蒸煮工艺.doc

第三节蒸煮工艺 一.蒸煮的目的二.淀粉质原料的物理作用三、蒸煮过程中原料组分的变化四、影响糊化率主要因素的讨论五、蒸煮工艺流程 一.蒸煮的目的 薯类、谷类、野生植物等淀粉质原料，吸水后在高温高压条件下进行蒸煮，使植物组织和细胞彻底破裂，原料内含的颗粒，由于吸水膨胀而破坏，使淀粉由颗粒变成溶解状态的糊液，目的是使它易受淀粉酶的作用，把淀粉水解成可发酵性糖。其次，由于原料表面附着大量的微生物，如果不将这些微生物杀死，会引起发酵过程的严重污染，使生产失败。通过高温高压蒸煮后，对原料进行了灭菌作用。二.淀粉质原料的物理作用1.淀粉质原料的物理特征 淀粉是由葡萄糖基组成的高分子物质，广泛存在于植物种子（如玉米、麦、大米、高粱等）、块根（如甘薯、木薯等），块茎（如马铃薯）里。淀粉是由直链淀粉、支链淀粉与少量的矿物质和脂肪酸等混合形成颗粒状的淀粉颗粒。植物生长成熟后，各种植物中淀粉的含量因品种、气候、土质以及其它生长条件的不同而不一样，即使实在同一块地里生长同一品种的不同植株，其所含淀粉量也不一定相同。淀粉是白色的微小颗粒，不溶于冷水和有机溶剂，颗粒内部是很复杂的结晶组织，在显微镜的观察下，淀粉颗粒呈透明，具有一定的形状和大小，不同原料的淀粉具有不同形状和大小。淀粉颗粒的形状可分为圆形、椭圆形和多角形三种。一般含水分高、蛋白质少的植物颗粒比较大些，形状比较整齐些，大多数呈圆形或卵形，如马铃薯、木薯的淀粉。同一种淀粉的颗粒，大小也不均匀，例如：玉米淀粉颗粒的大小很不一致，最小的为5毫米，最大的为26毫米，中间还有许多种大小平均为15毫米，形状呈卵圆形。木薯淀粉颗粒大小范围为5-35微米，平均值为20微米。马铃薯淀粉颗粒大小范围为15-100微米，淀粉卵圆形均有同心环。甘薯淀粉颗粒大小范围为10-25微米，呈圆形。大麦淀粉颗粒最小约2微米左右。高粱淀粉颗粒大小为6-29微米，呈多角形。根据实验得出结论：一公斤玉米淀粉约含有17000亿个颗粒，从这个数字可以看出淀粉颗粒大小的程度。淀粉颗粒具有的抵抗外力作用较强的外膜，其化学成分与内部淀粉相同，但由于外层水分损失和胶粒结构更加紧密，因而其物理性能和内部淀粉不同。甘薯和谷类淀粉的外膜不甚坚固，易受糖化酶作用而分解，马铃薯淀粉颗粒的外膜较坚固，不易受糖化酶的作用。淀粉经热水处理分为两部分：一部分是极易溶于温水，水溶液黏度较小，而且有不稳定，静置后可析出沉淀的，称为直链淀粉，另一部分是难溶于温水，只有在加热条件下，才能溶于水，形成粘滞糊精的，称为支链淀粉。无论支链淀粉还是直链淀粉，其分子结构都是以葡萄糖为基本单位。2.原料细胞的破坏 在蒸煮过程中，植物细胞组织的变化过程如下：在原料预煮加热浸泡时，原料开始吸水膨胀，而且纤维素也膨化，细胞间的物质和细胞内的物质部分溶解，使植物组织的坚固性减弱。在原料蒸煮时，当温度生高至120-135时，最初20-25分钟内，果胶质的膨化和溶解基本完成，淀粉和多聚戊糖的溶解，也开始剧烈地进行。果胶质的溶解对细胞壁的破裂有重要意义，此后，当温度生高至145-150时，由于细胞壁的强度大为削弱，淀粉便从细胞内释出，直至蒸煮完毕为止。在原料的后熟阶段，虽然原料不断软化，但大部分仍然没有失去原有的状态，只有在吹醪时，即醪液在蒸煮锅内吹出时，由于醪液通过蒸煮锅喷出口的狭缝，压力发生变化，产生蒸气的绝对膨胀，使细胞破裂，植物组织才能完全碎解。为了尽可能使原料细胞完全破裂，而成为均一的醪液，在吹醪时醪液放出的速度应当较快些。3.淀粉结构及其膨化与糊化过程 淀粉是绿色植物进行光合作用的产物，植物把淀粉贮藏在种子或块根中，作为贮备的养料。谷类植物中含淀粉较多，例如大米中含淀粉62-82%。淀粉在稀酸作用下可发生水解，生成一系列的产物，首先生成糊精，再经麦芽糖而最后得到葡萄糖。糊精是比淀粉分子较小的多糖，能溶于水成为胶体溶液，多用作浆糊。淀粉的颗粒形状根据来源不同而有差异，但它们都是有直链淀粉和支链淀粉所组成的，这两种淀粉都是由葡萄糖单元构成，它们的结构上差异在于链的形状不同。在直链淀粉中葡萄糖单元连接成直链，称为直链淀粉，而在支链淀粉中则由于含有支链，称为支链淀粉，在一般淀粉颗粒中直链淀粉量较少，约为15-20%左右。淀粉大分子是葡萄糖单元之间以-1，4键相互缩合成链，直链淀粉平均含有200-980个葡萄糖单元，分子量相当于32000-160000，分子片段结构式如下；支链淀粉分子结构较直链淀粉复杂，除-1，4键缩合的葡萄糖链以外，还以-1，6键使葡萄糖单元缩合，成树枝分枝结构，支链淀粉分子量较大，平均含有600-6000个葡萄糖单元，分子量大约为100000-1000000，其分子片段结构式如下：无论直链淀粉还是支链淀粉，受到a-淀粉酶作用，使淀粉糊的黏度很快降低，淀粉液的碘色反应迅速失去兰色，由紫红褐黄无色，表现出极强的液化能力，所以，又称为液化型淀粉酶，细菌和霉菌都能产生-淀粉酶。