第五章(酒精)ppt課件

1、第五章 酒精發(fā)酵與釀酒.第一節(jié) 酒精發(fā)酵.一、酒精發(fā)酵原料 二、與酒精發(fā)酵有關(guān)的微生物三、酒精發(fā)酵生化機(jī)制四、酒精發(fā)酵工藝 五、酒精蒸餾與精餾 .酒精消費(fèi)方法發(fā)酵法 和 化學(xué)合成法發(fā)酵法：利用適宜的原料在微生物的作用 下生成酒精。化學(xué)合成法：利用煉焦或裂解石油的廢氣為原料，經(jīng)化學(xué)合成反響制成酒精。.一、酒精發(fā)酵原料.常用原料淀粉質(zhì)原料糖質(zhì)原料纖維質(zhì)原料.(一)淀粉質(zhì)原料消費(fèi)酒精的主要原料。我國(guó)發(fā)酵酒精的80%是用淀粉質(zhì)原料消費(fèi)的。其中：甘薯干等薯類為原料：約占45%， 玉米等谷物為原料：約占35%。.1.薯類原料甘薯、木薯、馬鈴薯等 甘薯：紅薯、地瓜，南方稱為山芋，蕃薯。 新穎甘薯、薯干為酒精

2、消費(fèi)原料。 固形物：淀粉主要，糖類和蛋白質(zhì)少量。 我國(guó)大多數(shù)工廠所采用，是我國(guó)消費(fèi)酒精的主要薯類原料。木薯：木薯的塊根為消費(fèi)原料。 主要成分：淀粉鮮：25-30%，干：70%，少量蛋白質(zhì)、糖類、脂肪。南方工廠大量采用。馬鈴薯：主要成分：淀粉、少量糖類、纖維素、果膠質(zhì)等。西北少數(shù)地域工廠采用。 .2.谷物原料(糧食原料)包括：玉米、小麥、高梁、大米等。 很好的酒精消費(fèi)原料。 國(guó)際上：玉米和小麥。 我國(guó)：除玉米外，其他糧食較少運(yùn)用。 只需當(dāng)其他原料缺乏，或谷物受潮發(fā)熱霉變的情況下才用谷物原料。 隨著我國(guó)糧食消費(fèi)的開(kāi)展，用于酒精消費(fèi)的谷物數(shù)量會(huì)添加。.(二)糖質(zhì)原料糖蜜、甘蔗、甜菜和甜高梁糖蜜廢糖蜜

3、：干蔗或甜菜制糖過(guò)程中構(gòu)成的一種副產(chǎn)物：甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜。糖蜜含糖量較高：一級(jí)甘蔗糖蜜：50%以上，甜菜糖蜜：50%左右，主要成分為蔗糖。甘蔗：良好的制糖原料。 20世紀(jì)70年代起，國(guó)外利用甘蔗壓榨或萃取后的蔗汁進(jìn)展酒精發(fā)酵。 甘蔗法中可發(fā)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，還含少量其他碳水合物、果膠質(zhì)。甜高粱：高稈作物，來(lái)源于美國(guó)。 具有潛在開(kāi)展出路的糖質(zhì)原料 稈中含糖分10%12%，所結(jié)的高粱米富含淀粉，均 可用于發(fā)酵酒精。.糖質(zhì)原料消費(fèi)酒精的優(yōu)點(diǎn)： 工序簡(jiǎn)單，本錢低，是理想的原料。 但制糖及其他發(fā)酵工業(yè)也需求糖質(zhì)原料，能用于酒精消費(fèi)不太多。

