糖蜜酒精生产工艺.doc

糖蜜酒精生产工艺一、糖蜜酒精发酵对酵母菌种的要求糖蜜洒精发酵过程中需要大量的酵母，因此，必须选择适应工业生产需要的优良酵母菌种进行纯种培养，由单一细胞出发，增殖多量酵母作为种子，然后利用纯粹的酵母种逐级扩大培养，直至酒母的酵母细胞数足够满足酒精发酵的需要。近年来，由于制糖技术提高，糖蜜中可发酵性糖减少，非发酵性糖增加，灰分和胶体物质增加，过去适应于高纯度糖蜜发酵的酵母，现在对低纯度糖蜜或劣质糖蜜已不相适应，发酵率明显下降。目前国内不少糖蜜酒精工厂，在生产实践中选育和驯养适于低纯度糖蜜的，耐高浓度、耐高温或耐高酸的酵母菌种，以适应生产要求。糖蜜酒精酵母应具备条件：(1)耐渗透压性能强，选择吸收性能好，酵母细胞质膜具有强的半渗透性。在含高浓度灰分和胶体物质的糖液中生长速度快并有强大的增殖能力，抗渗透压强的特性，是区别糖蜜酒精酵母与淀粉质原料酒精酵母最明显的界限。(2)具有强的酒化酶活性。发酵迅速且完全、发酵能力强、残糖少，酒精生产率高。(3)耐酸能力较强，在酸度较高的糖液中增殖快。(4)耐温度能力强。特别是南方夏天气温炎热，水温较高，选育耐高温酵母菌种，可保证夏天气温高时仍能继续正常发酵生产。(5)抵抗代谢产物反馈抑制作用能力强，即耐酒精能力高。能在高浓度酒精的发酵醪中继续发酵。这样不仅能提高生产率，同时可提高设备利用率。(6)抵抗重金民的毒害作用强。通过驯养的办法，可以逐步提高酵母抗毒能力。(7)发酵时产生泡沫少，选育产泡沫少的菌种，可以进一步提高发酵设备有效装填系数和设备利用率。(8)变异性小，生产稳定。二、糖蜜酒精发酵的酵母菌种特性我国常用于甘蔗糖蜜酒精发酵的酵母菌种为台湾酵母396号；As21189与As21190；甘化I号；川345及川102等，常用于甜菜糖蜜发酵的酵母菌种为Rass字。1适于甘蔗糖蜜酒精发酵的酵母菌种(1)台湾酵母396号(F396)系酵母菌属，细胞呈球形、卵形或椭圆形，曲汁中呈球形，4.59.8微米，内容透明、空胞大，在糖蜜中多为椭圆形，孢子呈球形2.53.5微米，l3个，孢子形成温度30，菌落淡黄色，中心部凹下，边缘呈放射状。它的发育最适温度33，发育最适pH4.55，发酵最适温度3335，发酵最适pH25，死灭温度60，对酒精的抵抗能力在10约为48小时。(2)高l396 是F396在高温条件于糖蜜醪中长期驯养所获得的变异株，高l396的形态和培养条件与F396相同，它的特性是能耐高温，在40发酵良好。(3)As.2.1189和As.2.1190 As.2.1189又名古巴，As.2.1190又名古巴。这两株菌种为甘蔗糖蜜酒精发酵的优良菌种，它们的细胞呈圆形、椭圆形或腊肠形。As.2.1189菌落呈白色圆形，有光泽，中心部稍凸起，边缘皱折。As.2.1190细跑大小相差较悬殊，菌落边缘稍不整。它们的最适发育温度2528，最适发育pH4.95.0，最适发酵温度3138，最适发酵pH3.05.0，耐酒精能力强，成熟醪最高含酒分达1011%。在甘蔗糖蜜醪中发酵速度快，发酵周期约2224小时，较台湾396发酵时间缩短46小时以上。它们适于甘蔗糖蜜酒精发酵，适应性强，对营养分的要求不象台湾396，在营养条件较差的低纯度糖蜜培养液中，亦能保持正常活动，酵母细胞数和发酵速度不受影响。它们适于低温发酵，当温度不高于40时，发酵率高达8890，较台湾396高，且稳定，成熟醪含酒分也较高。如温度升高超过40以上，则成熟醪残糖增高，酒分下降、发酵率明显下降。As.2.1190适于甘蔗糖蜜原料酿制白酒或兰姆酒，稍有特殊芳香风味。(4)甘化I号 该菌种是广东省江门甘蔗化工厂1968年从甘蔗糖蜜中分离选育出来，适于甘蔗糖蜜原料酒精发酵，它的细胞多呈圆形，部分呈卵圆形，在麦汁中培养细胞大小为5.556微米。最适发育温度为3032，最适发育pH4.55.5。最适发酵温度为3234，最适发酵pH4.55.5。对甘蔗糖蜜(特别是碳酸法甘蔗糖蜜)有较强的适应性，发酵力强且稳定，发酵过程增酸较低，但对高温发酵的适应性差。(5)川345 该酵母菌种是1952年四川省糖酒工业研究所选育出来的，适于甘蔗糖蜜酒精的发酵，在发酵温度40时，发酵率仍很好，是目前内江糖厂酒精车间等常用的酵母菌种。19561957年曾在广东省揭阳糖厂酒精车间夏季生产采用，证明当发酵温度超过36以上时，发酵率仍相当稳定。川345酵母的最适发育温度是2830，最适发酵温度3135，能耐高温，40时发酵尚好，耐酒精能力1012%(容量），成熟醪含酒精较高。但耐酸能力较差，发酵率较川102酵母低杂醇油产量较多。(6)川102 也是1952年四川省糖酒工业研究所选育出来的，适于甘蔗糖蜜酒精发酵，产生酒精能力特别高，杂醇油产量极少，也是目前四川省内江糖厂酒精车间等常用的酵母菌种。