淀粉的碘色反应与淀粉分子链的长度有关，链长在30个葡萄糖单位以上呈兰色，30-20个之间是紫色，20-13个之间是红色，7以下无色。淀粉是一种亲水胶体，当淀粉与水接触，水就渗透薄膜而进入到淀粉颗粒里面，淀粉颗粒吸水分后能发生膨涨现象，使淀粉的巨大分子链发生扩张，因体积膨大，重量增加。膨化作用的第一阶段，是原料吸收20-25%的水分后，当温度生至40时，实际上膨化作用的第二阶段已开始，随着温度升高而继续膨化，到温度升至糊化温度60-80时，淀粉颗粒体积已膨胀到50-100倍，此时，各分子之间的联系削弱，使淀粉颗粒之间分开，此现象在工艺上叫做淀粉糊化。淀粉颗粒在冷水或温水中浸泡后，会稍微有些膨胀，这种膨胀是由于少量的水分子进入淀粉颗粒的晶区引起的，所以淀粉颗粒经糊化后，更易被淀粉酶水解，因此在发酵工业中用淀粉作原料生产时，往往都需要将淀粉进行蒸煮。各种不同原料的淀粉，它们的糊化温度也不相同，如下表：直链淀粉溶解在热水中，形成有粘性的糖化液状态，当温度升至100时，支链淀粉开始溶解于水，形成非常粘滞的液体，等到温度继续上升至135以上时，支链淀粉溶解的更多。综合上述情况，可以看出由于加热后，使原料中淀粉溶解的过程是：当温度在糊化温度下，原料吸水膨胀，淀粉粒开始解体，当温度逐渐升到120时，支链淀粉开始溶解，而温度在120-150之间进行高温高压蒸煮，则使淀粉继续溶解，当温度达到135以上时，细胞破裂，淀粉就游离，细胞壁软化。三、蒸煮过程中原料组分的变化原料在蒸煮过程中不仅发生淀粉颗粒、植物组织的物理变化，同时原料组分也发生化学变化，在酒精生产过程中起着作用。1.纤维素（C6H10O5）n 是构成植物细胞壁的主要成分，其组成主要有许多失水的葡萄糖组成，在蒸煮过程中不发生化学变化，只是在吸水后产生膨胀，在与浓无机酸作用下，才起水解作用而生成葡萄糖。2.半纤维素在160时，纤维素在PH为5.8-6.3的溶液中不发生化学变化，而只有半纤维素部分水解。半纤维素的化学成分是有多聚戊糖和多聚已糖组成，在微酸性情况下受热，多聚戊糖分解为木糖和阿拉伯糖，木糖分解为糠醛，多聚已糖将部分解为糊精，这些物质都不能被酒精酵母所作用。3.果胶物质 是细胞壁组成的一部分，也是细胞间层的填充剂，其化学成分是由许多链状化合物的半乳糖醛酸或半乳糖醛酸甲脂所组成，如下所示：里面含有许多甲氧基，在蒸煮时，甲氧基从果胶物质中分离出来，生成甲醇，其反因式如下：果胶物质的含量，随原料品种不同而异，薯类原料所含果胶物质比谷类原料多，因此，生成甲醇量也较多。甲醇的存在，则对发酵不利，同时对酒精的质量也有影响。因此，在生产中应尽量控制甲醇的产生，甘薯干的蒸煮压力不能过高，通常粉碎后的甘薯干以22.54-27.44万帕斯卡为适当（2-2.5公斤压力），不粉碎的甘薯干约29.4万帕斯卡，采用降低压力的办法，可以减少糖的损失，但原料在低温低压时，糊化不易彻底，会引起可发酵性糖分的损失。如果是采用间歇蒸煮，则可考虑用放乏汽的操作方法，来排除醪液中的甲醇，所谓放乏汽，就是在原料蒸煮过程中，每隔一定的时间将蒸煮锅内的蒸气从锅顶放走一部分。甲醇的沸点为66，由于蒸煮时的温度在120以上，因而甲醇呈蒸气状态，存在与蒸煮锅的上部空间，当放乏汽时，甲醇蒸气随废气排于空气中。放乏汽不但可以将甲醇排除，而且由于锅内压力突然降低，达到醪液搅动的效果，使醪液蒸煮的更彻底、均匀。4.淀粉和糖 淀粉在PH5.6-6.3溶液中，尚未直接证实有水解作用，但是在原料预煮时，由于淀粉酶在50-60温度条件下进行强烈的作用，而形成糖的积累，这是蒸煮过程中要注意的。因为糖经高温高压必然会引起损失。酒精发酵过程是酵母利用可发酵性糖转化为酒精的过程，因此在蒸煮过程中尽量防止或减少原料中糖的损失，对提高酒精生产率有很大的关系。关于原料中糖分在蒸煮过程中的分解，甘薯中主要含-淀粉酶，只生成麦芽糖，其次是单糖，而马铃薯中所含的糖主要是葡萄糖和果糖及少量的蔗糖，谷物原料中则以蔗糖为主 。在蒸煮过程中，不同的糖分，其化学变化也不同，例如：糖分会转化，醛糖会变成酮糖（异构化），已糖脱水变成羟甲基糠醛，又可与氨基酸结合形成黑色素。（1）羟甲基糠醛的形成 当蒸煮时，已糖脱水变成羟甲基糠醛，这是一种极不稳定的化合物，它会继续分解为甲酸和糖尾酸（左旋糖酸），伴随的副反映是黑色素和腐殖质的形成，此反应在原料预煮时就已经开始，到了蒸煮时就强烈的进行。羟甲基糠醛很容易和新生的氨基酸分子起作用，而形成黑色素。黑色素积累的速度与还原糖及氨基酸的浓度成正比例，为了抑制黑色素形成的反映，在原料蒸煮时，可以采用较多的水量。（2）焦糖的形成 糖分在接近熔化的温度下加热时，可行成褐红色无定形的脱水产物，统称为焦糖。糖酐及其聚合物也是反映的基本产物，分解时也会伴随有副反应进行，副反应的机理大致与酸性羟甲基糠醛相类似。在蒸煮过程中葡萄糖也容易焦化生成呈色的产物，如有氨基氮存在时，容易生成氨基葡萄糖，这是葡萄糖产生色素的基础。