燃料乙醇工艺培训材料12.20

中粮生物化学（安徽）股份有限公司

燃料乙醇工艺培训材料杨冬2012年12月目录第一部分燃料乙醇生产原料简介第二部分燃料乙醇生产工艺介绍第三部分燃料乙醇生产主要技术指标及检测方法第四部分酒精生产中常用的计算方法第五部分酒精经济技术指标计算方法第一部分燃料乙醇生产原料简介一、概述燃料酒精是一种新生物能源，其优势在于发酵酒精属于可再生能源。目前世界上发酵法生产的酒精原料主要有：谷物作物中的玉米、小麦、成化粮水稻等；薯类作物中的木薯等；以及糖料作物中的甘蔗、甜玉米等。现我国大多数酒精厂使用玉米与木薯原料生产燃料乙醇。1.1玉米与木薯原料简介1.1.1玉米原料简介玉米，亦称玉蜀黍、包谷、苞米、棒子；粤语称为粟米，闽南语称作番麦，是一年生禾本科草本植物，是重要的粮食作物和重要的饲料来源，也是全世界总产量最高的粮食。玉米是禾本科草本植物玉秫黍的种子。原产地是墨西哥或中美洲，1492年哥伦布在古巴发现玉米，以后直到整个南北美洲都有栽培。1494年把玉米带回西班牙后，逐渐传至世界各地。到了明朝末年，玉米的种植已达十余省，如吉林、浙江、福建、云南、广东、广西、贵州、四川、陕西、甘肃、山东、河南、河北、安徽等地。夏、秋季采收成熟果实，将种子脱粒后晒干用，亦可鲜用。玉米酒精厂分布及产量：目前，我国燃料乙醇的生产原料也主要是以玉米为主。2001年，国家五部委颁布《陈化粮处理若干规定》，规定陈化粮主要用于生产乙醇、饲料等，并批准建立四家乙醇企业：中粮生化、中粮生化能源肇东有限公司前身为华润酒精，下称中粮生化、吉林燃料乙醇公司、河南天冠集团。发酵水平:随着行业的发展，酒精水平由10-11.2%(v/v)提高至15%(v/v)。

第一部分燃料乙醇生产原料简介发展展望：燃料乙醇最初的发展主要以消化陈化粮为主。长期以来，我国玉米市场一直以供大于求为主，庞大的玉米库存费用成为国家财政的一项重要负担。并且，长期以来，我国一直是世界上的主要玉米出口国。发展玉米燃料乙醇在曾经具有原料上的优势。然而，作为经济正在快速发展的中国来说，国内玉米市场供求近年来正在发生着变化，随着国内以淀粉深加工和燃料乙醇行业发展为主的国内玉米深加工业的的发展，国内玉米深加工业消费玉米数量开始急剧增加。目前，以玉米为原料的燃料乙醇生产已面临着原料短缺，与人争粮的境地。陈化粮消耗殆尽之后，深加工企业玉米需求已经从以陈化粮为主转化为正常品级的玉米为主了。为此，国家从2006年底开始，采取了多种措施对玉米燃料乙醇的发展进行规范引导。在限制乙醇新的产能扩张的同时，也对未来燃料乙醇的发展方面进行了规划，即以发展非粮乙醇为主。第一部分燃料乙醇生产原料简介1.1.2木薯原料简介木薯，是灌木状多年生作物，于十九世纪二十年代引入我国，首先在广东省高州一带栽培，随后引入海南岛，现已广泛分布于华南地区，以广西、广东和海南栽培最多，福建、云南、江西、四川和贵州等省的南部地区亦有引种试种。木薯块根淀粉是工业上主要的制淀粉原料之一。世界上木薯全部产量的65%用于人类食物，是热带湿地低收入农户的主要食用作物。作为生产饲料的原料，木薯粗粉、叶片是一种高能量的饲料成分。在发酵工业上，木薯淀粉或干片可制酒精、柠檬酸、谷氨酸、赖氨酸、木薯蛋白质、葡萄糖、果糖等。木薯酒精厂分布及产量：主要集中在山东、安徽、江苏、浙江、广西、广东等靠近木薯产地的省份。据不完全统计，木薯酒精年产量有100多万吨。第一部分燃料乙醇生产原料简介发酵水平:

随着行业的发展，酒精水平由9-10%(v/v)提高至12-14%(v/v)。发展展望：

随着国家对粮食安全越来越重视，作为高淀粉含量的非粮原料—木薯，将会受到行业越来越高的重视。

第一部分燃料乙醇生产原料简介1.2玉米与木薯原料主要化学成分对比成份玉米干基含量%木薯干基含量%备注淀粉71.875-85

粗蛋白9.62.0-5.0

粗脂肪4.60.2-0.6

粗纤维1.51.5-3.0粗纤维包括：木质素、部分纤维素和半纤维素纤维素2.93.1-4.5

第一部分燃料乙醇生产原料简介1.3玉米与木薯淀粉的理化性质1.序号玉米淀粉木薯淀粉备注1直链淀粉：10-15%直链淀粉：17%

2支链淀粉：85-90%支链淀粉：83%

3平均20μm淀粉颗粒：5-35μm

4糊化温度：62-72℃，容易蒸煮糊化温度：52-64℃，容易蒸煮

第一部分燃料乙醇生产原料简介一、除杂1.1玉米与木薯杂质的种类玉米杂质的种类由于玉米原料颗粒比较均匀的特点，所以除杂的方法相对容易。我国绝大部分玉米因是一家一户的种植模式，从玉米的收割、晾晒至进仓会混进许多杂质，主要有：大杂（包括：玉米棒芯、大石泥块、杂草、麻绳等）、小杂（包括：碎玉米、泥沙、灰尘、）、铁杂和并肩石等。木薯杂质的种类于木薯原料的特殊性，木薯干原料均由大小不等，规则不一的木薯块、粉状木薯、木薯纤维等组成，主要杂质为沙子、石头、尼龙丝、麻丝、铁器、其它杂物等，（泰国和越南的木薯干杂质含量：3%＜杂质≤6%）。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍1.2玉米与木薯除杂设备的选择玉米除杂设备的选择玉米除大小杂的设备主要有圆筒筛、振动筛、平面回转筛等；玉米除铁设备主要为永磁除铁、电磁除铁设备等（如永磁筒、电磁筒、皮带除铁器等）；玉米去除并肩石的设备主要为比重去石机；输送设备为斗提机、刮板机等。木薯除杂设备的选择木薯干粉碎前采用格栅和带齿滚轮清理一部分麻丝、尼龙丝等杂物，人工去除格栅和带齿滚轮齿上的麻丝、尼龙丝。除铁主要用皮带除铁器和电磁除铁器。木薯原料的除石是靠吸嘴利用石块和木薯的悬浮气速的不同而达到石块与木薯原料的分离效果的，由于石块的比重比木薯的比重大，石块的悬浮气速高，调节吸嘴进料口上的插板，调节进料口下部的风选段气速，石块从下部掉出而木薯被吸入系统。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍输送设备为斗提机、刮板机等。该斗提升机不可采用粮食行业的普通斗提，由于木薯的块状大小不一，斗提机的畚斗不可按常规产量配置，一般按同产量畚斗容积的1.5-2倍配置，畚斗与斗提机的间隙要大（一般在100～200mm中间），间隙加大的目的是防止在斗提提升木薯时从畚斗掉下的木薯块在畚斗与斗提机的机壳卡碰而损坏畚斗，甚至会拉裂和拉断畚斗皮带。木薯原料中除沙难度较大，由于木薯中含有粉状木薯与沙混合在一起，筛分虽然可以除沙但木薯淀粉也一起被筛分进沙中了，而沙中的淀粉颗粒与沙很难分离。目前采用旋流除沙的工艺可以有效的去除木薯中的沙石。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍

二、粉碎谷物原料物料在外力的作用下，克服分子间的内聚力，使固体分子外观尺寸由大变小，物料的比表面积由小变大的过程，称之为粉碎。物料经粉碎后，比表面积增加，可提高化学反应速度和物理作用效果；物料经粉碎后，有利于几种不同固体物料的混合，在细粉状态下易达到均匀的效果；物料经粉碎后，便于干燥、传热、贮存和运输。综上所述，改善粉碎操作，简化粉碎流程，改进粉碎机械，对于提高成品的产理和质量，提高劳动生产率，减少设备投资，节约动力消耗，降低生产成本，也就是对于达到优质、高产、低消耗具有重大的意义。

