酒精发酵试验

生物工程专业设计（综合）实验安徽工程大学实验报告书一、当前酒精生产工艺的技术进展及现状我国酒精生产以发酵法为主，大多数工厂是采用薯干为原料.近年来，随着酒精质量的不断提高，各科研部门对酒精工业进行了一系列的技术改革，无论是在连续蒸煮、真空冷却、连续糖化、液体曲、糖化酶、固体干酵母的使用、连续发酵、新型蒸馏塔的应用方面，或是在优良菌种选育，工艺与设备的改进，自动控制、综合利用和环境保护等方面，都取的了不少的成绩。近年来，以淀粉质原料发酵生产酒精逐渐减少，以糖蜜为原料发酵生产酒精逐渐增加，目前糖蜜酒精产量占世界总产量的40%。随着石油化工的迅速发展，用硫酸法、直接水合法以及利用石油裂解产生的乙烯或天然气直接合成酒精的产量越来越大。但是迄今为止，合成酒精还不能完全取代发酵发生产酒精，因为合成酒精往往夹杂异构化高级醇类，对于人的高级神级中枢有麻僻痹作用，不是宜作饮料、食品、医药及香料等用。因此即使是石油化工发达的国家，发酵法生产酒精仍然占有一定的比例，美国以淀粉质原料用发酵法生产的酒精始终保持10%以上，一些农副产品资源丰富的国家，发酵法仍然是生产酒精的主要方法。二、实验目的本实验是在生物工艺实验单元操作基础上，综合运用酒精发酵工艺学课程中所学的基本原理和发酵方法，模拟工业生产上的整个过程。解决实验过程中出现的问题，并在实验后系统总结获得全面提高。1.了解酒精发酵工艺原理。2.熟悉酒精生产的工艺流程。3.掌握在实验室中模拟酒精发酵的工艺流程。4.分析酒精发酵的工艺参数及数据分析。三、实验原理3.1酒精发酵工艺原理借助微生物所产生的酶的作用，使子粒中的淀粉转化为糖继而产生酒精的过程。微生物主要是借助于曲霉和酵母菌。整个酿酒过程的。环境和工艺条件，都应适合所用微生物的代谢特点，促使它们活力强、·作用大，将淀粉充分分解为糖，再将糖转化为酒精。曲霉和酵母靠料培养和携带，因此，培养并携带霉菌、酵母菌的料(大、小、麸和酒母等)的好坏与高粱洒的质量关系极为密切。3.2酒精发酵生产的工艺流程及工艺参数选择与依据3.2.1原料粉碎选择小麦面粉，没有粉碎这一过程。3.2.2蒸煮糊化把磨碎后的粉末原料，先行拌水预热，使原料升温，为连续蒸煮作好预煮准备。原料内的淀粉颗粒，经高压蒸煮后逐步破裂，趋与溶解状态，蒸煮醪液成糊状。3.2.3曲霉糖化经蒸煮糊化后的醪液，通过曲霉菌的淀粉酶进行糖化作用。曲霉菌生成的淀粉酶，能把原料内含有的淀粉转变为可发酵性糖，供酵母菌利用。曲霉菌是酒精发酵实验报告属于好气性的微生物，故在繁殖和生长过程中要给以充分得空气，同时，淀粉酶的形成也取决于所供给的空气量。3.2.4酵母发酵酒精发酵是属于厌气性发酵，在发酵过程中进行无氧呼吸，在此过程中，发生着复杂的生物化学变化，既有糖化醪中淀粉和糊精继续被淀粉酶水解生成糖，也有蛋白质在曲霉蛋白酶水解下生成肽和氨基酸。这些物质一部分被酵母吸收合成菌体细胞，另一部分则被发酵，生成酒精和CO2。3.2.5蒸馏提纯经酵母菌把糖转变成酒精后，在成熟发酵醪内，除含有酒精和大量水分外，还含有固形物和许多杂质。蒸馏是把发酵醪液中含有的酒精提纯出来，通过粗馏和精馏，最后取得合乎规格的酒精，同时得到副产物杂醇油，还有大量的酒糟（也称废醪）排除。有的工厂把酒糟内的余热，设法取出，充分利用3.3酒精发酵生产的工艺流程（方框图）3.4糖化工艺参数选择液化结束后，迅速将料液用烟酸将PH值至6.5，加入氯化钙（对固形物0.2%），加入液化酶（12-20U/g），在剧烈搅拌下，先加热至72℃，保温15min，生物工程专业设计（综合）实验再加热至90℃，并维持30min，已达到所需的液化程度（DE值：15-18%），碘反应呈棕红色（淀粉受到a-淀粉酶的作用后，遇碘呈色很快反应，如下表现：蓝-紫-红-浅红-不显色）。液化结束后，再升温至120℃，保持5-8min，以凝聚蛋白质，改进过滤。3.5发酵工艺参数选择3.5.1淀粉质原料的糊化称取一定量的淀粉质原料，按照一定的料液比添加水，调制淀粉乳，在90～100℃条件下恒温水浴加热。