焦糖是不能被发酵的，它会阻碍糖化酶对淀粉的糖化作用，并对发酵有影响，而使酒精产量降低。在糖类中果糖最容易焦化而生成焦糖。高浓度的糖液比低浓度的糖液较易形成焦糖，在蒸煮过程中局部过热，也容易形成焦糖，产生局部焦化现象。甘薯干在蒸煮时，由于原料内含有较多的糖分，比较容易形成黑色物质的焦糖，故酒精厂内一般在原料蒸煮时，常采用加水比13.2-13.4，有时还要高一些， 这样，对淀粉利用率，会取得较好的效果。原料蒸煮后，由于糖分分解时会形成着色物质，因而蒸煮醪常带淡褐色，因此可根据蒸煮醪液的颜色来判断糊化程度。在蒸煮时，可发酵性糖，主要是转化糖，其中特别是果糖容易损失，同时有一部分淀粉水解为糊精（高分子产物），使损失率增加。蒸煮时可发酵性糖的损失问题：蒸煮时间与压力对糖损失的影响，是时间延长比压力增加影响大，例如：压力由39.2万帕斯卡增至49万帕斯卡，既压力增加25%时，于相同时间内其糖分损失增加8%，而在温度不变，证煮时间延长25%时，糖分损失增加9%，不仅对糖分是如此，对维生素、氨基酸的破坏，也是这样。5.蛋白质 在蒸煮过程中蛋白质的变化情况如下：温度升高到100时，可溶性蛋白质便减少，当温度继续升高，则又重新增加，这是因为最初蛋白质进行凝结作用和变性作用，其后则进行胶溶作用。蒸煮时可溶性氮量是增加的，但蛋白质态氮反而下降，在蒸煮过程中蛋白质分子是不可分解的，所以，残留于液体中的氨基态氮没有变化。再普通蒸煮操作中，谷物中的含蛋量有20-25%转移到液体中去。6.脂肪 在蒸煮过程中变化是很小的。四、影响糊化率主要因素的讨论淀粉质原料经过蒸煮，原料内部的淀粉膜破裂，内容物流出，变成可溶性淀粉，这一过程叫做糊化。整个蒸煮糊化过程，可分两步进行：第一步是淀粉颗粒吸收水分而膨胀；第二步是当加热到一定温度时细胞破裂，内容物流出而糊化。糊化率是蒸煮过程中的一个指标，用以说明淀粉溶解的程度，糊化率的计算方法如下：糊化率（%）=糊精/总糖X100%影响糊化率的主要因素，约有下列几点：1.原料的粉碎粒度 酒精生产中，原料进行蒸煮前，预先经过粉碎，以增加原料与蒸气的接触面，提高热处理的效率，对于一些带壳原料，则必须将原料的皮壳破碎除去。原料的粉碎粒度对糊化有很大关系。完全糊化之前焦化，造成出酒率的降低。 一般而言，良好的蒸煮醪液应该是淡黄色或浅褐色，较为透明，不易凝固。蒸煮过老的蒸煮醪，则颜色焦黑带褐色，而且有苦味和焦味，蒸煮醪太嫩，表现出颜色较淡，混浊不清，容易凝固，味甜。但蒸煮醪的颜色深浅与原料的性质有关，不是蒸煮醪的唯一标志，除了蒸煮醪的颜色为检查质量的标准外，还要看醪液中有无未煮透的小粉料颗粒存在。优良的蒸煮醪应该是用手指压摸时呈均匀细致，而且有光泽，所以原料的粉碎粒度对糊化率有影响。原则上是粉碎越细越好，但粉碎过细，消耗电力大。淀粉的溶解还受蒸煮过程中的磨擦和放醪等条件影响，因此，粉碎度过细也无必要，酒精工厂一般采用通过1.5-2.5毫米筛孔的粉料。原料粉碎度随原料的种类和蒸煮方法的不同而有差异，当采用较高的压力和较高的温度蒸煮时，无论是连续蒸煮还是间歇蒸煮，一般都采用较粗的粒度，相反，在略低的压力和温度下蒸煮时，物料的粒度更应要求细些。但是，原料经过粉碎以后，物料的粒度一般要求均匀一些，粒度大小不要相差太大。如果粒度不一致的程度太大，则由于不同粒度的蒸煮条件各不相同，在同一蒸煮条件下，形成物料的糊化程度就会不一致。一般粉末原料，常常在较大粉粒2.加水比 为了进行蒸煮，必须将原料粉碎成细粉，再加一定量的水，一般是加入由蒸馏车间送来的热水，或在本车间用循环蒸气加热的温水。加水量要适当，若加水过多，会使粉浆很稀，导致工厂生产能力降低，设备利用率减少，蒸气消耗大；反之，加水过小，粉浆会过浓，蒸煮醪黏度大，流动性差，这样会容易招致局部受热，形成糖分损失，不利于管道输送，醪液浓度大也不利于酵母发酵。根据以上情况，目前我国各酒精厂对蒸煮原料的加水比，一般认为：对甘薯原料水=13.2-3.5，对于玉米原料为12.8-3.0。加水比较大的原因是：加水多，糖难于焦化，便于增加压力进行高温蒸煮，为溶解淀粉创造了条件。此外，加水多，溶液黏度低，对酵母发酵也有利。从降低糖-氨基反应的原则出发，原料蒸煮时，加水大一些为好，因为糖-氨基反应以及焦糖的形成与醪液的浓度有关。3.预热温度和时间 一般酒精工厂在蒸煮前把原料先经过预热，根据原料品种不同来调节预热水温，预先对原料进行吸水浸泡，这样，可以缩短原料在高温高压下的蒸煮时间，并且对热的利用比较合理。预热时水温要求在80，尤其是对含有-淀粉酶的甘薯干，不能用温度较低的水，否则在升温过程中，由于淀粉酶的活力，而产生多量的糖，造成在蒸煮过程中因高温而产生的糖分损失。如用粉状原料进行蒸煮，水温则不能高，一般用50左右的水，否则当原料与高温水接触时，来不及混合均匀，部分原料已糊化而结块，造成蒸煮不彻底。