第二部分燃料乙醇生产工艺介绍2.1我公司粉碎情况我公司目前使用粉碎机的情况第二部分燃料乙醇生产工艺介绍名称项目

改前单台粉碎机产量改后单台粉碎机产量筛孔尺寸改前电耗改后电耗备注单位

t/ht/hmmkwh/tkwh/t

酒精公司大粉碎机30

1.820

小粉碎机10

1.820

小酒精

8161.52814玉米（酒精）

242

10木薯（酒精）宿州生化大粉碎机8151.82010

小粉碎机3

1.8

15改后停用本部柠檬酸三厂原料车间

56.50.8-13324玉米（CA）

70.8-1

23木薯（CA）马鞍山生化一车间

47.50.8-1mm2720玉米（CA）粉碎机型号一览表第二部分燃料乙醇生产工艺介绍

项目规格型号数量备注酒精公司大粉碎机水滴王968-V,1450r/min,315KW,2小粉碎机超越SWFP66×80,2970r/min110KW8小酒精水滴王968-V处理能力7.5吨/台*时250KW8宿州生化大粉碎机锤片粉碎机，200KW1485转1小粉碎机55kw1本部柠檬酸三厂原料车间SFSP112×50C，产量5/h，160KW，485r/min6马鞍山生化一车间968-IV，160KW5各粉碎工序工艺选择第二部分燃料乙醇生产工艺介绍项目改前工艺改后工艺备注酒精公司带负压箱的二级粉碎工艺

工艺相对落后小酒精带负压箱粉碎工艺负压气力输送粉碎工艺工艺较先进宿州生化带负压箱粉碎工艺带检查筛的负压气力输送粉碎工艺工艺较先进，但检查筛筛孔偏大，处理量小本部柠檬酸原料车间带负压箱粉碎工艺负压气力输送粉碎工艺清液发酵，筛孔偏小马鞍山生化一车间带负压箱粉碎工艺负压气力输送粉碎工艺清液发酵，筛孔偏小2.2几种粉碎工艺的对比根据我公司各个产品目前粉碎工艺，我们将从以下几个方面对带负压箱粉碎工艺与负压气力输送这两种工艺进行对比分析。

图1带负压风箱粉碎工艺第二部分燃料乙醇生产工艺介绍图2气力输送负压粉碎工艺第二部分燃料乙醇生产工艺介绍工艺对比分析由图1、图2可以看出，带负压箱工艺较负压气力输送工艺较为复杂，多了负压箱、关风机及集料绞龙等相关设备。在布置上同样需要考虑设备的布置，比较占空间。电耗对比分析在处理量相同的情况下，带负压箱工艺粉碎后采用的是机械输送的方式，多出了输送设备需要消耗电。自动化对比分析负压箱粉碎工艺是负压粉碎加机械输送物料，虽然负压粉碎不产生粉尘，但粉碎后的粉料是机械输送，容易产生粉尘，影响环境和损失淀粉。若粉碎的原料水分在偏高（18%以上）或容重轻、粒度很小（如木薯粉尘），脉冲布袋除尘器中的粉料容易堵塞布袋，影响处理风量，粉碎机产量会直线下降。负压气力输送最大的优点是既保证了粉碎机的粉碎产量（比一般自然常压粉碎提高产量30%以上）又保证了良好的生产环境，没有粉尘，完全符合清洁生产的要求。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍三、液化工序淀粉液化是在a-淀粉酶作用下完成的，a-淀粉酶能够水解淀粉分子内部的a-1,4-葡萄糖苷键，生成糊精及低聚糖。随着淀粉苷键的断裂，淀粉链逐渐变短，淀粉浆黏度不断下降，流动性增强，这种现象在发酵工业生产中称为液化。水解得到的产物为糊精和少量的麦芽糖。在传统酒精发酵工艺中，酒精发酵是高粮耗、高能耗、高水耗、高污染的工业。为了有效地提高酒精发酵能力以及节能降耗，提高发酵醪液酒精浓度是首选方案。酒精浓醪发酵，即在酒精生产过程采用高浓度的醪液进行发酵。由于浓醪酒精发酵需要处理27%（m/v）以上的固形物，随着固形物的增加醪液的粘度迅速增加，使醪液的搅拌、输送、加热与冷却有很大的困难，因此，进行浓醪发酵关键的第一步就是要改进与优化液化工艺，以降低其粘度与残淀粉。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍直链淀粉与支链淀粉比较：第二部分燃料乙醇生产工艺介绍直链淀粉与支链淀粉比较：第二部分燃料乙醇生产工艺介绍直链淀粉与支链淀粉比较：第二部分燃料乙醇生产工艺介绍淀粉水解示意图：第二部分燃料乙醇生产工艺介绍3.1液化酶制剂酶是活细胞内产生的具有高度专一性和催化效率的蛋白质，又称为生物催化剂。酶的分类：根据催化反应的种类分为氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、聚合酶类、异构酶类、连接酶类等6大类。酶量的多少用酶活力单位（U）：25℃（其它为最适条件下），每分钟内催化1微摩尔（μmol）底物转化为产物所需的酶量定为一个活力单位，即1IU=1μmol/min。这样酶的含量就可用每克酶制剂或每毫升酶制剂含有多少酶活力单位来表示（U/g或U/ml）。3.1.1耐高温α-淀粉酶

耐高温α-淀粉酶是一种内切酶，能随机水解淀粉、可溶性糊精及底聚糖中的α-1，4葡萄糖苷键。该酶是糊化淀粉的黏度迅速降低，水解产物为糊精及少量葡萄糖和麦芽糖。耐高温α-淀粉酶活力的定义为:1mL酶液或1g固体酶粉在pH为6.0、温度70℃,1min液化可溶性淀粉1mg所需的酶量称为一个酶活力单位。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍耐高温α-淀粉酶最适PH范围5.5～7.0；稳定范围PH范围5.0～10.0，有效PH范围是5.0～8.0；（见图）

