4糖蜜与纤维素原料的酒精生产工艺

一、糖蜜原料的酒精生产工艺糖蜜是制糖企业的一种副产物（为加工甘蔗和甜菜的30%左右），含糖量较高达50%以上；有甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜的不同；第四章糖蜜与纤维原料的酒精生产工艺有人认为甘蔗是生产燃料乙醇的潜力原料：1、原料成本低：榨季甘蔗平均275元／吨（14吨→1吨乙醇），原料费为3850元；干木薯片1700元/吨，按3吨→1吨计，为5100元。甘蔗比木薯节省1250元。2、流程简单，加工成本较低：不需糊化糖化，投资费及动力消耗较省。3、甘蔗种植经验成熟（一）糖蜜来源和特点其特点有：（1）干物质和糖分含量高（80%+，糖50%+）。（2）胶体物含量高（5%-12%）。（3）灰分含量高（10%-12%）。（4）产酸细菌多。（5）富含生物素。表2-12-1（二）糖蜜前处理的方法由糖蜜的特点可知，使用前需要进行预处理。主要内容：“澄清和充氧”。不同产品的生产，糖蜜的处理方法不同。预处理主要包括：稀释、酸化、灭菌、澄清等工序。通常的方法有：1.加酸通风沉淀法(冷酸通风处理)糖蜜稀释酸化通风静置澄清(50Bx)(0.2%-0.3%)赶走气体增加溶氧(1h)(8h)冷水糖蜜稀释酸化通风静置澄清(55-60Bx)(pH4.0-4.5)(0.5h)(8-12h)60℃热水•2.加热加酸沉淀法（热酸通风处理）3.添加絮凝剂澄清处理法是一种缩短澄清时间的方法。适宜于稀糖液的处理。常使用的絮凝剂是聚丙烯酰胺（PAM），主要程序如下：糖蜜稀释酸化加PAM静置清液(50-40Bx)(pH3.0-3.8)(8ppm)(1h)冷水H2SO4加热(90℃)糖发酵蒸馏糖蜜处理酒精杂醇油醛酯酒糟（三）工艺过程（四）发酵工艺（学生讲？）淀粉酒精的生产特点是边糖化边发酵，工艺过程复杂。糖蜜的发酵工艺的多样性和易实现性。间歇半连续连续酵母回用连续纤维类物质是可再生资源。天然纤维原料：由“纤维素+半纤维素+木质素”三大成分组成，它们均难被降解。二、纤维质原料的酒精生产工艺（一）纤维质原料与结构1、原料种类农作物下脚料(稻草、麦草、玉米秆、玉米芯、花生壳、稻壳、棉籽壳等)；森林和木材加工下脚料(树枝、木屑等)；纤维素和半纤维素下脚料(甘蔗渣、废甜菜丝、废纸浆等)；城市废纤维垃圾；纤维素是细胞壁的主要成份，在纤维素的周围充填着半纤维素和木质素，阻碍了纤维素酶同纤维素分子的直接接触。植物纤维原料含有40%~50%的纤维素、20%~30%的半纤维素。化学和生物化学的方法可将纤维素和半纤维素水解成单糖。2、结构纤维素分子是一种葡萄糖苷通过β-1,4-葡萄糖苷键连接起来的链状聚合物----能被水解。半纤维素由杂多糖（五碳糖、六碳糖、糖醛酸）链组成。半纤维素链上连接着数量不等的甲酰基和乙酰基，其分支结构使半纤维素无定形化----易被水解成糖类木质素是以苯丙基为基本结构单元的高分枝多分散性高聚物----难被降解；（二）原料的预处理（1）植物纤维预处理目的：破坏细胞壁(纤维素-木质素-半纤维素）；降低纤维素的结晶度；除去木质素或半纤维素；增加纤维素比表面积；（2）植物纤维预处理方法：物理法化学法生物法联合作用（三）几种预处理方法的比较1、物理法：需要较多能量，预处理成本高，水解得率低；2、化学法：需耗用酸（解掉部分纤维素和半纤维素）或碱（破坏木质素），时间较长;3、生物法：主要缺点是白腐菌在除去木质素的同时分解消耗部分纤维素和半纤维素。4、蒸汽爆碎法：半纤维素水解成单糖和寡糖，部分木质素溶解而使得原料适合于纤维素酶的作用。蒸汽爆碎预处理的机理目前还不十分清楚，但在蒸汽爆碎过程中，会发生以下变化：细胞结构破环；纤维素结晶度和聚合度下降；半纤维素通过自水解作用转变成单糖和寡糖；纤维素-半纤维素-木质素的结构破坏；部分木质素的β-芳醚键断裂且木质素发生部分缩合作用。（四）纤维素酶及酶解机理不是单种酶，是一组酶的总称，一般认为主要包括三类酶组分:(1)内切葡聚糖酶(EG)：不能单独作用于结晶的纤维素；随机水解β-1,4-葡聚糖，水解溶解的纤维素衍生物或者酸膨胀和部分降解的纤维素，主要产物是纤维糊精。(2)外切葡聚糖酶(CBH)CBH能从纤维素链的非还原端(如瑞氏木霉的CBHII)或者还原端(如瑞氏木霉的CBHI)一个一个地依次切下纤维二糖单位。单独作用于天然结晶纤维素时酶活力比较低。但能同内切葡聚糖酶协同作用，彻底水解结晶纤维素。有些真菌还可以产生另一类外切葡聚糖酶，1,4-β-D-葡聚糖葡萄糖水解酶(EC3.2.1.74)，可从纤维糊精的非还原端依次释放葡萄糖。葡萄糖水解酶同内切酶没有协同作用，不能水解结晶纤维素，而只能水解内切酶作用产生的纤维寡糖。因而，这类外切酶也被认为属于Cx酶。(3)β-葡萄糖苷酶(EC3.2.1.21)[CB酶]它能水解纤维二糖和短链的纤维寡糖生成葡萄糖。对纤维二糖和纤维三糖的水解很快，随着葡萄糖聚合度的增加，水解速度下降。该酶的专一性比较差。酶解纤维素时，对无定形区仅EG即可使之水解，对于结晶区需要有EG和CBH的协同作用。在纤维素溶解糖化过程中，EG与CBH的比值会显著地影响纤维素溶解活力，而且在纤维素糖化过程中CB组分的加入会使这种协同作用大大加强。但是，CB与EG，CB与CBH的协同作用都很弱。CBH使断裂的纤维素水解为纤维二糖；CB进一步使纤维二糖水解成葡萄糖，CB亦能水解纤维寡糖为纤维二糖和葡萄糖。（五）纤维素发酵方法1、二步发酵法包括：产酶、酶解、发酵三个步骤。纤维素先由一种微生物生长而产酶-----经纤维素酶或半纤维素酶的水解产生葡萄糖、木糖等发酵性糖，再由另外一类微生物(如酵母菌)发酵产生乙醇等物质，即二步发酵法；这三个步骤所需要的条件各不相同(如温度)，整个过程经历的时间较长，需要二种微生物的作用，在工艺上较复杂，实际生产中很难应用；2、一步法经过一个步骤将纤维性物质转化为乙醇；（1）有2种微生物参与的直接发酵，（同时糖化发酵，消除酶解时产物对酶解作用的抑制）。（2）有一个菌株参与的直接发酵法。