预热温度一般采用下表所示：4.蒸煮压力、温度与时间 压力、温度、时间对糊化率的影响很大。蒸煮压力是确定温度的指标，淀粉的溶解与蒸煮压力、时间成正比。但是，蒸煮压力与时间的关系是相互有影响的，蒸煮压力高，淀粉溶解快，这样，蒸煮时间相应就可以缩短。此外，蒸煮时间短，糖的损耗和生成的杂质就相应减少。管道连续蒸煮就是在高压下只处理5-10分钟，成效较好。5.循环排汽时间与次数 在间歇蒸煮过程中，为了使原料受热均匀和彻底糊化，采用循环排汽的方法，利用蒸汽来搅拌锅内的物料。一般在正常情况下，先将蒸煮锅的生产压力降低2.9-4.9万帕斯卡，这样，由于压力改变，锅顶空间蒸汽压力突然降低，由于排去锅外一部分蒸汽，使原来的压力减小，产生了压力差，使醪液向上翻动，达到搅拌的目的。循环排汽时间一般没隔15-20分钟进行一次，一直进行到蒸煮完毕为止。采用的原料不同，蒸煮时间长短也不一样，则所采用的循环排汽时间也有差异。一般蒸煮薯类原料时循环排汽次数是三次左右，谷类原料蒸煮时间比较长些，故循环排汽次数也适当要多。五、蒸煮工艺流程（一）间歇蒸煮近年来，用淀粉质原料生产酒精的工厂，大多采用连续蒸煮工艺，但尚有一部分小型酒精厂和液体白酒厂，还采用间歇蒸煮方法。此法虽有不少缺点，但是所用的设备比较简单，操作容易掌握，在一些小型工厂中容易推广，虽然连续生产方法不断取代间歇生产方法，向近代化的生产发展，但在目前来讲，间歇生产法在一部分酒精工厂中还起着一定的作用（由启是目前的改革开放，出现了一部分个人私有酒精厂，大部分采用间歇蒸煮方法）。1.蒸煮设备 通常采用锥形蒸煮锅（立式蒸煮锅），其外形和结构简单。它是用钢板制成的圆柱圆锥体联合形式，上部是圆柱形，下部是圆锥形，用焊接而成，材料可采用A3号钢，锥底用法蓝连接，以便于检查和更换。蒸煮锅承受的压力大多数是在39.2万帕斯卡左右，蒸煮锅上面的部件有加料口、排汽阀，锅耳是用来安装锅体的固定器件，加料口盖以自由向上盖为好，当锅内压力升高时，加料口的密封更为可靠，加料口盖的材料也用A3号钢，由于锥形锅壁常被沙石磨损，经常是放入衬套，衬套厚3毫米，其接缝处用沿壁插入的盖板盖住。下部还有取样孔，加热蒸气管，下面是醪液排除室和排醪管。这种形式的蒸煮锅比较适于对整粒原料的蒸煮，例如甘薯干，甘薯丝，粉碎后的野生植物等。由于这种蒸煮设备是从锥形底部一点引入蒸气，并可利用蒸气循环搅拌原料，因此蒸煮醪液质量很均匀，同时由于下部是锥形，蒸煮醪液排除比较方便。2.间歇蒸煮工艺间歇加压蒸煮工艺流程：加水入蒸煮锅投料升温蒸煮吹醪由于原料种类及其物理状态不同，所采用的工艺条件有差异，但其工艺流程基本不变，现按工艺流程顺序分别阐述如下：加水 间歇蒸煮是在一个蒸煮锅内进行，在蒸煮整粒原料时一般先加入温水，此温水系车间内用循环蒸气加热的热水，或者是由蒸馏车间冷却后的废热水，水温一般要求在80左右，如果是采用粉状原料进行蒸煮，水温一般在50左右。先要在拌和桶内搅成粉浆后，在送入蒸煮锅内，这是因为原料与高温水接触时，如来不及混合均匀，粉状原料会部分糊化而结块，造成蒸煮不彻底，影响糊化效率，从而引起降低原料的出酒率。由于原料不同，所采用的加水比也不一样，一般为：粉状原料，14.0；甘薯原料，13.2-13.4；谷物原料，12.8-13.0。投料 按照原料不同情况，投料方式也不同，整粒原料蒸煮时，当所投入的原料数量完毕后，即可关闭加料盖，进汽，或者可以在投料过程中同时通入少量蒸气，便于上下翻动，是蒸气冲击原料，起搅拌作用。若采用粉状原料，先在调浆桶内调匀，送入蒸煮锅，以防原料由于产生粉粒结块，引起蒸煮不彻底。投料时间根据锅的容量大小和投料方法而异，一般为15-20分钟，此外工厂还常采用在投料过程中或者在投料结束以后，用压缩空气进行搅拌，以防原料结块生团，影响蒸煮质量。升温 加水投料后，立即把加料口盖关闭紧密，打开排汽阀门，同时通入蒸气，把锅中的冷空气完全赶净，以防锅内有冷空气存在而产生冷压力，影响压力表所示的数值，不能反映锅内的真正压力，而引起原料蒸煮不透的现象。如何能排除产生冷压力？一般是当蒸气通入锅内，从排汽阀口有蒸气排除时，即表示冷空气一赶净，即可关闭排汽阀，使蒸气压力慢慢升到规定压力，升温时间一般采用40分钟左右。有的酒精厂，为了能达到充分吸水的目的，在升温前把原料先浸泡半小时左右，使原料能大量的均匀吸水。蒸煮 料温生到规定压力时，保持此压力下维持一定的时间，使原料达到彻底糊化蒸煮。原料不同，所用的压力和蒸煮时间也不同，在蒸煮过程中，为了使原料受热均匀和彻底糊化，采用循环的方法利用蒸气来搅拌锅内的原料，如果蒸煮时不进行放乏气循环搅拌，虽然在蒸煮初期通入了大量蒸汽，但锅内原料并不翻动，或者翻动的不彻底，从而使在锅上部的原料糊化不透。因此在蒸煮过程中，循环操作是提高蒸煮醪质量重要措施之一，由于要进行循环排汽，所以，蒸煮的装醪量约为锅容量的75-80%左右，在醪液面上要留有空间。