元素；碳源主要是葡萄糖和麦芽糖，氮源主要是有机氮、蛋白胨，无机氮有硫酸铵、尿素等；对磷及其它元素的要求不高，但如果初始培养基中缺乏营养物质或者碳氮比例不合适，酵母的繁殖和发酵则不能正常进行。不同的酵母对糖的浓度的耐受力不同，如果浓度过高，酵母繁殖受到限制。酒精酵母适宜的生长环境：Ph值4.04.7，温度2830。4、呼吸方式：在有氧条件下，酵母菌利用营养物质快速的繁殖生长，并产生热量和少量酒精；在无氧条件下，酵母繁殖速度大大降低，利用糖份进行无氧呼吸，可把还原性糖分解成酒精和CO2。5、酒精酵母的酶系统：酵母细胞含有的酶系主要有：酒化酶、麦芽糖酶、淀粉酶、肝糖酶、转化酶等。酒化酶是参与发酵的各总酶的总称，主要包括己糖磷酸酶、氧化还原酶、烯醇化酶、脱羧酶及磷酸酶等。6、酒精酵母的生长：分以下六个时期：原始静止期：细胞呈静止状态，不增殖生长期：细胞吸收营养，开始发芽对数期：这一时期是酵母细胞的繁殖时期，细胞总数呈对数增长，此时期酵母发酵力强迟缓期：生长速度下降，出芽时间长但细胞总数仍在缓慢增加静止期：养分几乎耗尽，生死动态平衡，细胞总数基本不变衰老期：养分全部耗尽，细胞老化死亡速度加快，细胞总数减少7、酒精生产对酵母的要求及常用的酒精酵母菌种 见绪论第四节第四部分：酒精发酵中的微生物三、工艺流程发酵罐酒母罐活化罐粉浆碱液碱液罐辅料四、工艺介绍 传统的酒母扩培工艺采用蒸煮糖液化小酒母培养。本工艺采用生料扩培。将制粉来料打入活化罐然后连续打入酒母罐，酒母液位20%时，开始从活化罐添加扩培需要的糖化酶、营养盐、青霉素、干酵母，同时打入酒母罐，注意控制粉浆流量和浓度，如浓度过高时可加水稀释。在酒母罐扩培过程中注意控制温度和送风量，时刻监控扩培情况。扩培时间（55.5h）细胞数0.8亿/ml1.0亿/ml后，将培养好的酒母打入发酵罐开始发酵。在酒母扩培过程中其它辅料从活化罐添加后直接打入发酵罐。在不扩培时直接将全部辅料打入发酵罐每罐打料完毕进行彻底清洗。五、工艺指标工艺风流量在200m3/h左右；扩培时间（55.5h）；细胞数0.8亿/ml1.0亿/ml。六、设备介绍设备名称规格型号数量生产厂家活化罐3400*12*83352现场加工酒母罐4现场加工空气过滤器QJX-01-604核工业理化工程研究所碱液罐3400*12*83352现场加工七、酒母培养异常及注意事项1、注意粉浆浓度的控制，浓度在1316Bx，浓度过高影响酵母生长；2、酒母培养送风量，过低培养时繁殖细胞不健壮，过高则生长过于旺盛，发酵细胞易衰老，送风量200m3/h；3、酒母培养温度控制在要求范围，过高的温度容易造成酵母早衰温度2830；4、酒母中杂菌多，酸度高，产生原因管路、罐体杀菌不彻底；无菌空气质量不高。解决办法用硫酸酸化，将Ph值调至3.0维持34h；对空气过滤系统杀菌。5、酒母数量少，产生原因有通风量少，温度不宜或营养不全，解决办法增加风量或加入营养盐。6、酒母死亡率高，产生原因有糖化酶质量不合格，酸度高；培养温度高；糖化醪中含有毒物质；酒母Ph值不适宜。7、酒母耗糖慢，产生原因酵母添加量少；糖化醪太浓；培养温度过低。根据原因及时处理8、酒母耗糖快，产生原因酵母添加量大；糖化醪太稀；培养温度过高；。送风量大。9、每罐扩培后要进行彻底的清洗，注意工艺卫生的控制。第三节 发酵工艺一、发酵的目的和要求1、发酵的目的发酵是淀粉转化为酒精的主要过程，在此过程中发生了一系列生物化学变化，淀粉最终转化为酒精。发酵就是通过控制温度等适宜酒精酵母繁殖和发酵的环境，利用糖化酶的生物活性和酵母的生理特性，将玉米淀粉尽可能多的转化为酒精；并通过多种方法控制杂菌的生长，降低工艺损失。