酒精生产工艺知识题纲

酒精生产工艺知识题纲酒精生产工艺知识题纲酒精生产工艺知识题纲xxx公司酒精生产工艺知识题纲文件编号：文件日期：修订次数：第1.0次更改批准审核制定方案设计，管理制度酒精生产工艺知识题纲一、酒精的主要用途和加工方法酒精作为一种重要的基础化工原料，广泛地应用国民经济的许多部门。在食品工业中，酒精是配制各类白酒、果酒等酒类饮品的原料；在化工行业，利用酒精可以加工乙醛、乙醇、冰醋酸、乙醚等化工产品；在医药工业中，用酒精配制消毒剂和提取医药制剂；酒精是一种很好的有机溶剂，可应用在油漆和化妆品生产行业中。随着世界范围的能源危机和环境状况的日益恶化，酒精作为燃料替代品，其潜在的价值不可限量。以发酵法生产的燃料乙醇，具有和矿物燃料相似的燃料性能，但其生产原料为生物源，是一种可再生的能源。燃料酒精具有环保效应（相对于其它汽油合成物，加10%酒精的乙醇汽油，可减少污染微粒、一氧化碳和氮化物的排放量，减少温室效应），形成一个稳定的粮食转化市场（能利用不能食用的粮食作原料），可解决能源安全问题。目前酒精生产工艺主要有化学合成法和发酵法两大类。发酵法是世界上酒精生产的主要方法。我们讲的酒精生产工艺就是指发酵法酒精生产工艺。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。发酵法酒精生产的主要化学反应式（C5H10O6）n+nH2O水解nC6H12O6nC6H12O6发酵2C2H5OH+2CO2+热量二、酒精生产的主要原料糖质原料：糖蜜、甜菜、甘蔗等淀粉质原料：(1)、谷物原料：玉米、高粱、小麦、大米、黑麦等。(2)、薯类原料：甘薯、木薯、马铃薯等。纤维质原料：农作物秸秆及下脚料、木材加工下脚料、城市生活垃圾。其它原料：亚硫酸盐废液、乳清等。三、玉米主要化学成分、加工利用及其酒精生产工艺概述在世界人类作物中，玉米的种植面积和总产量仅次于小麦和水稻而居第三位，平均单产则居首位。以北美洲最多，我国玉米的栽种面积和总产量均世界第二位（美国为玉米第一生产大国，年产2亿多吨，占世界总产量的40%多）。玉米子粒就干玉米而言，含淀粉60～65%、蛋白质8～10%、水份14%、脂肪～%、灰分%、纤维素%、半纤维素5%、糖分%。玉米的深加工产品主要为：(1)、利用玉米中的淀粉糖化可生产麦芽糖、变性淀粉、果葡糖浆等一系列淀粉糖制品，利用玉米中的淀粉经氧化后可生产梨酸及众多下游产品，利用玉米中的淀粉发酵可生产酒精、柠檬酸、味精等。(2)、利用玉米的玉米胚中的脂肪可生产玉米油(3)、利用玉米皮及加工副产物生产蛋白饲料或蛋白纤维饲料。用玉米生产酒精，从对原料预处理的角度分为三种方法，即全粒法、干法、湿法。全粒法即玉米粒不经浸润处理直接经除杂粉碎、拌料，经蒸煮糖化后，进行发酵，发酵醪蒸馏、精馏后，得到酒精产品，酒精糟液亦可生产酒精糟干燥蛋白饲料（DDGS）。干法是玉米清理除杂后，预先用水湿润一下，然后破碎分筛、脱除的玉米胚和部分玉米皮生产玉米油，副产玉米胚芽饼、低脂玉米粉作为酒精生产的原料。湿法玉米酒精指的是玉米先进行浸泡，分离出玉米胚芽、蛋白质以后，用淀粉浆生产酒精，得到玉米油，玉米胚芽饼、玉米蛋白粉、玉米纤维饲料等产品。全粒法没有玉米油制品，综合效益稍差，干法玉米油提取率低，淀粉利用率不高，湿法玉米油提取率和淀粉出酒率均高于干法，但能耗和投资均高于干法四、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。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。五、淀粉的糖化及其目的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。淀粉糖化的目的，是通过糖化剂中所具有的酶系作用，将淀粉、糊精进行水解。其中所含的α-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，生产中将这一过程叫做液化。利用糖化剂－淀粉1，4葡萄糖苷酶(也叫做糖化酶)，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。生产中将这一过程叫做糖化。