第二部分燃料乙醇生产工艺介绍耐高温α-淀粉酶在高温下酶的活力稳定，酶的热稳定性也相当好，其最适温度在90℃以上。（连续喷射液化中，耐热温度可达100～105℃以上）（见图）第二部分燃料乙醇生产工艺介绍3.1.2糖化酶糖化酶是一种淀粉外切酶，能使淀粉从非还原末端逐一水解α-1，4葡萄糖苷键，产生葡萄糖，也能缓慢水解α-1，6葡萄糖苷键，转化成葡萄糖。作用方式：糖化酶的底物专一性较低，它除了能从淀粉链的非还原性未端切开a-1，4键处，也能缓慢切开a-1，6。因此，它能很快的把直链淀粉从非还原性未端依次切下葡萄单位，在遇到1，6键分割，先将a-1，6键分割，再将a-1，4键分割，从而使支链淀粉水解成葡萄糖。作用条件：随作用的温度升高活力增大，超过65℃又随温度升高而活力急剧下降，最适作用温度是60-62℃。最适作用PH值在4.0-4.5左右糖化最适PH范围4.0～4.5；（见图）糖化酶最适温度在58～60℃以上。（可作用范围40～65℃）；（见图）底物浓度的影响。在最适温度和PH条件下，底物浓度为24-31%，将产生96%以上的葡萄糖；（见图）大部分重金属，如铜、银、汞、铅等都对糖化酶产生抑制作用；糖化酶活力定义：1克酶粉或1毫升酶液在40℃，PH4.6条件下，1小时水解可溶性淀粉产生1毫克葡萄糖的酶量为1个酶活力单位（U）。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍第二部分燃料乙醇生产工艺介绍第二部分燃料乙醇生产工艺介绍第二部分燃料乙醇生产工艺介绍3.2淀粉液化条件与程度控制工业生产中，为了加快淀粉液化的速度，充分发挥a-淀粉酶的作用，减少不溶性微粒的产生，多采用较高的温度进行液化，以确保液化完全，提高酶反应速度。但是温度高于酶制剂最适合的作用温度时，酶活力损失加快。淀粉经过液化，长链逐渐变短，大分子量淀粉逐渐减少，黏度下降，流动性增强，给糖化酶提供了有利的条件。假如让液化一直进行下去，虽然最终的产物也是葡萄糖与麦芽糖等，但这样需要消耗很多能量，所得的葡萄糖值也较低，且液化时间长，一部分已经液化的淀粉会重新结合成硬束状体，是糖化酶难以作用，影响葡萄糖的产率。因此，必须控制液化的程度。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍淀粉液化的作用是为了糖化酶作用创造条件，糖化酶水解糊精及低聚糖时，需先与底物分子形成络合结构，然后才发生水解催化作用，从糊精或低聚糖末端以每2个葡萄糖单元切下，这就要求被作用的的底物分子大小有一定的范围，才有利于糖化酶与底物分子形成络合结构。底物分子过大或者过小都会妨碍酶的结合与水解速度。根据生产经验，控制水解淀粉程度在葡萄糖值为10-20较好（此时保持较多量的糊精与低聚糖和少量的单糖）。当液化温度较低时，液化程度可偏高些；高温液化，液化程度可低些。这样经过糖化后葡萄糖值较高。液化达到终点，酶的活力逐渐丧失，为了避免其他酶影响糖化酶作用时，应先对液化液进行灭酶处理。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍3.3液化工序主要设备的选择液化喷射器结构其结构主要由料液进口、蒸汽进口、扩散管、气液混合室和缓冲管构成。液化喷射器发展不同阶段的结构示意图。a型液化喷射器由于喷射室大，喷射效果差；b型喷射器解决了蒸汽和料浆充分混合问题，但液化程度有限；c型液化喷射器弥补了上述两种喷射器的不足。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍液化喷射器工作原理蒸汽（工作介质流体）以很高的速度从喷射器喷嘴喷出，进入喷射器的接受室，并把喷射器前的压力介质流（称引射流体）料浆吸走。通常在喷射器里最初发生的是工作流体的势能或热能转变为动能，一部分传给引射流体料浆；混合流体在沿喷射器流动的过程中速度渐渐均衡，于是混合流体的动能相反地转变成势能或热能。工作介质流体和引射介质流体进入混合室中，除进行速度地均衡外，通常还伴有压力的升高。流体从混合室出来进入扩散器，压力将继续升高。在扩散器出口处，混合流体的压力高于进入接受室引射流体的压力。提高引射流体的压力，而不直接消耗机械能，这是喷射器最主要的根本的性质。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍液化喷射器工作过程操作时用蒸汽先给喷射器预热至90～95℃在用泵浆预热过的料浆送至喷射器。蒸汽（压力0.4-0.6MPa）连续射入料浆薄层，由于蒸汽喷射产生的湍流使淀粉受热快而均匀，黏度下降也快（淀粉理论上的糊化过程极短）。液化醪由液化喷射器流出，进入承压罐、层流罐。一般工艺通常在85～90℃保温45min完成液化过程。加强在喷射过程中的机械剪切作用，适当延长淀粉浆在液化喷射器中的停留时间，进一步提高淀粉浆的液化速度，使淀粉浆通过液化喷射器即可完成液化过程第二部分燃料乙醇生产工艺介绍3.4玉米酒精液化简介现国内酒精行业内较先进的液化工艺采用的是两次加酶两次喷射和负压闪蒸的工艺方法：在混料器内加调浆水总量的1/2与1/2的耐高温a-淀粉酶,对玉米粉进行浸润，调浆罐内调好PH,添加淀粉酶（一次加酶）的玉米粉浆使用一次喷射泵输送至一次喷射器，喷射温度为85℃进入预液化罐预液化40-60min后，经过二次喷射泵泵入二次喷射器，喷射温度为92-95℃，喷射后进入承压罐保温6-9min后进行负压闪蒸，闪蒸后粉浆（85℃）与二次加入的淀粉酶经过静态混合器进入层流罐液化（液化时间为90-120min）。层流罐液化完成的玉米粉浆经过二次负压闪蒸至75℃，液化完成液经换热后去糖化工序。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍工艺流程简图：第二部分燃料乙醇生产工艺介绍3.4.1干法液化工艺选择的目的两次加酶两次喷射和两级负压闪蒸的工艺在玉米酒精液化工艺选择的过程中主要目的体现在以下几个方面：1）混料器应用的目的

配料后粉浆中固体分配的均一性很重要，浓醪发酵这个问题尤其突出，一旦出现物料分配不均匀，将会导致生面团的产生，喷射器不能破碎生面团，淀粉酶就不能进入内部，从而不能水解这部分淀粉，进而造成酒精收率的损失。而混料器的应用正好解决了这一制约酒精浓醪发酵的困扰。玉米粉在混料器内先添加1/2的拌料水与1/2的耐高温a-淀粉酶，使玉米粉得到一个充分浸润的作用，从而使水与玉米粉的混合更均匀，降低了玉米粉浆夹带生面团的现象，提高了酒精收率。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍2）两次加酶的目的

在混料器内先加入1/2的耐高温a-淀粉酶，一次加酶的目的是为了降低玉米粉浆的粘度，使其具有良好的流动性；二次加酶是在一次负压闪蒸后添加，负压闪蒸后液化液的温度为85℃，此温度为耐高温a-淀粉酶最适宜的作用温度。此时液化液维持90-120min，不仅可以使酶在最适的温度范围内发挥其最佳的酶解性能，而且还可以避免因温度波动而导致液化效果不稳定的现象。3）玉米粉浆预液化的目的

玉米粉浆经过一次喷射至85℃，玉米粉浆中的淀粉分子与淀粉酶作用，淀粉分子充分糊化；同时在该温度下维持40-60min，糊化淀粉分子的粘度迅速降低；另外，玉米粉浆进喷射器之前预液化有助于保持较低的DE值（6-7%），液化醪液DE过高(过液化状态)，使液化液中二糖、三糖含量过高，且主要以后期无法利用的麦芽酮糖和潘糖为主。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍4）高温喷射新工艺应用的目的

经过预液化的玉米粉浆液二次喷射到92-95℃。一方面，蒸汽与玉米粉浆混合的过程中，蒸汽对淀粉分子具有剪切、搅拌的作用；另一方面，热蒸汽能够进一步使在玉米粉浆预液化时一些包裹在纤维里的淀粉分子和一些支链淀粉瞬间膨胀，降低了液化液残留的淀粉，从而降低吨酒的粮耗；同时，高温喷射还具有灭菌作用。5）二级负压闪蒸新工艺应用的目的

淀粉浆液在经91-95℃高温后，利用一级负压闪蒸迅速降温至85℃，快速的温度与压力变化可使淀粉分子的膨胀更加充分，以至于能够使大颗粒淀粉分子膨胀破裂为小颗粒淀粉分子，从而使酶与淀粉颗粒的接触效果更好，以达到更佳的液化效果。二级闪蒸后从85℃闪蒸至75℃，闪蒸出的二次蒸汽与一次闪蒸的二次蒸汽不仅可以供给蒸发浓缩使用，提高的热源的利用。并且降低了液化到糖化板换降温的负荷，减少了板换降温水的使用量，节约了能耗。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍3.4.2干法液化工艺主要控制参数与能源消耗

第二部分燃料乙醇生产工艺介绍3.4.3干法液化工艺效果分析

浓醪发酵液化工艺采用两次加酶两次喷射和负压闪蒸的工艺方法可以更充分的水解淀粉质原料中的淀粉、可溶性糊精及低聚糖中的a-1,4葡萄糖苷键，使淀粉链逐渐变短，减少了大分子淀粉的存在，同时使糊化淀粉的粘度迅速下降，还能有效的控制淀粉液化程度，减少淀粉老化。因此，该工艺解决了原一次喷射工艺中液化液残淀粉偏高的问题，有效提高了吨酒的收率并降低了粮耗，从而降低了吨酒的生产成本。选择该工艺的优势主要体现在以下几个方面：1）喷射蒸汽消耗的降低

清液发酵生产玉米酒精普遍采用一次喷射（58℃-92℃）、常压闪蒸的生产工艺，吨酒喷射消耗蒸汽为0.63t/t，而适用于浓醪发酵的液化工艺采用的为二次喷射、两级负压闪蒸的生产工艺，吨酒蒸汽消耗为0.77t/t，则液化二次喷射工艺相对于一次喷射工艺增加蒸汽消耗0.14（饱和蒸汽）/t酒；适用于浓醪发酵的二次喷射工艺采用二级闪蒸，回收二次蒸汽0.35t/酒（85℃）和0.19t/t酒（75℃），折新鲜蒸汽0.52t/t酒，则二次喷射、二次闪蒸工艺较一次喷射、常压闪蒸工艺吨酒节约蒸汽0.52-0.14=0.38t/t。两级负压闪蒸的二次汽供给蒸发浓缩使用，节约了新鲜蒸汽。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍2）水耗的降低

