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酒精的发酵 食品1131班黄金泽16 酒精工业和其他轻工业一样 具有投资小 回收期短 资金周转快的特点 在国民经济中起着重要的作用 与人民生活有着密切的关系 随着现代科学事业的不断发展 酒精的应用范围越来越广泛 它是许多化工产品不可缺少的基本原料 利用酒精可以制造合成橡胶 聚氯乙烯 聚苯乙烯 乙二醇 冰醋酸 苯胺 乙醚 脂类 环氧乙烷 氯乙醇 二氯乙烷和乙基苯等 酒精是一种很好的有机溶剂 也可作为洗涤剂和浸出剂 在医药上酒精可用与灭菌和药剂的调试 高纯度的酒精可用来配制各种饮料酒 在国外有的工厂用酒精作燃料 取代煤和汽油 有的国家正在使用 用酒精作为燃料的汽车 随着自然资源开发的日渐减少 酒精作为绿色资源永不腿色 他的用途将更为广泛 酒精发酵生产的副产物杂醇油 主要含有高级醇和脂类 可用来制造香料 油漆及增塑剂 也可用作有机溶剂 二氧化碳可制成液体二氧化碳与干冰 液体二氧化碳可用于清凉饮料的制造和消防事业及焊接工业等 固体二氧化碳可作冷冻剂及人工降雨需用的材料 酒精生产是在酿酒的基础上发展来的 我国酒精生产以发酵法为主 大多数工厂是采用薯干为原料 而广东 广西 福建 四川 台湾 等省是以甘蔗糖蜜发酵生产酒精的比例较大 华北 东北地区则以甜菜糖蜜发酵生产酒精较多 目前 各地酒精工厂因地制宜 也有利用野生植物淀粉质原料或亚硫酸盐纸浆废液和木屑稀酸水解法来生产酒精 我国合成酒精的大规模生产是以依稀为原料 采用直接法合成酒精 随着我国石油工业的发展 合成酒精的生产也势必有较快的发展 近年来 随着酒精质量的不断提高 各科研部门对酒精工业进行了一系列的技术改革 无论是在连续蒸煮 真空冷却 连续糖化 液体曲 糖化酶 固体干酵母的使用 连续发酵 新型蒸馏塔的应用方面 或是在优良菌种选育 工艺与设备的改进 自动控制 综合利用和环境保护等方面 都取的了不少的成绩 国外酒精工业的生产方法 包括发酵法和化学合成法两种 近年来 以淀粉质原料发酵生产酒精逐渐减少 以糖蜜为原料发酵生产酒精逐渐增加 目前糖蜜酒精产量占世界总产量的40 随着石油化工的迅速发展 用硫酸法 直接水合法以及利用石油裂解产生的乙烯或天然气直接合成酒精的产量越来越大 但是迄今为止 合成酒精还不能完全取代发酵发生产酒精 因为合成酒精往往夹杂异构化高级醇类 对于人的高级神级中枢有麻僻痹作用 不是宜作饮料 食品 医药及香料等用 因此即使是石油化工发达的国家 发酵法生产酒精仍然占有一定的比例 美国以淀粉质原料用发酵法生产的酒精始终保持10 以上 一些农副产品资源丰富的国家 发酵法仍然是生产酒精的主要方法 一 酒精的种类和工业生产的方法1 酒精的种类我国工业生产的酒精按国家规定分为高纯度酒精 食用酒精和工业酒精等 并由轻工业部和卫生部颁布标准 1 高纯度酒精 GB 687 78无水酒精 酒精浓度不得低于99 5 容量 是一种严格中性没有杂味的酒精 专供国防工业 电子工业与化学试剂用 2 食用酒精 GB 10343 89食用酒精 酒精浓度不得低于95 0 容量 杂质含量较少 主要用于食品行业配制饮料酒 医药行业和精细化工行业 3 工业酒精只要求酒精浓度达到95 0 容量 无其它要求 主要用于油漆稀释 合成橡胶等工业生产 或作燃料使用 2 化学合成法生产酒精是利用炼焦炭 裂解石油的废气为原料 经化学合成反应而制成酒精 生产方法又可分为间接水合法和直接水合法两种 目前工业上普遍采用后者 A 间接水合法又称硫酸水合法 它的生产过程是将乙烯与硫酸经加成作用生成硫酸氢乙脂 再进行水解 生成乙醇和硫酸 此法的缺点是对设备腐蚀严重 酸消耗较多 