在整个发酵过程既有淀粉和糊精继续被糖化酶水解，生成糖分的作用即糖化作用，也还有蛋白质在曲霉蛋白酶进一步水解下生成低分子含氮化合物如眎、胨、肽和氨基酸的作用。生成的这些物质，有的被酵母吸收利用，合成酵母菌体细胞，另一部分则被发酵，生成酒精和CO2及其它副产物。2、发酵的要求酒精生产，要求用最少的原料来生产尽可能多的酒精产品，并应尽量减少发酵损失，为了达到这一目的，必须创造如下有利条件来实现这一目的要求：(1)在发酵前期，要创造条件，让酵母菌继续繁殖到一定数量。并以此来抑制杂菌的生长。(2)由于我公司采用生料发酵，完全是后糖化，要保证糖化酶的活力和质量，使淀粉和糊精较充分的分解，生成可发酵的糖分。(3) 有氧条件下发酵生成丙三醇（甘油）等杂质，发酵过程的中期和后期，要创造厌气条件，使酵母在无氧条件下将糖分发酵生成酒精。(4)搞好杂菌污染的防治工作，避免损失。杂菌的危害不仅使糖分损失，染菌后升酸高对酵母产生不利影响，造成酵母变异或死亡。因此要采用一定方法来加以控制，如人为降低Ph值、加抗生素、清理死角等。（5）发酵过程中产生的CO2应设法排除，并注意加强对随CO2逸出时被带走酒精的捕集回收。二、发酵的机理(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酵母菌就是通过这种形式进行的酒精发酵作用。一个酵母细胞大小直径只有5-8微米，表面积为5x-万次平方毫米。正常发酵醪中酵母细胞数含量约为1400亿升，它的细胞表面积约为7平方米，在发酵过程中有如此巨大的细胞表面积参与物质代谢，其发酵作用是十分强烈的。在发酵过程中产生的酒精可以通过酵母细胞渗出到体外，溶于周围的醪液中。发酵中产生的CO2，发酵醪中CO2饱和后，被吸附在酵母细胞表面，直至其超过细胞吸附能力，这时CO2变为气态，形成小的气泡上升，逸出液面。CO2气泡的上升，也带动了醪液中的酵母细胞上下游动，从而使酵母细胞能更充分地与醪液中糖分接触，使得发酵作用更充分和彻底。通常，CO2易在罐壁或细胞表面逸出。随着CO2的上升，带动了发酵醪中的酵母细胞和物料上升，有时也能使底层的物料浮于醪液表面，这种类型的发酵称作被动式发酵。如果发酵醪液较粘稠，则气泡到达液面后并不破裂，且形成的泡沫持久不散，有时泡沫还可能由罐顶溢出，造成糖分损失，这种类型的发酵称做泡抹发酵。（二）酒精发酵过程酒精间歇发酵过程从外观现象可以将其分为如下三个不同阶段：1.前发酵期 在酵母与粉浆加入发酵罐后，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，醪液中的淀粉和糊精被糖化酶作用，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，糖分消耗也比较慢。醪液温度上升不快，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。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。2主发酵期 主发酵阶段，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，发酵作用的增强，酒精分逐渐增多，产生很强的CO2泡沫响声。发酵醪的温度此时上升也很快。根据酵母菌的性能，主发酵温度最好能控制在3035，这是酒精酵母最适发酵温度。如果温度太高，很易使酵母早期衰老，减低酵母活力。另外，高温也易造成细菌污染，尤其发酵醪温度高于37时，更易造成染菌现象的发生。