酒精车间发酵培训材料.doc

1.1 酒精有哪些性质?酒精的化学名称叫乙醇。工业上通常叫的无水酒精，含乙醇在99以上，专供科研和作分析试剂用。酒精的大生产中以含乙醇95(容量)以上的医药酒精和(容量)的工业酒精为主。酒精的分子式是C2H5OH，分子量常取46.07。(一)物理性质纯净的酒精是无色、透明具有酒味和微弱香辣味的液体，易挥发。液体所含酒精浓度百分比不同。其沸点、比重、凝固点、燃点等均不同。如95(重量)的酒精溶液，沸点是78.18。常用的酒精比重为0.7893gml，沸点78.3，自燃点558，闪点12。酒精燃烧时，每1kg酒精完全燃烧后约能放出7000一7100kcal约热量。可为工业生产提供热能。酒精又是一种很好的有机溶剂，它能和水、乙醚、甘油等以任意比混合。酒精与水混合时，放出热量、体积缩小。体积缩小这一性质在配制一定体积的混合溶液时值得注意。(二)化学性质(1)燃烧时发出不易见的淡蓝色火焰，放出热量，燃烧后生成CO2和H2O。其化学反应方程式如下：(2)酒精能与碱金属作用放出氢气。酒精与金属钠的反应方程式如下：(3)酒精与浓硫酸共热发生失水反应，生成乙烯或乙醚。(4)酒精在高锰酸钾或重铬酸钾等氧化剂作用下，能迅速氧化生成乙醛，并进一步气化生成乙酸(冰醋酸)：(5)酒席与浓硝酸作用，生成硝酸乙醋。硝酸乙酯受热分解。会发生猛烈爆炸，因此可作为炸药原料：(6)酒精与有机酸作用，生成有机酸乙酯。许多乙酯类香精就是利用这种性质。(三)酒精的生化性质酒精能使细胞蛋白质凝固变性，因此具有杀菌能力，75的酒精杀菌力最强。少量的酒精对人大脑具有兴奋作用。1.2 酒精有哪些用途?第一、酒精可以为工业生产提供能源，如作为汽车的燃料或与汽油组成混合燃料。第二、酒精是一种很好的有机溶 剂，许多有机制剂的生产中都要使用，如利用酒精脱水成为乙烯，用以生产合成橡胶、聚乙烯、聚氯乙烯等。第三、酒精具有杀菌作用，被医疗卫生部门广泛用作消毒剂、防腐剂。第四、制造农药。第五、食品饮料工业中，用来生产汽酒、果酒、白酒等。总之，酒精在国防工业、医疗卫生、有机合成、食品工业、工农业生产中都有广泛的用途。1.3 酒精生产的方法有哪几种?在工业生产上，用发酵法或合成法来制取酒精，在我国有95以上的工厂，是采用发酵法生产酒精。(一)发酵法所谓发酵法，就是利用微生物-酵母菌在无氧条件下将糖转化为酒精的生产方法。发酵法又分为固体发酵法、半固体发酵法和液体发酵法三种。目前，固体发酵法和半固体发酵法在我国主要是用于生产白酒。一般产量较小，生产工艺较古老，劳动强度大。而在现代大生产中，都采用液体发酵法生产酒精，它与固体发酵法相比，具有生产成本低、生产周期短、连续化、设备能自动化，大大减轻劳动强度等优点。不论是固体、半固体、液体发酵法，都是利用淀粉作原料，经过微生物发酵转化为糖。再由糖转化为酒精。在转化过程中发生一系列极其复杂的生化反应。在转化时原料中的可溶性淀粉。在糖化酶的作用下，将可溶性淀粉转化为可发酵的糖，再在酒化酶作用下，将糖水解成酒精并放出二氧化碳。根据淀粉水解方程式，可以推算出100kg100的淀粉，可产95(容量)的酒精61.49kg，能产100的酒精56.78Kg。(二)化学合成法随着近代有机工业的发展。可利用石油裂解所得的乙烯来合成酒精。化学合成法生产酒精的方式有间接水合法和直接水合法两种。1间接水合法(又称硫酸水合法) 硫酸与乙烯经加成作用生成硫酸氢乙酯：2直接水合法 乙烯与水蒸气在有磷酸催化剂存在下，经高温、高压作用、可直接发生加成反应生成酒精。从反应条件可以看出，化学合成法生产酒精，所用生产设备要求具有较高的耐酸、耐压性能，生产条件和成本均较高。所以我国一般不用此方法生产酒精，基本上都是用淀粉质原料或糖质原料进行发酵来生产酒精。主要设备流程图见1.4 什么叫碳水化合物和可发酵性糖?(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巳不够确切。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，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其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。1.7 原料的灰分指的是什么?如何测定?原料中的灰分是指原料在高温下灼烧后所残留的矿物质，即是某些无机盐类。灰分中的无机盐是酵母和曲霉菌生长、发酵所需要的磷、钾、铁、钠等无机盐的来源，是必不可少的物质。