优点是对原料气体的纯度要求不高 设备简化 易与上马 B 直接水合法乙烯与水蒸气在磷酸催化剂存在下 在高压高温下可直接发生加成反应 生成酒精 此法要求乙烯纯度在98 以上的原料气 需要采用特出的方法分离裂解其中各种组分 对设备 材料都提出了较高的要求 但此法步骤简单 无腐蚀问题 2 酒精工业的生产方法可分为发酵法和化学合成法两大类 1 发酵法是利用淀粉质原料或糖质原料 在微生物的作用下生成酒精 根据原料的不同 又可分为 A 淀粉质原料发酵生产酒精这是我国当前生产酒精的主要方法 它是利用薯类 谷物及野生植物等含淀粉的原料 在微生物的作用下将淀粉水解为葡萄糖 再进一步发酵生成酒精 整个生产过程包括原料蒸煮 糖化剂制备 糖化 酒母制备 发酵及蒸馏等工序 B 糖蜜原料发酵生产酒精直接利用糖蜜中的糖分 经过稀释并添加部分营养盐 借酒母的作用发酵生成酒精 C 亚硫酸盐纸浆废液发酵生产酒精造纸原料经亚硫酸盐液蒸煮后 废液中含有六碳糖 这部分糖在酵母作用下可以发酵生成酒精 主要是工业酒精 2 化学合成法生产酒精是利用炼焦炭 裂解石油的废气为原料 经化学合成反应而制成酒精 生产方法又可分为间接水合法和直接水合法两种 目前工业上普遍采用后者 A 间接水合法又称硫酸水合法 它的生产过程是将乙烯与硫酸经加成作用生成硫酸氢乙脂 再进行水解 生成乙醇和硫酸 此法的缺点是对设备腐蚀严重 酸消耗较多 优点是对原料气体的纯度要求不高 设备简化 易与上马 B 直接水合法乙烯与水蒸气在磷酸催化剂存在下 在高压高温下可直接发生加成反应 生成酒精 此法要求乙烯纯度在98 以上的原料气 需要采用特出的方法分离裂解其中各种组分 对设备 材料都提出了较高的要求 但此法步骤简单 无腐蚀问题 2 化学合成法生产酒精是利用炼焦炭 裂解石油的废气为原料 经化学合成反应而制成酒精 生产方法又可分为间接水合法和直接水合法两种 目前工业上普遍采用后者 A 间接水合法又称硫酸水合法 它的生产过程是将乙烯与硫酸经加成作用生成硫酸氢乙脂 再进行水解 生成乙醇和硫酸 此法的缺点是对设备腐蚀严重 酸消耗较多 优点是对原料气体的纯度要求不高 设备简化 易与上马 B 直接水合法乙烯与水蒸气在磷酸催化剂存在下 在高压高温下可直接发生加成反应 生成酒精 此法要求乙烯纯度在98 以上的原料气 需要采用特出的方法分离裂解其中各种组分 对设备 材料都提出了较高的要求 但此法步骤简单 无腐蚀问题 一 淀粉质原料酒精生产的特点 1 原料系采用薯类 粮谷类及野生植物等 在投产前必须先经过破碎处理 目前在国内上有一部分产量较小的酒精厂 采用间歇蒸煮 原料不经粉碎 就直接将快状或粒状原料投入生产 但大部分中等规模以上的酒精厂 原料多经二次粉碎 然后进行高压连续蒸煮 有利原料的受热面加大 更有效地达到蒸煮的要求 2 原料必须经过蒸煮 在高温高压过程中 引起原料细胞的组织破裂 使存在于细胞中的淀粉转化为可发酵性糖 蒸煮温度由于原料的品种与规格不同而有差异 通常为130 150度 但经过粉碎的原料 其蒸煮所须的温度较低 大约120 130度 高温处理除了使淀粉糊化 便于淀粉酶起糖化作用外 还可把附着的有害杂菌杀死 3 淀粉质原料生产酒精 要经过加曲糖化作用 把糊化成溶解状态的淀粉转化成可发酵性糖 由于曲的生产方法不同 可分为麸曲糖化法 液曲糖化法 根酶糖化法 阿米罗法 根酶酒母混合法 麦芽糖化法等 目前在国内是以麸曲糖化法和液曲糖化法为主 在国外使用淀粉质原料生产酒精的方法 大致可分为 A 麦芽法以麦芽 黍芽 稷芽作糖化剂 B 阿米罗法将根霉或毛霉等霉菌 在糊化醪冷却至30 40度时 接种培养 在霉菌生长过程中转化淀粉成发酵性糖 再加酵母发酵 C 曲法以固体曲或液体曲作为糖化剂 D 酶法用淀粉酶代替曲 