吹醪 蒸煮完毕的醪液，利用蒸煮锅的压力从蒸煮锅排除，并送入糖化锅内。在吹醪过程中，原料的淀粉颗粒，由于压力的突然降低，受绝热膨胀的影响，使原料内的植物细胞彻底破坏。从理论上来分析，吹醪速度越快越好，但是吹醪速度太快，则醪液容易从糖化锅喷出，容易引起烫伤事故。一般规定吹醪时间不得少于10-15分钟，要按照蒸煮锅的容量大小来决定。加淀粉酶加压蒸煮 随着霉制剂工业的发展，近年来，我国有一些酒精工厂采用先加细菌淀粉酶液化后，再进行加压蒸煮，这样，蒸煮压力可以降低，蒸煮时间也可以缩短。淀粉酶用量大约是原料的0.1-0.2%，采用不同的原料，所需的淀粉酶用量也不同，例如：薯类粉状原料，淀粉酶用量可以少些，谷类原料和野生植物原料，淀粉酶用量则要适当加大些，而且需要事先将细菌淀粉酶加水浸渍0.5-1小时，以备应用。把粉碎原料，按照规定的加水比放到混合池拌匀，调整温度至50-60，然后加入细菌淀粉酶，搅拌均匀，再加石灰水调整到PH6.9-7.1。将调整好的淀粉液输送到蒸煮过中，通入压缩空气进行搅拌，并通蒸气升温到93，保持1小时。取样化验其液化程度，达到标准后，则停止通压缩空气，继续升温至130，保持1/2小时，即可吹醪送至糖化锅。3.不同原料的间歇蒸煮工艺条件 蒸煮所需的压力和时间随原料品种，质量优劣，水分含量多少而有不同，如含水分大或霉坏的原料，蒸煮压力应该较低含糖分较多和细胞组织疏松的原料，也应该降低蒸煮压力。现将我国酒精厂采用的几种原料，其间歇加压蒸煮的工艺条件综合列与下：从上表可见，甘薯和阙根等原料中含有一定的糖分，因此不能用过高的压力蒸煮，否则糖易焦化，造成发酵糖的损失。谷类原料较薯类原料的蒸煮压力大些，蒸煮时间长些，循环换气次数也较多。各种野生植物所含的纤维量及杂质不同，硬度也不相同，因而蒸煮压力要大些，蒸煮时间需较长，循环次数较多，且循环换气时间长。由于野生植物原料含淀粉和糖分较低，而纤维质及其他不可利用的成分较高，因此，造成发酵醪中沉淀物多，直接影响产酒率和设备利用率，同时容易造成管道堵塞。此外，野生植物原料含单宁物质及其他生物碱甚多，这些物质都会凝固蛋白质，直接有害于酵母的生长和繁殖，因此，我国有些酒精工厂采用淀粉质高的原料（如薯类、谷类）与野生植物搭配，多种原料混合发酵，由于原料不同，蒸煮条件各异，因而可以混合糖化发酵，但蒸煮宜分别进行。我国南方某厂是采用三种原料混合糖化发酵，即采用野生植物的金刚头粉，木薯干粉与大麦粉（或甘薯干粉）各1/3，分别进行蒸煮，混合糖化发酵酒精。4.间歇蒸煮过程中应注意事项蒸煮前预先浸泡原料，要防止低温浸泡时间过长，因为原料在低温浸泡时除吸水速度慢外，还会因原料本身有淀粉酶而引起作用，生成还原糖，而这些糖在蒸煮过程受到破坏，从而增加了可发酵性物质的损失，此外，会使蒸煮不透。我国各酒精厂为了避免甘薯原料中-淀粉酶的作用和增加原料吸水速度，采用提高浸泡水温，根据实践经验，原料在40浸泡30分钟，吸水率为78%，在70为100%，在90为170%，按此情况在整粒原料使用前，采用80-90的水温浸泡。当原料投入蒸煮锅以后，应该开大蒸气搅拌，避免原料下沉，并解决浸泡不完全问题，但是升温速度不能太快，否则原料内部来不及充分吸水，而表面已经糊化，形成内部不透水的情况，导致原料糊化不透，产生不熟的蒸煮醪。间歇蒸煮中如果采用粉末原料，则必须考虑设置一个拌料罐，在粉料投入蒸煮锅前先调成分浆，再用泵打入锅内。按经验粉料的混合罐（内部装有搅拌器），所需的热水温度控制在80-85（对甘薯干、玉米而言），如果采用高粱原料的粉料，热水温度控制在70-75，否则高粱粉浆温度超过70，即成胶团。如果添加细菌淀粉酶，可提高水温到80以上。在采用粉浆时，为了避免结团现象的产生，加水要均匀，否则仍会引起吸水和糊化不良的现象。不在蒸煮时必须充分排除锅内的空气，否则会造成假压力而引起糖化透。5.间歇蒸煮的缺点 间歇蒸煮虽然有使用钢材少，设备和操作较简单的优点，但与连续蒸煮的优点相比，存在着较大的缺点，如下所述：高压蒸煮时间长，蒸汽与原料接触不均匀，糊化质量不够好。蒸气消耗大，而且需要量不均衡。辅助操作时间长，设备利用率低。劳动强度大。设备占地面积大。因此，在技术不断发展，向现代化能努力过程中，间歇蒸煮之适宜于特定情况和小型工厂采用。（二）低温蒸煮谷类原料制造酒精，原料不必经过高压蒸煮。具日本研究资料，过去由谷类制造酒精时，必须经过高压蒸煮（140-150），以达到淀粉糊化，并杀灭杂菌两个目的。此法耗费大量热能，有改良必要。采用低温蒸煮法，就是一种改进较为有效的实验。例如：将各种谷类粉末100克和麦芽粉末3克，悬浮于430毫升中，在80维持30分钟，麦芽则在68，维持30分钟后，冷却至28，添加麦芽粉17克和糖化酶0.1克及种子25毫升，在28发酵72小时实验结果如下表：又有一例用糖化酶（细菌淀粉酶）及根酶糖化酶，完全不用麦牙粉，发酵较率达86%。