《食品班黃金澤》PPT課件.ppt

1、酒精的發(fā)酵,食品1131班黃金澤16,酒精工業(yè)和其他輕工業(yè)一樣，具有投資小、回收期短、資金周轉(zhuǎn)快的特點，在國民經(jīng)濟中起著重要的作用，與人民生活有著密切的關(guān)系。隨著現(xiàn)代科學事業(yè)的不斷發(fā)展，酒精的應用范圍越來越廣泛，它是許多化工產(chǎn)品不可缺少的基本原料。利用酒精可以制造合成橡膠、聚氯乙烯、聚苯乙烯、乙二醇、冰醋酸、苯胺、乙醚、脂類、環(huán)氧乙烷、氯乙醇、二氯乙烷和乙基苯等。酒精是一種很好的有機溶劑，也可作為洗滌劑和浸出劑。在醫(yī)藥上酒精可用與滅菌和藥劑的調(diào)試，高純度的酒精可用來配制各種飲料酒。在國外有的工廠用酒精作燃料，取代煤和汽油；有的國家正在使用，用酒精作為燃料的汽車。隨著自然資源開發(fā)的日漸減少，酒精

2、作為綠色資源永不腿色，他的用途將更為廣泛。,酒精發(fā)酵生產(chǎn)的副產(chǎn)物雜醇油，主要含有高級醇和脂類，可用來制造香料、油漆及增塑劑，也可用作有機溶劑。二氧化碳可制成液體二氧化碳與干冰，液體二氧化碳可用于清涼飲料的制造和消防事業(yè)及焊接工業(yè)等，固體二氧化碳可作冷凍劑及人工降雨需用的材料。,酒精生產(chǎn)是在釀酒的基礎(chǔ)上發(fā)展來的。 我國酒精生產(chǎn)以發(fā)酵法為主，大多數(shù)工廠是采用薯干為原料，而廣東、廣西、福建、四川、臺灣、等省是以甘蔗糖蜜發(fā)酵生產(chǎn)酒精的比例較大，華北、東北地區(qū)則以甜菜糖蜜發(fā)酵生產(chǎn)酒精較多。目前，各地酒精工廠因地制宜，也有利用野生植物淀粉質(zhì)原料或亞硫酸鹽紙漿廢液和木屑稀酸水解法來生產(chǎn)酒精。我國合成酒精的大

3、規(guī)模生產(chǎn)是以依稀為原料，采用直接法合成酒精。隨著我國石油工業(yè)的發(fā)展，合成酒精的生產(chǎn)也勢必有較快的發(fā)展。 近年來，隨著酒精質(zhì)量的不斷提高，各科研部門對酒精工業(yè)進行了一系列的技術(shù)改革，無論是在連續(xù)蒸煮、真空冷卻、連續(xù)糖化、液體曲、糖化酶、固體干酵母的使用、連續(xù)發(fā)酵、新型蒸餾塔的應用方面，或是在優(yōu)良菌種選育，工藝與設(shè)備的改進，自動控制、綜合利用和環(huán)境保護等方面，都取的了不少的成績。,國外酒精工業(yè)的生產(chǎn)方法，包括發(fā)酵法和化學合成法兩種。近年來，以淀粉質(zhì)原料發(fā)酵生產(chǎn)酒精逐漸減少，以糖蜜為原料發(fā)酵生產(chǎn)酒精逐漸增加，目前糖蜜酒精產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的40%。隨著石油化工的迅速發(fā)展，用硫酸法、直接水合法以及利用石

4、油裂解產(chǎn)生的乙烯或天然氣直接合成酒精的產(chǎn)量越來越大。但是迄今為止，合成酒精還不能完全取代發(fā)酵發(fā)生產(chǎn)酒精，因為合成酒精往往夾雜異構(gòu)化高級醇類，對于人的高級神級中樞有麻僻痹作用，不是宜作飲料、食品、醫(yī)藥及香料等用。因此即使是石油化工發(fā)達的國家，發(fā)酵法生產(chǎn)酒精仍然占有一定的比例，美國以淀粉質(zhì)原料用發(fā)酵法生產(chǎn)的酒精始終保持10%以上，一些農(nóng)副產(chǎn)品資源豐富的國家，發(fā)酵法仍然是生產(chǎn)酒精的主要方法。,一.酒精的種類和工業(yè)生產(chǎn)的方法 1.酒精的種類我國工業(yè)生產(chǎn)的酒精按國家規(guī)定分為高純度酒精、食用酒精和工業(yè)酒精等，并由輕工業(yè)部和衛(wèi)生部頒布標準。 （1）高純度酒精（GB68778 無水酒精） 酒精濃度不得低于99