但由于需要量很微。含量适当对生产酒精有好处，超过了一定的范围，说明灰分含量和杂质泥沙太多，对酵母的发酵和酒精的蒸馏要产生不良影响。常用原料中的灰分含量在1-3。如玉米灰分含量约为1.4，大麦占2.6，小麦占1.3，洗净的鲜红苕占0.4-1.5。所以，了解和测定原料中的灰分，也是鉴别原料质量优劣的一个指标。原料中灰分含量可用下述方法测定：准确称取粉碎后的细粉末原料3-5g，置于预先在干燥箱中烘至恒重的瓷钳锅中，先在火焰上徐徐灼烧，去掉挥发物质，然后大火使粉末完全炭化，当钳锅中原粉加热至不再有烟发生时，再放入500-550的马福炉中，灼烧至碳素完全燃尽，不呈任何黑色时，取出稍冷片刻，放入干燥器中冷却20一30分钟，待降至室温后，称重，再灼烧一次，直至恒重。原料灰分含量=（坩埚重灰分重）空坩埚重100%称取粉末原料重但值得注意的是，操作中不应使灰分损失，灼烧温度应保持在500一550之间，高低都会影响测量的准确性，灰化完全的粉末要及时称量，不可放置太久，否则灰分吸水而影响测定的数据。灼烧后如果仍有灰黑色的碳素存在时，则待稍冷后，加入10硝酸铵溶液3-5ml，先将水气蒸干，再灼烧，直至其中碳素完全消失。1.8 用玉米原料生产酒精有什么特点？玉米。四川叫苞谷，它是一种高产的农作物。干玉米，籽粒结实，硬度较高。玉米籽粒中含45的脂肪，在其胚体中高达1440。用玉米生产酒精有以下四个特点。（1)原料的粉碎 由于玉米籽粒结构比较坚实，在粉碎时对筛网和锤刀片磨损较大，耗电较多。可采用一级粉碎或二级粉碎，但用一级粉碎较多，筛网孔径可比其它原料略小或相同。（2)拌桨和蒸煮 粉碎后的玉米粉末原料在加水拌浆时，为了尽量减少原料在加热蒸煮时，可溶碳水化合物的损失，保持适宜的发酵浓度，通常采用原料：水1：3.04.0，拌浆时根据玉米淀粉结构紧密、质地坚硬、较难糊化的特点，可用50以下的温水进行拌浆，拌匀后升温至7080，预煮2040分钟，然后再蒸煮。蒸煮温度比薯干原料高1015，蒸煮压力比苕干高0.30.5kgcm2(表压，以下同)。例如某厂用玉米生产酒精时，其蒸煮工艺条件如下：1*蒸煮锅温度141-145，压力3.23.5kgcm2。2*蒸煮锅温度136-140，压力3.03.2kg/cm2。3*蒸煮锅温度132-135，压力2.83.0kgcm2。整个蒸煮时间不少于90分钟，糊化率为8592。（3)糖化和发酵 玉米原料的糖化和发酵与其它淀粉质原料相比，有突出的两个特点：玉米原料含有较丰富的蛋白质，在发酵时不须加入更多的无机氮就能满足酵母发酵中的需要量。由于玉米颗粒中含有较高的脂肪，在进行糖化时，特别是间歇糖化易使糖化醪表面形成一油层，影响散热并使醪液的酸度上升，易引起杂菌的污染。在发酵时，如果前工序中没有取油，也易在发酵醪表面形成油层，使CO2气体不易及时排除，影响酵母的正常发酵，同时也易引起杂菌污染。所以在糖化、发酵前，最好先把玉米中脂肪除去一部分，再进行糖化和发酵，或者在糖化锅、发酵罐的上表面安装采油器，使醒液表面的油层充分分离出来。由于上述因素的影响，在生产中往往化验出玉米含淀粉比高梁等原料含量高。而实际出酒率较低，就是由于这些因素所导致的。（4)成熟醪的蒸馏 由于玉米原料含有较丰富的蛋白质，蛋白质水解后，经酵母的发酵作用，在发酵醪中要产生较多的杂醇油，其含量约为酒精产量的0.50.7，所以在蒸馏中要加强取油，以防止成品中杂醇油含量超过国标的规定。2.1 原料为什么要经过粉碎?什么是原料的粉碎比?采用发酵法生产酒精时，不论是什么淀粉质原料，都必须经过125-143的加热、加压蒸煮。加热蒸煮时。如果采用间歇蒸煮。原料可以不经粉碎，直接蒸煮。但是，由于间歇蒸煮设备利用率低，只相当于连续蒸煮的l2-34，且劳动强度较大，生产效率低、占地面积大、蒸气消耗量大。因此，间歇蒸煮已逐渐被连续蒸煮所取代。若用连续蒸煮，原料在蒸煮前必须经过粉碎，将原料粉碎到0.6-1.5mm的颗粒后，进行蒸煮，才能使原料实现连续工艺的要求。其次，各种原料中的淀粉和可发酵性物质，都储藏在植物体内，以颗粒状存在于细胞中，受植物细胞膜的保护，它们既不直接溶解于水，又不易释出，只有采取一系列的机械加工，使细胞组织破坏，才能使它们释放出来，通常采用的办法就是粉碎。通过粉碎，有利于原料中淀粉的释出，有利于淀粉大面积地、均衡地与糖化水解酶作用，加速了蒸煮、糖化、发酵的反应速度，缩短了生产周期。同时，节约大量蒸气提高原料的利用率，并有利于整个生产工艺实现连续化、自动化，所以原料在蒸煮前要进行粉碎。