此法可以节省蒸气及冷却水的用量，只有旧法的一半，而发酵率则与旧法相似，甚至超过之。（三）连续蒸煮工艺为了提高蒸煮醪质量和减轻劳动强度，目前我国个酒精厂广泛采用连续蒸煮的方法，这是我国酒精生产中一项重大技术革新，常用的有罐式连续蒸煮，管式连续蒸煮，柱式连续蒸煮等三种方法，各有特点，现分述如下：1.锅式连续蒸煮1.锅式连续蒸煮流程的特点 所需要的主要设备是利用工厂原有的间歇蒸煮锅改造的，改装时只需要原有蒸煮锅串联起来，再增加预热器和后熟器即可。由于它可以充分利用原由的蒸煮锅，有能达到提高生产效率，节约蒸气等连续蒸煮的优点，适合于老厂改造，所以为我国很多工厂所采用。其流程为：原料斗式升运机料斗锤式粉碎机螺旋拌料器（即绞龙） 混合桶 泥浆泵 蒸煮锅 后熟器 气液分离器 真空冷却糖化锅锅式连续蒸煮是应用温度渐减曲线来进行蒸煮，因此蒸煮质量好，糖分损失少。同时，整个操作过程是在体积比较大的连续罐内进行，对于带有皮壳的原料或纤维等固形物较多的醪液，甚至对捻度稍大些的醪液，也不易产生堵塞现象。此外，应用此流程可以不需考虑重砌锅炉房，因为它的后熟时间较长，在蒸煮时不要求过高的蒸气压力，因而原有的锅炉房即可利用。但是，此流程也存在采用的设备较大，相应的厂房也要增大，以及蒸煮过程时间较长等缺点。（2）工艺流程及其工艺条件 原料经斗式提升机运至料斗，通过锤式粉碎机进行粉碎，粉料经螺旋拌料器，加入13.5或14.0的水，水温40左右，在混合桶内充分混和，预热至70-80，然后送入1号蒸煮锅，打满醪液，通入蒸汽，生压至2.45万帕斯卡（相当于138），维持10分钟，再启开流入2号蒸煮锅的阀门，装满醪液后，开启3号，将醪液送至3号蒸煮锅，待3号锅顶部出来的醪液从切线方向进后熟器分离汽液，回收二次蒸气以供加热用，在后熟器上腰部引出醪管（插入下部），与真空冷却器联结，其真空度经常保持400毫米汞柱，使醪液瞬间冷却到糖化所需要的温度，送入糖化锅。原料种类不同，连续蒸煮的工艺条件也不同，各种原料的罐式连续蒸煮工艺条件如下表：控制上述蒸煮条件的方法：控制1号锅温度用进醪速度和蒸汽大小来调节，控制2号锅温度则以蒸汽大小来调节，3号锅温度从排醪大小来控制。一般工厂锅式连续蒸煮都采用三至四个甚至六个罐串连起来进行连续蒸煮。近来有些工厂将两个原有蒸煮锅割开，倒合改装成“枣核形”蒸煮锅，如陇西酒精厂便将六个蒸煮锅改造成三个“枣核形”蒸煮锅，串在一起，成为“枣核形”锅式连续蒸煮。这一新工艺对提高酒精生产的产品和出酒率，对节煤节粮有较好的效果，蒸煮过程中糖的损失也大大减少，保证了糊化质量。“枣核形”锅式连续蒸煮的工艺条件：从料浆预热至蒸煮后熟时间为90-120分钟，料浆温度70-80，进口温度为125-128，1号锅出口温度为126-130，压力为2.74-3.43万帕斯卡，2号锅压力为1.96-2.74万帕斯卡，3号锅压力为1.27-1.96万帕斯卡，汽液分离器压力为0.78-1.96万帕斯卡。“枣核形”锅式连续蒸煮的优点：主要表现在压力相对的较低，温度也低，在全部蒸煮过程中醪液处于流动状态，汽液混合均匀，循序流动，减少停滞形象。其次由于降低了蒸煮温度，压力相应减少，延长了后熟时间，在蒸煮过程中，产生焦糖较少，有利于酵母的生长繁殖，发酵比较彻底，发酵残物较少，总残糖一般在0.8左右，其中间产物的质量情况如下表所示。此法还节约了蒸汽，使酒精煤耗有了降低，蒸汽用量稳定，有利于锅炉供汽的运行。2.管式连续蒸煮 管式连续蒸煮是将淀粉质原料在高温高压下进行蒸煮，并在管道转弯处产生压力间歇上升和下降，醪液发生收缩和膨胀，使原料的植物组织和细胞壁，淀粉颗粒等彻底破裂，产生淀粉糊化和溶解状态，而利于酶的作用。原料粉碎后，经螺旋拌料器（绞龙），加水（13.5-14.0），混合后流到粉降罐，内有搅拌器进行搅拌，混合的浆料泵送至预热锅中，利用后熟器来的二次废蒸汽进行加热预煮，温度为75，预煮后的醪液经过滤器滤去较大的杂质后，再用泥浆泵送到加热器。进料控制阀主要控制进料速度，如进料速度过大，则可让其回流一部分醪液，以保证加热器的稳定操作。单向阀是为了保证加热器有足够的压力和正常的工作。加热器是三套管式加热器，为了使醪液在加热器内受热均匀，并保证蒸汽与送醪互不影响，要求加热器醪液呈膜状通过不，所以内管与中管之间的环隙面积，应为送醪管的2-3倍。新鲜蒸汽分二路进入加热器中，一路进入加热器的套管内，套管壁上开有许多直径为3毫米的小孔，新鲜蒸汽向外喷射，一路进入加热器的外加套内，在器壁上也有许多直径为3毫米的小孔，蒸汽由小孔向内喷射，为蒸煮醪进入套管空间时，被两路来的蒸汽接触，然后送入蒸煮管道，蒸汽喷入管内速度为40米/秒，管式蒸煮器管道直径为117毫米，总长78米，竖立安装，在管的接头处放置35、40、50毫米孔径的锐孔板，顺次排列，粉浆通过锐孔板前后，由于突然的收缩和膨胀，压力下降，而相应的醪液沸点也变更，结果产生了自蒸发现象，使醪液在沸腾的状态下更好的进行蒸煮，另外，醪液经过锐孔板时产生了机械碰撞和锐板边缘摩擦，有利于淀粉颗粒的破碎，因而增强了蒸煮醪与蒸汽的接触面积。