（不应高于37）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。主发酵时间一般为12小时左右。3后发酵期 后发酵阶段，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淀粉-1，4 、1，6-葡萄糖苷酶作用，生成葡萄糖。这一作用进行的极为缓慢，生成的糖分很少，发酵作用也十分缓慢，发酵醪中酒精和CO2产生得也少。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。上述三个阶段只是大体的划分，而不能将此三个阶段截然分开。整个发酵过程的时间长短，除受糖化酶的种类、酵母菌的性能、酵母接种量等因素的影响外，还与接种、发酵方式和发酵温度的控制有关。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。(三)酒精发酵中酵母菌的酶从酵母菌体中可以分离出二、三十种酶，但直接参与酒精发酵的只有十多种。酒精酵母不含-淀粉酶及-淀粉酶等淀粉酶，在利用淀粉质原料生产酒精时，必须把淀粉转化成可发酵性糖，才能被酵母利用来进行酒精发酵。酒精酵母也不含乳糖酶，所以也不能利用乳糖进行发酵。酵母菌体内含与酒精发酵关系密切的酶主要有两类，一类为水解酶，另一类为酒化酶。1、水解酶类 水解酶是一类可以将简单的碳水化合物、蛋白质等类物质加水分解，生成更简单的物质的酶。酒精酵母主要含有如下几种水解酶：(1)蔗糖酶 能将蔗糖转化成一分子葡萄糖和一分子果糖。蔗糖酶能从酵母细胞中分泌出来，传入周围介质中，是一种胞外酶。(2)麦芽糖酶 可将麦芽糖水解为二分子葡萄糖。(3)肝糖酶 可将酵母体内贮存的肝糖(一种类似支链淀粉，但分子量较小的物质)分解为葡萄糖。肝糖酶是胞内酶，所以它不能分解细胞外面培养液中的淀粉。2、酒化酶 酒化酶是指参与酒精发酵的各种酶及辅酶的总称。它主要包括己糖磷酸化酶、氧化还原酶、烯醇化酶、脱羧酶及磷酸酶等。在这些酶的作用下、把糖变成酒精。由于这一类酶只能存在于酵母细胞内，而不被酵母分泌到细胞外，故称胞内酶。因为酒化酶存在于酵母细胞内，所以酒精发酵要求有强壮的酵母活细胞参与活动。(四)酒精发酵机制酒精发酵是不需要氧气的过程，所以要求发酵在密闭条件下进行。如果有空气存在，酵母就不完全进行酒精发酵，而部分进行呼吸作用，使酒精产量减少。在酒精发酵过程中主要经过下述五个阶段，十二个已知步骤：第一阶段：葡萄糖磷酸化，生成活泼的1，6-二磷酸果糖。葡萄糖的磷酸化，6-磷酸葡萄糖的生成 葡萄糖在己糖激酶的催化下，由ATP供给磷酸基，转化成6-磷酸葡萄糖。反应需由Mg+激活。6-磷酸葡萄糖和6-磷酸果糖的互变 6-磷酸葡萄糖在磷酸己糖异构酶的催化下，转变为6-磷酸果糖。6-磷酸果糖生成1，6-二磷酸果糖 6-磷酸果糖在磷酸果糖激酶催化下，由ATP供给磷酸基及能量，进一步磷酸化，生成活泼的1，6-二磷酸果糖，反应需Mg+激活。第二阶段：1，6-二磷酸果糖分裂为二分子磷酸丙糖。1，6-二磷酸果糖分解生成二分子三碳糖 一分子1，6-二磷酸果糖在醛缩酶的催化下，分裂为一分子磷酸二羟丙酮和一分子3-磷酸甘油醛。磷酸二羟丙酮与3-磷酸甘油醛互变 磷酸二羟丙酮与3-磷酸甘油醛是同分异构体，两者可在磷酸丙糖异构酶催化下互相转变：反映平衡时，趋向生成磷酸二羟丙酮(占96%)。第三阶段：3-磷酸甘油醛经氧化(脱氢)，并磷酸化，生成1，3-二磷酸甘油酸，然后将高能磷酸键转移给ADP，以产生ATP，再经磷酸基变位，和分子内重排，又给出一个高能磷酸链，而后变成丙酮酸。3-磷酸甘油醛脱氢并磷酸化生成l，3-二磷酸甘油酸。生物体通过这个反应可以获得能量。