原料在粉碎前必须通过严格的除杂处理，以防止废铁等杂质进入粉碎机内，减小对机件的磨损，避免烧坏电机、毁坏筛网。常用的除杂方法有磁力除杂、人工除杂和风送、风选等等。目前较为广泛采用的粉碎机是锤式粉碎机(见图2-1)，它具有较好的粉碎性能，对酒精生产中，中等硬度的原料粉碎效果很好。当采用锤式粉碎机对原料进行一次性粉碎时。筛孔直径不得大于3mm和小于l mm，过大的直径会引起原料吸水膨胀慢，影响糊化效果。过小则耗电量增大，同时又容易阻塞筛孔造成粉碎效率低等问题，常采用1.5-2.5mm筛孔为宜。原料的粉碎比，是原料粉碎前的平均直径与原料粉碎后的平均直径之比。用yD/d来表示。对苕干等薯类原料粉碎后的要求是：取8小时内粉碎的平均样品100一200g，用40目的标准筛分筛，通过40目筛的粉末应不少于80一85，其余应全部通过20目的筛孔。2.2 粉末原料采用气流输送时应注意些什么?气流输送就是采用风力输送，它是利用风机产生的气体在管道中高速流动，借助风力将粉碎后的粉末原料送入拌浆桶内。气流输送具有很多优点，首先是设备构造简单，占地面积小，其次是大大地改善了劳动条件，减低了劳动强度。根据厂家实际使用情况，有以下几点值得注意。(1)水分含量超过16的粉末原料，特别是鲜原料，不宜采用气流输送，因为水分过多，易堵塞管道和风口，使输送困难，难以保证连续生产的原料供应。(2)所选用风机型号一般要选择比实际需用量大1.2-1.5倍风机，风压也要比全系统压力损失的总和更大一些。这样，当原料条件发生较小的改变时，输送才不会受影响，粉料在输送的管道中才会始终处于悬浮状态流动，保证有足够的风量和风速。(3)选择输送管道的直径时，要保证空气通气量有110-120的富余量，在输送粉料时才不易发生管道阻塞。(4)所用落料器性能要好，要保证既能较快分料，又能有一定的密封程度，防止落料器落料慢而引起旋风分离器出现粉料阻塞现象。(5)整个输送原料的管道中，要尽量减少90的弯角和阀门，使整个输送管道中阻力较小，使粉碎后的原料能顺利地送入拌浆捅内。2.3 粉末原料在预煮时应注意些什么?粉末原料在进行预煮时，一旦处理不当，就会出现结团、结块、粘度高等现象。影响向下一工序输送和蒸煮醪的质量。为了防止预煮时发生这些现象，必须在操作中注意以下几点：(1)加水比，粉碎的原料在进行预煮前，要加入适当的水进行拌浆。其加水量的多少不但影响醪液的粘度，而且还会影响以后酵母的发酵。加水量小，蒸煮后醪液浓度高、粘度高，造成输送困难，酵母发酵困难，加水量大，设备利用率低，生产费用增加。所以，正确的加水比是保证下工序能否正常生产的重要因素之一。通常苕干原料采用14，木薯原料采用14-4.5。一般原料均在13.4-4。在四川的一些生产单位，由于设备和菌种的关系，其加水比都偏高，这样虽然减少了糖的损失，但却降低了设备利用率，成本并不可能减少。(2)拌浆，在粉末原料拌浆前，向拌浆桶中加入一定量的水，水温不得超过50，粉末原料进入后要充分拌匀，使其中无团、无块，在此过程中防止水温过高，以免产生“胶团”难以拌匀，影响蒸煮醪的质量和输送。(3)升温，拌匀后的浆液升温预煮时，应缓慢加热升温，防止升温过快，引起结团和局部受热而焦化，通常升温时间应不少于20-40分钟。(4)预煮温度和时间，预煮温度和时间应根据原料种类不同而有所差异，一般情况下采用60一80温度下，预煮40-60分钟即可。实际生产中往往忽视预煮温度和时间，影响蒸煮醪的质量。(5)使用粘度较高的原料时，可加入一定的细菌淀粉酶(-淀粉酶)，降低醪液粘度，有利于发酵和输送。同时，对于粘度较大的粉末原料，可加入其它原料混合使用或加大加水量的办法来降低粘度。2.4 淀粉质原料为什么要进行蒸煮？其工艺流程如何?(1)各类植物原料中的淀粉，在通过粉碎、细脑破裂，加水拌匀使之膨胀，释出大量淀粉和可溶性物质，又经过40-80预煮，维持35-60分钟后，再经过加热至130-145温度，60一90分钟的蒸煮，使原料中的细胞组织彻底破裂，淀粉充分糊化，把颗粒状的淀粉变成溶解状的糊液，这时的可溶性糊液才能更好地被淀粉酶利用，通过蒸煮的原料有利于糖化酶的糖化和酵母菌的发酵，所以原料要进行蒸煮。(2)由于加热的作用，使原料内外附着的大量微生物，通过100以上的蒸煮起到灭菌的作用，这样有效地防止了生产中的杂菌污染，所以原料必须经过蒸煮。(3)通过蒸煮，原料醪液粘度下降，有利于醪液输送和下一工序的操作。(4)有利于排除原料中含有的某些低沸点有害物质，如甲醇、氰化物等，对提高产品的质量有较好的作用，故原料要进行蒸煮。