19561967年曾在广东揭阳糖厂酒精车间生产采用，证明川102酵母在甘蔗糖蜜酒精发酵温度不超过36情况下，发酵率较F396及川345等酵母高。川102酵母形态多呈圆形及卵圆形，增殖快，数量多，最适发育温度2830，最适发酵温度3134，最高不超过36，抗酒精能力强，能耐1214(容量)的酒精，耐酸能力强，发酵产酒精特别高，杂醇油产量极少。2适于甜菜糖蜜发酵的酵母菌种Basse字酵母 该菌种广泛应用于苏联、波兰等甜菜糖蜜酒精工厂。我国甜菜糖蜜酒精工厂也广泛采用。它属于葡萄酒酵母一类，具有下面发酵酵母的特征，按其沉淀特性属于尘状酵母。它的最大特点是具有特别强的耐渗透压能力，在10食盐中经33小时其原生质收缩90，但经24小时便恢复正常状态，仅有个别细胞发生原生质收缩。因此，不仅适于甜菜糖蜜的酒精发酵，也适于甘蔗糖蜜的酒精发酵，不仅适于纯度较高的糖蜜发酵，也可适于低纯度糖蜜的酒精发酵，发酵率较高。它能使葡萄糖、蔗糖、果糖及麦芽糖完全发酵，同时能发酵1/3棉子糖，即由其中分出果糖而剩下2/3的不发酵的蜜二糖。Rasse字酵母的最适发育温度2325，发育最适pH4.04.5，最适发酵温度2730，发酵最适pH2.05.O，耐酒精能力9.510(即成熟醪含酒分9.510)。在进行甜菜糖蜜酒精发酵过程中宜采用硫酸来酸化，在浓度20用硫酸酸化至pH2的稀糖液中也可正常繁殖，当醋酸含量为0.3时，繁殖便停止，如采用甲酸，则当其含量为0.11时便停止繁殖。三、酒母培养的工艺流程酒母培养可分为两个阶段，即酵母纯粹扩大培养阶段和酒母培养阶段，酒母培养的工艺流程，各厂不一，通常有下列几种：酒母培养工艺流程，各工厂不统一，但总的要求是培养出健壮，纯粹无杂菌，发酵力强的酵母种子。因此，酒母培养一定要控制好培养条件，使每级扩大培养的工艺条件逐步适应发酵的要求，尽可能采用同一类的糖蜜来制备稀糖液，以使酵母能适应大生产的条件。四、酵母纯粹扩大培养工艺1原菌种斜面培养 培养基斜面用米曲汁琼脂或麦芽汁琼脂，接种后在2530培养35天。2液体试管培养 培养基用麦芽汁或米曲汁，灭菌后，冷却至2530，在无菌条件下挑取一白金耳菌体接入液体试管，摇匀后置2530培养20小时。3三角瓶培养 培养基用1/3麦芽汁或米曲计与2/3糖蜜稀释且添加营养盐的稀糖液，稀糖液浓度为1415Bx，酸度56，糖分6.57.0，塞好棉塞后用9.8066510000帕斯卡蒸汽灭菌15分钟，冷却至2530，无菌操作接种，摇匀后置2530培养1214小时便可移入卡氏罐。三角瓶培养阶段采用两种混合培养基，一方面为了保证在纯培养阶段使酵母有较好的条件生长繁殖，得到健壮饱满的种子，另一方面使菌种能够逐步适应于大生产的条件。4卡氏罐培养：培养基全部用糖蜜稀释添加营养盐的稀糖液，稀糖液浓度为1415Bx，酸度56，糖分6.57.0，用9.8066510000帕斯卡蒸汽灭菌15分钟，冷却至2530，无菌操作接种，摇匀后置2530培养1214小时。卡氏罐酵母种子醪成熟指标是：耗糖50左右，酸度基本上不升高，酵母细胞数为1.52.0亿毫升左右，出芽率20，即培养成熟。五、酒母扩大培养工艺酒母培养的扩大级数，可根据各厂生产实际需要来决定。酒母的制备方法一般可分为间歇式、连续式和半连续式三种：1间歇式酒母培养 间歇培养酒母方法，是将每次培养的新酵母从卡氏罐接入小酒母罐，培养成熟后，再接入大酒母罐，大酒母培养成熟后，即可供接种发酵罐用。因为这种接种方法每次都需要重新培养新酵母种子，不但操作麻烦，而且不能使酵母得到生产条件的驯养，生产成绩往往不好。因此，很多工厂采用循环接种法，即将第一次接入的种子培养成熟后，接人大酒母或发酵罐一部分，另一部分留卞，再加入新鲜稀糖液进行培养，如此反复进行，用这种方法接种，可以连续几个月，甚至更长时间不需要更换酒母种子，但要求保证严格的无菌操作。在新建工厂开工生产时，采用纯种培养扩大，在正常生产的时候，可取上次培养酒母1525作为酒母种，放入己杀菌好的酒母罐中，然后加入浓度1214，酸度67的稀糖液，控制温度在2829以下，继续培养至酒母发酵度为65时，即通入无菌空气，通气量为每立方米稀糖液每小时23立方米，一直通到接近酒母成熟为止。酒母由接种到成熟的时间一般为1214小时，成熟的酵母醪中台酒精33.5，发酵度达50，酵母细胞数l12亿毫升，将其中取出1525作为酒母种，其余送入发酵罐中，如此反复循环。2连续式酒母培养 连续培养酒母方法是以保持酒母中酵母数量恒定为原则。在不断交换基质的酒母罐中连续添加糖液，在单位体积及单位时间内所生成的酵母数量，应该等于在同一时间内，自容器中取出同样体积液体时其中所含的酵母数量。当生成的酵母数量大于取出的酵母数量，则酵母将由容器中流走。