蒸煮工艺

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& F8 Y3 V$ R1 e9 a9 F) \蒸煮工艺

第一节淀粉质原料酒精生产概况" a0 z4 ^8 |/ S-

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一.淀粉质原料酒精生产的特点: U1 \( `6 I u P#

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(1)原料系采用薯类、粮谷类及野生植物等,在投产前必须先经过破碎处理。目前在国内上有一部分产量较小的酒精厂,采用间歇蒸煮,原料不经粉碎,就直接将快状或粒状原料投入生产,但大部分中等规模以上的酒精厂,原料多经二次粉碎,然后进行高压连续蒸煮,有利原料的受热面加大,更有效地达到蒸煮的要求。, U7 u% U/ A5 W- A) I

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(2)原料必须经过蒸煮,在高温高压过程中,引起原料细胞的组织破裂,使存在于细胞中的淀粉转化为可发酵性糖。蒸煮温度由于原料的品种与规格不同而有差异,通常为130—150度,但经过粉碎的原料,其蒸煮所须的温度较低,大约120—130度。高温处理除了使淀粉糊化,便于淀粉酶起糖化作用外,还可把附着的有害杂菌杀死。

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(3)淀粉质原料生产酒精,要经过加曲糖化作用,把糊化成溶解状态的淀粉转化成可发酵性糖。由于曲的生产方法不同,可分为麸曲糖化法、液曲糖化法、根酶糖化法(阿米罗法)、根酶酒母混合法、麦芽糖化法等。目前在国内是以麸曲糖化法和液曲糖化法为主,在国外使用淀粉质原料生产酒精的方法,大致可分为:1 Y P& i( w9 v3 M" \.

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A.麦芽法 以麦芽、黍芽、稷芽作糖化剂。

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B.阿米罗法将根霉或毛霉等霉菌,在糊化醪冷却至30—40度时,接种培养,在霉菌生长过程中转化淀粉成发酵性糖,再加酵母发酵。

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C.曲法 以固体曲或液体曲作为糖化剂。5 F& J C; D% B$ J0 o: K0

D.酶法 用淀粉酶代替曲。+ x; V" g0 m7 P- j0 ^9 t

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(4)淀粉悬浮液在糊化和溶解过程中,粘度是不断变化的,当淀粉颗粒溶解时,粘度逐渐增加,达到最大限度后,随着温度的继续上升,醪液粘度下降。

(5)蒸煮过程中原料因受高温高压,易产生焦糖。由于淀粉质原料甘薯内所含的碳水化合物中以淀粉为主,另外还有少量糊精和糖类;而马铃薯中所含的糖主要是堡葡萄糖和果糖,以及少量的蔗糖;在谷粒中则以葡萄糖为主。在蒸煮时,不同的糖分其化学变化也不同。例如糖分回转化,醛糖回变成酮糖(异构化);各种糖分都会焦化,形成焦糖;己糖分解变为羟甲基糠醛,又很容易和新的氨基酸分子起作用而生成黑色素。焦糖是不能被发酵的,还会阻按碍酵母的发酵作用,影响发酵而降低酒精产量。因此,蒸煮是要注意控制适宜的温度和压力。由于形成焦糖的作用,一般在高浓度溶液中比低浓度溶液中容易进行,因而淀粉质原料蒸铸时,如原料内含有较多的糖分,便容易形成黑色物质和焦糖。醪液浓度越高,也越容易形成焦糖。因此,我国个酒精厂对甘薯干的原料加水比,一般都采用1∶3—1∶3.4,有时还要稍稀些,这样便于淀粉率的提高。

二.淀粉质原料酒精生产的工艺流程# _& L7 G7 b*

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此流程主要是说明用淀粉质原料生产酒精时,投产前必须先把快状或粒状的原料,磨碎成粉末状态后,经过高压蒸煮和糖化作用,然后在进行发酵,最后经蒸馏得到成品酒精,现简要叙述如下:3 @4 q( R9 r8 n& ~ \

1.原料粉碎连续蒸煮的酒精工厂,原料出库后,先经过粉碎,然后在投入生产。几乎大多数工厂都采用了锤式粉碎机,把原料磨成粉。很多工厂都采用二次粉碎法,在进入锤碎机前先经过粗碎,把大快原料初步打碎成小快原料,再经过锤碎机,将小快原料打碎成较细的粉末原料,这样便于连续蒸煮。+ K( g! c# a" R4 b. T; ~4 x

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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.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。/ i" d9 X" s

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。

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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。

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第二节原料及其处理

一.原料的选择1 M; } T# E, a6 H

(一)选择原料的依据! _- a* f, V [7 [4 e9 B

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选择淀粉质原料生产酒精时,从工艺的角度着眼,凡任何含有可发酵性糖或可变为发酵糖的原料,都可作为酒精生产的原料。对于工业上大规模投入生产的原料,除了要提出工艺上的要求外,还要提出生产管理和经济上的要求,因此,在选择工业上大规模生产酒精的原料时,应考虑到下列诸条件:

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(1)因地制宜,就地取材,原料产地离工厂要近,便于运输,节省费用。# C0 {5 T0 F- m$ E( h2 p# ?5 x8 x3