4、 特別是我國(guó)糖質(zhì)原料用于酒精消費(fèi)有限。.(三)纖維質(zhì)原料可再生資源 天然纖維原料由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，均較難被降解。 近年纖維素、半纖維素消費(fèi)酒精的研討有突破性進(jìn)展，成為有潛力的酒精消費(fèi)原料。.纖維質(zhì)原料主要包括：農(nóng)作物纖維質(zhì)下腳料(稻草、玉米稈、玉米芯、花生殼等)， 森林和木材加工工業(yè)的下腳料(樹(shù)枝、木屑) 工廠的纖維素和半纖維素下腳料(甘蔗渣、廢甜菜絲等 城市廢纖維渣滓等四類。用纖維質(zhì)原料發(fā)酵酒精目前尚不盛行。.(四)其他原料 主要指亞硫酸鹽紙漿廢液、甘薯和馬鈴薯淀粉渣、各種野生植物、乳清等。用這些原料消費(fèi)酒精目前還不多見(jiàn)。 .二、與酒清發(fā)酵有關(guān)的微生物.糖化菌和酒精發(fā)酵微生物(

5、一)糖化菌糖化：將淀粉轉(zhuǎn)化成葡萄糖等可發(fā)酵性糖 的過(guò)程稱為糖化。所用催化劑稱為糖化劑。糖化劑：糖化曲由微生物制成，包括固體曲和液體曲)； 商品酶制劑實(shí)踐消費(fèi)中：主要是曲霉、根霉。 如：黑曲霉新菌株As.3.4309(UV-11).(二)酒精發(fā)酵微生物發(fā)酵消費(fèi)中用于酒精發(fā)酵的： 酒精酵母酒母。利用淀粉質(zhì)原料的酒母叫啤酒酵母。 繁衍速度快，發(fā)酵才干強(qiáng)，較強(qiáng)耐酒精才干。常用的酵母菌株：南陽(yáng)酵母、拉斯2號(hào)酵母、拉斯12號(hào)酵母、K字酵母、M酵母等。利用糖質(zhì)原料的酒母，除啤酒酵母外，還有粟酒裂殖酵母、克魯維酵母等 。.三、酒精發(fā)酵生化機(jī)制.不同消費(fèi)原料，發(fā)酵生化過(guò)程不同。糖質(zhì)原料： 直接利用酵母將 糖乙醇

6、。 淀粉質(zhì)和纖維質(zhì)原料： 首先淀粉和纖維質(zhì)的水解糖化； 再由酒精發(fā)酵菌將糖發(fā)酵成乙醇。.1. 淀粉質(zhì)和纖維質(zhì)原料的水解 淀粉質(zhì)原料的水解 淀粉分子 多糖中最易分解的。 直鏈、支鏈淀粉兩種構(gòu)造，性質(zhì)構(gòu)造有差別。直鏈淀粉：葡萄糖經(jīng)過(guò)1，4糖苷鍵銜接 而成的聚合物。支鏈淀粉：葡萄糖經(jīng)過(guò)1，4糖苷鍵及 1，6糖苷鍵銜接而成的聚合物 植物淀粉中：直鏈淀粉含量為2025，支鏈淀粉含量為7580。.淀粉的糊化、液化淀粉在水中經(jīng)加熱會(huì)吸收水而發(fā)生溶脹。假設(shè)繼續(xù)加熱至6080,淀粉粒發(fā)生破裂, 黏度增大,體積變大,此景象為淀粉糊化。 經(jīng)糊化的淀粉稱為-淀粉.苷薯、馬鈴薯、玉米和小麥淀粉的糊化溫度分別為7076、

7、5967、6472和6568。.發(fā)生糊化后，支鏈淀粉液溶解，膠體形狀被破壞，構(gòu)成黏度較低的醪液，此景象為淀粉的溶解，或稱為液化。馬鈴薯、小麥和玉米支鏈淀粉完全液化的溫度為132、7080、141和146151。.淀粉水解糖化經(jīng)過(guò)添加酶制劑或糖化曲來(lái)完成。 淀粉酶類：-淀粉酶、-淀粉酶、葡萄糖淀粉 酶、異淀粉酶。 直鏈淀粉經(jīng)-淀粉酶水解的產(chǎn)物為葡萄糖、麥芽糖，支鏈淀粉的水解產(chǎn)物還有極限糊精、低聚糖。 葡萄糖淀粉酶糖化酶構(gòu)成的產(chǎn)物為葡萄糖。淀粉在糖酶共同作用下徹底水解成葡萄糖和麥芽糖。 麥芽糖在麥芽糖酶的作用下生成葡萄糖。.2.纖維質(zhì)原料的水解 纖維素、半纖維素、木質(zhì)素 纖維素：性質(zhì)穩(wěn)定的多糖,

