酒精发酵与酿酒技术分析(共85页).ppt

第五章 酒精发酵与酿酒,第一节 酒精发酵,一、酒精发酵原料 二、与酒精发酵有关的微生物 三、酒精发酵生化机制 四、酒精发酵工艺 五、酒精蒸馏与精馏,酒精生产方法,发酵法 和 化学合成法 发酵法：利用合适的原料在微生物的作用 下生成酒精 化学合成法：利用炼焦或裂解石油的废气为原料，经化学合成反应制成酒精一、酒精发酵原料,常用原料,淀粉质原料 糖质原料 纤维质原料,(一)淀粉质原料,生产酒精的主要原料 我国发酵酒精的80%是用淀粉质原料生产的其中： 甘薯干等薯类为原料：约占45%， 玉米等谷物为原料：约占35%甘薯、木薯、马铃薯等）,甘薯：红薯、地瓜，南方称为山芋，蕃薯 新鲜甘薯、薯干为酒精生产原料 固形物：淀粉（主要），糖类和蛋白质（少量） 我国大多数工厂所采用，是我国生产酒精的主要薯类原料 木薯：木薯的块根为生产原料 主要成分：淀粉（鲜：25-30%，干：70%），少量蛋白质、糖类、脂肪南方工厂大量采用 马铃薯：主要成分：淀粉、少量糖类、纤维素、果胶质等西北少数地区工厂采用2.谷物原料(粮食原料),包括：玉米、小麦、高梁、大米等 很好的酒精生产原料 国际上：玉米和小麦 我国：除玉米外，其他粮食较少使用。

只有当其他原料不足，或谷物受潮发热霉变的情况下才用谷物原料 随着我国粮食生产的发展，用于酒精生产的谷物数量会增加二)糖质原料（糖蜜、甘蔗、甜菜和甜高梁）,糖蜜（废糖蜜）：干蔗或甜菜制糖过程中形成的一种副产物：甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜 糖蜜含糖量较高：一级甘蔗糖蜜：50%以上，甜菜糖蜜：50%左右，主要成分为蔗糖 甘蔗：良好的制糖原料 20世纪70年代起，国外利用甘蔗压榨或萃取后的蔗汁进行酒精发酵 甘蔗法中可发酵固形物包括：蔗糖、淀粉及其他碳水化合物甜菜：主要的制糖原料 主要糖分是蔗糖，还含少量其他碳水合物、果胶质 甜高粱：高秆作物，起源于美国 （具有潜在发展前途的糖质原料） 秆中含糖分10%12%，所结的高粱米富含淀粉，均 可用于发酵酒精糖质原料生产酒精的优点： 工序简单，成本低，是理想的原料 但制糖及其他发酵工业也需要糖质原料，能用于酒精生产不太多 特别是我国糖质原料用于酒精生产有限三)纤维质原料（可再生资源）,天然纤维原料由纤维素、半纤维素和木质素组成，均较难被降解 近年纤维素、半纤维素生产酒精的研究有突破性进展，成为有潜力的酒精生产原料纤维质原料主要包括：,农作物纤维质下脚料(稻草、玉米秆、玉米芯、花生壳等)， 森林和木材加工工业的下脚料(树枝、木屑) 工厂的纤维素和半纤维素下脚料(甘蔗渣、废甜菜丝等） 城市废纤维垃圾等四类。

用纤维质原料发酵酒精目前尚不盛行四)其他原料,主要指亚硫酸盐纸浆废液、甘薯和马铃薯淀粉渣、各种野生植物、乳清等 用这些原料生产酒精目前还不多见二、与酒清发酵有关的微生物,糖化菌和酒精发酵微生物,(一)糖化菌 糖化：将淀粉转化成葡萄糖等可发酵性糖 的过程称为糖化 所用催化剂称为糖化剂 糖化剂：糖化曲（由微生物制成，包括固体曲和液体曲)； 商品酶制剂 实际生产中：主要是曲霉、根霉 如：黑曲霉新菌株As.3.4309(UV-11),(二)酒精发酵微生物,发酵生产中用于酒精发酵的： 酒精酵母（酒母） 利用淀粉质原料的酒母叫啤酒酵母 繁殖速度快，发酵能力强，较强耐酒精能力 常用的酵母菌株：南阳酵母、拉斯2号酵母、拉斯12号酵母、K字酵母、M酵母等 利用糖质原料的酒母，除啤酒酵母外，还有粟酒裂殖酵母、克鲁维酵母等 三、酒精发酵生化机制,不同生产原料，发酵生化过程不同 糖质原料： 直接利用酵母将 糖乙醇 淀粉质和纤维质原料： 首先淀粉和纤维质的水解（糖化）； 再由酒精发酵菌将糖发酵成乙醇1. 淀粉质和纤维质原料的水解,淀粉质原料的水解 淀粉分子 多糖中最易分解的 直链、支链淀粉两种结构，性质结构有差异。