, b7 W6 g4 Y( e7 C7 d2 l- b9 j+ (2)要求原料内碳水化合物含量较多,蛋白质含量要适当,适合与微生物的需要和吸收利用。* z4 ~* ~9 A" n. j( r' v& ^) }

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(3)原料资源要丰富,容易收集。由于酒精生产需要大量原料,要保证一定的库存量。

(4)原料要容易贮藏。应考虑到新鲜原料内含水量多,不耐久藏,最好选择经,干燥后,含水极少的干原料,易与保藏,不宜霉烂。

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(5)对人民的身体无寻损害,影响发酵过程的杂质含量因应当极少,或者几乎不含。) D! u. I9 O' D8 c0

(6)原料价格低廉,可降低产品成本。

此外,还应当考虑到大力节约粮食原料,尽量少用或不用粮食原料,充分利用当地的非粮食原料,广泛利用野生植物原料,同时利用农林副产物和植物纤维原料,以及亚硫酸盐纸浆废液等,对于节约粮食原料有着重要意义。另外,利用石油原料化学合成制造酒精,也是发展酒精的主要途径。

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(二)原料的种类9 `1 S% ] ~5 P. S1 m

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生产酒精的淀粉原料,一般可分成下列几类:+ d( u0 r1 d( m5 k/ k. e+ c0 Y) a-

(1)薯类 甘薯、马铃薯、木薯、山药等。

(2)粮谷类 高粱、玉米、大米、谷子、大麦、小麦、燕麦、黍和稷等。

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(3)野生植物 橡子仁、葛根、土茯苓、蕨根、石蒜、金刚头、香符子等。

(4)农产品加工副产物 米粞、米糠饼、麸皮、高粱糠、淀粉渣等。

二.常用原料的化学组成0 G. B: Z$ V' ~6 u9 b6 C% U

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原料所含的化学成分,不仅关系着酒精生产率的高低,同时也影响酒精生产的工艺过程。常用原料中主要的化学成分如下:, ~2 g, t) f" i( M7 ?

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碳水化学物 原料中所含的淀粉,或与淀粉类似的菊糖、蔗糖、麦芽糖、果糖及葡萄糖等,这些物质都可以发酵生成酒精,同时也是霉菌和酵母的营养及能源,原料中含这些物质越多,生成酒精也就越多,所以它和产量有着密切的关系。碳水化合物中的五碳糖多存在于原料的皮层,如麸皮、高粱糠,谷糠、花生壳等都含有很多,它不但影响淀粉数字偏高,发酵中也易生成有害的糠醛。纤维素虽属于碳水化合物,但不被淀粉水解,只起填充作用,对于发酵没有什么直接影响。3 o0 v# D/ ^4 V

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蛋白质 原料含有的蛋白质,在酒精生产过成中,经曲霉菌的蛋白酶水解后,可为霉菌和酵母菌生长繁殖的重要营养成分,而微生物细胞中,30—50%(干重)是蛋白质。一般的说,当培养基内氮的含量适当,则曲霉菌丝生长旺盛,酶的含量也较高。有些原料所含蛋白质有时不能满足微生物生长和繁殖的要求,则应从外界加入氮源。蛋源一般包括有机蛋源和无机氮源两种,根据不同情况,添加不同种类的氮源。5 Y$ [# G2 G3 N1 N0 e; z4 G" t

脂肪 对发酵有影响,如高粱糠、米糠等含油脂多,则生酸较快,生酸幅度也较大。一些酒精厂如采用玉米作为原料,总是把玉米坯芽除去。

灰分 灰分中的磷、硫、镁、钾、钙等是构成菌体系胞的和辅霉的重要成分,还有调节渗透压的作用,是微生物生长不可却少的,在一般原料中,灰分的含量一足够。

果胶 块根或块茎作物的原料(如甘薯、马铃薯、木薯等),果胶质的含量比粮谷类多好几倍,它是生成对人体有害的甲醇的主要来源,并对醪液的粘度也有影响。8 w/ u& V4 K+

单宁 橡子、高粱等原料中,都含有大量的单宁。单宁带有涩味,遇铁就成蓝黑色,能把蛋白质凝固。而糖化酶和酵母细胞的主有成分是蛋白质,遇到单宁就凝固硬化,失去它应有的作用能力,不能进行正常的糖化发酵,所以,单宁的存在对酒精的生成是有害的。在用含单宁的原料生产酒精时,一定有考虑采用含单宁的霉菌做糖化剂,以分解单宁。: y/ F7 q9 c/ [+ w/ t

部分原料中还含有一些有碍发酵作用的成分,如木薯中的氰酸,发芽马铃薯中的紫色龙葵素,野生植物中的各种生物碱等。由于这些妨碍发酵物质的存在,会影响原料的出酒率,但是绝大多数的有害物质,经蒸煮和发酵作用,可被分解或被坏,也就失掉了它的危害性。

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目前我国各酒精厂常用的原料,约有以下几种:0 a( m- |: K& u; A8 y& ](

(一)薯类原料& y1 `. Z5 l* n4