调浆水耗的降低

国内酒精厂家生产玉米酒精一般采用清液发酵的生产工艺，调浆时料水比为1:2.5（m/m）以上，利用浓醪发酵工艺，调浆时料水为1:2.0-2.2（m/m），则吨酒节约水为300-500kg。液化-糖化降温水（循环水）的降低

浓醪发酵采用两级负压闪蒸工艺，玉米粉将二级闪蒸后温度控制73-76℃，降温至糖化所需温度59-61℃，吨酒需要消耗循环水17t/t。一次喷射工艺采用常压闪蒸，闪蒸后玉米粉将温度为85℃，降温至糖化所需温度59-61℃，吨酒需要消耗循环水32t/t。则采用浓醪发酵液化工艺较传统发酵一次喷射工艺吨酒节约循环水量为32-17=15t/t。降低残还原糖，提高产量

由于液化效果好，残糊精减少，使发酵终了时，成熟醪中残还原糖下降，残总糖也随之下降，酒份得到了提高，增加了淀粉出酒率，在相同的情况下，使酒精产量得到了提高。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍3.5木薯酒精液化简介原木薯预处理工艺：木薯块利用振动分级筛筛分，筛上物（总量的85%）负压风送至粉粹机进行粉碎，粉碎完的木薯粉经过拌料调浆、一次加酶（调浆温度为50℃）后，进行一次喷射（喷射温度为85℃），一次喷射后木薯粉浆进入预液化罐进行预液化（停留时间为40-60min）后进行二次喷射（喷射温度为92-95℃），喷射后进入承压罐保温6-7min后进行负压闪蒸，闪蒸后粉浆（85℃）与二次加入的淀粉酶经过静态混合器进入层流罐液化（液化时间为90-120min）。层流罐液化完成的玉米粉浆经过二次负压闪蒸，液化完成液去糖化工序。两次负压闪蒸的二次蒸汽回收去蒸发浓缩作为二次热源使用。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍筛下物（15%）负压风送计量后去蒸煮罐进行蒸煮液化（蒸煮温度为88-92℃）120-150min后进行侧采，侧采液与液化完成液一起换热后去糖化。蒸煮罐底部渣滓使用压滤机进行过滤，压滤清液与侧采液一起与液化完成液换热后去糖化，滤饼使用真空转鼓除沙后与煤掺。现我公司采用工艺：公司总结木薯除沙工艺优缺点后采用一种新的旋流除沙工艺，木薯粉碎后直接进行调浆，筛上物调浆、筛下物调浆的粉浆都通过旋流器进行除沙，经过旋流除沙器除沙的粉浆进入液化工序。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍现小酒精生产部木薯预处理工艺：第二部分燃料乙醇生产工艺介绍3.5.1干法液化工艺选择的目的由于木薯原料中含沙量较大（3%左右），考虑到沙石对喷射器等设备的磨损较大，且该设备成本较高，目前，国内利用木薯原料生产酒精的大部分厂家均使用蒸煮液化的工艺。该工艺只需对沙石简单处理或者不进行处理，直接在蒸煮罐内进行高温蒸煮从而达到液化的目的。广西北海木薯酒精液化工艺则采用高温喷射（105℃）、两次加酶的液化工艺，选择此种液化工艺主要原因为前期对木薯中所含的沙石进行的过滤，除沙率≥90%。该工艺的选择降低了木薯粉浆中沙石对于喷射设备的磨损。所以，除沙工艺效果的好坏，是木薯液化工艺选择的关键。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍1）混料器应用的目的筛上物粉碎后进行二次喷射、两次加酶、负压闪蒸的工艺，这就要求配料时粉浆中固体分配的均一性，浓醪发酵这个问题尤其突出，一旦出现物料分配不均匀，将会导致生面团的产生，喷射器不能破碎生面团，淀粉酶就不能进入内部，从而不能水解这部分淀粉，进而造成酒精收率的损失。而混料器的应用正好解决了这一制约酒精浓醪发酵的困扰。木薯粉在混料器内先添加1/2的拌料水与1/2的耐高温a-淀粉酶，使木薯淀粉得到一个充分浸润的作用，从而使水与木薯粉的混合更均匀，降低了木薯粉浆夹带生面团的现象。提高了酒精收率。2）两次加酶的目的

在混料器内先加入1/2的耐高温a-淀粉酶，一次加酶的目的是为了降低木薯粉浆的粘度，使其具有良好的流动性；二次加酶是在一次负压闪蒸后添加，负压闪蒸后液化液的温度为85℃，此温度为耐高温a-淀粉酶最适宜的作用温度。此时液化液维持90-120min，不仅可以使酶在最适的温度范围内发挥其最佳的酶解性能，而且还可以避免因温度波动而导致液化效果不稳定的现象。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍3）木薯粉浆预液化的目的

木薯粉浆经过一次喷射至85℃，木薯粉浆中的淀粉分子与淀粉酶作用，淀粉分子充分糊化；同时在该温度下维持40-60min，糊化淀粉分子的粘度迅速降低；另外，木薯粉浆进喷射器之前预液化有助于保持较低的DE值（6-7%），液化醪液DE过高(过液化状态)，使液化液中二糖、三糖含量过高，且主要以后期无法利用的麦芽酮糖和潘糖为主。4）高温喷射新工艺应用的目的

经过预液化的木薯粉浆液二次喷射到100-105℃。一方面，蒸汽与木薯粉浆混合的过程中，蒸汽对淀粉分子具有剪切、搅拌的作用；另一方面，热蒸汽能够进一步使在木薯粉浆预液化时一些包裹在纤维里的淀粉分子和一些支链淀粉瞬间膨胀，降低了液化液残留的淀粉，从而降低吨酒的粮耗；同时，高温喷射还具有灭菌作用。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍使用木薯原料生产酒精采用振动分级筛分、筛上物喷射液化、筛下物蒸煮液化的液化工艺。后采用旋流除沙装置除沙，其优势主要体现在以下几个方面：1）设备磨损率降低、延长了喷射设备的使用寿命

木薯粉碎前采用振动分级筛筛分，筛上物进行喷射液化，解决了沙石对喷射器等设备的磨损。延长了喷射器的使用寿命。2）降低残还原糖，提高产量

由于筛上物采用了两次喷射、两次加酶、负压闪蒸的工艺，液化效果好，残糊精减少，使发酵终了时，成熟醪中残还原糖下降，残总糖也随之下降，酒份得到了提高，增加了淀粉出酒率，在相同的情况下，使酒精产量得到了提高。液化工艺是酒精生产的关键技术之一，也是决定生产成本的关键。淀粉质原料必须转化为可被微生物利用的可发酵性糖，才能够进行发酵。通过以上结果分析，不论是玉米酒精或者是木薯酒精，液化工艺选择的目的最终是降低液化残淀粉，提高淀粉出酒率，同时兼顾能源消耗与设备投资，所以，选择液化工艺时，应该依据企业自身特点，选择适合的液化工艺。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍四、糖化工序糖化是利用糖化酶（也称葡萄糖淀粉酶）将淀粉液化产物糊精及低聚糖进一步水解成葡萄糖的过程。糖化酶的水解作用为：糖化酶能作用于淀粉、糊精、低聚糖等，是糖苷键连接的葡萄糖残基逐个水解分离，由于没有其他糖产生，固有葡萄糖酶之称。糖化酶对底物的作用从非还原性末端开始，将a-1,4-键和将a-1,6-键逐一水解。糖化酶水解a-1,6-键比较慢。酶作用时糖苷键在C-O键断裂。糖化酶也能水解麦芽糖为葡萄糖。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍4.1玉米酒精糖化工艺目前行业内生产燃料乙醇使用的糖化工艺分为清液糖化与带渣糖化工艺，清液糖化：对液化液进行过滤，滤清液换热后在合适的温度与PH下，经过糖化酶作用实现的一种糖化工艺，DE值控制在90%以上，此种工艺降低了物料的黏度，提高了流动性。但是糖化周期长且有部分淀粉损失在滤渣中。还有部分厂家采用的是带渣预糖化的工艺，即液化液不经过压滤直接降温后进行糖化，糖化时间为30min，DE值控制在45%左右，此种工艺糖化周期短，且降低了淀粉的损失。预糖化的指标：1）pH一般控制在4.0-4.5，不超过4.2最好，因为乳酸菌无法在pH值4.2的环境下生存，可起到控制杂菌的作用；2）糖化酶加量一般100-150cu/g。；3）预糖化时间控制在30分钟左右；5）还原糖浓度6-10%第二部分燃料乙醇生产工艺介绍4.2木薯酒精糖化工艺木薯原料中含有的纤维较少，若采用清液糖化的工艺，液化液过滤时，滤渣水分较高，残淀粉高，所以国内木薯酒精的生产中，糖化工艺一般采用带渣糖化的工艺，糖化时间为1-2h，DE值控制≥45%左右。4.3无糖化工艺近年来美国有的酒精企业开始采用只液化、不糖化的工艺，即将液化醪降温后直接送入发酵罐，然后使用专用糖化酶，边糖化边发酵，是整个工艺变的更加简洁，提高了酒精产率，缩短了总体工艺时间。尤其专家认为取消单独糖化后，可减少耐高温细菌的污染。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍五．发酵工序5.1酒精发酵生化原理酒精发酵就是酵母菌把可发酵的糖，经过细胞内酒化酶等一系列酶的作用，经过EMP生化途径，生成乙醇和二氧化碳，然后通过细胞膜将其排出体外的过程。四个生化反应阶段：①葡萄糖磷酸化，生成1,6－二磷酸果糖②1,6－二磷酸果糖分解为二分子磷酸丙糖③生成丙酮酸④在无氧条件下，丙酮酸降解为乙醇第二部分燃料乙醇生产工艺介绍5.2酒精发酵的副产物的生成5.2.1甘油：甘油正常生成量为发酵成熟醪的0.3%～0.5%，消耗糖份2.47%～3.0%，生成因素有：①菌种：菌种不同，其3-磷酸甘油脱氢酶活性不同，产生甘油量不同；②发酵液中酵母细胞数多，甘油产量增加；③含氮量超过某种程度，产甘油增多；④糖份太高，渗透压大，产甘油增多；⑤温度越高产甘油越多；⑥pH高（超过5.0以上），产甘油多；⑦特殊物质：NaSO3