5、.5%（容量），是一種嚴格中性沒有雜味的酒精，專供國防工業(yè)、電子工業(yè)與化學試劑用。 （2）食用酒精（GB1034389 食用酒精） 酒精濃度不得低于95.0%（容量），雜質(zhì)含量較少，主要用于食品行業(yè)配制飲料酒、醫(yī)藥行業(yè)和精細化工行業(yè)。 （3）工業(yè)酒精 只要求酒精濃度達到95.0%（容量），無其它要求，主要用于油漆稀釋，合成橡膠等工業(yè)生產(chǎn)，或作燃料使用。,（2）化學合成法生產(chǎn)酒精 是利用煉焦炭、裂解石油的廢氣為原料，經(jīng)化學合成反應而制成酒精。生產(chǎn)方法又可分為間接水合法和直接水合法兩種，目前工業(yè)上普遍采用后者。 A.間接水合法又稱硫酸水合法，它的生產(chǎn)過程是將乙烯與硫酸經(jīng)加成作用生成硫酸氫乙脂，再進

6、行水解，生成乙醇和硫酸。此法的缺點是對設(shè)備腐蝕嚴重，酸消耗較多，優(yōu)點是對原料氣體的純度要求不高，設(shè)備簡化，易與上馬。 B.直接水合法乙烯與水蒸氣在磷酸催化劑存在下，在高壓高溫下可直接發(fā)生加成反應，生成酒精。此法要求乙烯純度在98%以上的原料氣，需要采用特出的方法分離裂解其中各種組分，對設(shè)備、材料都提出了較高的要求，但此法步驟簡單，無腐蝕問題。,2.酒精工業(yè)的生產(chǎn)方法可分為發(fā)酵法和化學合成法兩大類； （1）發(fā)酵法 是利用淀粉質(zhì)原料或糖質(zhì)原料，在微生物的作用下生成酒精，根據(jù)原料的不同，又可分為： A.淀粉質(zhì)原料發(fā)酵生產(chǎn)酒精這是我國當前生產(chǎn)酒精的主要方法，它是利用薯類、谷物及野生植物等含淀粉的原料，

7、在微生物的作用下將淀粉水解為葡萄糖，再進一步發(fā)酵生成酒精。 整個生產(chǎn)過程包括原料蒸煮、糖化劑制備、糖化、酒母制備、發(fā)酵及蒸餾等工序。 B.糖蜜原料發(fā)酵生產(chǎn)酒精直接利用糖蜜中的糖分，經(jīng)過稀釋并添加部分營養(yǎng)鹽，借酒母的作用發(fā)酵生成酒精。 C.亞硫酸鹽紙漿廢液發(fā)酵生產(chǎn)酒精造紙原料經(jīng)亞硫酸鹽液蒸煮后，廢液中含有六碳糖，這部分糖在酵母作用下可以發(fā)酵生成酒精，主要是工業(yè)酒精。,（2）化學合成法生產(chǎn)酒精 是利用煉焦炭、裂解石油的廢氣為原料，經(jīng)化學合成反應而制成酒精。生產(chǎn)方法又可分為間接水合法和直接水合法兩種，目前工業(yè)上普遍采用后者。 A.間接水合法又稱硫酸水合法，它的生產(chǎn)過程是將乙烯與硫酸經(jīng)加成作用生成硫酸

8、氫乙脂，再進行水解，生成乙醇和硫酸。此法的缺點是對設(shè)備腐蝕嚴重，酸消耗較多，優(yōu)點是對原料氣體的純度要求不高，設(shè)備簡化，易與上馬。 B.直接水合法乙烯與水蒸氣在磷酸催化劑存在下，在高壓高溫下可直接發(fā)生加成反應，生成酒精。此法要求乙烯純度在98%以上的原料氣，需要采用特出的方法分離裂解其中各種組分，對設(shè)備、材料都提出了較高的要求，但此法步驟簡單，無腐蝕問題。,（2）化學合成法生產(chǎn)酒精 是利用煉焦炭、裂解石油的廢氣為原料，經(jīng)化學合成反應而制成酒精。生產(chǎn)方法又可分為間接水合法和直接水合法兩種，目前工業(yè)上普遍采用后者。 A.間接水合法又稱硫酸水合法，它的生產(chǎn)過程是將乙烯與硫酸經(jīng)加成作用生成硫酸氫乙脂，再