因此，不保持这个原则，连续培养酒母便往往不能实观。此外，应该维持酵母繁殖的最适条件，如糖液的浓度、酸度、通风量、发酵度等。连续式酒母培养，是将三个酒母罐用排出管连接，把酒母稀糖液连续地流入罐的上部，酒母也连续地排入发酵罐中，不断地向酒母通气，每小时对1立方米酒母醪通入23立方米。酒母罐的总体积应等于每天所得发酵罐体积的1215%，制得的酒母数量应等于发酵醪体积的50%，此时1立方米的酒母罐有效容积的生产能力约为每天4立方米的酒母，可以在长时间内进行连续培养，每经过57天，把三个酒母罐中的一个空出来，以便洗涤及杀菌。流加糖液的浓度为1214%，温度为1520，酸度为67，培养温度应为2728。排入发酵罐的酒母发酵度应保持在5560%之间，酒精含量为33.5%(容量)，酵母细胞数1.51.8亿毫升酒母。3半连续式酒母培养 酒母半连续养培在我国也有不少的糖蜜酒精工厂采用。酒母在第一、第二纯培罐中是采用间歇培养方式，进入中间酒母罐阶段便采用半连续培养方法，酒母用的稀糖液连续进入酒母罐内，而成熟的酒母醪则自酒母罐的底部定时送至主发酵罐，它的培养工艺如下：(1)第一纯培罐培养 移种前用水冲洗然后通蒸汽100，空罐杀菌10分钟，再于纯培罐中配制18Bx的糖液，用蒸汽煮沸10分钟，冷却后加营养盐硫酸铵0.3%，粗磷酸0.1%，制成培养基，并调整酸度，PH3.84.2，按种卡式罐酵母，保持3233，间歇通风，每小时通风10分钟，培养1618小时。当锤度为原来的50左右，酵母数在11.2亿毫升，繁殖旺盛便可移接于第二纯培罐。(2)第二纯培罐培养 培养基的制备，培养方法及培养工艺同上，培养时间为1216小时。移种条件也与上同，它的有效体积为第一纯培罐的45倍。(3)中间酒母罐培养 接种前用水冲洗后通蒸汽至100，杀菌10分钟，冷却后加入酸化稀释糖液制成的培养液，糖分为1112%，接入第二纯培罐的纯种，保持恒温为3233，并微量通风，培养至酒母成熟，酒母成熟指标为糖分消耗12，酵母细胞数为1.01.2亿毫升，每8小时向主发酵罐放成熟酵母醪一次，保留110成熟酒母，再连续接入培养液，并微量通风，8小时再向主发酵罐送成熟酒母醪，如此重复循环，每隔57天，将中间酒母罐醪液放尽，清洗杀菌，再行第二批酒母半连续培养，中间酒母罐有效体积为第二纯培罐的10倍。六、影响酒母质量的主要因素1酒母醪中的糖浓度和纯度的影响 低纯度糖蜜由于焦糖、黑色素等胶体物质粘附在酵母细胞表面，会妨障酵母细胞质膜的半渗透选择性吸收，从而会抑制酵母的生长和繁殖。因此，低纯度糖蜜制备酒母醪，必须通过前处理来提高稀糖液的纯度，使酵母细胞质膜的半渗透吸收正常进行，摄取酒母醪中的C、N源和生长素，迅速合成细胞和酶系，获得健壮和酶活强的酵母，这对提高酒母质量具有明显的效果。酵母长期用糖蜜所制备的酒母醪进行驯养，因而在大生产发酵阶段的适应性较强，发酵率可相应提高。酵母的生长繁殖宜在低渗透压下进行，因此，酒母培养时一般要求在较低的糖度下进行，如果浓度过高，醪液粘度大，渗透压大，则不利于酵母细胞质膜的吸收，酵母不容易迅速吸收足够的营养分合成细胞和各种酶系。酒母醪浓度过高，粘度过大，对酵母生长与繁殖不利。因此，制备酒母醪较适宜的糖浓度应控制在1214%。2.酒母醪酸度的影响 酒母醪制备过程中，调整酒母醪的酸度，一方面是调整适应酵母生长繁殖的酸度，防止杂菌感染，另一方面可淘汰衰老的酵母。因为酵母在pH4.5最适宜繁殖，在pH3.84.5范围内也能较好繁殖。而酒精发酵过程中不希望有生酸细菌与酵母伴生，而生酸细菌最适pH为6.87.2。如果添加硫酸调整酒母醪的pH值为4.23.8时，则只有强壮酵母可以发育，衰老酵母便被淘汰，而细菌在此pH范围内则难于繁殖，因此酒母醪的酸度调整是否正确，不但能选育强壮酵母，提高酒母的质量，同时能防止杂菌的污染。尽管酵母最适繁殖pH4.5，但国内糖蜜酒精工厂酒母醪的酸度大多数为pH4.24.0，这样既利于选育健壮酵母，提高酒母质量，又能防止杂菌的污染。3酒母醪中营养分的影响 制备酒母的目的就是要获得大量健壮的和酶活力强的酵母。要想获得大量酵母的活细胞，就需要供给酵母以丰富的营养物质，酵母同化了这些营养物质，迅速合成细胞组成分和细胞内有用的酶系。氮、磷、钾、镁、生长素以及能被酵母所同化的糖分，是合成酵母细胞和酶系所必需的组分。知道了成熟酒母中单位体积内酵母的细胞数，就可以计算必要的营养分。酒母醪的营养分是否适当，对酒母质量的影响甚大，酒母醪中有足够的营养分，则酵母健壮，酵母细胞较多，酶活性强，同时酵母对数生长期长。如果酒母醪的营养分不足，则酵母瘦弱，酶活性低，同时容易衰老，显微镜检查酵母细胞空胞大。4酒母通气与不通气培养的影响 酵母在有氧的条件下，则迅速摄取外界环境的营养分合成细胞和酶系，因此能迅速产生大量的菌体，而在无氧条件下酵母则主要进行发酵，生成酒精和二氧化碳。