、NaHSO3、Na2CO3含量高，产甘油多，添加氟化钠会降低甘油产量。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍5.2.2杂醇油：是一类高沸点的醇类混合物，占酒精产量的0.3～0.7%，生成的因素有：原料中蛋白质分解形成氨基酸，酵母菌利用其中的氨基后，其余部分生成杂醇油，生成量与原料的蛋白质含量有关。①不同酵母菌种产杂醇油能力不同；②发酵醪中有机氮含量较高，生成杂醇油量少；③发酵温度高，杂醇油产量增加；④醪液中通风量大，杂醇油含量增加。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍5.2.3琥珀酸：是酒精发酵中一种副产物。在发酵过程中生成量是常定的，与甘油比为5.5:1;5.2.4乳酸：某些乳酸菌具有乳酸脱氢酶能以丙酮酸作为受氢体而生成乳酸，造成发酵醪酸度提高。5.2.5醋酸：主要是醪液的酒精被醋酸菌氧化生成醋酸。5.2.6丁酸：由丁酸菌感染而引起的。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍5.3酵母菌细胞结构酿酒酒母第二部分燃料乙醇生产工艺介绍酵母菌细胞结构酵母细胞的典型结构包括细胞壁（某些有黏膜）、细胞膜、细胞核、一个或多个液泡、线粒体、核糖体、内质网、微体、微丝、内含物等，此外还有出芽痕和诞生痕。⑴细胞壁酵母细胞壁主要分三层：外层为甘露聚糖，内层为葡萄糖，中间夹有一层蛋白质。（见图）⑵细胞膜细胞膜功能主要是从培养基中摄取营养，防止细胞质中低分子化合物的泄漏、排泄代谢产物；厚度约8nm。⑶细胞核主要含有DNA,还有含有不同种类的RNA和一种具有链状的聚磷酸盐。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍酵母细胞结构第二部分燃料乙醇生产工艺介绍⑷微丝在酵母细胞表面观察到一种像头发丝样的“微丝”直径5～-7nm，长0.1μm，主要成分是蛋白质。⑸诞生痕和出芽痕（见图）诞生痕：是酵母子细胞与它的母细胞分离时子细胞的细胞壁上的点位。出芽痕：是指母细胞壁上出芽并与子细胞分开的那个点位。⑹液泡液泡能积累低溶解度的某些嘌呤和其衍生物也是若干水解酶类的储藏体，包括蛋白酶、核糖核酸酶和酯酶。若液泡破碎，细胞则开始自溶。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍酵母菌的芽殖诞生痕出芽痕第二部分燃料乙醇生产工艺介绍⑺线粒体（见图）线粒体主要功能是细胞内物质氧化产能的转换，它是酵母细胞的“动力车间”。⑻内质网内质网一部分与细胞核外膜联结，另一部分则与细胞膜紧密结合。内质网与出芽起始有关。⑼细胞内含物细胞内含物主要有：脂肪粒、核糖体、肝糖和海藻糖。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍线粒体主要组成：内膜、外膜、DNA等第二部分燃料乙醇生产工艺介绍5.4酵母的生长繁殖特点生长繁殖方式：吸收营养至出芽至分裂成两个细胞；周而复始。世代时间：1.5小时世代曲线：培养时间第二部分燃料乙醇生产工艺介绍Ⅰ－调整期（延滞期）特点：适应阶段：适应新的培养环境；恢复阶段：细胞变大，开始繁殖，有少量酵母出芽；影响因素：①接种龄（生理年龄）；②接种量；③培养基成分。Ⅱ－对数期（指数期）特点：①生长速率常数R最大，细胞数呈几何级数增加；②细胞平衡生长，菌体内各种成分最为均匀，镜检酵母细胞整齐、健壮、出芽率高；③酶系活跃，代谢旺盛；④这时期的酵母作为发酵用酵母最为有利。影响因素：①酵母菌种；②营养成分；③营养物浓度；④培养温度。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍Ⅲ－稳定期（最大生长期）特点：①生长速率常数R＝0,即正生长与负生长平衡；②开始大量分泌代谢产物，是产酒精时期。影响因素：①营养物逐步耗尽；②营养物的比例失调（C/N）；③乙醇、酸或毒素等有害代谢产物累积；④pH、温度、氧化还原势等物化条件越来越不适宜于酵母。Ⅳ－衰亡期特点：①个体死亡的速度超过新生的速度，整个群体呈负生长（R为负数）；②形态退化，菌体自溶；③继续分泌代谢产物。影响因素：外界环境（pH、培养基、温度、产物、副产物）对继续生长越来越不利，菌体内的分解代谢超过合成代谢而导致死亡。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍5.5酵母的生长条件5.5.1温度酵母生长繁殖的最适温度29～33℃,最高温度38℃,最低温度-5℃,死亡温度50℃。特别注意：发酵温度升高，野生酵母和细菌的繁殖速度快得多,如32℃时1～2倍；38℃时5～7倍。5.5.2pH酵母生长繁殖的最适pH4.8～5.0,最高pH8.0,最低pH2.0。特别注意：①从既有利酵母生长，又有利抑制乳酸菌等杂菌生长，发酵pH3.8～4.5为宜。②酒精发酵时，pH是动态变化的,但是可控的。5.5.3氧气酵母菌是兼性厌氧菌，在有氧或无氧条件下均能生长，但在有氧条件下生长更好。在有氧时产能长菌体，每克酵母细胞耗糖为0.35～0.43g；在无氧时也产能，但分泌酒精，每克酵母细胞耗糖为1.14g。通风酵母繁殖耗糖/不通风酵母繁殖耗糖＝1:2.8,酒精发酵是利用酵母的这一特性进行的。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍5.5.4其他因素5.5.4.1营养物质玉米、大米、木薯原料可以提供酵母生长繁殖和代谢所需的除氮源以外的全部营养物质。5.5.4.2渗透压发酵醪渗透压高，酵母生长慢，反之亦然。渗透压与糖化醪浓度与糖的种类有关。特别注意：利用这个原理，酒母的糖化醪浓度应比发酵醪最少低三个百分点，一般控制在16-20°Bx为好。5.5.4.3无机酸和有机酸研究表明：二氧化硫浓度为0.0025％；亚硝酸盐在0.0005％；乳酸1.0％；醋酸0.02％；丁酸0.0005％；甲酸0.0085％；草酸0.001％时对酵母有较强的抑制作用。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍6酵母的纯化培养酒精生产的酵母纯种培养不是严格意义上的纯种培养，而是最大限度地限制杂菌的进入和繁殖，创造有利于酵母生长繁殖条件的自然纯粹培养。6.1酒母纯种培养的基本思路①酒精发酵结果的好坏取决于酵母种子的优劣。因此，酒母的培养应是酒精发酵管理的重中之重，必须把主要精力集中于酒母的培养。②酒母培养要有“无菌”的观念，从设备上、原料上、水源上、培养条件上都要杜绝杂菌进入和繁殖的环境条件。③在PH、温度、通风量、渗透压、酒份、营养物质方面创造一个适宜于酵母迅速繁殖的生长环境。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍6.2酒母制备的工艺条件控制①工艺用水消毒：自来水用漂白粉或强力精进行杀菌后使用。用量为：300～400g漂白粉/m3；100g强力精/m3②干酵母活化：a）一般用液化醪，其浓度10～12°Bx，pH3.8，温度30～35℃；