9、進行水解，生成乙醇和硫酸。此法的缺點是對設(shè)備腐蝕嚴重，酸消耗較多，優(yōu)點是對原料氣體的純度要求不高，設(shè)備簡化，易與上馬。 B.直接水合法乙烯與水蒸氣在磷酸催化劑存在下，在高壓高溫下可直接發(fā)生加成反應，生成酒精。此法要求乙烯純度在98%以上的原料氣，需要采用特出的方法分離裂解其中各種組分，對設(shè)備、材料都提出了較高的要求，但此法步驟簡單，無腐蝕問題。,一.淀粉質(zhì)原料酒精生產(chǎn)的特點 （1）原料系采用薯類、糧谷類及野生植物等，在投產(chǎn)前必須先經(jīng)過破碎處理。目前在國內(nèi)上有一部分產(chǎn)量較小的酒精廠，采用間歇蒸煮，原料不經(jīng)粉碎，就直接將快狀或粒狀原料投入生產(chǎn)，但大部分中等規(guī)模以上的酒精廠，原料多經(jīng)二次粉碎，然后進

10、行高壓連續(xù)蒸煮，有利原料的受熱面加大，更有效地達到蒸煮的要求。 （2）原料必須經(jīng)過蒸煮，在高溫高壓過程中，引起原料細胞的組織破裂，使存在于細胞中的淀粉轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性糖。蒸煮溫度由于原料的品種與規(guī)格不同而有差異，通常為130150度，但經(jīng)過粉碎的原料，其蒸煮所須的溫度較低，大約120130度。高溫處理除了使淀粉糊化，便于淀粉酶起糖化作用外，還可把附著的有害雜菌殺死。,（3）淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精，要經(jīng)過加曲糖化作用，把糊化成溶解狀態(tài)的淀粉轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵性糖。由于曲的生產(chǎn)方法不同，可分為麩曲糖化法、液曲糖化法、根酶糖化法（阿米羅法）、根酶酒母混合法、麥芽糖化法等。目前在國內(nèi)是以麩曲糖化法和液曲糖化法為主

11、，在國外使用淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精的方法，大致可分為： A.麥芽法 以麥芽、黍芽、稷芽作糖化劑。 B.阿米羅法將根霉或毛霉等霉菌，在糊化醪冷卻至3040度時，接種培養(yǎng)，在霉菌生長過程中轉(zhuǎn)化淀粉成發(fā)酵性糖，再加酵母發(fā)酵。 C.曲法 以固體曲或液體曲作為糖化劑。 D.酶法 用淀粉酶代替曲。,（4）淀粉懸浮液在糊化和溶解過程中，粘度是不斷變化的，當?shù)矸垲w粒溶解時，粘度逐漸增加，達到最大限度后，隨著溫度的繼續(xù)上升，醪液粘度下降。 （5）蒸煮過程中原料因受高溫高壓，易產(chǎn)生焦糖。由于淀粉質(zhì)原料甘薯內(nèi)所含的碳水化合物中以淀粉為主，另外還有少量糊精和糖類；而馬鈴薯中所含的糖主要是堡葡萄糖和果糖，以及少量的蔗糖；在

12、谷粒中則以葡萄糖為主。在蒸煮時，不同的糖分其化學變化也不同。例如糖分回轉(zhuǎn)化，醛糖回變成酮糖（異構(gòu)化）；各種糖分都會焦化，形成焦糖；己糖分解變?yōu)榱u甲基糠醛，又很容易和新的氨基酸分子起作用而生成黑色素。,焦糖是不能被發(fā)酵的，還會阻按礙酵母的發(fā)酵作用，影響發(fā)酵而降低酒精產(chǎn)量。因此，蒸煮是要注意控制適宜的溫度和壓力。由于形成焦糖的作用，一般在高濃度溶液中比低濃度溶液中容易進行，因而淀粉質(zhì)原料蒸鑄時，如原料內(nèi)含有較多的糖分，便容易形成黑色物質(zhì)和焦糖。醪液濃度越高，也越容易形成焦糖。因此，我國個酒精廠對甘薯干的原料加水比，一般都采用1313.4，有時還要稍稀些，這樣便于淀粉率的提高。,淀粉質(zhì)原料酒精生產(chǎn)的