在我国大多数的酒精厂中，已基本实现了蒸煮连续化，仅部分产量较小的单位仍保存着传统的间歇蒸煮，下面就两种蒸煮的工艺流程介绍如图2-2、图2-3。间歇蒸煮整个过程可在蒸煮锅内完成，一般只适宜于块状原料的蒸煮，蒸气压力要求两头小中间大，作用时间较长，对大量生产酒精已明显存在不足，所以被连续蒸煮所取代。2.5 什么是糊精及其糊化?糊精和糊化是用来衡量原料蒸煮工艺的技术用语。淀粉在受到加热、酸或淀粉酶作用下发生分解和水解时，将大分子的淀粉首先转化成为小分子的中间物质，这时的中间小分子物质，人们就把它叫做糊精。干糊精是一种黄白色的粉末，它不溶于酒精，而易溶于水，溶解在水中具有很强的粘性，淀粉质原料在进行蒸煮时，淀粉分子受热分解，首先就生成了糊精。这时如果加入一滴碘时，溶液就会呈红紫色，而不是象淀粉遇碘那样呈蓝色。淀粉转化为糊精的过程可用下式表示：生产上通常把淀粉质原料在高温、高压下进行蒸煮，使淀粉细胞彻底破裂，淀粉由颗粒状态变为液糊状糊精的过程就叫做原料的糊化。其糊化程度用糊化率来表示。糊化率=糊精或可溶性碳水化合物x100/总糖2.6 蒸煮温度对原料中的蛋白质有什么影响？蛋白质是一种极其复杂的有机物，它和脂肪、碳水化合物是人类营养的三种主要物质，对一切生物的生命活动起着决定性的作用。所以它同样对于酒糟生产中的酵母菌、曲霉菌也起着很重要的作用，是组成它们的原生质和代谢物质的成分。蛋白质的形成和消耗主要是以氮素化合物的循环为主要形式。原料中的蛋白质在酸、碱或灼热的情况下，最易引起凝固和变性，当温度上升到45-55时，蛋白质的变性速度就可被觉察，出观凝固和变性的作用，这个现象我们在煮鸡蛋和瘦肉时可以观察到。当温度上升至100时，醪液中的可溶性蛋白质便逐渐减少，但是温度再继续升高时，可溶性蛋白质则又开始增加，随后进行胶合作用。总之，原料在蒸煮过程中可溶性氮含量是增加的，而蛋白质状态的氮则要下降，残留于醪液中的氨基态氮含量是不发生变化的。原料中的蛋白质含量适当，对酵母的发酵有利，如果蛋白质多，在蛋白酶的作用下发生水解后，会使醪液升酸快、产生副产物多，生产中要控制发酵醪中蛋白质态氮和氮素化合物的含量，以免影响生产和避免大量杂醇油的产生。蛋白质含水量与凝固温度关系如下：蛋白质含水量()0618255030分钟内凝固温度()160-17014580-9074-8056另外，生产中如果要了解醪液中是否有蛋白质时，可用下述简单方法测试。把被检查的醪液吸入试管中，加入4-5滴浓硝酸，并加至微热，这时试管中有黄色的沉淀析出，待冷却后再加入过量的氨水，如果这时的沉淀变为橙黄色，则证明醪液中有蛋白质存在。平时，操作中不慎沾有浓硝酸在手上时，皮肤变成黄色，这也是由于存在蛋白质的缘故。常用原料中蛋白质含量所含氮量参数如下：名 称蛋白质含量()氮含量()薯 干5一60.8-0.96木薯干1-1.20.16-0.19玉 米8-91.28-1.44高 梁7-101.12一1.6土豆干5-70.8-1.12小 麦9-111.44-1.762.7 为什么蒸煮时速度不能太快、温度不宜太高?原料粉碎后首先是进行加水预煮，使原料中的淀粉吸水膨胀、糊化，这时原料中的大量直链淀粉(大分子成直链状，易溶于温水，常用原料中占淀粉含量的15-20)和少量的支链淀粉(大分子有许多侧链，不易溶于水，通常占淀粉含量的80-85)开始由颗粒状转变为溶液状，而大量的支链淀粉和少量的纤维素等物质才开始膨化，在这个时候如果我们采用快速、高温、高压进行蒸煮，虽然原料的组成中以淀粉为主要成分，但其中也还含有一定量的糖、蛋白质等，这些物质在受到快速地加热、加压时，容易产生焦化作用，形成对发酵、制曲有害的大量焦糖。同时，部分己糖(六碳糖)变为羟甲基糠醛，羟甲基糠醛和醪液中存在的各种氨基酸分子结合形成黑色素。含有果胶质的原料在这时产生甲醇量就大。醪中的可发酵蛋白质就会减少。焦糖、黑色素、甲醇不仅不能被酵母发酵所利用，而且还会阻碍它们的生长，影响原料的出酒率和产品的质量。根据资料介绍，含葡萄糖10的溶液，在温度121，压力为1.0一1.1kg/cm2(表压)条件下，作用15分钟，可损失葡萄糖24；同样温度、压力下，可使10蔗糖溶液中的蔗糖损失12.32，即是在常压下，温度为100作用30分钟，含葡萄糖10溶液中的葡萄糖也会损失8.02；10蔗糖溶液中的蔗糖也要损失3.65，由此可见，过高的温度对原料中糖分的损失是严重的。另外，在瞬时的加压、加温中，有部分没有拌匀的原料，由于受到快速加热作用，而在表面形成一些胶状体，使蒸煮后的醪液难以达到工艺要求的糊化率，并影响醪液的输送。