b)活化时间：约1～2小时；

c)活化罐使用前必须用蒸汽空消，温度110℃，30分钟；

d)使用消毒剂对活化醪进行消毒：氟化钠:100g/m3;青霉素4u/ml；③酒母罐工艺控制：工艺控制原则：以酵母数为中心，以防止杂菌为重点，以调整罐内外观糖为主要调控手段，其他指标综合兼顾的控制原则。培养方式：酒母连续培养工艺第二部分燃料乙醇生产工艺介绍酒母罐杀菌：使用前用蒸汽空消，温度110℃，时间30min。工艺用水消毒：方法同上。空气要求：无菌空气。尿素消毒：应加热消毒，温度105℃,20分钟。糖化酶的消毒：用青霉素或克菌灵、安菌泰等消毒。糖化醪消毒：用青霉素或克菌灵、安菌泰等连续流加。培养条件：温度29～31℃,PH3.6～3.8；进料液化醪浓度18～20°Bx，DE：10～20％；通风量1:3m3/hr；液化醪流加量：一般30％,可降至20~25％。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍罐内酒母醪技术指标：①边糖化边发酵工艺：初培养时，争取在12小时以内酵母达到2.0亿/ml以上，每批次酒母能维持5～10天。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍②高浓度糖化醪发酵工艺：第二部分燃料乙醇生产工艺介绍6.3防治杂菌污染1)杂菌防治原则：以防为主，以治为辅。2)防治措施：a.严格酒母车间的环境卫生管理，保持其整洁,周围下水沟和积水处要经常整理，投放漂白粉杀菌；b.定期对管道、酒母罐、空气过滤器等进行高温灭菌处理；c.定期对工艺用水、过滤空气、液化醪、干酵母、糖化酶、营养盐进行无菌状况检验，发现杂菌超标应采取消毒灭菌措施处理，不留隐患。d.检查设备、阀门和管道是否存在死角，及时消除；e.工艺用水必须进行严格的消毒后才能使用；第二部分燃料乙醇生产工艺介绍f.液化液使用杀菌剂连续杀菌；g.酒母培养初始，罐内浓度应降到15°Bx以下，使酵母数在12小时以内达到2亿个/ml以上，形成菌体优势；h.接入菌种后，要根据罐内酵母数情况，连续大量通风，12小时后，罐内耗糖率要达到40~50%；i.罐内酒份控制在3.0~4.5%（v/v），酵母出芽率15~25%；j.挥发酸升至0.1发现杂菌感染后：①采用青霉素或克菌灵消毒，用量同上；②调pH到3.2；③加大通风量；④适当降低液化醪浓度；⑤减少液化醪流速，减少酵母流失“滑坡”，以上措施无效，清罐重新起种。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍7.酒精发酵工艺及影响分析7.1间歇发酵工艺指标工艺条件：温度：前期30～32℃，后期：32～34℃；pH:4.0～4.4;还原糖：前期24小时2.5%；液化醪：浓度25～30BX；DE值：10～16%；pH：4.5～5.2；还原糖：3～4.5%；成熟醪指标：外观糖0°BX以下；还原糖0.2%以下；残总糖：1.6%以下（木薯0.8%以下）；酒份13.5～14.8%；升差酸：≤2；挥发酸：≤0.2；甘油：≤0.5%。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍7.2连续发酵工艺指标工艺条件：温度：1#罐30～32℃，2#罐32～34℃；pH:3.8～4.2;液化醪：浓度：23～26%；DE值：12～20%；pH:4.2～4.6；还原糖：3.5～4.5%。1#罐内指标:酒分7~8%,外观糖6~8%,还原糖:>2.5%,酵母数:2.0亿/ml,挥发酸:0.15。成熟醪技术指标：外观糖：0°BX以下；还原糖：0.2%以下；残总糖：1.6%以下；酒分：13%以上；升酸差：≤2.0以下；挥发酸：≤0.2；甘油：≤0.5%。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍7.3发酵影响因素7.3.1酒母质量和用量大罐高浓度酒精发酵的成败取决于酒母的质量，特别是大罐间歇发酵工艺。酒母的主要指标：酵母数：≥2.0亿个/ml；出芽率：15～25%；挥发酸：≤0.08；酒母流量：20%左右。7.3.2流加速度间歇发酵：12hr左右满罐；连续发酵：流量取决于1#罐内三个指标：酵母数、酒分、还原糖。酵母数：≥1.5亿个/ml；酒分：7.0～8.0%；还原糖：3%左右。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍7.3.3温度1#罐：30～32℃；2#罐：32～34℃。7.3.4pH间歇发酵罐内pH:4.0～4.5；液化醪pH:4.7～5.2；连续发酵罐内pH:3.8～4.0或4.0~4.3；液化醪pH:4.0～4.6.7.3.5发酵醪浓度三个问题：