直链淀粉：葡萄糖通过1，4糖苷键连接 而成的聚合物 支链淀粉：葡萄糖通过1，4糖苷键及 1，6糖苷键连接而成的聚合物 植物淀粉中：直链淀粉含量为2025，支链淀粉含量为7580淀粉的糊化、液化,淀粉在水中经加热会吸收水而发生溶胀若继续加热至6080,淀粉粒发生破裂, 黏度增大,体积变大,此现象为淀粉糊化 经糊化的淀粉称为-淀粉. 苷薯、马铃薯、玉米和小麦淀粉的糊化温度分别为7076、5967、6472和6568发生糊化后，支链淀粉液溶解，胶体状态被破坏，形成黏度较低的醪液，此现象为淀粉的溶解，或称为液化 马铃薯、小麦和玉米支链淀粉完全液化的温度为132、7080、136141和146151淀粉水解（糖化）,通过添加酶制剂或糖化曲来完成 淀粉酶类：-淀粉酶、-淀粉酶、葡萄糖淀粉 酶、异淀粉酶 直链淀粉经-淀粉酶水解的产物为葡萄糖、麦芽糖，支链淀粉的水解产物还有极限糊精、低聚糖 葡萄糖淀粉酶（糖化酶）形成的产物为葡萄糖 淀粉在糖酶共同作用下彻底水解成葡萄糖和麦芽糖 麦芽糖在麦芽糖酶的作用下生成葡萄糖纤维素、半纤维素、木质素 纤维素：性质稳定的多糖, 植物细胞壁的 主要成分 半纤维素：结构不同多聚糖的统称，易水解。

但与纤维素交杂一起，只有当纤维素被水解时，才能全部被水解 木质素：有三维空间结构的高分子聚合物 难水解，性质稳定木质素在纤维素周围形成保护层，使纤维素水解困难纤维素的水解,方法：稀酸、浓酸、酶水解法 酸水解：硫酸、盐酸、氢氟酸等强酸 酶水解：纤维素酶（复合酶类） 由于纤维素性能稳定：水解速度慢,糖得率低这是影响纤维素科学利用的难题之一二)酵母菌的乙醇发酵,酵母菌在厌氧条件下可发酵己糖形成乙醇，生化过程由两个阶段组成P128） 第一阶段：己糖通过糖酵解途径(EMP途径)分解成丙酮酸 第二阶段：丙酮酸由脱羧酶催化生成乙醛和二氧化碳，乙醛进一步被还原成乙醇 葡萄糖发酵成乙醇的总反应式为： C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量,发酵主产物：乙醇； 少量副产物：甘油、有机酸、杂醇油、醛类、酯类 理论上乙醇得率为51.5%，可实际得率47%： 酵母菌体的积累需 2% 的葡萄糖； 甘油的形成需 2% 葡萄糖； 有机酸的形成需 0.5% 的葡萄糖； 杂醇油的形成需 0.2% 的葡萄糖 乙醇发酵中大部分能量储存于乙醇中，29的自由能用于形成ATP，其余能量以热形式散发四、酒精发酵工艺,酒精发酵所用原料不同，采用的工艺也不相同。

介绍淀粉质原料、糖质原料酒精发酵工艺过程一)淀粉质原料酒精发酵工艺,生产流程：原料预处理、原料蒸煮、糖化剂制备、糖化、酒母制备、乙醇发酵、蒸馏等工艺1)原料除杂 通过振荡筛、吸铁器将铁钉、杂草、石块 除去 2)原料的粉碎 粉碎目的：有利于淀粉膨胀、糊化；缩短后续热处理时间,提高效率；粉末原料加水后易流动输运 方法：干粉碎、湿粉碎国内采用干粉碎法 设备：锤式粉碎机粗碎和细碎两级粉碎工艺， 颗粒小于2.0mm 湿粉碎时, 原料粉末不飞扬,省去除尘通风设备,但粉碎后的粉料不能储存,宜立即用于生产蒸料目的： （1）为淀粉转化为糖创造条件：破坏植物组织和细胞，使淀粉彻底糊化、液化，物料成为均一的糊化醪； （2）灭菌的作用蒸煮工艺： 以前：我国采用整粒原料间歇蒸煮工艺现在：为提高蒸煮醪质量、减轻劳动强 度，采用连续蒸煮工艺 连续蒸煮方法：罐式(锅式)连续蒸煮、管道式连续蒸煮、塔式连续蒸煮罐式连续蒸煮工艺流程,蒸料消耗蒸汽，耗汽占生产过程耗汽的25%30% 为节约能源：无蒸煮的生料发酵工艺、低温(100以内)蒸煮工艺、膨化工艺、超细磨工艺等,糖化曲分为：固体曲、液体曲 麸曲：用麸皮为主要原料制成的 固体曲 液体曲：采用液体深层通风培养,(1)固体曲的生产,生产方法有：曲盘制曲（最早采用）； 帘子制曲（后来发展的）； 机械通风制曲（1960年以后） 机械通风制曲工艺包括： 三角瓶种曲培养、 帘子种曲制备 机械通风制曲等几个工段。