总之，液化、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。六、淀粉液化糖化过程中的酶淀粉-1，4糊精酶(简称α-淀粉酶)其作用是将淀粉迅速水解为糊精及少量麦芽糖，对淀粉的作用，可将长链从内部分裂成若干短链的糊精，所以也称内切淀粉酶。α-淀粉酶对直链淀粉(链淀粉)的作用是将淀粉分子的α-1，4键任意地、不规则的分解为若干短链的糊精，糊精继续被水解，最后反应产物为13％葡萄糖及87％麦芽糖，但是糊精转变为糖的速度是极缓慢的。α-淀粉酶对支链淀粉(胶淀粉)的作用，是将支链淀粉的α-1，4键任意地、不规则地分解为若干短链，但不能分解其中的1，6键而遗留下含有1，6键的糊得(即界限糊精)，最后产物为麦牙糖及少量界限糊精和葡萄糖。α-淀粉酶是一种耐热，对酸具有敏感的淀粉酶，由于该酶可以使直链淀粉和支链淀粉迅速分裂而形成含有4一7个葡萄糖单位的糊精和含有1，6苷键的界限糊精，使醪液黏度迅速下降，既所谓液化现象，故α-淀粉酶亦称液化酶或糊精化酶，但它作用淀粉后,还原能力上升很慢。淀粉受到α-淀粉酶的作用后，遇碘呈色很快反应，如下表现：蓝→紫→红→浅红→不显色(即碘原色)淀粉-l，4-葡萄糖苷酶(简称糖化酶)作用于淀粉的l，4键结合，能从葡萄糖键的非还原性末端起将葡萄糖单位一个一个的切断，因为是从链的一端逐渐地一个个地切断为葡萄糖，所以称为外切淀粉酶。对支链淀粉的作用也是从非还原性末端-个个地切断为葡萄糖，虽然它较慢切断1，6键，但是切割分支点时，可以绕过1，6键而将l，4键分解。糖化酶作用淀粉时，还原糖的增加比α-淀粉酶快，但是碘色消失得慢，淀粉的粘度也不象α-淀粉酶那样迅速下降。七、淀粉液化糖化的影响因素1．糖化剂的选择与用量2．糖化温度3、糖化pH值4、糖化时间5、底物浓度八、酒精发酵的概念什么叫发酵，所谓发酵，是指微生物细胞，在无氧条件下，进行无氧呼吸，将吸收的营养物质通过细胞内酶的作用，进行一系列的生物化学反应，把复杂的有机物分解为比较简单的生化中间产物，同时放出一定能量的过程，就叫做发酵。或者简单地说，就是在无氧条件下，微生物将复杂的有机物转变为简单的产物的过程，就叫做发酵。所谓酒精发酵，就是指发酵酵中的糖类物质，在无氧条件下，受酵母细胞中酒化酶的作用，产生酒精的全过程。酒精的发酵过程中，酵母菌的发酵是属于厌气性发酵，进行着无氧呼吸，发生着复杂的生化反应。从整个发酵工艺来讲，既有发酵醪中的淀粉、糊精继续被糖化酶作用，水解生成糖类物质的反应，同时又有发酵醪中的蛋白质在蛋白酶的作用下，水解生成小分子的蛋白胨、肽和各种氨基酸的反应，这些水解产物一部分被酵母细胞吸收合成菌体，另一部分则发酵生成了酒精和二氧化碳，还要产生副产物杂醇油、甘油等。九、酒精生产用酵母菌种的选择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，繁殖迅速，发酵速度快，发酵完全的酵母菌。(2)选择耐酒精能力强，能在含较高酒精浓度的发酵醪中正常发酵，不受抑制的酵母菌。使之后发酵完全。(3)选择耐热性能好，耐酸性能强的酵母菌，使生产能在较高温度下发酵正常，而不易被杂菌侵入而污染。(4)选择抗渗透压性能好，能在较高糖度的发酵醪中发酵正常，使浓醪发酵成为可能，从而提高生产能力，同时使发酵醪在成熟时残余糖分少，副产物也少的酵母菌。(5)选择发酵时产生泡沫少，生产性能稳定，变异性小、抗重金属离子毒性作用强、抗杂菌能力强的酵母菌。(6)选择容易培养、保藏方便的酵母菌。十、酵母细胞的结构及其作用酒精发酵所用的酵母菌，它们属于典型的真核微生物，其细胞是由明显的细胞核、细胞壁、细胞膜、细胞质、内含物、线粒体、液泡等构成。这些构成物在酵母细胞中所起的作用如下：1．细胞壁作用是由于它具有一定的弹性和韧性，能起着保护细胞形态，抵防外界的渗透压力，保护细胞膜等作用。2．细胞膜主要作用是有选择地从培养基中吸收各种营养物质，排出代谢产物，对细胞的代谢和生理活性起作用。3．细胞核主要是作为细胞“信息”控制的中心和物质代谢的控制室的作用，在细胞的繁殖和遗传上也起着“核心”作用。4．内含物作用是当细胞中暂时缺少磷源、碳源、能源时，可作为一定时间内的补充来源。十一、酒精发酵工艺型式根据发酵醪注入发酵罐的方式不同，可以将酒精发酵的方式分为间歇式、半连续式和连续式三种。