酒母培养的目的是获得大量强壮且酶系活性高的酵母细胞。因此适当地通气有利于酵母迅速达到繁殖曲线的对数生长期，同时采用通气培养酒母较不通气培样酒母的接种量可大大减少，目前国内有些酒精工厂采用小种量比接种，通气培养酒母，接种量可减少至0.3%，通气培养12小时，酵母便迅速繁殖到达对数生长期，酵母细胞数达11.2亿毫升。酵母通气培养，实质上只能利用酒母醪中溶解氧，因此在通气时，应设法使通入的无菌空气尽量分散，以加强氧气的溶解，便于酵母细胞的利用。目前国内有些酒精工厂采用自吸式发酵罐来培养酒母，溶氧系数大大提高，接种量和培养时间可相应减少。5接种时期与接种量和接种温度的影响 为了保证各级酒母的质量，接种的时期应控制在酵母繁殖至对救生长期的末期，以保证种子酵母的健壮。酵母对数生长期末期的确定，可以根据酵母细胞数11.2亿毫升，出芽率20%，死亡率1%以下，耗搪率4550%，酸度不增高等指标来确定。不通气培养的接种比(扩大比)通常为1810，通气培养的接种量为0.31%。如接种量少，则酵母繁殖时间延长，到达对数生长期的培养时问较长。如接入种子酵母健壮，则酒母殖快，如衰老的酵母种则迟缓期延长，对数生长期缩短，酵母细胞空胞大。接种温度的高低对酒母质量也有较大的影响，接种温度高，则酵母繁殖快，但酵母容易衰老，长得不健壮，还容易感染杂菌。温度低则繁殖慢，繁殖时间长，因此酒母培养时间应相对延长。6培养温度与培养时间的影响 为了保证酵母生长繁殖的良好条件，酒母培养过程中，要正确掌握培养温度与培养时间。酒母培养的温度，一般应控制在3032，这是酵母繁殖的适宜温度，有些酒精工厂为了抑制杂菌的繁殖，酒母培养采用较低培养温度2528。温度控制是否适当，直接影响到酒母质量和种子成熟时间，温度过高，容易引起酵母细胞过早衰老，活力减退，并易引起杂菌污染，温度过低，则会使酵母繁殖缓慢。酵母的培养时间一般为1520小时，发酵要求酒母在对数生长期的末期接种，以保证接入的种子均是健壮的酵母。但实际生产中常会遇到发酵基本糖被还未制备好，而需要延长酒母培养时间的情况，这时应采取降低培养温度，使酵母繁殖减慢；增加新鲜稀搪液，使酒母重新获得营养，让它继续生长，而不致过热。如果此时酒母已培养成熟，则放掉一部分到正常发酵的发酵罐，再补加一部分新鲜糖液，重新进行培养至酵母繁殖至对数生长期的末期才接种。第四节 糖蜜酒精发酵糖蜜酒精生产工艺 一、糖蜜酒精发酵的依据 二、糖蜜发酵方法三、糖蜜酒精连续发酵的基本理论 四、影响糖蜜酒精发酵的主要因素 五、糖蜜酒精连续发酵的工艺设备流程及工艺指标六、低纯度糖密酒精发酵 七、糖蜜与淀粉质原料混合发酵八、异常发酵现象及处理方法 一、糖蜜酒精发酵的依据1糖蜜中的可发酵性物质 甘蔗糖蜜中含有相当数量的转化糖，约20，蔗糖30，甜菜糖蜜中含转化糖极少，而含大量蔗糖，约50左右。酵母活细胞含有丰富的水解酶和酒化酶，酵母中的蔗糖酶能将糖蜜中的蔗糖水解为一分子葡萄糖和一分子果糖，然后再通过酒化酶将己糖发酵生成洒精和CO2。2糖蜜酒精发酵中酵母的有效酶系 糖蜜酒精发酵过程中，酵母细胞中参与酒精发酵的酶有十多种。酵母活细胞中蔗糖酶首先将糖蜜醪中的蔗糖水解生成一分子葡萄糖和一分子果糖，然后再由酵母活细胞中的酒化酶进行发酵，酒化酶是参与酒精发酵的各种酶的总称，它不是单一的酶，而是包括12种酶和三个辅酶体系的总称，主要包括己糖磷酸化酶、激酶、氢化还原酶、烯醇化酶、脱羧酶及脱氢酶等，在这些酶中有的是简单的酶，有的是复合酶，酒化酶是胞内酶，是由酵母活细胞于细胞内合成，也只能于细胞内起催化反应作用，它不能从酵母体内渗至发酵醪中。3提高糖蜜酒精发酵效率的方法 一方面要注意调整酵母的外界环境条件，使外因适于酵母内在规律要求，另一方面驯养和选育耐高渗透压和耐高温的优良酵母菌种，以适于糖蜜酒精发酵。调整酵母外界环境的渗透压是提高糖蜜酒精发酵效率的关键，酵母细胞内酶系催化效率的提高，依赖于酵母细胞质膜的半渗透作用。所以，糖蜜酒精发酵要求发酵醪要有适当的渗透压，才有利于酵母半透性细胞质膜对醪液中C、N源、生长素等营养物质的吸收利用，才能加速细胞内酶系的催化反应速度，从而使发酵率进一步提高。为了保证酒母细胞质膜半渗透作用的正常进行，对于糖蜜原料，特别是低纯度糖蜜原料，应想办法先除去搪蜜中的焦糖、黑色素、果胶等胶体物质；只有适当降低糖密浓度和粘度才能调整至适宜的渗透压，才能保证酵母细胞质膜半渗透作用的正常进行和提高工作效率。其它工艺条件也能直接影响发酵效率，如果调整适宜的发酵温度，发酵效率也明显提高。例如采用川102酵母菌种发酵温度控制在36以下，则产酒精特别高，发酵率也明显提高。但发酵温度超过36以上甚至高达40时，则产酒精速度降低，发酵率也明显降低。