3-磷酸甘油酸的生成 1，3-二磷酸甘油酸在磷酸甘油酸激酶的催化下，将高能磷酸(脂)键转移给ADP，其本身变为3-磷酸甘油酸，反应需Mg+激活。3-磷酸甘油酸与2-磷酸甘油酸的互变 在磷酸甘油酸变位酶催化下，3-磷酸甘油酸与2，3-二磷酸甘油酸互换磷酸基，生成2-磷酸甘油酸。2-磷酸烯醇式丙酮酸的生成 在烯醇化酶的催化下，2-磷酸甘油酸脱水，生成2-磷酸烯醇式丙酮酸，反应需Mg+激活。丙酮酸的生成 在丙酮酸激酶催化下，2-磷酸烯醇丙酮酸失去高能磷酸键，生成烯醇式丙酮酸。烯醇式丙酮酸极不稳定，不需酶激化即可变为丙酮酸。以上十步反应可总结为：上述由葡萄糖生成丙酮酸的反应称作E-M途径在代谢过程中，具有重要作用。生成的丙酮酸还可以继续降解。当在无氧条件下，可生成不同的代谢产物，如：乙醇、乳酸等。有氧时，则被彻底氧化成H2O和CO2。第四阶段：酒精的生成。酵母菌在无氧条件下，将丙酮酸继续降解，产生乙醇。其反应过程如下： 丙酮酸脱羧生成乙醛 在脱羧酶催化下，丙酮酸脱羧，生成乙醛，反应需Mg+缴活。 乙醛还原生成乙醇 乙醛在乙醇脱氢酶及其辅酶（NADH2)的催化下，还原成乙醇。上述反应可归纳如图1-30表示。（五）酒精发酵中副产物的生成在酒精发酵过程中，其主要产物是酒精和CO2，但同时也伴随着产生40多种发酵副产物。按其化学性质分，主要是醇、醛、酸、脂四大类化学物质。在这些物质中，有些副产物的生成是由糖分转化而来，有些则是其它物质转化而来。酒精发酵1甘油的生成 酵母菌在一定条件下培养，可以利用糖分生成甘油。正常的酒精发酵过程，发酵醪中只有少量的甘油生成，其量约为发酵成熟醪的0.3-0.5%。酒精发酵宜在酸性条件下进行，如果使醪液呈碱性，则会使发酵向生成甘油的方向进行。甘油主要在酒精发酵后期产生，当发酵醪中的氮超过某种限度或发酵温度高时，会使甘油产量增多。NaF会降低甘油的生成量，但酒糟做饲料时，对牲畜有害。2杂醇油的生成 杂醇油是一类高沸点的混合物，主要是高级醇类。颜色呈黄色或棕色，具有特殊气味。在酒精发酵过程中，原料中蛋白质分解或酵母菌体蛋白质水解生成了氨基酸，氨基酸进一步分解放出氨，脱羧基，生成醇即杂醇油。氨基被酵母菌利用合成菌体。在酒精发酵中，杂醇油的生成量和组成与所用原料有关，与酵母菌种及营养物质组成有关。发酵醪中如果有容易利用的氮源存在，则能阻止或延迟氨基酸的分解。杂醇油的产量一般为0.3一0.7。其组成如表l-44。3琥珀酸的生成 琥珀酸的生成与发酵醪中谷氨酸的存在有关。如果向发酵醪中舔加谷氨酸，则可增加琥珀酸的产量。4乳酸发酵 某些乳酸细菌具有乳酸脱氢酶，能以丙酮酸作为受氢体而生成乳酸。5醋酸的生成 如果发酵醪被醋酸菌污染，这时醪液中的酒精分会被醋酸菌氧化生成酸。如果发酵醪中的挥发酸明显增高，往往是由于污染了醋酸菌的缘故。6丁酸的生成 发酵中间产物-乙醛进一步合成，或由于细菌污染，都会引起丁酸的生成。从上述可知，酒精发酵过程中副产物的生成，有些是由于酵母菌的生命活动引起的。如甘油、杂醇油、琥珀酸的生成。有些则是因为细菌污染所致，如醋酸、乳酸和丁酸的生成。消耗的物质，有糖分，也有蛋白质及其分解产物。对于直接消耗糖分产生副产物的现象，应当特别加强控制。对于由其它物质形成的副产物， 则在蒸馏过程中进行提取。三、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)间歇式发酵法间歇式发酵法就是指全部发酵过程始终在一个发酵罐中进行。由于发酵罐容量和工艺操作不同，在间歇发酵工艺中，又可分为如下几种方法：1一次加满法 此法是将粉浆或糖化醪冷却到27-30后，接入糖化醪量10的酒母， 混合均匀后，经6072小时发酵，即成熟。