13、工藝流程,此流程主要是說明用淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精時，投產(chǎn)前必須先把快狀或粒狀的原料，磨碎成粉末狀態(tài)后，經(jīng)過高壓蒸煮和糖化作用，然后在進行發(fā)酵，最后經(jīng)蒸餾得到成品酒精，現(xiàn)簡要敘述如下： 1.原料粉碎連續(xù)蒸煮的酒精工廠，原料出庫后，先經(jīng)過粉碎，然后在投入生產(chǎn)。幾乎大多數(shù)工廠都采用了錘式粉碎機，把原料磨成粉。很多工廠都采用二次粉碎法，在進入錘碎機前先經(jīng)過粗碎，把大快原料初步打碎成小快原料，再經(jīng)過錘碎機，將小快原料打碎成較細的粉末原料，這樣便于連續(xù)蒸煮。 2.蒸煮糊化把磨碎后的粉末原料，先行拌水預熱，使原料升溫，為連續(xù)蒸煮作好預煮準備。原料內(nèi)的淀粉顆粒，經(jīng)高壓蒸煮后逐步破裂，趨與溶解狀態(tài)，蒸煮醪液成糊狀

14、。,3.曲霉糖化經(jīng)蒸煮糊化后的醪液，通過曲霉菌的淀粉酶進行糖化作用。曲霉菌生成的淀粉酶，能把原料內(nèi)含有的淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)榭砂l(fā)酵性糖，供酵母菌利用。曲霉菌是屬于好氣性的微生物，故在繁殖和生長過程中要給以充分得空氣，同時，淀粉酶的形成也取決于所供給的空氣量。 4.酵母發(fā)酵酒精發(fā)酵是屬于厭氣性發(fā)酵，在發(fā)酵過程中進行無氧呼吸，在此過程中，發(fā)生著復雜的生物化學變化，既有糖化醪中淀粉和糊精繼續(xù)被淀粉酶水解生成糖，也有蛋白質(zhì)在曲霉蛋白酶水解下生成肽和氨基酸。這些物質(zhì)一部分被酵母吸收合成菌體細胞，另一部分則被發(fā)酵，生成酒精和CO2。,5.蒸餾提純 經(jīng)酵母菌把糖轉(zhuǎn)變成酒精后，在成熟發(fā)酵醪內(nèi)，除含有酒精和大量水分外，還

15、含有固形物和許多雜質(zhì)。蒸餾是把發(fā)酵醪液中含有的酒精提純出來，通過粗餾和精餾，最后取得合乎規(guī)格的酒精，同時得到副產(chǎn)物雜醇油，還有大量的酒糟（也稱廢醪）排除。有的工廠把酒糟內(nèi)的余熱，設(shè)法取出，充分利用。,原料所含的化學成分，不僅關(guān)系著酒精生產(chǎn)率的高低，同時也影響酒精生產(chǎn)的工藝過程。常用原料中主要的化學成分如下： 碳水化學物 原料中所含的淀粉，或與淀粉類似的菊糖、蔗糖、麥芽糖、果糖及葡萄糖等，這些物質(zhì)都可以發(fā)酵生成酒精，同時也是霉菌和酵母的營養(yǎng)及能源，原料中含這些物質(zhì)越多，生成酒精也就越多，所以它和產(chǎn)量有著密切的關(guān)系。碳水化合物中的五碳糖多存在于原料的皮層，如麩皮、高粱糠，谷糠、花生殼等都含有很多，它不但影響淀粉數(shù)字偏高，發(fā)酵中也易生成有害的糠醛。纖維素雖屬于碳水化合物，但不被淀粉水解，只起填充作用，對于發(fā)酵沒有什么直接影響。,蛋白質(zhì) 原料含有的蛋白質(zhì)，在酒精生產(chǎn)過成中，經(jīng)曲霉菌的蛋白酶水解后，可為霉菌和酵母菌生長繁殖的重要營養(yǎng)成分，而微生物細胞中，3050%（干重）是蛋白質(zhì)。一般的說，當培養(yǎng)基內(nèi)氮的含量適當，則曲霉菌絲生長旺盛，酶的含量也較高。有些原料所含蛋白質(zhì)有時不能滿足微生物生長和繁殖的要求，則應從外界加入氮源。蛋源一般包括有機