而川345酵母菌种对温度的适应性较强，夏天天气炎热，尽管发酵温度可达40，发酵尚正常，发酵率仍稳定。可见不断驯养和选育耐高渗透压和耐高温的优良酵母菌种显得特别重要。4糖蜜酒精发酵宜在密闭发酵罐中进行的理论依据 糖密酒精发酵过程是不需氧的生物化学氧化过程，其生物氧化自成体系，反应过程中生成还原态的NAD2H，用于乙醛的还原，而其自身被氧化恢复成氧化态的NAD。辅酶上的氧化还原过程，即酒精发酵氢的传递过程。所以酵母进行糖蜜酒精发酵时宜在密闭的发酵罐中进行。酵母进行糖蜜酒精发酵时，在有氧的情况下，由于进行了呼吸作用，而酒精产量大大降低，糖的消耗速度在单位时间内也减慢。有氧情况下，为什么糖蜜酒精发酵的发酵率反而降低?从酒精发酵反应式可总结如下：C6H12O6十2ADP十2H3PO42C2H5OH十2ATp十2CO2在酒精发酵过程中，在无氧情况下，一分子葡萄糖经酵母酒化酶系的催化作用最终生成二分子的乙醇，二分子ATP，二分子CO2，同时在酒精发酵中进行底物水平磷酸化，每发酵一分子葡萄糖产生3分子ATP，同时需要用去2分子ADP和2分子磷酸：2ADP十2Pi2ATP在有氧的情况下，进行电子传递磷酸化，每消耗一分子葡萄糖，则产生38个ATP，因此需要38个分子的ADP和磷酸：38ADP十38Pi38ATP在酵母细胞内，ADP和Pi量是有限的，由于发酵的高速度进行，ADP和Pi经充分被利用了，当有氧的情况下进行了电子传递磷酸化，生成大量的ATP，因而消耗了大量的ADP和Pi，而用来进行发酵的底物磷酸化就会感到不足，从而降低了发酵速度，因此在有氧的情况下，糖蜜酒精发酵的效应反而降低。由此可见，糖蜜酒精发酵宜在密闭的发酵罐内进行。5从CO2回收酒精的依据 糖蜜酒精发酵过程中放出大量CO2。发酵过程中产生CO2的主要来源是在酵母菌羧化酶及羧化辅酶的催化作用下，丙酮酸脱羧变为乙醛并放出CO2，乙醛在酵母的乙醇脱氢酶作用下还原为酒精。根据糖蜜酒精发酵化学反应式：C12H22O11十H2O2C6H12O6342.2 2180C6H12O62C2H5OH十2CO2 246244100公斤蔗糖可生成105.26公斤转化糖。理论上1吨蔗糖应产生538.1公斤无水酒精，或682公升无水酒精(以20计算)，或677.6公升无水酒精(以15计算)，同时产461.9公斤CO2，可见糖蜜酒精发酵过程中产生CO2数量不少。一个年产3000吨糖蜜酒精工厂每小时排出CO2400-580公斤，每年排出CO2 2736吨。目前国内不少酒精工厂回收CO2综合利用生产液体CO2、干冰等。在酒精发酵过程中，CO2的排出需要通过含有酒精的发酵醪层，于是就被酒精蒸汽所饱和，因此，CO2排出的同时必然带走醪液中的一部分酒精。另外，酒精发酵醪表面的蒸发也使部分酒精必然随着CO2气体而排出。排出的CO2所带走的酒精数量与发酵醪的温度、酒精浓度以及蒸发表面的状态都有密切的关系。根据糖蜜酒精工厂实际生产数据，发酵过程中CO2带出的酒精量按产量的11.169计，则一个年产3000吨的糖蜜酒精工厂每年由于CO2所带走的酒精即达3000035000公斤。因此，决不能让这么多的酒精损失，必须设法回收。目前酒精工厂多采用的CO2酒精捕集器有泡盖式与填科式两种，捕集效果较好。6糖蜜酒精发酵过程中产生乙醛积累较多量的来由 糖蜜酒精发酵特点之一就是发酵过程中代谢产物生成乙醛量较多。为了保证成品酒精的质量，蒸馏过程中要特别注意排醛操作和抽提醛酒。乙醛是酒精发酵的中间代谢产物，在无氧条件下，丙酮酸脱羧便形成乙醛，并放出CO2。乙醛是酒精的前体物质。正常的酒精发酵， 乙醛在酵母的乙醇脱氢酶的作用下，由还原型辅酶I(NAD2H)还原为酒精。在正常酒精发酵的情况下，乙醛积累不应过多，但由于糖蜜中的胶体物质，灰分及重金属离子对酵母细胞中乙醇脱氢酶活性有一定的抑制作用，或从甘油醛转变成甘油酸中放出的还原型辅酶I (NAD2H)中断，都使乙醛还原为酒精受到制约，因而相对地增加了乙醛的积累。特别是采用通风培养酒母的糖蜜酒精发酵，代谢副产物中乙醛的积累特别多，这都与酵母细胞中脱氢酶活性受抑制有关。二、糖蜜发酵方法糖蜜酒精的发酵方法很多，基本上可分为间歇法与连续法两大类，目前我国大多数糖蜜洒精工厂都采用连续发酵法，生产技术管理比较完善，而且有些厂仪表自动化程度也比较高，而产量较少的糖蜜酒精工厂仍有采用间歇发酵法。(一)间歇发酵法根据工艺和设备不同，间歇发酵法又可分为开放式、密闭式、分割式、分段添加和连续流加等发酵方法。1开放式间歇发酵法 此法的特点是醪液在敞开的发酵槽内进行发酵，操作是间歇进行，发酵槽一般用水泥制成，也可用钢板制成，发酵槽内装有冷却管和蒸汽管，使用时先用石灰乳、热水充分洗涤及消毒。培养酒母稀糖蜜浓度为1215，pH4.05.O，接入10的种子，2530培养至浓度为68时即为成熟洒母。