由上可知，采用快速高温、高压蒸煮原料，不仅增加能源损耗，而且造成原料中有效成分的损失。有时还会因为猛烈的升温、升压，对设备、仪表、管道产生不利影响，利用率大大降低，甚至还会造成人身、设备事故。 因此，为保证蒸煮后的醪液具有良好的质量和设备的安全运行，蒸煮原料时应缓慢地升温加压，保持适宜的温度和压力。使蒸煮后的醪液(糊化醪)具有外观光亮、呈淡黄色或棕褐色，并具有原料固有的香味，特别是玉米原料香气更为突出。不能有不透明的硬块、及呈白色、深褐色和有焦糊味等。28 间歇蒸煮易产生哪些不正常的现象？间歇蒸煮中最易发生的问题有以下几点：(1)原料在进行蒸煮前，应先加水入锅，再加料拌匀，当使用粉末原料时，如果拌料水温超过50以上，就容易产生结团、结块现象使部分原料难以糊化。(2)当蒸煮锅装料量超过80时，就容易产生蒸煮后的醪液糊化不均匀，接触蒸气面积大的部分，原料糊化率高，接触面积小的部分，原料糊化率低。在蒸煮过程中排气时，容易将醪液从排气管中排出。所以，装料系数一般应不超过0.75一0.8，否则蒸煮锅的利用率会明显的下降。(3)当蒸气压力不稳定，技术掌握不熟练时，难以控制准确的糊化率，经常出现不是煮焦，就是出夹生料。(4)间歇蒸煮原料，工人劳动强度大，消耗蒸气多。有时会因蒸煮时间安排不当，出现糖化、发酵环节缺料和积料现象，使生产周期延长。发醉率偏低。2.9 哪些因素对完成规定的糊化率产生影响?原料在蒸煮的过程中，对达到工艺规定的糊化率产生影响的因素主要有以下几个方面。1原料的粉碎比 原料粉碎比的大小，与热处理的接触面积和效率有直接关系，一般说来，粉碎比越大，粉料越细，总接触面积越大，热处理效率越高。生产中采用1.5-2.5mm的筛孔时，对完成规定的糊化率较适宜，过大则难以糊化，过小耗电量会增加，因而，控制原料的粉碎比对完成工艺规定的糊化率有重要作用。2拌浆加水比 原料在拌浆时，加水量的多少不但与原料种类有关，而且对完成糊化率有密切联系，一般薯类原料采用13-4，粮谷原料采用13.5-4.5的加水比，对达到适宜的糊化率有较好的效果。3蒸煮压力与温度 原料蒸煮时的蒸气压力和温度是蒸煮醪能否达到要求的糊化率最关键性的因素。蒸气压力高、温度也高，原料糊化就快。压力低、温度低则糊化速度就慢。压力、温度越稳、完成规定的糊化率就越有保证。所以、控制最适宜的压力、温度对完成规定的糊化率起关键性作用。例如薯干原料蒸煮时控制温度在128一135之间、压力在2.5-3kg/mc2(表压)，可使糊化率控制在88-92之内。4蒸煮时间 蒸煮时间也是影晌糊化率完成的重要因素，时间糊化率高，时间短糊化率就低。通常情况下连续蒸煮时间控制在90一120分钟。例如薯干以90-100分钟为宜，玉米则以100一120分钟为宜。5其它因素 预煮时的温度、时间，循环排气次数等都可对完成糊化率产生影响，有时除了生产控制条件的影响以外，还可能因化验分析不准、设备性能差等因素也会影响糊化率。使生产过程中产生较大的波动。这些都应引起我们在生产中注意。3.1 什么叫做糖化?其目的是什么?淀粉质原料通过蒸煮以后，把颗粒状态的淀粉变成了溶解状态的糊精，这时的糊精还不能被酵母直接利用，发酵产生酒精和二氧化碳，还必须采取添加糖化剂(麸曲、液体曲、糖化酶)的办法，把醪液中的淀粉、糊精转化为可发酵性糖等物质后，才能被酵母所利用，发酵产生酒精。这个将可溶性淀粉、糊精转化为糖的过程，生产中就叫做糖化。其转化过程可用下列方程式表示：淀粉糖化的目的，是通过糖化剂中的曲霉菌体里所具有的各种酶系作用，将淀粉、糊精进行水解。其中所含的-淀粉酶(又叫做液化酶)能使淀粉液化，醪液粘度下降，有利于醪液输送和酵母的发酵，它还能将淀粉中的直键淀粉最终水解，生成87的麦芽糖和13的葡萄糖。利用菌种中淀粉1，4葡萄糖苷酶(也叫做糖化酶)或者叫做葡萄糖生成酶，作用于淀粉分子中结合的1，4糖苷键，从分子长链的非还原端，一个一个地水解为葡萄糖水子，虽然它不能切断1，6键，但是切到分支点时可绕过1,6键而将1,4键水解，水解后的产物几乎全部生成萄萄糖。该酶也能分解麦芽糖，生成两分子的葡萄糖。利用糖化酶中的1，6葡萄糖苷酶，分解醪液中的界限糊精，生成可发酵性糖。利用菌体中的磷酸糊精酶，使醪液中磷酸与醇式羟基结合成酯的磷酸糊精水解成为葡萄糖，同时释出磷酸。利用其中的单宁酶、果胶酶分解原料中所含的单宁和果胶质，从而减少生产中的有害物质。利用蛋白酶分解原料中的蛋白质，生成酵母的营养物质-蛋白陈或肽。