8、植物細(xì)胞壁的 主要成分。 半纖維素：構(gòu)造不同多聚糖的統(tǒng)稱，易水解。但與纖維素交雜一同，只需當(dāng)纖維素被水解時(shí)，才干全部被水解。 木質(zhì)素：有三維空間構(gòu)造的高分子聚合物。 難水解，性質(zhì)穩(wěn)定。木質(zhì)素在纖維素周圍構(gòu)成維護(hù)層，使纖維素水解困難。 .纖維素的水解方法：稀酸、濃酸、酶水解法。 酸水解：硫酸、鹽酸、氫氟酸等強(qiáng)酸。 酶水解：纖維素酶復(fù)合酶類。由于纖維素性能穩(wěn)定：水解速度慢,糖得率低。這是影響纖維素科學(xué)利用的難題之一。.(二)酵母菌的乙醇發(fā)酵 酵母菌在厭氧條件下可發(fā)酵己糖構(gòu)成乙醇，生化過(guò)程由兩個(gè)階段組成。P128第一階段：己糖經(jīng)過(guò)糖酵解途徑(EMP途徑)分解成丙酮酸。第二階段：丙酮酸由脫羧酶催化生成

9、乙醛和二氧化碳，乙醛進(jìn)一步被復(fù)原成乙醇。 葡萄糖發(fā)酵成乙醇的總反響式為： C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量.發(fā)酵主產(chǎn)物：乙醇； 少量副產(chǎn)物：甘油、有機(jī)酸、雜醇油、醛類、酯類實(shí)際上乙醇得率為51.5%，可實(shí)踐得率47%： 酵母菌體的積累需 2% 的葡萄糖； 甘油的構(gòu)成需 2% 葡萄糖； 有機(jī)酸的構(gòu)成需 0.5% 的葡萄糖； 雜醇油的構(gòu)成需 0.2% 的葡萄糖。乙醇發(fā)酵中大部分能量?jī)?chǔ)存于乙醇中，29的自在能用于構(gòu)成ATP，其他能量以熱方式分發(fā)。 .四、酒精發(fā)酵工藝.酒精發(fā)酵所用原料不同，采用的工藝也不一樣。引見(jiàn)淀粉質(zhì)原料、糖質(zhì)原料酒精發(fā)酵工藝過(guò)程。.(一)淀粉質(zhì)原料酒精發(fā)酵工藝消費(fèi)流程

10、：原料預(yù)處置、原料蒸煮、糖化劑制備、糖化、酒母制備、乙醇發(fā)酵、蒸餾等工藝。.1.原料預(yù)處置(1)原料除雜 經(jīng)過(guò)振蕩篩、吸鐵器將鐵釘、雜草、石塊 除去。2)原料的粉碎 粉碎目的：有利于淀粉膨脹、糊化；縮短后續(xù)熱處置時(shí)間,提高效率；粉末原料加水后易流動(dòng)輸運(yùn)。 方法：干粉碎、濕粉碎。國(guó)內(nèi)采用干粉碎法。 設(shè)備：錘式粉碎機(jī)。粗碎和細(xì)碎兩級(jí)粉碎工藝， 顆粒小于2.0mm。 濕粉碎時(shí), 原料粉末不飛揚(yáng),省去除塵通風(fēng)設(shè)備,但粉碎后的粉料不能儲(chǔ)存,宜立刻用于消費(fèi)。.2.蒸料蒸料目的： 1為淀粉轉(zhuǎn)化為糖發(fā)明條件：破壞植物組織和細(xì)胞，使淀粉徹底糊化、液化，物料成為均一的糊化醪； 2滅菌的作用。.蒸煮工藝： 以前：我

