第十章糖蜜原料生产酒精

第5章糖蜜原料酒精生产技术5.1糖质原料酒精发酵的特点和工艺流程5.2稀糖液的制备5.3糖蜜发酵酒母的制备5.4稀糖液的发酵5.1糖蜜原料酒精发酵的特点和工艺流程5.1.1糖蜜原料酒精发酵的特点1、糖蜜的来源与种类糖蜜是甘蔗或甜菜糖厂的一种副产品，又称废糖蜜，俗称桔水。从制糖原料来分，糖蜜可分为甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜。（1）甘蔗糖蜜甘蔗糖蜜是以甘蔗为原料糖厂的一种副产物。分布：南方各省，如广东、广西、福建、四川和台湾。产量：原料甘蔗的2.5-3％。外观：棕黄色至黑褐色的均匀浓稠液体，要求无夹杂物，无异臭味，无发酵迹象。例：四川内江糖厂的糖蜜按下列要求分三级：一级糖蜜：含糖分为58——65％；含微生物1.0——9.0万个／1克；二级糖蜜：含糖分为52——58％；含微生物15——50万个／1克；三级糖蜜：含糖分为46——52％；含微生物100——800万个／1克。甘蔗糖蜜的成分项目广东四川碳酸法亚硫酸法碳酸法锤度（Bx）85.7885.5482.00全糖分%53.8950.8154.80蔗糖%33.8929.7735.80转化糖%20.0020.0019.00纯度%62.7859.4059.00非法酵性糖分%5.144.575.06非法酵性糖/全糖%9.558.999.23胶体%9.9111.067.5酸度10.59.510.0硫酸灰分%10.2811.0611.1总氮量%0.4850.4650.54磷酸（P2O5）%0.1300.5950.12（2）甜菜糖蜜甜菜糖蜜为甜菜糖厂的一种副产物。产量约为甜菜的3～4％甜菜的生产在我国以东北、西北、华北地区为主。甜菜糖蜜的成分项目辽宁黑龙江锤度（Bx）81.6079.6全糖分%48.7649.4蔗糖%48.7649.27转化糖%/0.13纯度%59.7662.0PH7.47.4胶体%10.0010.00硫酸灰分%7.3310.00总氮量%2.082.16磷酸（P2O5）%0.0290.035甜菜糖蜜与甘蔗糖蜜的比较：①转化糖含量：甜菜糖蜜中极少，而蔗糖含量较多，占绝大部分。②甘蔗糖蜜呈微酸性，pH6.2，而甜菜糖蜜则呈微碱性，pH7.4。③甜菜糖蜜中氮素含量1.68～2.3%，甘蔗糖蜜中氮素含量0.5%。糖蜜原料的共同特点是它所含的可发酵性物质是可以直接供酵母进行酒精发酵的各种糖，为此，在工艺过程中不需考虑原料的酶水解或酸水解。这样就大为简化了生产过程，成本也相应降低。2、糖蜜酒精发酵的特点(1)糖蜜中含有大量的糖分，大多数为可发酵性糖。(2)糖蜜中干物质的浓度高，约在80-90Bx，合格分50％以上。(3)糖蜜中一般都污染有很多杂菌，特别是产酸细菌，需要经过灭菌或酸化处理。(4)甜菜糖蜜多为碱性，pH值为7.4，不适宜酵母的发育和发酵，需要先用硫酸中和调整至微酸性pH值4～4.5才进行酒精发酵。甘蔗糖一般是微酸性，仅需添加少量硫酸调整其pH值为4～4.50。2、糖蜜酒精发酵的特点(5)糖蜜中胶体物质（果胶质、焦糖和黑色素）含量多，5～12％。(6)糖蜜中的灰分含量很大，纯度低。(7)糖蜜中重金属离子含量较少，但是微量的重金属离子，特别是铜离子（CU++）5～10ppm，就能使酵母受抑制。(8)需要选用强壮且能耐高温、耐高酸、耐高浓度的酵母菌种。2、糖蜜酒精发酵的特点(9)糖蜜中含氮和含磷量，按其种类、产地、年份、制糖方法不同而异。因此，糖蜜酒精发酵中应适当添加营养成分。(10)糖蜜酒精发酵代谢生成酯醛头级杂质及杂醇油较多。如果以糖蜜为原料生产高纯度酒精或精馏乙醇，则蒸馏设备流程必须在醪塔与精馏塔中间增加一排醛塔，采用汽相或液相过塔的三塔式连续蒸馏流程。1、糖蜜酒精发酵的特点2、糖蜜酒精发酵工艺流程糖蜜酒精发酵的生产过程可分为以下四个工序来进行：①糖蜜发酵前处理；②酒母醪的制备；③稀糖液的发酵；④成熟醪的蒸馏与精馏。