糖化酶系中，还有一种转移葡萄糖苷酶，它的作用是把可发酵糖变成不发酵性糖如异麦芽糖或潘糖，糖化剂中，该酶含量越少越好。总之，糖化的作用也就是把溶解状态的淀粉、糊精转化为能够被酵母利用的可发酵性物质(当然也有不发酵性物质生成，这主要是由于转移葡萄糖苷酶等的作用)，降低醪液的粘度，有利于酵母的发酵和酵液的输送。3.2 什么叫做糖化力?糖化力是生产中用来测定液体或固体曲中淀粉1，4葡萄糖苷酶和淀粉1，6萄萄糖苷酶转化可溶性淀粉生成糖的能力。当然也包括其它酶对原科中组成物作用生成还原性物质的能力。目前国内酒精生产行业中，对糖化力测量单位尚无统一的规定。例如有的厂采用1ml液体曲或1g固体曲，在50、pH4.8时，60分钟内分解可溶性淀粉生成1mg葡萄糖称为1个糖化力单位。也有的厂是采用1ml液体曲或1g固体曲在40、pH4.6时，1小时能将2的可溶性淀粉水解生成1mg葡萄糖时，定为一个糖化力单位。但是多数厂是以下列方法来测定液体曲和固体曲的糖化力。液体曲，以每ml液体曲于40、pH4.6，l小时内分解可溶性淀粉变为葡萄糖，生成多少mg葡萄糖，就有多少个糖化力单位。即C6H12O6mgml液曲60min40pH4.6。固体曲，1g绝干的固体曲在30、pH4.6时， 1小时内水解可溶性淀粉生成葡萄糖多少mg，就是多少个糖化力单位。即C6H12O6mgg固体曲60min40pH4.6。3.3 什么叫做液化力?液化力，系用于测定液体曲或固体曲中-淀粉酶对淀粉的液化能力，其中也包括有其它酶液化淀粉的综合能力。测定方法如下：液体曲，每ml液体曲，在60、pH6.0时，1小时内液化淀粉的mg数。即是：(C6H10O5)n mgml液曲60pH6.060min。固体曲，每g曲在60、pH6.0，l小时液化淀粉的g数。即是(C6H10O5)n gg固曲60pH6.00.60min。3.4糖化工艺主要控制哪些数据?淀粉质原料生产酒精的糖化工艺，在我国还存在着连续糖化和间歇糖化两种方法。这里就两种方法的工艺控制数据加以简述：(一)间歇糖化法1加水量 一般采用间歇蒸煮的厂也采用间歇糖化。从目前生产实际来看，间歇蒸煮后的蒸煮醪中，含水量较连续蒸煮后的蒸煮醪含水量要少、醪液浓度较高，如不添加水就直接加曲糖化，则不利于糖化酶的糖化和酵母的发酵。所以，在糖化前要加入一定的水冲稀醪液，使糖化后的醪液能保持1416Bx之间，也可根据所用菌种的抗渗透压能力，略为提高或降低12Bx。其加水量，干原料应满足总加水量为原料的3.0一4.0倍。总加水量蒸煮前加水量糖化时加水量(蒸煮原料时冷凝水量和排出二次蒸气量中含水量均可忽略不计)。还可按酵母发酵中实际耐酒精的能力，确定发酵醪的浓度，计算糖化时的加水量。计算公式为：糖化加水=蒸煮醪总重量（蒸煮醪浓度要求浓度）要求浓度2温度 间歇糖化的温度是糖化工艺控制的关键数据。当加曲、加水、加酸拌匀后，可使糖化醪温度保持在601内，如果采用As34309制备的液体曲时，可把糖化温度控制在5860。3加曲量 糖化时的加曲量要根据曲的质量而定，对于较好的曲，可适当少加，对于采用As34309菌种所制备的糖化剂，由于该菌含液化酶较少，液化能力较弱，使用时，可适当考虑多加。不要为了少加曲，而降低原料的利用率，反而使产品成本上升。生产中，固体曲使用量为原料量的47，使用液体曲时，可按每克原料(含淀粉65以上)加入200250个酶活单位，或者按每生产1g酒精加800900个酶活单位的曲液。4pH值 糖化剂中酶作用的pH值，多数在4.0一6.0之间，生产中为了保证糖化酶不受pH的影响，又能使糖化过程中能抑制杂菌的生长，一般多把糖化醪pH控制在4.0一4.6以内。5糖化时间 间歇糖化时间，从加完曲拌匀后开始计算时间，用于培养酒母的糖化醪，大约需1.52小时，很多厂采用11.5小时。但在大生产中的发酵用糖化醪，一般为2545分钟。6糖化效率 糖化效率的控制，如果是用于培养酒母的糖化醪，糖化率可控制在50一60左右，用于大生产中的糖化醪，通常在3550之间较好。有的工厂采用控制还原糖的办法，一般情况下，使糖化醪中的还原糖有34.5。在糖化过程中，不宜使糖化效率和还原糖过高，否则会产生糖抑制，影响后糖化和酵母的生长。糖化效率=糖化醪中还原糖100%糖化醪中总糖(二)连续糖化法连续糖化工艺与间歇糖化工艺不同，前者的糖化过程中，进科、加曲、降温是同时在不同的设备中进行，且不断地从上面加料，不断地从下面出料，整个过程连续化。而间歇糖化，糖化的整个过程都始终处于糖化锅中，一锅一锅地糖化，糖化一锅又重换一锅。连续糖化一般不需加水，它的浓度就能满足工艺的要求。