2分次添加法 生产时，先打入发酵罐容积三分之一糖化醪，接种发酵，隔23小时后，加第二次糖化醪，再隔23小时，加第三次糖化醪。如此，直至加到发酵罐容积的90为止。从第一次加糖化醪直至加满发酵罐为止，其总时间不应超过l0小时。3连续添加法 此法适用于采用连续蒸煮、连续糖化的酒精生产工厂。先将一定量的酒母打入发酵罐，然后流加。一般从接种酵母后，应于6-8小时内将罐装满。4分割主发酵醪法 此法适用于卫生管理较好的酒精工厂，其无菌要求较高。将处于旺盛主发酵阶段的发酵醪分出1/31/2至第二罐，然后两罐同时补加新鲜糖化醪至满，继续发酵。(二)半连续发酵法半连续发酵是指在主发酵阶段采用连续发酵，而后发酵则采用间歇发酵的方式。在半连续发酵中，由于醪液的流加方式不同，又可分为两种：一种是将一组数个发酵罐连接起来，使前三个罐保持连续发酵状态。第三罐满后，流入第四罐。第四罐施加满后，则由第三罐改流至第五罐，依次类推。第四、五罐发酵结束后，送去蒸馏。洗刷罐体后再重复以上操作。第二种方法是由78个罐组成一组罐，各罐用管道从上部通入下-罐底部相串连。第一只罐加入1/3体积的酒母发酵，随后在保持主发酵状态下，流加糖化醪。满罐后，流入第二罐，第二罐醪液加至1/3容积时，糖化醪转流加至第二罐。第二罐加满后，流入第三罐，然后重复第二罐操作，直至末罐。最后从首罐至末罐逐个将发酵成熟醪蒸馏。（三）连续发酵1、连续发酵工艺 由于具体操作方法的不同，连续发酵工艺可分为如下三种：(1)循环连续发酵法 (2)多级连续发酵法 (3)双流糖化和连续发酵2、连续发酵的优点(1)提高了设备利用率 (2)提高了淀粉利用率 (3)省去了酒母工段 (4)便于实现自动化四、发酵工艺条件1、酵母要求整齐、饱满、无杂菌、耗糖率达3545%。2、进入发酵罐醪液温度2830。3、发酵温度，前发酵期2830，主发酵期3034，后发酵期30324、Ph值控制适当，3.84.75、温度平稳，避免大幅度温度升降五、从CO2中回收酒精在酒精发酵过程中，产生的CO2气体被酒精蒸汽饱和，在CO2逸出时，会带走部分酒精。另外，蒸发作用也会使部分酒精伴随着CO2被带走而造成损失，约占全部酒精的0.5-1.2之间。为了减少酒精损失，生产上常采用泡罩式或填料式塔来进行酒精捕集。1泡罩式酒精捕集器 其构造与酒精蒸馏塔相似，其塔板层数一般为12-15层。板间距为120一150毫米。2填料塔捕集酒精 作用原理与泡罩式塔相类似，只是填料塔是用磁环做填料。五、发酵设备酒精发酵的工艺方式不同，发酵设备也略有差异。从发酵形式来分，有开放式、半密闭式和密闭式三种。如果从材质上分，则可分为钢板和水泥制两种。1、半密闭式发酵罐多采用钢板制成，罐顶设有顶盖，顶盖上设有能启闭的人孔。2、密闭式发酵罐也用钢板制成，钢板厚度视发酵罐容积不同而异，罐身呈圆柱形，罐身直径与高之比为1：1.1。罐盖有碟形和锥形，底部有锥形和斜底形；小罐内装冷却蛇管，也有采用在罐顶用淋水管，对于容积较大的发酵罐，这两种冷却形式可同时采用，还可用罐外循环冷却系统。罐顶设有CO2排出管和清洗管、醪液输入管。大的发酵罐的顶端及侧面还设有人孔，以便于清洗。水泥发酵罐系采用钢筋水泥制成，有圆形或方形两种形态，有密封式，也有敞口式。但因易腐蚀、逃酒和灭菌不彻底等缺点，所以一般厂多不采用。本装置使用的设备如下设备名称规格型号数量生产厂家发酵罐V=3000m3 3斜底20现场加工循环泵Q=630 m3/h H=46m n=1450r/m20江苏海狮或温州康尔达板式换热器190m2流道宽道8mm20吉林巨元成熟醪泵Q=830 m3/h H=90m n=1450r/m2江苏海狮或温州康尔达洗涤塔3200*120004现场加工碱液泵MCZ80-200A2烟台通用耐腐蚀泵六、酒精发酵醪成熟酒精发酵醪成熟指标的控制是生产中一项重要工作。