11、國(guó)采用整粒原料間歇蒸煮工藝。如今：為提高蒸煮醪質(zhì)量、減輕勞動(dòng)強(qiáng) 度，采用延續(xù)蒸煮工藝。 延續(xù)蒸煮方法：罐式(鍋式)延續(xù)蒸煮、管道式延續(xù)蒸煮、塔式延續(xù)蒸煮。.罐式延續(xù)蒸煮工藝流程蒸料耗費(fèi)蒸汽，耗汽占消費(fèi)過(guò)程耗汽的25%30%。 為節(jié)約能源：無(wú)蒸煮的生料發(fā)酵工藝、低溫(100以內(nèi))蒸煮工藝、膨化工藝、超細(xì)磨工藝等.3.糖化曲制備糖化曲分為：固體曲、液體曲。 麩曲：用麩皮為主要原料制成的 固體曲 液體曲：采用液體深層通風(fēng)培育.(1)固體曲的消費(fèi)消費(fèi)方法有：曲盤(pán)制曲最早采用； 簾子制曲后來(lái)開(kāi)展的； 機(jī)械通風(fēng)制曲1960年以后機(jī)械通風(fēng)制曲工藝包括： 三角瓶種曲培育、 簾子種曲制備 機(jī)械通風(fēng)制曲等幾個(gè)工段

12、。 流程如圖5-7。 .制曲過(guò)程：將糖化菌擴(kuò)展培育，并讓糖化菌產(chǎn)生高活力、質(zhì)量合格的各種淀粉酶等酶類的過(guò)程。制曲過(guò)程需提供：讓糖化菌生長(zhǎng)、產(chǎn)酶的 適宜原料、水分、溫 度和通氣條件等。.三角瓶種曲培育階段：3132培育1618h，扣瓶繼續(xù)34d，所得種曲需：孢子肥大整齊、稠密。簾子種曲制備階段：接種之后，前16h，室溫3031，品溫不超3436；1632h品溫3637.5；3248h品溫3738。機(jī)械通風(fēng)制曲階段：培育時(shí)間2432h。培育前期即入制曲箱，10h以內(nèi) 34；培育中期，菌絲構(gòu)成，放出熱量，通風(fēng)控制品溫 4042；培育后期品溫3739。 所得固體曲需：菌絲粗壯濃密，清香，無(wú)異味，無(wú)孢子

13、生成。.(2)液體曲消費(fèi)消費(fèi)工藝過(guò)程：種子制備、液體曲發(fā)酵、 無(wú)菌空氣制備三部分。種子罐接種糖化菌孢子懸浮液后，32通風(fēng)培育 36h 接入培育罐，在培育罐內(nèi)培育48h即得成熟液體曲。.4.糖化間歇糖化和延續(xù)糖化(1)間歇糖化工藝 糖化鍋內(nèi)進(jìn)展。蒸煮醪放入并冷卻到6162，加糖化劑，攪勻后，靜止糖化30min，再冷卻至30供發(fā)酵用。 (2)延續(xù)糖化工藝我國(guó)采用 根據(jù)蒸煮醪冷卻(前冷卻)和糖化醪液冷卻(后冷卻)的方法不同，延續(xù)糖化工藝分： 混合冷卻延續(xù)糖化、真空冷卻延續(xù)糖化、三級(jí)真空冷卻延續(xù)糖化。.5.酒母制備酒母制備即酒母擴(kuò)展培育過(guò)程分為： 實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)展培育、酒母罐擴(kuò)展培育。溫度控制為2830。所