其余各项工艺指标控制，基本上和间歇糖化相同，糖化时间略偏低，大约为20一30分钟，糖化效率为2840。两种搪化方法工艺流程比较如下：1间歇糖化法 蒸煮醪糖化锅加水冷却(120一60加酸十加曲十糖化十冷却(6030)发酵罐(或酒母罐)3.5 为什么糖化时间不宜过长？在糖化过程中，不管是使用固体曲还是液体曲作糖化剂，糖化时间都不宜过长。通常为20一40分钟，如果加曲量足够时，就能使糖化效率达到3550左右。在一定范围内，延长糖化时间，可以增加糖化醪中还原糖的生成量，但随着还原糖的增加，糖化速度越来越低。糖化时间过长，糖化醪中还原糖增加太多，发生糖抑制效应即溶液渗透压增高，影响酶反应与酵母生长，影响糖化酶的后糖化作用，淀粉的利用率反而得不到提高。同时降低了设备的利用率。在曲霉糖化菌所产生的糖化酶中，如果存在转移葡萄糖苷酶时，在长时间的糖化作用中，会把麦芽糖上水解下来的葡萄糖，又转移给另一分子作为“受体”的葡萄糖上，生成异麦芽糖或潘糖，成为不能被酵母利用的非发酵性糖，加上酶系中-淀粉酶长期作用，生成大量的麦芽糖也会被转移葡萄苷酶利用，这样也会降低淀粉的出酒率。酶系中的蛋白酶长时间的作用，会产生大量的氨基酸，促使糖化醪的酸度有所上升，不利于酵母发酵。其次，在糖化过程中，长时间保持5860温度，使糖化酶一直处在“高速”转化过程中，会使糖化酶后糖化力减弱，长时间的高温致使酶部分失活造成糖化酶钝化，最终使部分淀粉或糊精因糖化酶失活或糖化能力减弱而不能生成还原糖，使发酵醪残糖上升，淀粉利用率下降。在酒精生产的发酵过程中，要求糖化酶要具有较强的后糖化力，才能使原料中的可发酵成分充分利用。另外，当酵母处于高糖度的醪液中发酵时，其发酵能力要受到抑制，繁殖速度和发酵速度都要减慢。有人实验，在加曲量足够的条件下，采用2分钟的糖化时间和采用2小时的糖化时间，最后发酵成熟后的含酒率几乎相等。因此，糖化时间不宜过长，采用连续糖化时，一般可在20一30分钟就行了，在夏天，糖化时间还可略短一些。3.5 影响糖化醪质量的主要因素有哪些?糖化醪的质量通常用糖度、总糖、还原糖、酸度等指标来衡量，正常的糖化醪糖度为1218Bx、总糖10一17、还原糖36、酸度24，生产中影响糖化醪质量的主要因素有以下几个方面。(一)原料的影响原料的化学组成与糖化醪质量的好坏有直接关系。即使有优良的糖化剂，没有好原料作基础，生产出的糖化醪同样质量不高。同时，较好的原料，而因蒸煮不透，糊化率达不到要求，同样也会影响糖化醪的质量。所以，在选择酒精生产的原料时，既要考虑经济价值又要考虑原料的有效成分，这样才会保证工厂的生产能力和经济效益。(二)糖化剂的影响酒精生产中所用糖化剂的质量和加入量的多少，是影响糖化醪质量的关键。只有选择那些高单位、强活性的糖化剂，加上正确地使用糖化剂的加入量，才能保证糖化醪的质量和数量。如加入量少，糖化过程中反应速度就会减慢，糖化醪中生成还原糖较少，酵母生产受影响，发酵缓慢，发酵结束后，成熟醪中残余淀粉多，原料利用率下降。例如，某工厂最初采用每克淀粉用200单位的糖化力加入糖化醪中进行糖化，糖化醪进入发酵罐时含还原糖在23，使酵母发酵旺盛时需要还原糖分不足，致使成熟醪中残余总糖高，而残余还原糖低。后来采用每克淀粉添加250单位糖化力的糖化剂，其醪进入发酵罐时，还原糖达到45，从而使成熟醪残糖降低至0.6左右，提高了发酵效率。但是，如果过多地加曲，则反应速度虽可加快，但从整个生产看来，并无好处，反而造成浪费。(三)糖化温度的影响控制糖化温度的高低，主要是根据糖化剂中酶的作用温度和性质来确定的。一般说来，随着温度的增加，酶的反应速度加快，但是，超过了它的界限温度，不但不能加快反应速度，反而还会破坏酶的活力，失去糖化的作用。如果温度太低，又会使反应速度减慢，作用时间增加。所以，糖化温度一般以控制在5562为宜。(四)pH值的影响糖化醪中pH值是影响糖化醪质量的又一因素，pH高容易引起杂菌浸入而繁殖，pH低则又会影响糖化酶的作用和反应速度。总之，不适宜的pH值，都可能引起酶失去活性，造成杂菌污染。通常情况下，糖化醪中的pH值为3.84.5。(五)糖化时间的影响糖化时间不宜过长，过长时间的糖化反使糖化醪质量下降。糖化后的醪也不宜存放，特别是在夏天，糖化醪应在较短时间内投入发酵罐中发酵，以防止糖化醪浸入杂菌。4.1 什么叫微生物?酒精生产中常见的有哪些?微生物是指那些个体非常微小，结构比较简单，必须借助显微镜才能观察到形态、大小的生物。简单地说就是用肉眼看不见的生物。