4 淀粉悬浮液在糊化和溶解过程中 粘度是不断变化的 当淀粉颗粒溶解时 粘度逐渐增加 达到最大限度后 随着温度的继续上升 醪液粘度下降 5 蒸煮过程中原料因受高温高压 易产生焦糖 由于淀粉质原料甘薯内所含的碳水化合物中以淀粉为主 另外还有少量糊精和糖类 而马铃薯中所含的糖主要是堡葡萄糖和果糖 以及少量的蔗糖 在谷粒中则以葡萄糖为主 在蒸煮时 不同的糖分其化学变化也不同 例如糖分回转化 醛糖回变成酮糖 异构化 各种糖分都会焦化 形成焦糖 己糖分解变为羟甲基糠醛 又很容易和新的氨基酸分子起作用而生成黑色素 焦糖是不能被发酵的 还会阻按碍酵母的发酵作用 影响发酵而降低酒精产量 因此 蒸煮是要注意控制适宜的温度和压力 由于形成焦糖的作用 一般在高浓度溶液中比低浓度溶液中容易进行 因而淀粉质原料蒸铸时 如原料内含有较多的糖分 便容易形成黑色物质和焦糖 醪液浓度越高 也越容易形成焦糖 因此 我国个酒精厂对甘薯干的原料加水比 一般都采用1 3 1 3 4 有时还要稍稀些 这样便于淀粉率的提高 淀粉质原料酒精生产的工艺流程 此流程主要是说明用淀粉质原料生产酒精时 投产前必须先把快状或粒状的原料 磨碎成粉末状态后 经过高压蒸煮和糖化作用 然后在进行发酵 最后经蒸馏得到成品酒精 现简要叙述如下 1 原料粉碎连续蒸煮的酒精工厂 原料出库后 先经过粉碎 然后在投入生产 几乎大多数工厂都采用了锤式粉碎机 把原料磨成粉 很多工厂都采用二次粉碎法 在进入锤碎机前先经过粗碎 把大快原料初步打碎成小快原料 再经过锤碎机 将小快原料打碎成较细的粉末原料 这样便于连续蒸煮 2 蒸煮糊化把磨碎后的粉末原料 先行拌水预热 使原料升温 为连续蒸煮作好预煮准备 原料内的淀粉颗粒 经高压蒸煮后逐步破裂 趋与溶解状态 蒸煮醪液成糊状 3 曲霉糖化经蒸煮糊化后的醪液 通过曲霉菌的淀粉酶进行糖化作用 曲霉菌生成的淀粉酶 能把原料内含有的淀粉转变为可发酵性糖 供酵母菌利用 曲霉菌是属于好气性的微生物 故在繁殖和生长过程中要给以充分得空气 同时 淀粉酶的形成也取决于所供给的空气量 4 酵母发酵酒精发酵是属于厌气性发酵 在发酵过程中进行无氧呼吸 在此过程中 发生着复杂的生物化学变化 既有糖化醪中淀粉和糊精继续被淀粉酶水解生成糖 也有蛋白质在曲霉蛋白酶水解下生成肽和氨基酸 这些物质一部分被酵母吸收合成菌体细胞 另一部分则被发酵 生成酒精和CO2 5 蒸馏提纯经酵母菌把糖转变成酒精后 在成熟发酵醪内 除含有酒精和大量水分外 还含有固形物和许多杂质 蒸馏是把发酵醪液中含有的酒精提纯出来 通过粗馏和精馏 最后取得合乎规格的酒精 同时得到副产物杂醇油 还有大量的酒糟 也称废醪 排除 有的工厂把酒糟内的余热 设法取出 充分利用 原料所含的化学成分 不仅关系着酒精生产率的高低 同时也影响酒精生产的工艺过程 常用原料中主要的化学成分如下 碳水化学物原料中所含的淀粉 或与淀粉类似的菊糖 蔗糖 麦芽糖 果糖及葡萄糖等 这些物质都可以发酵生成酒精 同时也是霉菌和酵母的营养及能源 原料中含这些物质越多 生成酒精也就越多 所以它和产量有着密切的关系 碳水化合物中的五碳糖多存在于原料的皮层 如麸皮 高粱糠 谷糠 花生壳等都含有很多 它不但影响淀粉数字偏高 发酵中也易生成有害的糠醛 纤维素虽属于碳水化合物 但不被淀粉水解 只起填充作用 对于发酵没有什么直接影响 蛋白质原料含有的蛋白质 在酒精生产过成中 经曲霉菌的蛋白酶水解后 可为霉菌和酵母菌生长繁殖的重要营养成分 而微生物细胞中 30 50 干重 是蛋白质 一般的说 当培养基内氮的含量适当 则曲霉菌丝生长旺盛 酶的含量也较高 有些原料所含蛋白质有时不能满足微生物生长和繁殖的要求 则应从外界加入氮源 蛋源一般包