浓度为20的稀糖液送入发酵槽，同时接入20的酒母，接种温度随季节而改变，夏季27，冬季为32，酒母添加后不久就进行前发酵，再约经10小时开始主发酵，温度逐渐上升，这时要注意降温，发酵时间约需3040小时，成熟醪含酒精67(容量)。开放式间歇发酵法的优点是设备简单，容易上马，操作简便。缺点是直接与空气接触不利于嫌气性发酵，容易感染杂菌，同时也容易导致酒精挥发损失及CO2无法回收，设备利用率低。2密闭式间歇发酵 此法的特点是在密闭的容器内进入，嫌气性发酵条件较好，能防止杂菌感染，发酵率稳定，可以回收CO2，酒精损失较少。酒母罐预先以100空消1小时，送入1215的稀糖液后，再加热到100，灭菌30分钟，实消后加入浓硫酸调节pH4.55.0，然后冷却到30时接入种母，培养至浓度降至68时即为成熟酒母。将已杀菌的浓度为20的稀糖液送入密闭式发酵槽，冷却至80时接入10的酒母，保温3035发酵，发酵时间为3040小时，成熟醪含酒精6.57(容量），发酵率8687%。3分割式发酵法 此法是利用发酵正常的主发酵醪，把它抽出一部分(13或12)送人第二发酵罐，作为第二发酵罐的酒母，两个发酵罐各用稀糖液添加满，第一个罐让它发酵完毕，然后蒸馏，而第二个发酵罐在进入主发酵期时，又分割出13或12的发酵醪送入第三个发酵罐，作为第三个发酵罐的酒母，再分别添加满稀搪液，如此依次进行下去，分割主发酵醪进行发酵。此法优点是节省酒母的制备，分割主发酵醪作为酒母，接种量较大，可以缩短发酵时间，缺点是容易感染杂菌。为了减少杂菌感染的机会，每天更换新种两次，或在重复分割时，将发酵醪酸化调整为pH4.0，或添加适量的氟化钠或五氯代苯酚钠等化学防腐剂。我国南方小型糖蜜酒精工厂采用此法较普通。稀糖液浓度以全糖分为标准，冬季为1213，夏季为ll12，酒母稀糖液的浓度一般比发酵所用的低23，发酵时间只需要3036小时，成熟醪含酒精夏季66.5(容量)，冬季6.57(容量)。4分段添加发酵法 分段添加发酵法的特点是将酵母培养阶段和发酵阶段明显地划分开来，根据两者不同的目的要求，采取不同的技术条件，在发酵过程中尽可能维持醪液中的糖分一致，使酵母在较稳定的情况下发酵，由于采用分段添加糖液，保持了醒液中较低的糖分和较高的酒精分。分段添加发酵法是在发酵罐中加入1020的成熟酒母，并且分三次或更多次加入基本稀糖液。第一、第二次添加发酵罐容积20的糖液，第三次加入发酵罐容积4050的糖液。为了使酵母很好地增殖，在第一次及第二次添加时，通空气一小时，而第三次添加时则通气15-20分钟，如果没有通风设备，添加速度应尽量慢。当糖度降到5.56时，才开始添加基本稀糖液，稀糖液混入后的浓度应在7.5左右，最后一次添加的稀糖液浓度应该保证成熟醪的酒精含量为8.59(容量)，锤度为5.5-6.5，发酵温度宜控制3035。发酵时间约3645小时。5连续流加发酵法 连续流加发酵法的特点是把成熟的酒母一次加入发酵罐中，然后连续流加基本糖液，连续流加基本糖液的速度应控制，使发酵糖液的浓度大致相同，这样可使发酵时间大大缩短，发醪中酒精含增高。连续流加发酵法是先将占发酵醪总容量约30%的成熟酒母醪一次放入发酵罐中，然后加入相同数量的浓度为14的稀糖液，通入空气，使其与酒母混匀，促使酒母很快增殖，约经过两小时，发酵度降低77.5，这时就连续地加入浓度3235的基本稀糖液，连续流加基本糖液的速度，主要是维持加入过程中发酵醪的浓度在10左右。采用连续流加发酵法，发酵最高温度须控制在3334，发酵总时间只有1520小时，发酵醪的酒精含量可达9(容量)以上。(二)连续发酵法间歇式发酵是始终在一个容器内进行，酵母始终处在一个变动的环境中，即酵母的繁殖与生命活动是在糖分不断下降，酒精含量逐步增加的变化过程中进行的。连续发酵与此相反，发酵的每一个阶段是在各个不同的容器中进行，对每个容器来讲，醪液的浓度，酒精的含量，pH，温度等因素是一定的，这样，酵母由于适应稳定外界的环境，其发酵能力加强，发酵率也相应提高，整个生产过程连续化，操作方便，生产管理稳定，大大减轻了劳动强度和节省劳动力，为实现仪表自动控制提供了有利条件，同时由于连续发酵法，节约了非生产时间，提高了发酵设备利用率。我国南方利用甘蔗糖蜜与北方利用甜菜糖蜜生产酒精的工厂，大都采用连续发酵法。糖蜜酒精连续发酵的方法较多，现归纳如下：1多级连续发酵法 多级连续发酵法又称自流式连续流动发酵法，是在一组串联几个发酵罐中进行的，罐的数量及位置可以不同。通常采用910个罐串联起来，它们的位置可以在高度相同的一个平面上或者高度不同的两个平面上，呈梯级式。