食品班黃金澤16課件

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(diǎn)，在國民經(jīng)濟(jì)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(xué)事業(yè)的不斷發(fā)展，酒精的應(yīng)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(jī)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(jí)醇和脂類，可用來制造香料、油漆及增塑劑，也可用作有機(jī)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。國外酒精工業(yè)的生產(chǎn)方法，包括發(fā)酵法和化學(xué)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?yàn)楹铣删凭鶌A雜異構(gòu)化高級(jí)醇類，對(duì)于人的高級(jí)神級(jí)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(dá)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(biāo)準(zhǔn)。（1）高純度酒精（GB—687—78無水酒精）酒精濃度不得低于99.5%（容量），是一種嚴(yán)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(xué)試劑用。（2）食用酒精（GB—10343—89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(xì)化工行業(yè)。（3）工業(yè)酒精只要求酒精濃度達(dá)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(xué)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(xué)合成反應(yīng)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(jìn)行水解，生成乙醇和硫酸。此法的缺點(diǎn)是對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，酸消耗較多，優(yōu)點(diǎn)是對(duì)原料氣體的純度要求不高，設(shè)備簡(jiǎn)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(yīng)，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(duì)設(shè)備、材料都提出了較高的要求，但此法步驟簡(jiǎn)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(xué)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(dāng)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，在微生物的作用下將淀粉水解為葡萄糖，再進(jìn)一步發(fā)酵生成酒精。整個(gè)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?jiān)辖?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(xué)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(xué)合成反應(yīng)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(jìn)行水解，生成乙醇和硫酸。此法的缺點(diǎn)是對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，酸消耗較多，優(yōu)點(diǎn)是對(duì)原料氣體的純度要求不高，設(shè)備簡(jiǎn)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(yīng)，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(duì)設(shè)備、材料都提出了較高的要求，但此法步驟簡(jiǎn)單，無腐蝕問題。一.淀粉質(zhì)原料酒精生產(chǎn)的特點(diǎn)（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(jìn)行高壓連續(xù)蒸煮，有利原料的受熱面加大，更有效地達(dá)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(xì)胞的組織破裂，使存在于細(xì)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130—150度，但經(jīng)過粉碎的原料，其蒸煮所須的溫度較低，大約120—130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。（4）淀粉懸浮液在糊化和溶解過程中，粘度是不斷變化的，當(dāng)?shù)矸垲w粒溶解時(shí)，粘度逐漸增加，達(dá)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；在谷粒中則以葡萄糖為主。在蒸煮時(shí)，不同的糖分其化學(xué)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(huì)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(huì)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(jìn)行，因而淀粉質(zhì)原料蒸鑄時(shí)，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(gè)酒精廠對(duì)甘薯干的原料加水比，一般都采用1∶3—1∶3.4，有時(shí)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(shí)，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(jìn)行發(fā)酵，最后經(jīng)蒸餾得到成品酒精，現(xiàn)簡(jiǎn)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(jī)，把原料磨成粉。很多工廠都采用二次粉碎法，在進(jìn)入錘碎機(jī)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(jī)，將小快原料打碎成較細(xì)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(yù)熱，使原料升溫，為連續(xù)蒸煮作好預(yù)煮準(zhǔn)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。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(shí)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(xué)成分，不僅關(guān)系著酒精生產(chǎn)率的高低，同時(shí)也影響酒精生產(chǎn)的工藝過程。常用原料中主要的化學(xué)成分如下：碳水化學(xué)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(shí)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(duì)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(xì)胞中，30—50%（干重）是