但是某些微生物并不符合上面的定义，如真菌中的蘑菇、大马勃、层孔菌等都能用肉眼看到，由于它们的菌体太大，和微生物这个名称很不相称，所以在许多微生物书中部没有介绍它们。在微生物中主要包括细菌、放线菌、毒菌、酵母菌、枝原体、原生动物、单细胞藻类、立克次氏体和病毒等。这些微生物一般说来都具有体积小、种类多、分布广、繁殖快、容易培养、代谢能力强、容易发生变异等特性。例如，生产酒精的酵母菌，平均直径只有48m，细菌的个体则更小。到目前为止发现的微生物大约有10多万种，可以说是种类繁多。上至2万米的高空，下至海洋深处，无处没有微生物的存在。它们有惊人的繁殖速度，某些细菌只需要20一30分钟就能繁殖一代，这些微生物营养简单，有些在人为的控制条件下就能正常地生长。它们都具有非常强的代谢能力，如1kg酵母菌能在24小时内可将几千公斤糖发酵生成酒精和二氧化碳。但这些性质，一旦条件改变，其性能、形态等，都可很快发生变异。酒精生产中，最常见的微生物有酵母菌、霉菌和细菌三种。4.2 培养基配制的原则是什么?用于酒精生产的曲霉菌和酵母菌，所用的培养基配制原则有两方面，即供生长、繁殖、代谢产物培养基的配制和保藏曲霉菌、酵母菌菌体所用培养基的配制。但不管它们是什么培养基的配制，都必须具备下列配制原则。(一)要有曲霉菌、酵母菌生长、繁殖所需的碳源。因为，碳源是构成曲霉菌、酵母菌细胞的重要组成部分，也是排出各种代谢产物和细胞内贮的原材料；同时又是菌体活动的能量来源。根据曲霉菌和酵母菌的组成可以知道，在它们的细胞中曲霉菌含碳水化合物占细胞内固形物的740，酵母菌细胞中占27-63，只要我们清楚细胞的组成和排出的代谢产物，就不难知道它们在生长、繁殖的过程中所需的各种营养物质。培养基中的碳源主要来自各种醪液，原料中的糖分、淀粉、纤维素等的水解产物。(二)要有酵母菌、曲霉菌生长、繁殖所需的氮源。氮源是构成菌体细胞蛋白质和核酸的主要成分，而蛋白质和核酸又是组成菌体原生质(原生质就是细胞中具有生命活动的物质)的重要组成分。从分析菌体细胞的组成可以知道，曲霉菌细胞中含有蛋白质为细胞中干物质的1420左右，酵母细胞中含蛋白质为干物质的3275左右。由此可见，氮源也是培养基中不可缺少的物质。在菌种的纯培养阶段，通常添加适量的蛋白胨、肽。在大生产中则多以加入硫铵或尿素为主，补充发酵液中氮源的不足。其用量常在0.10.3左右。(三)培养基中要有适宜的水分。水分是菌体细胞中含量最高的物质，一般情况下，酵母菌细胞含水占整个细胞重的7085，曲霉菌含水占整个细胞重的8590，并且它们所需的各种营养物只有溶解于水后，才能被菌体细胞质膜所吸收，在细胞内进行合成与代谢。所以，制备的培养基，必须含有适宜的水分。一般说来，曲霉菌所用培养基水分不宜过高，过多的水分使曲霉菌菌丝生长茂盛，形成孢子较少，容易引起发生变异，使糖化力下降，还易发生杂苗污染。所以，培养过程中，制备的新鲜固体培养基，要放在室温下干燥10天左右后，才接种入内。酵母菌所用的固体培养基表面应无明显的水珠，曲霉菌所用的固体培养基则就更应干燥一些。(四)培养基中要有菌钵细胞不可缺少的无机盐。主要指磷、硫、镁、钾、铁等微量元素，尽管它们在细胞中含量甚微，但不可缺少。特别是当细胞中缺少磷时，对菌体细胞合成及排出代谢产物带来困难，对各种辅酶的形成也将受到阻碍，所以，微量的无机盐在培养基中不可缺少。培养过程中，通常以添加磷酸、硫酸亚铁、硝酸钠等来供给无机盐。(五)培养基中还要有适宜的生长素。其中主要是B族维生素，培养过程中的生长素主要来源于原料之中，如玉米、麸皮中就含有比较丰富的生长素。所以，在培养基中添加适量的玉米浆、麸皮对菌种的生长、繁殖有一定的好处。(六)培养基还必须控制菌体生长繁殖适宜的pH值。pH值不当，会影响菌体对营养物质的吸收，影响菌体细胞的生长代谢等。通常情况下培养基中pH值一般控制在4.05.0之间。综合上述，我们所配制的培养基，必须具有足够的碳源、氮源、无机盐、水分、生长素和适宜的pH值等，用于保藏菌种的培养基，一般不要求有足量的营养物，主要是为菌体细胞处于营养贫乏的休眠状态创造条件。表4-2 酵母菌、曲霉菌细胞组成成分菌名占 固 形 物 %水分%碳水化合物无机元素蛋白质核酸酵母菌27633.873275687080霉菌740612142011.585904.3 酒精生产用酵母菌种的选择依据有哪些?选择生产用酵母菌种，是提高原料利用率的有效措施之一，具备了优良的菌种，加上精心操作，使用适宜的培养条件，达到好的发酵效率是可能的。选择酒精生产所用酵母菌大约有如下几点要求。(1)选择具有较强的酒化酶，发酵能力强，繁殖迅