(一)间歇式发酵法间歇式发酵法就是指全部发酵过程始终在一个发酵罐中进行。由于发酵罐容量和工艺操作不同，在间歇发酵工艺中，又可分为如下几种方法：1．一次加满法2．分次添加法3．连续添加法4．分割主发酵醪法(二)半连续发酵法半连续发酵是指在主发酵阶段采用连续发酵，而后发酵则采用间歇发酵的方式。在半连续发酵中，由于醪液的流加方式不同，又可分为两种：一种是将一组数个发酵罐连接起来，使前三个罐保持连续发酵状态。第二种方法是由7—8个罐组成一组罐，各罐用管道从上部通入下-罐底部相串连。上述半连续发酵方式的优点是省去了酒母制做，但无菌操作要求高。(三)连续发酵淀粉质原料生产酒精的连续发酵，在国内外早有研究，由于杂菌污染问题没能很好解决，所以未能普遍推广和应用。近年来，由于发酵理论研究有所进展，尤其是在淀粉质原料生产酒精的过程中采用了连续蒸煮、连续糖化和液体曲新工艺，给连续发酵创造了条件，因此，连续发酵引起了人们的普通重视，也取得了很大成绩。全封闭自流式连续发酵”的新工艺，使淀粉质原科连续发酵法生产酒精工艺日趋完善，操作更加简便，取得了更显著的成绩。十二、酒精酵母菌中主要的酶发酵产生酒精的酵母菌细胞中主要有蔗糖酶、麦芽糖酶、肝糖酶、酒化酶，它们各自的作用分别是：蔗糖酶能将发酵醪中的蔗糖水解生成一分子的葡萄糖和一分子的果糖。麦芽糖酶能将发酵醪中的麦芽糖水解生成二分子的葡萄糖。肝糖酶能将酵母细胞内分子小于支链淀粉的肝糖分解为胞内葡萄糖。酒化酶系指参与糖转化为酒精的一系列酶的总称，它主要是将发酵醪中的葡萄糖转化生成酒精和二氧化碳。十三、影响发酵效率的因素1．菌种性能的影响2．原料的粉碎、蒸煮的影响3．酒母质量的影响。4．发酵醪中糖度的影响5.发酵醪中pH值的影响6．发酵温度的影响7．发酵时间的影响8．发酵设备的影响9．杂菌污柒的影响由于杂菌的污染，可发酵性物质被杂菌利用，酵母菌生长受到抑制，发酵效率就会受到严重影响。十四、酒精的蒸馏蒸馏是利用液体温合物中各组分挥发性的不同而分离组分的方法。在酒精生产中，将酒精和其它所有的挥发性杂质从发酵成熟醪中分离出来的过程，称为蒸馏。蒸馏的结果便得到粗酒精，所用的设备称醪塔，也称粗馏塔。除去粗酒精中杂质，进一步提高酒精浓度的过程则称为精馏。精馏的结果得到医药酒精或精馏酒精，所用的设备称为精馏塔。乙醛、乙酸乙酯、乙酸甲酯、甲酸乙酯在酒精水溶液中其挥发系数与精馏系数始终大于1，即此类杂质在气相中的含量始终比液相中含量多。就是说这类杂质在酒精精馏时比酒精更易挥发。因此它们将聚集在精馏设备的最高层。生产中利用这一特性来排除它。蒸馏是利用液体混合物中各组分挥发性能的不同，进行组分分离的方法。这是目前世界酒精工业从发酵醪中回收酒精所采用的唯一方法。在早期的酒精生产工艺中，从成熟醪中回收酒精分两步走，其一是将酒精和所有的挥发性杂质从发酵成熟醪中分离出来的过程，即蒸馏。蒸馏结果得到的是粗酒精和酒糟，其二是除去粗酒精中的杂质，进一步提高浓度的过程，即精馏，精馏结果得到各级成品酒精和杂醇油等副产品，随差蒸馏技术的发展将两个过程简称为蒸馏。十五、发酵成熟醪的组成及分类发酵成熟醪含水80～90%（w），酒精及挥发性5～10%（w）杂质，干物质4～10%，总体分为挥发性杂质和不挥发性杂质。发酵醪中挥发性杂质各类很多，已检出并定性的超过70种，总量是酒精含量的～%，挥发性杂质根据其化学性质可归纳为醇类、醛类、酸类、酯类四大类。醛类的代表是乙醛，甲醇类的代表是甲醇、丙醇和异丁醇、异戊醇等高级醇，酸类主要是醋酸、丁酸、丙酸等，酯类主要是乙酸乙酯、乙酸甲酯、甲酸甲酯等。酒精发酵醪的蒸馏是以拉乌尔定律为基础的（混合溶液中沸点低的组分在气相中的含量总是比液相中高，反之亦然）。由于成熟醪中各组分挥发性能的不同，在蒸馏过程中，液相组分和气相组分是不同的，而气相中含有较多的易挥发组分，液相中含有较多难挥发的组分，经过多次反复汽化，冷凝就可以将酒精增浓和提纯。十六、挥发系数和精馏系数汽相中的百分含量与液相中的百分含量之比值，叫挥发系数。杂质的挥发系数与酒精的挥发系数的比值，叫杂质的精馏系数。精馏系数大于1，则不仅该杂质在汽相中的含量比液相中高，而且在该条件下挥发性比酒精高，即它在塔内向上运动的速度快于酒精。十七、酒精一水系统的恒沸混合物酒精一水溶液中酒精的挥发性能随系统中酒精浓度增加而变小，当酒精浓度增加到%（v）时，挥发系数