如果控制恰到好处，不但可以提高设备利用率，增加酒精产量，而且可以大大降低原料消耗，提高淀粉出酒率。本装置成熟醪指标：1、酵母死亡率80%以上2、酒精分1012%v/v3、残总糖1.2%以下4、残还原糖0.25%以下5、升算差2.5以下6、挥发酸0.25以下7、外观糖-0.5-1.5Bx七、影响发酵的因素1、温度：发酵前期温度低一些，一般控制在2830，中、后期控制在3034。2、Ph值控制，间歇发酵可控制在3.84.7，较接近唐花酶的最佳Ph值。3、接种量，传统接种量在10%左右。生料发酵即酒母添加量，在0.8左右。4、发酵醪的酸度，加强无菌控制，避免产酸及其它有害杂质对酵母抑制作用。5、发酵时间，一般在72h，装填系数90%。6、糖化醪浓度，浓度高则设备利用率高，单位消耗低，但要根据酵母的承受能力选择适宜的浓度。7、连续发酵还要考虑稀释速度，发酵醪的滞流和滑流。八、酒精生产异常发酵、杂菌污染及防治办法(一)杂菌污染1现象：发酵醪酸度明显增高，气味不正常，镜检有杆状细菌。2产生原因：由于管道或发酵罐杀菌不彻底，或辅料被污染，发酵时温度偏高也很容易造成杂菌污染。污染发酵醪的细菌主要是乳酸细菌、醋酸菌。不但能造成糖分的损失，而且将低浓度的酒精转变为醋酸，直接造成酒精损失。另外，丙酮丁醇菌、枯草杆菌和马铃薯芽孢杆菌也会造成发酵醪的污染。发酵醪污染杂菌后，可使醪液酸度增高，每当醪液酸度升高一度则相当于可发酵性糖损失0.6。3处理方法：发酵醪污染严重时，如果发酵已处于后发酵期，则可将发酵醪送去蒸馏。如果污染不严重，可加入大量酵母，增强发酵作用来抑制杂菌。如果处于前发酵期被杂菌污染，发酵醪中糖分含量也很高，则可将发酵醪杀菌、添加抗菌素，重新接种，发酵。 (二)发酵迟缓1、现象：接种后发酵醪升温慢、降糖也慢，发酵中CO2产生得少。醪液中产生的酒精分少。2、产生原因：(1)发酵醪入罐温度低、发酵温度控制过高或过低。(2)糖化酶或酒母质量不好。3、处理方法：控制发酵温度，培养优良酒母，针对不同情况，采取不同措施进行处理。（三）发酵中期耗糖慢，产生原因有发酵温度低、醪液浓度低、酵母数量少或质量差。其它如残总糖、残还原糖出现问题时，同酒母扩培时原因及处理类似。二、技术指标1、发酵醪指标：入罐温度 2830 入罐时间 4小时 发酵时间 72小时发酵温度322 酵母浓度 1.0-3.0亿个/ml 2、成熟醪指标：成熟醪酒分11.0%(V/V) 残淀粉1.10/100ml 残还原糖 0.02g/100ml挥发酸 0.25 ml 升酸幅度 2.5 ml3、酒母指标培养温度 2830 培养时间 45小时 细胞数 0.50.8亿/ml芽孢率 6% 升酸幅度 1.0ml4、成熟酒母质量指标酒母质量好坏，直接影响到酒精生产的质量只有在培养出优良健壮的酒母前提下，才有可能提高淀粉酒率，在实际生产中，好的酒母除了要求细胞形态整齐、健壮、没有杂菌、芽胞多、降糖快外，还要通过下述指标来进行检查。41酵母细胞数酵母细胞数是观察繁殖旺盛与否的一项指标，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1*108个/ml左右。42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15%-30%。