酒母和基本稀糖液，以一定的速度连续地流入前两个发酵罐，发酵时醪液从#1发酵罐上部沿连通管流入#2发酵罐底部，再经#2发酵罐上部流入#3发酵罐底部，这样顺序连续流动，经过一组串联的发酵设备所连接的空间，酵母完成增殖和发酵作用的全过程，成熟醪从最后的发酵罐中连续排出，送去蒸馏。多级连续发酵法可分为单浓度连续发醉法和双浓度连续发酵法两种。单浓度连续发酵法是酒母培养与连续发酵醪的糖液均采用同一种浓度：2225；双浓度连续发酵法酒母的培养液采用低浓度糖液，浓度为1215；连续发酵法添加基本稀糖液采用高浓度糖液，浓度为3235。多级连续发酵法的特点是：把前两个发酵罐作为主体罐，在酒母与基本稀糖液连续流加的条件下，酵母处在对数生长期，保持旺盛的生命活动能力，发酵-开始便达到主发酵期，发酵时间可以大大缩短。在间歇分批发酵过程中，酵母的萌发期较长，然而在连续发酵过程中，酵母的萌发期的时间取决于主罐中醪液交换的速度和第一次加入酵母的数量。换句话说，如果交换速度过大，在营养物质丰富的情况下，虽然酵母的生长速度加大，但不利于酵母的积累，往往酵母来不及繁殖就有可能被流掉，酵母积累便在后面几个罐内进行，并且速度缓慢。为了消除这一现象，主罐的发酵醪交换速度应比其他发酵罐的进度低一些，为此可加大主发酵罐的容量，或者利用一组罐的前两罐作主罐，这种方法使酵母的积累在第一罐内结束，而使第二、第三发酵罐酵母细胞含量变化不大，使连续发酵稳定在一定的酵母数量。酵母在主罐中积累过程也取决于它的初始含量，在连续发酵过程中控制主发酵罐的酵母数量甚为重要，需要掌握好发酵醪的流加速度，使其交换速度与酵母的生长速度达到相对平衡。另外，糖蜜连续发酵一些重要的因子，如糖浓度、pH、温度、酵母数量和酒精浓度在各个发酵罐内虽不相同，但能控制保持相对稳定性，因而可以避免和间歇发酵过程中由于代谢产物反馈抑制作用，酒精浓度增加，致使酵母出现过早衰亡的现象，使酵母连续发酵作用得到充分发挥，因此，发酵率可以相应提高。多级连续发酵节约了非生产时间，所以设备利用率相应提高。但应该看到多级连续发酵经常会因杂菌感染，不可能长期维持下去，必须定期更换酵母种子，一般每隔几天，必要时甚至每隔23天各发酵罐需要交替排空灭菌再重新接入酵母种子进行发酵，灭菌方法如下： 先用泵将#1发酵罐抽人#2发酵罐，#1发酵罐于l00灭菌1小时后，再用泵将#2发酵罐发酵液抽入#3发酵罐，按顺序下去，直至各发酵罐灭菌完毕为止，在灭菌换种过程中仍不停止流加基本稀糖液。目前我国四川内江糖广、广东阳江糖厂等酒精车间发酵过程采用高酸灭菌和抑制杂菌繁殖，不通空气进行酒母培养，不停生产抽醪洗罐，以及在抽醪洗罐时，提高培养糖液酸度，洗涤酒母罐等措施，实现糖蜜酒精连续发酵长期不换酒母种，通常6个月才换一次新种，这样不仅节约酒母培养的管理工作节约水、电、汽，更重要的是酵母适应能力强，发酵率稳定，如果经常更换新种，还需要一段时间适应过程，直接影响发酵率及生产任务的完成。2循环(往复)多级连续发酵法 此法的特点是发酵设备与多级连续发酵法相同，但管道布置与换种操作则不同，共同点是发酵设备同样由9至10个发酵罐一组串联起来，酒母与基本稀糖液的流加，由#1、#2发酵罐，依次经过所有的发酵罐完成连续发酵的全过程，成熟醪从最终发酵罐排出，送去蒸馏。不同点是：最终发酵罐成熟醪蒸馏后，立即刷罐灭菌，接入酵母新种，连续流加基本糖液，其它各发酵罐依次灭菌接入发酵醪，以相反的方向连续流动进行连续发酵，这样尾罐变为首罐，实现了循环连续发酵法。该法的优点是不需用泵转换，可简化操作，节省电力消耗。 3通气搅拌多级连续发酵法 为了使糖蜜酒精连续发酵在均匀相(或均质)情况下进行，同时保证有足够或较多的酵母数量。我国一些糖蜜酒精厂，在一组发酵罐串联起来的发酵系统中第一个罐采用通气搅拌或间歇通气搅拌措施，保持足够和较多量酵母的情况下，通过连续流加基本稀糖液，使酵母迅速处于对数生长阶段，保持其旺盛的生命力，和提高酵母的比生长速度，是获得高发酵率的关键。在随后的各级发酵罐中，随着糖液浓度降低，酵母比生长速度也逐渐缓慢降低。所以，设计糖蜜酒精连续发酵方案时，宜采用双流和多流系统，即糖液同时流入前23个发酵罐，以便保持酵母一定的比生长速度。间歇通气搅拌对稳定和保证较高的比生长速度更为有利。4回收酵母多级连续发酵法 此法的特点是将发酵醪的酵母，用高速离心机回收再用。由于回收大量的酵母，在发酵过程中一开始便有足够多量的酵母，发酵特别旺盛，代谢产物酒精立即大量积聚。由于代谢产物的反馈抑制作用，发酵过程中随着酒精浓度迅速增高，抑制了酵母的增殖，使酵母迅速衰亡。因此，酵母耗糖的损失相应减少，酒精产率相应可增加2左右，连续发酵时间可缩短810小时，所以此法的优点是发酵周期短，产率高，设备利用率高。回收酵母多级连续发酵是在四个一组串联的发酵罐中进行，连续发酵用糖液浓度为3034，来自活化罐的成熟酒母及发酵浓糖液送入第一个发酵罐的底部，发酵醪向上升起，沿导管流入第二发酵罐的底部，依次流入第三个发酵罐。