①根据目标发酵酒分确定液化醪的浓度；②控制液化醪的单糖的浓度、醪液单糖的释放速度（糖化酶的添加量）；③液化醪既要防止单糖浓度产生的渗透压造成产甘油量高；又要防止还原糖不足（≤2.5%）造成酵母营养缺乏引起的发酵力不足。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍7.3.6发酵醪的滞留与滑漏问题大罐连续发酵的醪液进出要求是均衡的“先进先出”，滞留与滑漏则反之。解决方法：1）液化醪或发酵醪从罐底部中心流入，从罐上部溢出；2）改连续发酵为半连续发酵。7.3.7发酵时间全糖化连续发酵时间最短，酒分为11%时，周期为40～45小时；高浓度连续发酵时间次之，酒分为13%时，周期为62～68小时；高浓度间歇发酵时间最长，酒分大于13.5%时，周期为72～78小时。发酵时间与接种量、酵母数、浓度、发酵方式有关。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍8酒精生产中杂菌的识别和防止8.1酒精生产中常见的杂菌种类及其特性8.1.1杂菌定义酒精发酵不是真正意义上的纯培养发酵，属于开放式发酵，因此，发酵醪中除酵母菌外，还存在相当数量的其他微生物，它们会对酒精发酵产生不良的影响，这些其他微生物通称为杂菌。8.1.2杂菌种类常见的杂菌主要有两大类：细菌、野生酵母。①细菌这类杂菌对酒精发酵危害最大，是杂菌中的“主要矛盾”。革兰氏阳性细菌：部分乳酸杆菌、小球菌（葡萄球菌）、明串珠菌、丁酸菌、枯草杆菌。革兰氏阴性细菌：醋酸杆菌、大肠杆菌、部分乳酸杆菌。②野生酵母——假丝酵母、嗜杀酵母。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍8.1.3杂菌的形态与特性（1）乳酸杆菌：形状为棒杆状，单生或呈短链状，不运动、不产孢子、厌气性，部分微需氧或耐氧，最适温度35～50℃，耐酸，终产物主要是乳酸。（2）小球菌：形状为卵球状，大部分互相连接成串球状或链球状，不运动，不产孢子，厌气性，部分耐氧，最适温度30～45℃，耐酸，终产物主要是乳酸，能产生不愉快的味道，具有与酵母粘连成团的性能。（3）明串珠菌：形状为园柱状或球状，成对、成短或长链，微好氧或兼性厌氧，最适温度30～45℃，终产物为葡聚糖，具有与酵母粘连成团的性能。（4）丁酸菌：形状为杆状，能运动和产生孢子，专性厌氧，最适温度30～40℃，不耐酸，pH4.5以下停止繁殖，终产物为丁酸和少量醋酸、乳酸、丁醇。（5）枯草杆菌：形状椭圆、圆柱状，好氧，最适温度35～50℃，终产物为淀粉酶和蛋白酶。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍（6）醋酸杆菌：形状椭园或杆状，单生、成对或成链，有鞭毛，好氧菌，最适温度30～45℃，能耐10～13%（V/V）的酒精度，能将乙醇转化为乙酸。（7）大肠杆菌：杆状，细胞短而直，无芽孢，以周毛运动，兼性厌氧，最适温度30～35℃，耐低pH，终产物为多种有机酸，包括乙酸、乳酸等。（8）假丝酵母：细胞为圆形、卵形或长形，无性繁殖为多边芽殖，形成假菌丝，也有真菌丝，无孢子，好氧，最适温度30～40℃，有产生酒精的能力，但主要是产菌丝体蛋白质和其他付产物。（9）嗜杀酵母：嗜杀酵母能杀死同族及亲缘酵母，而不被同族酵母杀死；主要是分泌嗜杀毒素，杀死酵母，形状与其他酵母无区别，其生活特性也相似，终产物是能致蛋白质变性的毒素。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍8.2杂菌的来源8.2.1原料污染淀粉质原料：木薯（鲜、干）、玉米、红薯等带来大量杂菌，而部分生产厂家又采用低温液化工艺，蒸煮不彻底（夹生），淀粉糊保护了部分耐温杂菌。影响工段：液化工序、糖化工序、发酵工序。8.2.2辅料污染淀粉酶、糖化酶、尿素或硫酸铵等。淀粉酶、糖化酶在生产过程中都是采取常温生产，杂菌感染又无法消毒，带来大量的杂菌，尿素或硫酸铵主要在使用过程中感染杂菌。影响工段：液化糖化工序、发酵工序。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍8.2.3水源大多酒精厂水源不干净，又不进行消毒处理，带来大量杂菌。影响工序：配料工序、液化糖化工序、发酵工工序、蒸馏工序、水冷却工序等。8.2.4空气空气中存在大量的微生物，每立方米大约有五千至十万个微生物，是微生物的混合体。酒精生产酵母繁殖阶段，需进行通风培养，如无进行空气过滤将会带来大量的杂菌。影响工序：酒母工序、发酵工序。8.2.5生产过程中进入或增殖在生产过程中，如不注意控制生产工艺或设备条件不好，将会使外源杂菌进入或系统中存在的杂菌迅速繁殖，造成严重后果。影响工序：配料工序、液化糖化工序、发酵工序等。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍8.2.6设备及管道设备或管道设计、安装不合理，设备和管道不定期灭菌，设备或管道损坏不及时维修，会带来杂菌。影响工序：配料工序、液化糖化工序、发酵工序等。8.2.7清液回配有部分工厂采用废醪液过滤后回配调浆。虽然回配清液温度较高（70～90℃），但有些耐热的芽孢杆菌还能生存，清液贮罐和管道又不定期杀菌，将带来杂菌。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍8.3杂菌感染的危害性8.3.1竞争性争夺营养源，使糖酒转化率下降。乳酸菌和酵母菌对营养的需求是非常相似的，它们的存在将互相争夺发酵醪中有限数量的必需营养物和生长因子，如糖源、氮源、磷源等，特别是消耗了大量的糖源，使产率降低。研究证明，醪液总酸升高1度相当于损失发酵性糖0.5～0.6%,生产一吨酒精产量下降20-23升酒精。8.3.2竞争性地争夺生存环境，抑制酵母的生长繁殖。醋酸菌是需氧菌，在酒精发酵初期，酵母的生长和增殖绝对需氧，而醋酸菌生长繁殖也需要氧，并分泌醋酸和其他副产物，使pH下降，挥发酸升高，造成酵母的生产环境变得恶劣。而乳酸菌一般被认为是耐氧的厌氧微生物，它虽然在完全缺氧时生长速度比有氧情况下慢，但它们能存活和生长。所以在厌氧环境下，酵母和乳酸菌是相互竟争生存的，酵母合成乙醇，抑制乳酸菌生存，而乳酸菌则生成乳酸，使pH降低，挥发酸升高，反过来抑制酵母的生存，它们互们排斥，创造有利于自己的生存环境。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍另外，由于酵母和细菌的繁殖方式不同，即酵母为发芽繁殖，增殖一代需1.5h，细菌为分裂繁殖，增殖一代只需12-30min，因此，在相当条件下，酵母竞争生长明显处于劣势。8.3.3杂菌会分泌多种有害物质（毒素），抑制或杀死酵母。细菌的产物有机酸（醋酸、乳酸、丁酸等）对酵母有较强的抑制作用。发酵醪中醋酸浓度达0.01%时，酵母的生命活动受到影响，0.2%时，则全部被抑制。乳酸的抑制浓度为1%以上。而且醋酸和乳酸可协同作用抑制酵母的生长，这种协同作用所需的抑制浓度更低。丁酸的抑制浓度更明显。0.0005%的丁酸就会抑制酵母的增殖。嗜杀酵母能向体外分泌嗜杀毒素（致死蛋白或嗜杂因子），能杀死工业上常用的敏感酵母。另外，研究表明，乳酸和醋酸的产生，达到一定浓度后，将对淀粉酶和糖化酶的活性起到抑制作用，造成残总糖升高引起间接损失。细菌感染后其副产物还会使酒精产品产生令人不愉快的气味。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍8.3.4杂菌的感染会消耗乙醇，导致酒精生产量的实际损失。醋酸菌代谢的碳源和能量主要来自于乙醇，随着醋酸菌代谢产物醋酸的不断积累，乙醇会大量地消耗，造成损失。8.4酒精生产中杂菌感染的异常现象原因分析及检查方法8.4.1淀粉质原料：配料罐（预热罐）杂菌感染。（1）现象：淀粉乳pH下降、挥发酸较高。（2）原因分析：淀粉乳配料罐连续长时间运行不清洗，加上预热温度较低（50-70℃），淀粉乳糊化时又对微生物起保护作用，耐高温的细菌还在继续繁殖，分泌有机酸，使发酵醪挥发酸升高，pH下降。（3）检查方法：镜检，检测淀粉乳的挥发酸和pH。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍8.4.2糖化醪杂菌感染。（1）现象：镜检有杂菌，挥发酸升高。（2）原因分析：①糖化酶带来杂菌；②间歇糖化时，糖化罐清洗消毒不够彻底；连续糖化时，设备运转时间过长不清理；③糖化温度低。（3）检查方法：镜检，检测糖化醪的挥发酸。8.4.3酒母或1#发酵罐杂菌感染。（1）现象：酵母数少，酵母变形结团，镜检视野杂菌多，挥发酸≥0.10。（2）原因分析：①糖化液或糖蜜原料已感染杂菌；②发酵醪酒分低，小于3.0%（V/V）；③生产运行周期太长，发酵罐（酒母罐）没清理；④发酵醪pH偏高；⑤空气没有过滤；⑥设备和管道有死角；⑦水源污染带来；⑧罐温过高（35℃以上）。（3）检查方法：镜检发酵醪和水源杂菌情况，检测罐内酒分温度和发酵醪挥发酸、酸度、pH等，检查和检修设备死角。