43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，说明细胞已经死亡。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。44耗糖率酵母的耗糖率也是观察酒母成熟的指标之一，成熟的酒母耗糖率一般要求在40%-50%耗糖率太高，说明酵母培养已经过“老”，反之则“嫩”。耗糖率%=（醪液原始糖度-酒母成熟时糖度）/醪液原始糖度*100%45酒精含量成熟酒母醪中的酒精含量一方面反映耗糖情况，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般为3%-4%（v/v）。46酸度测定酒母醪中的酸度是观察酒母是否被杂菌污染的一项指标，如果成熟酒母醪中酸度明显增高，说明酒母被产酸细菌污染，酸度增高太多，镜检时又发现有很多杆细菌，则不宜作种子用。三、影响发酵的主要因素1）原料质量a、净玉米水份14.0。b、淀粉含量62.34%。c、杂质0.4%。d、霉变粒。e、不饱和粒。2）酒精离心液的回配a、离心清液的回配量一般应为30-35%，指标差时应减少回配量或停止回配。b、离心清液的质量。随着系统长时间循环，离心清液的质量，逐渐下降，对酵母有害物质增多，清液回配质量下降，影响发酵质量，现控制方式为挥发酸0.4停止清液回配，挥发酸0.3-0.4，回配比控制在25%。3）粉浆中的杂菌数粉浆中的杂菌数多，会带入发酵罐影响发酵指标。5）菌种的质量酒母质量的好坏，直接影响发酵的质量，只有培养出优良健壮的酒母，才有可能提高淀粉出酒率。6）酶的质量糖化酶的质量直接影响着淀粉的利用率，影响玉米单耗。7）发酵温度发酵成绩的好坏与温度控制关系极为密切，目前本车间控制在3228）PH值适当降低发酵醪的PH值，是防止杂菌污染的有效措施之一。9）操作人员的操作水平及责任心严格考核力度，提高操作水平，严肃工艺纪律，避免误操作是保持发酵水平的重中之重。四、酒精发酵中的微生物1、酵母：原意为发酵之母，就是说酒精的发酵是由酵母菌引起的，酵母在酒精生产中俗称酒母；是一种单细胞真菌微生物，其细胞由细胞膜、原生质和细胞核组成；酵母种类很多，其中能发酵生成酒精的菌株很多，能用于酒精发酵的菌株必须符合以下条件：1）含有较强的酒化酶、2）繁殖速度快、3）耐酒精能力强、4）耐温性能好、5）抗杂菌能力强（耐酸能力强）、6）生产性能稳定，变异性小。酵母菌的分类依据是根据它的形态特征、生理生化反应特征来确定的。在分类前将菌体细胞进行分离纯化，得到由单细胞长成的菌落，然后再进行形态特征和生理生化鉴定。(一)形态特征的鉴定把酵母菌接种到麦芽汁固体培养基上，让它长成菌落，观察其菌落的形态、颜色、质地、边缘、表面等特征。把它再接种到液体麦芽汁培养基中，观察是否能产生醭、试管或培养仪器表面壁上能否形成菌环，培养液中是否产生沉淀、混浊程度等。另外，还要取样在显微镜下观察其单细胞的形态、大小、能否形成孢子、孢子的大小以及繁殖方式等。(二)生理生化特征的鉴定酵母菌的生理生化特征主要表现为发酵葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖等糖类的能力。同时，还需测定利用其它碳水化合物、同化酒精、耐酒精，利用硝酸盐还是硫酸盐，发酵产酸、耐温、耐酸、抗重金属离子、抗杂菌性等的能力。最后，根据以上得出的形态特征和生理生化特征，查阅有关资料，把具有相同特征的一类酵母菌，就可以归属于某一属。2.6 酵母细胞的结构如何?各起什么作用?酒精发酵所用的酵母菌，它们属于典型的真核微生物，其细胞是由明显的细胞核、细胞壁、细胞膜、细胞质、内含物、线粒体、液泡等构成。