14、得酒母應(yīng)細(xì)胞強(qiáng)壯、整齊，出芽率高(15%30%)，沒(méi)有雜菌污染。.6.乙醇發(fā)酵 糖化醪送入發(fā)酵罐，接入酒母，即開(kāi)場(chǎng)乙醇發(fā)酵。乙醇發(fā)酵過(guò)程可分為： 前發(fā)酵期、 主發(fā)酵期、 后發(fā)酵期三個(gè)階段。.前發(fā)酵期普通為前10h左右。在酒母與糖化醪參與發(fā)酵罐后： 醪液中酵母數(shù)量不多，發(fā)酵作用不強(qiáng)，酒精和二氧化碳產(chǎn)生少，糖分耗費(fèi)較慢，發(fā)酵醪外表比較安靜。前發(fā)酵期發(fā)酵溫度不超越30。.主發(fā)酵期為前發(fā)酵期之后的12h左右。酵母細(xì)胞大量構(gòu)成，每毫升醪液中酵母數(shù)達(dá)1億以上，酵母菌停頓繁衍，而主要進(jìn)展乙醇發(fā)酵作用。 糖分迅速下降，酒精量增多，醪液中產(chǎn)生大量CO2，有很強(qiáng)的CO2泡沫響聲。 發(fā)酵醪溫度上升快，應(yīng)加強(qiáng)溫度控制

15、，3034。.后發(fā)酵期普通需求40h完成。醪液的大部分糖分被耗掉，發(fā)酵作用弱，產(chǎn)生熱量少，發(fā)酵醪溫度下降，溫度控制3032?？偘l(fā)酵時(shí)間控制6072h。 普通工藝工廠糖化醪濃度為1618Bx，發(fā)酵成熟醪的乙醇含量為6%10%(V/V)。 .(二)糖質(zhì)原料酒精發(fā)酵工藝 糖質(zhì)原料制酒精：不用進(jìn)展糖化及之前的工藝操作，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單 以糖蜜為例，工藝過(guò)程包括： 前處置、 酒母制備、 乙醇發(fā)酵、 蒸餾四個(gè)工序。.前處置1將糖蜜稀釋至糖濃度為12%18%。2糖蜜中缺乏酵母必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，需添加氮源、營(yíng)養(yǎng)鹽、生長(zhǎng)素等。 甘蔗糖蜜：添加硫酸銨0.1%0.12%、硫酸鎂0.04%0.05%，適量酵母自溶液等； 甜

16、菜糖蜜：添加過(guò)磷酸鈣1%，少量硫酸銨，加硫酸將PH調(diào)至4.04.5防止發(fā)酵過(guò)程中雜菌繁衍。.乙酵發(fā)酵工藝：間歇法和延續(xù)法。 糖蜜經(jīng)前處置后，接入酒母，于3035發(fā)酵，成熟醪酒精度為6%9%(V/V)。.五、酒精蒸餾與精餾.發(fā)酵成熟醪中除含酒精外，還含雜質(zhì)， 需蒸餾及精餾才干得到酒精廢品。經(jīng) 蒸餾 可得 粗酒精和酒精。 設(shè)備：醪塔，蒸餾塔、粗餾塔。粗酒精經(jīng) 精餾 可得 各級(jí)廢品酒精、雜醇油等副產(chǎn)物。 設(shè)備：精餾塔。 .(一)發(fā)酵成熟醪的組成及其分別 發(fā)酵成熟醪的成分：隨原料的種類、加工方法、菌種性能不同而不同。分成：不揮發(fā)性成分 和 揮發(fā)性成分兩類.不揮發(fā)性成分包括：甘油、琥珀酸、乳酸、脂肪酸、無(wú)機(jī)鹽、酵母菌體、不發(fā)酵性及未發(fā)酵完的糖、皮殼、纖維等。不揮發(fā)性成分易與酒精等揮發(fā)性成分分別，在粗餾中和大部分水一同從塔底排出，即酒糟。揮發(fā)性雜質(zhì)、酒精蒸汽從醪塔頂部排出，進(jìn)入精餾塔。.揮發(fā)性成分揮發(fā)性雜質(zhì)共50多種，分成： 醇類、醛類、酸類、酯類四類。在精餾中： 沸點(diǎn)比酒精低的雜質(zhì)先蒸出，稱頭級(jí)雜質(zhì)乙醛、乙酸