这种醪液的收缩，膨胀，减压气化，冲击现象，使淀粉软化，破碎，进行着快速蒸煮，根据实际测定，醪液通过锐孔板前后温度差2-3，在管道蒸煮器内经过的时间是3-4分钟，蒸煮进口压力为6.37-6.86万帕斯卡，出口压力在2.94万帕斯卡左右。醪液通过整个蒸煮器的压力为3.92万帕斯卡左右，蒸煮醪自管式蒸煮器出来以后，经过压力控制阀底部进入后熟器，醪液逐渐上升，停留50-60分钟，即完全煮熟。在后熟器内装有浮子式液面控制器和压力自动控制器，以保持液面压力，使温度稳定，通过顶部蒸汽空间的压力为1.47-1.76万帕斯卡，醪液的温度为126-130，后熟器的醪液进入蒸汽分离器是沿切线方向进入。此时压力降至常压，因此排出大量二次蒸汽，醪液由下部排出，二次蒸汽送出作预热使用。蒸汽分离器的液面也是采用自动控制的，醪液停留时间为6-8分钟，温度约90-100，自蒸汽分离出来的醪液流到真空冷却器，由于真空泵抽空造成付压，蒸煮醪迅速被冷却到60-65左右。此流程的特点 流速较快，故醪液和蒸汽在管道连续蒸煮器内应该是混合的较好，因而蒸煮醪的质量也应该是较均匀的，但实际上，并非如此理想。除流速较快之外，设备占地面积相应的较少，也既是设备费用和建筑费用都较节省。3.柱式连续蒸煮 柱式连续蒸煮比管式连续蒸煮的压力较低，流速较慢，蒸煮时间可以长些，操作较稳定，耗汽量减少28%，原料中糖分的损失也减少，淀粉利用率较高，不少厂都采用了柱式连续蒸煮。甘薯干原料经斗式提升机，提升到料斗，经过粉碎，在混合桶中以60-65*热水配成粉浆，加水比为1：4，并可添加0.07-0.1%淀粉液化酶，使淀粉浆更好的液化。粉浆用离心泵送至柱式连续蒸煮的加热器，同时通入2.45-2.65万帕斯卡表压的蒸汽，粉浆被蒸汽直接加热，瞬时加热到130*左右，经缓冲器进入蒸煮柱，在蒸煮柱1和3内设有六个收缩口，粉浆经收缩区部位时，由于蒸汽的绝热膨胀，从而达到快速蒸煮的目的。在蒸煮柱2和柱区内共有12快挡板，使粉浆与蒸汽接触更好，粉浆在蒸煮柱内停留的时间为15分钟，粉浆在蒸煮器进口压力为2.65万帕斯卡（表压），出口压力为1.57-1.76万帕斯卡，蒸煮醪自蒸煮柱区出来后进入后熟器的低部，向上停留时间约为60分钟，则完全蒸熟。后熟压力为0.88万帕斯卡（表压），醪液温度为118*，醪液自后熟器中部出来沿切线方向进入汽液分离器，排除大量二次蒸汽，压力才降至常压。二次蒸汽温度高，潜热大，应充分利用二次蒸汽的余热。4.连续蒸煮与间歇蒸煮的比较 近年来，我国大多数酒精厂都采用了连续蒸煮的方法来代替间歇蒸煮，通过生产实践，可以看出连续蒸煮较间歇蒸煮具有如下的优点：（1）淀粉利用率高 蒸煮醪的质量可以从外观色度，味道和淀粉颗粒来判断半成品的质量指标，但最终还是以出酒率来比较，经过实验得出如表1-21的结果如下：从上表分析比较，可看出连续蒸煮的出酒率比间歇蒸煮高，如以95度酒精计，每吨原料连续蒸煮可提高15-20升酒精。影响出酒率的原因主要为：间歇蒸煮在高温下停留时间较长，引起糖分的分解，尤其在锅壁上不易与水接触的地方易形成焦糖或氨基糖。其次，间歇蒸煮设备容积大，加热不均匀，有时尚出现未蒸透的颗粒，从而降低淀粉利用率。（2）设备利用率高 连续蒸煮与间歇蒸煮相比，减少了加水加料，升温和吹醪等非蒸煮时间，因次，设备利用率可提高50%以上，但是连续蒸煮也要另外增加一些辅助设备，例如预煮锅、后熟器等。（3）热能利用率高 间歇蒸煮每次都需要加热锅壁，并且无法利用二次蒸汽，所以连续蒸煮每吨原料可节省蒸汽25-30公斤，此外，连续蒸煮用汽均匀，大大减少造成高峰用汽幅度，使供汽均衡。（4）劳动生产率高 由于连续蒸煮是在较稳定条件下连续进行，所以劳动条件可以改善，并为连续生产自动化创造了条件。虽然间歇蒸煮还存在一些缺点，但是由于设备简单，所以，还为国内许多小型生产的酒精厂和液体白酒厂广泛使用。5连续蒸煮工艺流程的比较 综合上述介绍的三种连续蒸煮方法，它们的优缺点为：（1）锅式连续蒸煮 其优点是可利用原有设备，不许要较高的压力蒸汽，并节约蒸汽，降低煤耗可达10-15%，而切操作简单，整个生产过程基本上没有堵塞现象，淀粉利用率可提高1-2%。其缺点是：设备占地面积较大，蒸煮时间较长，蒸汽与物料接触不够均匀。（2）管式连续蒸煮 其优点是粉浆扩散面积大，使与蒸汽充分接触，蒸煮迅速均匀。另外，设备占地面积小，生产能力大，生产操作容易实现机械化、自动化，生产管理方便。其缺点：需要较高压力蒸汽（0.98万帕斯卡）和高压泵，并要求原料处理较细，否则管道会出现阻塞现象。同时，醪液流速快，蒸煮时间短，使醪液质量难以保证。另外，生产不大容易控制，淀粉利用率提高不多。