淀粉乳受热后，在一定温度范围内，淀粉粒开头破坏，晶体结构消失，体积膨大，粘度急剧上升，呈粘稠的糊状，即成为非结晶性的淀粉。3.5.2液化将糊化的淀粉质原料，加入CaCl2（对照固形物0.2%），调节PH值至6.5，加入液化酶，在剧烈搅拌下，先加热至72℃，保温15min,再加热至90℃，并维持30min。用碘反应验证是否反应完全。（实验加入液化酶1ml）3.5.3糖化液化结束后，迅速将PH调节至4.2～4.5，同时迅速降温至60℃。加入糖化酶，在60℃下保温若干小时，当用无水酒精检验无糊精存在时，开始过滤。（实验加入糖化酶1ml）3.5.4过滤用8层纱布粗过滤，并用离心机在4000r/min条件下，离心15min，取其上清液量取糖液体积。3.5.5灭菌：在灭菌桶中121．3℃条件下灭菌20分钟。3.5.6接种：在无菌条件下接种曲霉菌，然后放入37℃恒温培养箱中培养。3.5.7检测：用气象色谱分析样液，是否产生酒精气象色谱检测数据酒精发酵实验报告四、材料和方法4.1原料、药品以及仪器设备小麦粉180g液化酶1ml糖化酶1mlCaCl3.69g曲霉水浴锅离心机恒温干燥箱烧杯锥形瓶温度计玻璃棒灭菌桶纱布接种相关设备4.2分析测定方法4.2.1淀粉原料含水量的测定（参见实验一）4.2.2淀粉原料中粗淀粉含量的测定（参见试验二）4.2.3测定液化反应终点（碘反应）4.2.4糖化终点测定（无水乙醇检验）4.2.5还原糖的测定（参见试验三）五、实验结果与分析附1.酒精发酵生产设计（综合）实验原始记录表2.糖化醪发酵过程指标参数六、讨论1.糖化酶用量及糖化时间对糖化效果的影响。糖化酶作用于蒸煮醪的最适温度实为60度，一般要求糖化时蒸煮醪温度为55--60度之间，最适PH值为4.2，一般要求PH值范围为3.6--4.8。糖化酶加入糖化锅后，须进行搅拌，糖化时间在30分钟左右。糖化完毕即可进入下道工序工作。A.液态法工艺糖化酶的用量比一般为每克淀粉加90--150单位。B.用量计算公式：糖化酶用量（公斤）=原料重量（公斤）×淀粉含量X糖化酶的用量单位/糖化酶规格单位C.为了增加还原糖的比例，也可采用下列公式计算（目前好多工厂也是用的这个公式）则:糖化酶用量（公斤）=原料重量（公斤）X糖化酶的用量单位/糖化酶的规格单位实践证明，还原糖过高，会造成发酵前期生温快，不易控制，如果还原糖遍低，会造成发酵时间的延长。加酶量的多少，要结合外观糖和还原糖的实际而定，一般还原糖约占外观糖的45--50%即可。2.液化酶用量及液化时间对液化效果的影响。液化酶的用量主要是根据酶的活力来计算的,一般的用量是12-16活力单位没克原料.还要考虑工艺和产品,通过实验得到最佳加酶量.加量小影响液化,过量就提高了成本,也为后到工序增加负担.七、实验总结1.由于是在实验室条件下进行模拟的酒精发酵实验，所以针对实验过程的检测，包括酒精度，PH，残糖量都无法时时检测，只能在发酵结束后得出结果，测量最终参数。生物工程专业设计（综合）实验2.糊化结束标志：搅拌打没有白色颗粒为止。3.选取不同的淀粉质原料发酵处的酒精含量不同。4.该实验为定性实验，只需检测出发酵产品含有酒精即可。八、参考文献[1]杨依军，李多川，沈崇尧.葡萄糖淀粉酶研究进展[J].微生物学通报,1996,(05)[2]岳国君,董红星,焦龙,杨晓光.酒精生产液化-糖化过程中醪液黏度的变化规律[J].食品与发酵工业,2009,(09)[3]张君,刘德华.世界燃料酒精工业发展现状与展望[J].酿酒科技,2004,(05)[4]张瑞斌,刘磊,杨永录,谢梦洁.玉米淀粉制备燃料酒精的工艺优化[J].应用化工,2008,(01)[5]郑荣钦.糖化酶生产的研究及其发展方向[J].抚州师专学报,1994,(03)[6]毛乃仁.黑曲糖化酶[J].精细化工,1988,(05)[7]杨依军，李多川，沈崇尧.葡萄糖淀粉酶研究进展[J].微生物学通报,1996,(05)