5.2稀糖液的制备糖蜜干物质浓度很大，糖分高，产酸细菌多，灰分与胶体物质很多。糖蜜的处理程序包括稀释、酸化、灭菌、澄清和添加营养盐等过程。5.2.1糖蜜的稀释1、糖蜜一般糖度为80～90Bx，含糖分50％以上，发酵前必须用水冲稀，在工艺上称为稀释。2、糖蜜稀释的目的与方法通过加水降低糖蜜的浓度，并通过加酸提高酸度，有利于酵母繁殖和形成絮状沉淀，并通过排除沉淀物达到去除杂质、杂菌，达到澄清的目的。(1)双浓度流程酒母稀糖液12～14％——用于酒母培养。基本稀糖液33～35％——用于酒精发酵。(2)单浓度流程稀糖液浓度22～25％3、糖蜜稀释的方法（1）间歇稀释法设备：稀释罐；稀释罐内附有搅拌器。操作：先将糖蜜由泵送入高位槽，经过磅秤称重后流入稀释罐，同时加入一定量的水，开动搅拌器充分拌匀，即得所需浓度的稀糖液，经过滤后可供酒母培养和发酵用。（2）连续稀释法A、不带搅拌器的连续稀释器该稀释器为一只圆筒形的管子，顺着管长装有若干孔板式的隔板和一块筛板，为了使糖蜜与水更好地混合，各板上的孔位都是交错配置，即一个孔在上部，一个孔在下部，这样使液体在流动过程中，呈湍流式运动。安装时通常出口的一端向下倾斜。特点：混合效果好，节省动力。利用截面积不断的改变，保证液体在器内的湍流式流动来达到糖蜜与水均匀混合的目的。B、立式连续稀释器C、带搅拌桨的连续稀释器4、稀释时糖蜜加水量的计算P·c＝V·d·c1式中p——糖蜜量(kg)；c——糖蜜浓度(Bx)；V——稀释后糖液的体积(kg)d——稀糖液的比重；c1——稀糖液的浓度(Bx)所需的糖蜜量：P＝V·d·C1/C稀释时所需添加水的量为w，则W＝Vd－p又∵V·d＝pC/C1，W=PC/C1－P∴W＝P（C－C1）/C15.2.2糖蜜的酸化1、目的防止杂菌的繁殖，加速糖蜜中灰分与胶体物质沉淀，同时调整稀糖液的酸度，使适于酵母的生长。对甜菜糖蜜来说，加酸可以使其中的Ca++生成硫酸钙沉淀，因而加速糖蜜中胶体物质与灰分一道沉淀而除去。2、加酸量对双浓度流程来说，基本稀糖液一般不加酸，而酒母稀糖液酸度应在6-7°（中和10mL稀糖液所需0.1mol/LNaOH溶液的毫升数即为酸度）。对单浓度流程来说，加酸量应保证稀糖液的酸度是3～3.5°。加酸量的计算式中V——稀糖液的体积，L；△K——需提高的酸度，（1mol/LNaOH）mL/100mL；c——H2SO4的浓度；0.049——1mL0.5mol/LH2SO4中纯H2SO4的克数。0.049×V×△K加酸量（kg）=100×c另外，甜菜糖蜜往往呈酸性，中和所需的用酸量可按下式计算：式中，Vp——中和酸时糖蜜体积，L；A——糖蜜的碱度，（1mol/LNaOH）mL/100mL；其他系数同上式。0.049×Vp×A加酸量（kg）=100×c甜菜糖蜜实际加酸量=中和加酸量+加酸量（3）加酸的方法间歇稀释操作法是逐项进行。通常间歇发酵时，较普遍的是采用将酸加入稀糖液中的方法。也有将酸直接加入糖蜜中。连续稀释热酸法澄清处理糖蜜，把酸化、灭菌、添加营养盐和澄清同时一道进行。我国糖蜜酒精工厂多采用将糖蜜稀释到40—60％时，再加酸，然后加热澄清，取清液再进行稀释。这样既能提高酸的灭菌作用，又可加速沉淀，并能减少酸化设备的容积，提高设备利用率。（4）用酸的种类硫酸盐酸*甜菜糖蜜中的有机碱(-NH2)，在加酸时与酸作用能放出剧毒的黄棕色气体NO2，为了避免中毒，酸化槽必须要有排气孔，酸化工段应有良好的通风设备！5.2.3营养盐的添加1、甘蔗糖蜜所需添加的营养成分和生长素：氮源镁盐生长素①氮源氮的需要量的计算：例如每1mL成熟酒母醪含有1.5亿酵母细胞，即一公升中含有1500亿，每1亿酵母重0.07g克，则每kg酒母醪中酵母细胞的重量为1500×0.07＝10.5g。已知鲜酵母含氮量为2.1％，则每kg酒母醪含氮量为10.5×2.1%＝0.21g，而制备1kg酒母醪用糖蜜150g。