这些构成物在酵母细胞中所起的作用如下：1细胞壁 由特殊的酵母纤维素组成，大约其中含甘聚糖31、葡聚糖29、蛋白质13、类脂质8.5。细胞壁的作用是由于它具有一定的弹性和韧性，能起着保护细胞形态，抵防外界的渗透压力，保护细胞膜等作用。2细胞膜 它是由磷酯化合物、蛋白质、少量的糖类、脂类等物质组成，其主要作用是有选择地从培养基中吸收各种营养物质，排出代谢产物，对细胞的代谢和生理活性起作用。3细胞核 它是由核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)为主要组成物质，核糖核酸约占细胞总重的68，脱氧核糖核酸一般不超过0.3%，它主要是作为细胞“信息”控制的中心和物质代谢的控制室的作用，在细胞的繁殖和遗传上也起着“核心”作用。4内含物 主要是由异染色颗粒、肝糖、脂肪等物组成，它们的作用是当细胞中暂时缺少磷源、碳源、能源时，可作为一定时间内的补充来源。5线粒体 它是由细胞中许多能量物质所组成，它主要是呼吸酶系的运载体，为细胞的运动、物质代谢、生理活性提供能源。6液泡 当酵母细胞培养到一定时间后，在显微镜下看时，细胞中出现较大的液泡。当出现较大液泡时，说明生长不正常或培养时间太长，主要是缺少营养物质或者是“年老”菌。液泡主要是由大量的水和可溶性无机盐等组成，可起细胞内的移位和调节渗透压的作用。2.7 酵母细胞是怎样进行繁殖的?酵母的繁殖方式分有性繁殖和无性繁殖两种，有性繁殖是从细胞内产生子囊和子囊孢子进行繁殖。无性繁殖则多以出芽为主。酒精生产中所用啤酒酵母，一般说来，都是以芽殖进行无性繁殖来满足发酵中所需的酵母细胞数。(一)有性繁殖酵母细胞进行有性繁殖时，其相邻两细胞中，各伸出两原生质突起的管状物，管状物继而相互结合在一起，就进行所谓减数分裂，形成4个或8个子核，然后就分裂成为子孢子，孢子生长就形成了酵母细胞。(二)无性繁殖上面提到酵母的无性繁殖是以芽殖为主，芽殖开始时，由母细胞的细胞核下的液泡内产生一种管状物，同时在细胞表面形成一个小突体，管状物穿过细胞壁进入突出体内，这时母细胞中的细胞核就分为两个子核，其中一个随母细胞的细胞质进入突出体中，这样就形成了酵母的芽胞，芽胞在适宜的条件下迅速生长，当长到与母细胞大小相差不多时，母细胞和芽胞的接壁发生收缩，使芽胞脱离母细胞而形成为幼龄的酵母细胞。于是就完成了芽殖的全过程。一般生产中所用啤酒酵母，在有氧气的条件下，大约每1-1.5小时就可芽殖一代，在一般情况下，约需2小时才能芽殖一代。2.8怎样鉴定酵母细胞的死活？生产中常用区别酵母细胞死与活的方法，是采用0.1的吕氏美兰液染色法。美兰液是一种几乎无毒的染料，当把美兰液加入酵母细胞样液中时，根据能否染上色来区分细胞的死活。活的酵母细胞由于不停地进行着新陈代谢，细胞内氧化还原值颇小，还原力较强，当无毒的美兰染液进入细胞后，能立即还原脱色，不能被美兰液染上颜色；而死后或接近死亡的酵母细胞，不具有此还原能力，当加入美兰液后，就被美兰液染成兰色。进而达到鉴别的目的。操作方法是将被检查的酵母细胞溶液，用清洁、干燥的吸管吸取12ml，置于清洁、灭菌后的试管中，加入无菌水510倍稀释，再吸取0.1吕氏美兰液12滴，加入试管中，然后充分混合均匀。用无菌吸管吸取1滴于消毒、清洁的载玻片上，盖上载玻片，静置2030秒钟，再放在显微镜下观察，凡是被染成兰色的酵母细胞则是死亡或接近死亡的细胞，反之，呈无色的就是活的酵母细胞。必须指出，上述鉴别法中酵母细胞的颜色往往会受到美兰液的浓度、作用时间的影响，操作中应十分注意。2、杂菌：酒精发酵中常见的主要杂菌有乳酸菌、醋酸菌、丁酸菌、野生酵母。杂菌的污染对发酵的