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍8.4.4主发酵罐杂菌感染。（1）现象：酵母数少，酵母变形结团，杂菌多，挥发酸高≥0.15。（2）原因分析：①糖化醪已感染杂菌；②酒母感染杂菌；③发酵醪酒份过低；④生产运行周期太长，发酵罐没有清理；⑤设备和管道有死角，灭菌不彻底；⑥罐温过高（36℃以上）；⑦产生泡沫，使CO2排出管和过料管物料倒流。（3）检查方法：镜检发酵醪和糖化醪杂菌情况，检测罐内酒份、温度和发酵醪挥发酸、酸度，检查和检修设备死角。8.4.5发酵成熟醪杂菌感染。（1）现象：镜检杂菌多，酵母死亡率高（≥90%），挥发酸高（≥0.2），升酸差高（≥2.0），残总糖和残还糖高。（2）原因分析：①发酵过程感染杂菌；②主发酵温度过高（≥36℃）；③酵母提前衰老；④设备和管道有死角；⑤工艺控制不当；⑥成熟醪在罐内保留时间太长；⑦糖化酶和淀粉酶过快失活。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍8.5杂菌的防治方法8.5.1物理防治方法（1）蒸汽高温灭菌法利用微生物在一定温度下会使其蛋白质变性失活而死亡的原理，采用蒸汽产生高温灭菌的方法。杀菌方法：①定期或交叉对调浆罐、液化罐、糖化罐、酒母罐、发酵罐及其连接管道进行蒸汽灭菌。②定期对空气过滤器进行蒸汽灭菌。③酒精生产中改连续发酵工艺为半连续发酵工艺（2）空气过滤除菌法空气过滤除菌的原理是利用过滤介质拦截空气中的微粒和微生物，得到纯净的空气。空气过滤除菌的关键设备为过滤器，设备种类有：棉花活性炭过滤器、超细玻璃纤维过滤器、烧结金属过滤器、烧结陶瓷过滤器、微孔超膜过滤器等。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍8.5.2化学防治法。（1）杀菌剂（消毒剂）杀菌消毒原理：①改变细胞膜的渗透性或损伤细胞膜，影响正常的物质交换，使细胞造成损伤；②氧化作用，使细胞内的某些物质氧化而使酶失去活性；③改变原生质的胶体性质，使菌体发生沉淀或凝固。酒精生产中常用的杀菌剂（消毒剂）有：漂白粉、甲醛、氟化钠、二氧化氯、强氯精。（2）生物制剂其抑菌作用方式①抑制蛋白质的合成；②抑制细菌细胞壁合成；③抗叶酸代谢；④影响胞浆膜的通透性。抗生素抑菌作用也叫“化学治疗剂”，它的特点是有选择性地对某些细菌起抑制作用，而对另一些没有作用。酒精生产中常用的抑制剂有：青霉素、链霉素和克菌灵。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍8.5.3酒精发酵常见的杂菌防治措施杂菌感染是酒精发酵中最经常发生的异常现象，它直接影响到生产是否正常和酒精的产率。杂菌的防治是连续发酵酒精最主要的难题之一，是酒精增产增收的技术关键。（1）配料水源的消毒杀菌发酵用水的无菌程度是非常重要的，但酒精厂家使用的水源比较复杂，水源卫生条件较差，杂菌量较多，且杂菌品种复杂，配料时就大量带入杂菌，一旦生长条件适宜，就大量增殖，造成发酵染菌，是酒精工厂主要的杂菌来源之一。处理方法：（1）添加漂白粉或强氯精或二氧化氯消毒水源。（2）采用紫外线灭菌器消毒水源。（2）调料罐（预热罐）杂菌感染的处理由于原料或配料水源或回配清液带来杂菌，造成调料罐pH下降，挥发酸升高。损耗了糖源，增加调pH用碱量。处理方法：①每天或每班投一次克菌灵或青霉素；②适当提高预热温度；③定期洗罐和蒸汽消毒。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍（3）糖化罐杂菌感染的处理糖化罐感染杂菌大都是耐温的乳酸杆菌和球菌为主，造成糖化液挥发酸较高。处理方法：①至少每五天清洗一次糖化罐；②每天投放一次青霉素或克菌灵；③在糖化罐连续添加克菌灵；④保持糖化温度在62-63℃。（4）酒母罐或1#种罐感染杂菌的处理。酒母罐或1#罐由于多种原因造成染菌，如处理不当，将会造成酒精生产的很大损失，必须及时准确有效地进行处理。处理方法：分析杂菌的感染原因，对症下药，应采取综合治理方法。①如罐内温度过高，采取措施使罐内温度降到29-32℃。②镜检杂菌多，添加克菌灵或青霉素或氟化钠控制；③加强通风；④降低糖锤度，或检查还原糖、酵母数；⑤提高酒分到4.5%（V/V）以上；⑥降低pH到3.2-3.0；⑦其他防治措施无效时，放罐清罐消毒后重新起动。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍（5）主发酵罐或多发酵罐感染杂菌的处理主发酵罐由于酒母或自身原因造成染菌，使罐内酵母数较少或结团变形，挥发酸升高，耗糖慢，应采取果断措施及时有效地处理。处理方法：分析杂菌感染的具体原因，采取一种或多种方法综合治理。①如罐内温度36℃以上，采取措施降温；②镜检杂菌太多，添加克菌灵或青霉素；③提高发酵醪酒分5.5%（V/V）以上；④降低pH3.2-3.4；⑤其他防治措施无效时，放料洗罐消毒重新起动。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍（6）水源受污染条件的发酵控制技术有些酒精生产企业的供水系统存在下列问题，造成水源受到较高程度的污染，使酒精发酵受到负面的影响。①水源来自于河水，受到枯水期或洪水期的影响，水源水质受污染；②采用循环供水系统，冷却水与配料水属于同一系统，由于长期使用不消毒，水源杂菌大量繁殖；③采用小水塘和小水库作生产水源，由于受家禽畜牧排泄物和其他污染，杂菌严重超标；④其他原因造成的水源污染。处理方法：①对水源及多个工段的用水进行检验，确定水源的污染程度；②用漂白粉或强氯精对水源进行消毒；③采用低pH的发酵控制方法，并加大通风量；④使用高效杀菌剂克菌灵；⑤使用固定化酵母。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍（7）加强工厂的卫生管理，贯彻以防为主，以治为辅的防治原则生产车间的环境卫生状况不良，特别是有些工厂抽样废液不收集杀菌，随地排放，使工厂周围的杂菌繁殖，增加染菌的机会；有些工厂没有空气净化系统而取风口又较低，大量的杂菌随空气带入发酵醪造成感染，这样虽然节省了一些设备投资，但染菌会造成生产的不正常，单耗提高，这种损失往往直观感觉不到，事实上损失是巨大的，这是很多工厂忽视的问题；有些工厂设备和管道存在大量的死角，造成物料沉积，消毒灭菌不良而染菌。处理方法：①搞好周围的清洁卫生，抽样废液集中消毒处理，每星期都要用漂白粉消费车间的排水沟和积水角落；②必须安装空气净化系统；③凡有蒸汽不流通的地方都应安装阀门排汽，尽量去除设备死角，减少污染源。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍9.发酵异常现象原因分析及酒母控制9.1酒母罐内酵母数≤2.0亿个/ml（≤1.5亿个/ml），且形态不好，降糖速度慢。9.1.1原因分析：1）杂菌感染，酵母失去群体优势，杂菌主导。现象：挥发酸高（≥0.12），酵母拉长变形结团；2）液化醪锤度高，且DE值高，渗透压大。现象：酵母拉长、变形、有空泡，耗糖速度慢；3）温度过高（≥35℃）。现象：酵母拉长、变形、结团严重，发生絮凝现象；4）pH过低（pH≤3.2）。现象：酵母形态较好，但生长速度慢，耗糖速度慢；5）发酵醪存在有害物质。如：Pb2+>8ppm，Cu2+≥3ppm，二氧化硫≥25ppm,亚硝酸盐≥5ppm，杀虫剂、防霉剂等；第二部分燃料乙醇生产工艺介绍6）酒母罐长时间糖锤度太低，且还原糖小于2.3%，酵母营养不足。现象：酵母数量少，镜检酵母形态变小，发芽率低，空泡多，表面不光滑；7）通风量不足，高浓度高密度的酵母培养，需要的溶氧比常规的发酵大得多，且由于发酵醪浓度高溶氧效果不好；8）氮源、磷源不足，细胞无法分裂，新陈代谢受阻，酵母减少。现象：酵母形态小，空泡多，表面粗糙；9）操作条件不稳定：pH、温度、酒分、浓度等时高时低，酵母的生长环境不断发生急剧变化，酵母的酶系无法迅速调整适应，酵母的生长总处于调整期，很难达到对数生长期，增殖能力受到影响；10）发酵醪流速过大，造成酵母大量滑流，酵母数逐步减少，造成恶性循环。现象：酵母形态好，数量少，酒分低，锤度和还原糖都较高。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍9.1.2解决办法：分析产生的原因，对症下药。1)杂菌感染严重时：a：将pH至3.4甚至3.2；b：添加药物杀菌；c：如杂菌以厌氧为主，加大通风量；e：降低培养温度29～30℃。2)a:液化醪浓度高时，降低液化醪的锤度与DE值，降低渗透压，进料液化醪控制在16°BX以下较适合；b：增加通风量一倍；c：减少流加量，适当延长物料在罐中的停留时间，让酵母恢复正常值。3)温度高时，迅速将温度降至30℃，如酵母结团仍然严重，排空重新培养。

4)a：pH太低时，将pH值调至3.8～4.0；b：成倍加大通风量；c：增加氮源；d：适当降低进料浓度。5)a:存在有害物质时，查找有害物质来源，从源头解决问题；b:降低培养浓度。

6)a:糖浓度低时，及时提高进料浓度；b:适当增加糖化酶量；c：适当减少通风量。第二部分燃料乙醇生产工艺介绍7)通风不足时，增加通风量。8)营养