甘蔗糖蜜含氮约0.5％，其中能被酵母利用的氨基态氮及其它氮素仅为20—25％，即150g糖蜜中含有能被利用的氮0.15g。常用N源：a、硫酸铵(NH4)2SO4用量为每吨糖蜜添加氮量为21％的硫酸铵1～1.2kg，即0.1～0.12％。b、尿素，尿素含氮量为46％，通常为硫酸铵用量的一半。c、酵母自溶物d、麸曲②镁盐镁盐的作用：促进酵母的生长、繁殖，扩大酵母生长素的效能；促进酒精发酵。通常添加硫酸镁，用量为糖蜜的0.04～0.05％。氯化镁或硝酸镁单独加入稀糖液则无作用，如与硫酸铵同时使用，则有促进效能。③生长素酵母必要的生长素有维生素B1、维生素B2、肌醇、生物素及泛酸等。一般是添加适量的玉米浆，米糠或麸曲自溶物等作为酵母生长素的补充。2、甜菜糖蜜所需要添加的营养盐——磷源过磷酸钙，其用量为甜菜糖蜜量的1%，浸出液浓度为5～6%。磷酸来作磷源，工业磷酸含量为70%(比重1.5)，用量为0.03%(对甜菜糖蜜算)。磷酸氢二铵（NH4）2HPO4，用量为每10000L酒精9.45kg。5.2.4糖蜜的灭菌1、糖蜜中常见微生物：野生酵母，白念球菌以及乳酸菌一类的产酸菌。2、灭菌方法：(1)加热灭菌：80～90℃，1h(2)药物防腐糖蜜酒精工厂常用防腐剂漂白粉，用量为每吨糖蜜200—500克；甲醛，用量为每吨糖蜜用40%甲醛600mL；氟化钠，用量为醪量的0.01％；五氯代苯酚钠，用量为0.004％。注意：在酸性环境中分解成五氯苯酚和钠盐，所以应添加在未酸化的糖蜜稀释液中。抗菌素5.2.5糖蜜澄清1、目的：除去糖蜜中的胶体物质、灰分和其它悬浮物质。2、方法：(1)加酸通风沉淀法(2)热酸处理法(3)机械分离法——压滤法或离心机分离法5.2.6稀糖液的制备流程1.单浓度稀糖液连续制备工艺流程2.双浓度稀糖液连续制备工艺流程5.3酒母的制备5.3.1糖蜜酒精发酵对酵母菌种的要求(1)耐渗透压性能强，选择吸收性能好，酵母细胞质膜具有强的半渗透性。在含高浓度灰分和胶体物质的糖液中生长速度快并有强大的增殖能力，抗渗透压强的特性，是区别糖蜜酒精酵母与淀粉质原料酒精酵母最明显的界限。5.3.1糖蜜酒精发酵对酵母菌种的要求(2)具有强的酒化酶活性。发酵迅速且完全、发酵能力强、残糖少，酒精生产率高。(3)耐酸能力较强，在酸度较高的糖液中增殖快。(4)耐温度能力强。5.3.1糖蜜酒精发酵对酵母菌种的要求(5)抵抗代谢产物反馈抑制作用能力强，即耐酒精能力高。(6)抵抗重金属的毒害作用强。(7)发酵时产生泡沫少。(8)变异性小，生产稳定。5.3.2糖蜜酒精发酵的酵母菌种特性甘蔗糖蜜酒精发酵的酵母菌种：台湾酵母396号；As·2·1189与As·2·1190；甘化I号；川345及川102。甜菜糖蜜发酵的酵母菌种：я字酵母。1．适于甘蔗糖蜜酒精发酵的酵母菌种(1)台湾酵母396号(F—396)酵母菌属，细胞呈球形、卵形或椭圆形，曲汁中呈球形，4.5—9.8um，内容物透明、空胞大，在糖蜜中多为椭圆形，孢子呈球形2.5—3.5um，l—3个，孢子形成温度30℃，菌落淡黄色，中心部凹下，边缘呈放射状。发酵最适温度33—35℃，发酵最适pH2—5，死灭温度60℃，对酒精的抵抗能力在10％约为48h。(3)As.2.1189和As.2.1190As.2.1189又名古巴Ⅰ，As.2.1190又名古巴Ⅱ。细胞呈圆形、椭圆形或腊肠形。As.2.1189菌落呈白色圆形，有光泽，中心部稍凸起，边缘皱折。As.2.1190细跑大小相差较悬殊，菌落边缘稍不整。最适发育温度25—28℃，最适发育pH4.9—5.0，最适发酵温度31—38℃，最适发酵pH3.0—5.0，耐酒精能力强，成熟醪最高含酒分达10—11%。在甘蔗糖蜜醪中发酵速度快，发酵周期约22—24小时，较台湾396发酵时间缩短4—6小时以上。适于甘蔗糖蜜酒精发酵，适应性强，对营养分的要求不象台湾396高，在营养条件较差的低纯度糖蜜培养液中，亦能保持正常活动，酵母细胞数和发酵速度不受影响。适于低