流程如图5-7制曲过程：将糖化菌扩大培养，并让糖化菌产生高活力、质量合格的各种淀粉酶等酶类的过程 制曲过程需提供：让糖化菌生长、产酶的 合适原料、水分、温 度和通气条件等三角瓶种曲培养阶段：3132培养1618h，扣瓶继续34d，所得种曲需：孢子肥大整齐、稠密 帘子种曲制备阶段：接种之后，前16h，室温3031，品温不超3436；1632h品温3637.5；3248h品温3738 机械通风制曲阶段：培养时间2432h培养前期即入制曲箱，10h以内 34；培养中期，菌丝形成，放出热量，通风控制品温 4042；培养后期品温3739 所得固体曲需：菌丝粗壮浓密，清香，无异味，无孢子生成2)液体曲生产,生产工艺过程：种子制备、液体曲发酵、 无菌空气制备三部分 种子罐接种糖化菌孢子悬浮液后，32通风培养 36h 接入培养罐，在培养罐内培养48h即得成熟液体曲间歇糖化和连续糖化）,(1)间歇糖化工艺 糖化锅内进行蒸煮醪放入并冷却到6162，加糖化剂，搅匀后，静止糖化30min，再冷却至30供发酵用 (2)连续糖化工艺（我国采用） 根据蒸煮醪冷却(前冷却)和糖化醪液冷却(后冷却)的方法不同，连续糖化工艺分： 混合冷却连续糖化、真空冷却连续糖化、三级真空冷却连续糖化。

酒母制备即酒母扩大培养过程分为： 实验室扩大培养、酒母罐扩大培养 温度控制为2830 所得酒母应细胞健壮、整齐，出芽率高(15%30%)，没有杂菌污染糖化醪送入发酵罐，接入酒母，即开始乙醇发酵 乙醇发酵过程可分为： 前发酵期、 主发酵期、 后发酵期三个阶段前发酵期,一般为前10h左右 在酒母与糖化醪加入发酵罐后： 醪液中酵母数量不多，发酵作用不强，酒精和二氧化碳产生少，糖分消耗较慢，发酵醪表面比较平静 前发酵期发酵温度不超过30主发酵期,为前发酵期之后的12h左右 酵母细胞大量形成，每毫升醪液中酵母数达1亿以上，酵母菌停止繁殖，而主要进行乙醇发酵作用 糖分迅速下降，酒精量增多，醪液中产生大量CO2，有很强的CO2泡沫响声 发酵醪温度上升快，应加强温度控制，3034后发酵期,一般需要40h完成 醪液的大部分糖分被耗掉，发酵作用弱，产生热量少，发酵醪温度下降，温度控制3032 总发酵时间控制6072h 一般工艺工厂糖化醪浓度为1618Bx，发酵成熟醪的乙醇含量为6%10%(V/V) ,(二)糖质原料酒精发酵工艺,糖质原料制酒精：不必进行糖化及之前的工艺操作，工艺过程简单 以糖蜜为例，工艺过程包括： 前处理、 酒母制备、 乙醇发酵、 蒸馏四个工序。

前处理,（1）将糖蜜稀释至糖浓度为12%18% （2）糖蜜中缺乏酵母必需的营养物质，需添加氮源、营养盐、生长素等 甘蔗糖蜜：添加硫酸铵0.1%0.12%、硫酸镁0.04%0.05%，适量酵母自溶液等； 甜菜糖蜜：添加过磷酸钙1%，少量硫酸铵，加硫酸将PH调至4.04.5（防止发酵过程中杂菌繁殖）乙酵发酵工艺：间歇法和连续法 糖蜜经前处理后，接入酒母，于3035发酵，成熟醪酒精度为6%9%(V/V)五、酒精蒸馏与精馏,发酵成熟醪中除含酒精外，还含杂质， 需蒸馏及精馏才能得到酒精成品 经 蒸馏 可得 粗酒精和酒精 设备：醪塔，蒸馏塔、粗馏塔 粗酒精经 精馏 可得 各级成品酒精、杂醇油等副产物 设备：精馏塔一)发酵成熟醪的组成及其分离,发酵成熟醪的成分：随原料的种类、加工方法、菌种性能不同而不同 分成：不挥发性成分 和 挥发性成分两类,不挥发性成分,包括：甘油、琥珀酸、乳酸、脂肪酸、无机盐、酵母菌体、不发酵性及未发酵完的糖、皮壳、纤维等 不挥发性成分易与酒精等挥发性成分分离，在粗馏中和大部分水一起从塔底排出，即酒糟 挥发性杂质、酒精蒸汽从醪塔顶部排出，进入精馏塔挥发性成分,挥发性杂质共50多种，分成： 醇类、醛类、酸类、酯类四类。