这样的输送方向保证了酵母在整个发酵期间都处于悬浮状态。由于发酵作用产生代谢产物酒精和二氧化碳，醪液比重沿罐高度而逐渐降低，这样能防止发酵醪把刚送来的糖液带走。第三与第四两个发酵罐之间上部用导管相连，发酵醪由第四发酵罐的下部放出，使酵母沉降，便于回收。发酵醪的流动速度需调节到第一罐发酵度14，第二罐发酵度10，第三罐发酵度6.5，第四罐6.1，成熟醪酒精浓度约为8.8(容量)。从发酵醪分离回收的酵母浆，约为发酵醪容积的15，此酵母浆送至酒母罐，添加浓度1112稀糖液并添加硫酸，位酸度达11.3，再加过磷酸钙，而不加氮源养料，当浓度降低至4.55时，即将酒母醪送至发酵罐，在发酵过程所释出的二氧化碳，通过捕集器，而洗水则用来稀释糖蜜，发酵醪用泵送入沉降槽，通过高速离心分离器将醪液和酵母分离，醪液送去蒸馏，酵母重回至活化罐中，如此反复使用15次左右。三、糖蜜酒精连续发酵的基本理论(一)糖蜜酒精连续发酵的理论依据糖蜜酒精连续发酵是在间歇法分批发酵的基础上发展起来的，但连续发酵的控制与分批发酵的控制毕竟有较大的差别。为了使糖蜜酒精连续发酵获得较高的发酵效率，必须首先认识在糖蜜酒精连续发酵过程中酵母生命活动的特点，另一方面要了解糖蜜酒精连续发酵的变化规律，要创造一个适宜于酵母糖蜜酒精连续发酵稳定状态的工艺条件。而这些稳定状态是建立在动态平衡的基础上。如果糖蜜酒精连续发酵出现不稳定性的问题，这不仅降低发酵率，同时会引起杂菌的污染和酵母菌种的变异，退化，甚至破坏正常连续发酵的进行。正确设计糖蜜酒精连续发酵的工艺设备流程，首先要了解连续发酵过程中酵母的生长速度与发酵基质浓度，代谢产物浓度以及发酵基质流加速度，代谢产物形成速度的辩证关系，同时也要明确连续发酵的类型，合理选择发酵罐设备的大小、容量和数量；选择适宜的稀释度、进料速度、营养浓度和pH值等工艺参数，力求连续发酵处于动态平衡相对稳定的状态下进行。糖蜜酒精连续发酵的类型大多是属于恒流速多级均质连续发酵系统，要认识恒流速多级均质连续发酵的变化规律，首先应分析最简单的连续发酵过程。从理论上仔细分析这一较简单的动态变化，并建立了数学关系式，通过数学关系式的理论推导，就不难看出连续发酵处于动态平衡相对稳定工艺参数之间的辩证关系。 (二)单级匀质连续发酵控制的理论依据1单级培养的基本概念(1)稀释度的概念 酵母生长繁殖速度决定于发酵基质的浓度，而在发酵条件下发酵基质浓度却取决于稀释度和进料速度。在恒流速匀质连续发酵罐中，单位体积的发酵醪在发酵罐中的平均停留时间是以稀释度D表示：Df/V(小时-1).1式中 f为发酵醪的速度，立方米小时 V为发酵醪的容积即发酵罐的有效容积，立方米。由此可以看出，所谓稀释度，即为每小时流过单位发酵罐的发酵醪容积数，单位为小时-1，也可以理解为每小时内新鲜基本稀糖液的交换量，稀深度的倒数即为停留时间。停留时间 T1/D(小时)例如表23所示。表23 停留时间与稀释程度的关系 V（m3） f（立方米/小时） D（小时-1） 停留时间（小时） 10 1 1/10=0.1 10 10 5 5/10=0.5 2 10 10 10/10=1 1 (2)倍增时间或世代时间的概念 在分批发酵时，处于对数生长期的酵母，基本上以固定的速度繁殖。由于酵母是以二等分分裂法(出芽法)繁殖，细胞每分裂(出芽)一次所需要的时间为g，称为世代时间，又称倍增时间。假若在一定体积的发酵醪中，开始时酵母细胞数量为X0，经过一段培养后，细胞数量变化可写为：末分裂(出芽)时，酵母细胞的浓度是X0在第一次分裂后(一世代后)，酵母细胞浓度是2X0在第二次分裂后(二世代后)酵母细胞浓度是22X0在第n次分裂后(n世代后)，酵母细胞浓度是2n X0即酵母经n次世代后最后的酵母细胞浓度为：X=X02n.2n表示在t时间内细胞分裂的次数，则：f/n=g.3此g表示在对数生长期中平均世代时间或倍增时间，它在这里的含义是表示细胞群体的平均世代时间，并非某一个细胞繁殖的世代时间。直接测定平均世代时间是因难的，常采用的方法，是在一已知的时间间隔内测定细胞数量的增加，再经计算后求出平均世代时间，为此目的应将3写成n=t/g并代入2则：XX02t/g.4将4式取对数并重排得到下列等式：g=ln2t/（lnx-lnX0）=0.69t/（lnX-lnX0）.5等式5是计算世代时间的基本公式，它表示在t时间内，由二次测定菌体细胞数量的增加而计算出的平均世代时间。在测定时应在固定的条件下进行。(3)对数生长速度的概念 在对数生长期中酵母的生长速度是固定的，对数生长期中一定时间内细胞数量的增加可用对数生长速度表示。将4式取对数，则：1nx=tln2/g+lnX0.6因在对数生