（3）柱式连续蒸煮 其优点是由于蒸煮柱直径较大，物料停留时间比管道连续蒸煮的时间长，因而掌握起来比较稳定，容易操作，不易堵塞。还由于蒸煮柱阻力较小，所以，蒸煮时用的压力较低，酒精工厂不需要压力较高的锅炉。其缺点是：要求掌握操作技术较高，否则加热器容易发生堵塞现象。伊心漂泊一、淀粉质原料酒精生产技术 k r% y- q& s! U# ; |* u2 n% Q+ |! o# a$ Q绪论 u/ H( _- W, ah- G3 . j V5 p( O6 i! ! n ! ?+ w1、酒精与白酒工业在国民经济中的意义6 y g( z0 6 a. i0 k 7 V8 g, l3 I% 酒精与白酒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。. d- / r% i% j s* r. C! ) R+ a: ( ; v6 ?9 g. o0 # Y8 t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。, Y5 S1 M- w: Y- m: q8 a/ 1 D; U5 t0 T/ F m白酒是一种含有较高酒精浓度的无色透明的饮料酒，使用淀粉质原料或糖质原料经过发酵，蒸馏而制成，根据原料及工艺的不同，具有各自独特的风味。) t! A ?; o4 i6 q5 s/ I# 8 O b . D8 L白酒是广大人民生活的嗜好品，一般人每逢节日，往往以饮酒表示欢庆，消耗量相当大。他对于井下、森林作业人员、出海渔民和海员来说有是劳动保护的比须品。白酒还可用来浸泡某些中草药，增强药效。为了满足人民生活日益提高的需要，白酒生产日益发展，质量不断提高，品种也越来越多样化，产量也逐步增加。- ?# q- W$ h A8 J1 J3 L) t! q! s( B( p酒精与白酒生产的原料大都直接来自农村，而副产物的酒糟不仅可供作农用肥料，而且是一种富有营养价值的饲料，更可利用酒糟大搞综合利用，这对促进农副业的发展也有重有作用。: - B& d6 ) b- A; e d( an u) V( xn5 3 e2、国内外酒精与白酒工业生产概况及发展趋向$ t; T$ U0 u/ S, y/ w9 7 V# p3 5 J D4 u酒精与白酒生产是在酿酒的基础上发展来的。/ Y. C. z3 U; m v$ H9 D B9 X/ x* z0 x. L. s# f! Ze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。( T3 U. Q- z3 n) h* F1 s# _: U- X# g& h4 Z9 P3 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。* D7 y( X7 G- q4 j1 5 q: N# S 0 x& Q9 m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。+ j& % c$ 1 |/ ! B) w/ K9 W5 V# l! G由于各国资源不同，酒精工业的生产亦各有特点，如北欧瑞典、挪威芬兰三国，因为森林面积大，造纸工业发达，所以采用亚硫酸盐纸浆废液发酵生产酒精的比例很大。南美巴西与古巴等是盛产甘蔗糖的国家，则全部用甘蔗糖蜜作原料生产酒精。随着酶制剂工业的发展，世界各国都普遍采用淀粉酶来代替麸曲和液体曲，酶法糖化液的酒精发酵率达93%，大大提高了酒精得率。目前酒精发酵生产的淀粉出酒率最高可达56.3%左右。- l3 Q+ e& - m8 P, R! Q$ j# F N4 O- G白酒是我国传统的蒸馏酒，历史悠久，工艺独特，品种繁多。不论名白酒、优质白酒、大曲酒、小曲酒、麸曲白酒、液体白酒都取得了较达发展，尤其是兑制酒盛行各国，成为酒类行业的新趋势。新产品的层出不穷，在开辟新原料、代用原料，试制新产品，选育优良菌种，推广新工艺、新设备，实现机械化、连续化、自动化生产和大搞综合利用、环境保护等方面均取得显著的成绩。8 a9 B% M/ o# k; y n* T6 / J# k( a3 z多年来，在传统白酒生产方面,进行了人工培养老窖和防止窖泥退化的研究,打破了必须百年老窖出好酒”的观念，促进了我国浓香型白酒的发展；总结了烟台白酒操作法与四川小曲酒操作法，推动了白酒工业的发展；采用了气相色谱法剖析白酒中微量的香味组份，找到了一些名白酒主体香型的主要组份，为提高白酒质量和科学管理生产提供理论依据。在液态白酒生产方面，探索出“液态去杂，固态增香，固液勾兑”的新工艺，同时利用己酸菌和产脂酵母进行发酵增香，大大提高液态白酒的质量。在小曲酒酿制方面，利用纯种根霉与酵母纯粹培养制成混合曲来酿制小曲酒取得显著的效果，为小曲酒机械化生产创造了良好条件。此外，为了有效的降低劳动强度和提高劳动生产率，一些酒厂分别实现了固态