《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(diǎn)，在國(guó)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(lái)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(lèi)、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(lái)配制各種飲料酒。在國(guó)外有的工廠用酒精作燃料，取代煤和汽油；有的國(guó)家正在使用，用酒精作為燃料的汽車(chē)。隨著自然資源開(kāi)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(jí)醇和脂類(lèi)，可用來(lái)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。,酒精生產(chǎn)是在釀酒的基礎(chǔ)上發(fā)展來(lái)的。 我國(guó)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(tái)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(lái)生產(chǎn)酒精。我國(guó)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(guó)石油工業(yè)的發(fā)展，合成酒精的生產(chǎn)也勢(shì)必有較快的發(fā)展。 近年來(lái)，隨著酒精質(zhì)量的不斷提高，各科研部門(mén)對(duì)酒精工業(yè)進(jìn)行了一系列的技術(shù)改革，無(wú)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(yīng)用方面，或是在優(yōu)良菌種選育，工藝與設(shè)備的改進(jìn)，自動(dòng)控制、綜合利用和環(huán)境保護(hù)等方面，都取的了不少的成績(jī)。,國(guó)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(lái)，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(lái)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(lèi)，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(guó)家，發(fā)酵法生產(chǎn)酒精仍然占有一定的比例，美國(guó)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(guó)家，發(fā)酵法仍然是生產(chǎn)酒精的主要方法。,一.酒精的種類(lèi)和工業(yè)生產(chǎn)的方法 1.酒精的種類(lèi)我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的酒精按國(guó)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（GB68778 無(wú)水酒精） 酒精濃度不得低于99

5、.5%（容量），是一種嚴(yán)格中性沒(méi)有雜味的酒精，專(zhuān)供國(guó)防工業(yè)、電子工業(yè)與化學(xué)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(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(wú)其它要求，主要用于油漆稀釋?zhuān)铣上鹉z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(chēng)硫酸水合法，它的生產(chǎn)過(guò)程是將乙烯與硫酸經(jīng)加成作用生成硫酸氫乙脂，再進(jìn)

6、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(wú)腐蝕問(wèn)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(lèi)； （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(guó)當(dāng)前生產(chǎn)酒精的主要方法，它是利用薯類(lèi)、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(jìn)一步發(fā)酵生成酒精。 整個(gè)生產(chǎn)過(guò)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(guò)稀釋并添加部分營(yíng)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(chēng)硫酸水合法，它的生產(chǎn)過(guò)程是將乙烯與硫酸經(jīng)加成作用生成硫酸

8、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(wú)腐蝕問(wèn)題。,（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(chēng)硫酸水合法，它的生產(chǎn)過(guò)程是將乙烯與硫酸經(jīng)加成作用生成硫酸氫乙脂，再

9、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(wú)腐蝕問(wèn)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(lèi)、糧谷類(lèi)及野生植物等，在投產(chǎn)前必須先經(jīng)過(guò)破碎處理。目前在國(guó)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)

10、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(guò)蒸煮，在高溫高壓過(guò)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130150度，但經(jīng)過(guò)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(guò)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(guó)內(nèi)是以麩曲糖化法和液曲糖化法為主

11、，在國(guó)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(shí)，接種培養(yǎng)，在霉菌生長(zhǎng)過(guò)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(guò)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(guò)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(lèi)；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(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(guó)個(gè)酒精廠對(duì)甘薯干的原料加水比，一般都采用1313.4，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

13、工藝流程,此流程主要是說(shuō)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(guò)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(kù)后，先經(jīng)過(guò)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(guò)粗碎，把大快原料初步打碎成小快原料，再經(jīng)過(guò)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

14、。,3.曲霉糖化經(jīng)蒸煮糊化后的醪液，通過(guò)曲霉菌的淀粉酶進(jìn)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(zhǎng)過(guò)程中要給以充分得空氣，同時(shí)，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(guò)程中進(jìn)行無(wú)氧呼吸，在此過(guò)程中，發(fā)生著復(fù)雜的生物化學(xué)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(xì)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(lái)，通過(guò)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(chēng)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(guò)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(lèi)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(yíng)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(méi)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(guò)成中，經(jīng)曲霉菌的蛋白酶水解后，可為霉菌和酵母菌生長(zhǎng)繁殖的重要營(yíng)養(yǎng)成分，而微生物細(xì)胞中，3050%（干重）是蛋白質(zhì)。一般的說(shuō)，當(dāng)培養(yǎng)基內(nèi)氮的含量適當(dāng)，則曲霉菌絲生長(zhǎng)旺盛，酶的含量也較高。有些原料所含蛋白質(zhì)有時(shí)不能滿足微生物生長(zhǎng)和繁殖的要求，則應(yīng)從外界加入氮源。蛋源一般包括有機(jī)