年产6万吨酒精发酵车间初步设计(3)

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甘薯干 称重 到包 皮带输送 除铁 吸风管 粉碎 料斗 细粉碎

旋风分离器 风机 布袋过滤器 大气 加料器

细粉回收 拌料罐

图1-2 混合输送工艺流程图

1.3 原料蒸煮工艺

1.3.1蒸煮目的

含在原料细胞中的淀粉颗粒，由于植物细胞壁的保护作用，不宜受到淀粉酶系统作用。另外，不容解状态的淀粉被常规糖化酶糖化的速度非常慢，水解程度也不高。所以，淀粉原料在进行糖化之前一定要经过水热处理，使淀粉从细胞中游离出来，并转化为溶解状态，以便淀粉酶系统进行糖化作用。这就是原料蒸煮的主要目的。

目前除了少数小型酒精工厂仍采用间歇蒸煮外，大多数工厂都采用连续蒸煮工艺。所以本设计也采用连续蒸煮工艺。 1.3.2粉浆的预煮

粉碎原料加水制成粉浆时，应注意防止粉料的结块。一旦形成粉团蒸煮的质量就会受到影响，因为粉团内部的粉料没有吸水膨胀，也就不可能糊化，这将导致不容解淀粉数量的增加，出酒率因此降低。分料结块的主要原因是搅拌不充分或不均匀；搅拌温度过高，达到或接近糊化温度。根据这种情况，制备粉浆时，应该选择好搅拌器的结构，保证必要的搅拌速度，严格控制搅拌用水的温度，使他不超过原料的糊化温度，一般应控制在65℃左右。拌料水温度一般为70℃。

如前所述，55～65℃这一温度区域间会使原料中的淀粉酶活化，造成部分原料糖化，生成糖，这部分糖会在随后的蒸煮过程中损失掉。因此在预煮时生温速度应较快，并在打到预定温度后迅速送去蒸煮。在拌料过程中相应的加入a-淀粉酶。

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6 1.3.3间歇蒸煮与连续蒸煮工艺相比较其优缺点

优点： 间歇蒸煮的设备简单，操作方便，投资也较少，适用于生产规模较小的工厂。

缺点：（1）蒸汽消耗量大，而且量不均匀，造成锅炉操作的困

难和煤耗的增加。

（2）辅助操作时间长，设备利用率低。 （3）蒸煮质量较差，出酒率低。 （4）难以实现操作过程的自动化。

通过对两种蒸煮工艺的比较，该厂确定选用能耗低，设备利用率较高，蒸煮质量较好，能实现操作过程自动化等优点的连续蒸煮工艺。

其连续蒸煮工艺流程如图1-3所示。

图1-3连续蒸煮工艺流程图

液淀粉酶然后进行低温蒸煮，其时间为化5～7min，温度控制在88℃。第一、第二维持拌维维料换螺液罐的温度分别控制在88℃、84℃，并在里面停留40min左右。最后醪液进入薄板换持热旋持罐 化罐 器薄罐 器 热器，降温到糖化温度：62℃。 板 粉碎后原料蒸煮时加水制成粉桨，其料水比为1：3，水温为70℃，并加入α-

1.4 糖化工艺 甘薯干原料在蒸煮以后得到的蒸煮醪，在发酵前均要加入一定数量的糖化剂，使淀粉在淀粉酶的作用下水解成为酵母能发酵的糖类。淀粉转化成糖的这个过程，叫糖化。糖化后的醪液叫糖化醪，糖化后的主要产物对比如表1-4所示。

淀粉的液化和糖化作用，会产生很多的中间产物，主要是不同聚和度的糊精，糖化的最终产物是要更多的产生可发酵性糖，也有少数的不发酵性糖类物质。

因此，糖化的目的是将淀粉充分转化成可发酵性糖。其中，淀粉酶水解就是使α-1，4葡萄糖苷键和α-1，6葡萄糖苷键断裂。

表1-4 淀粉糖化的主要产物对比

碳水化合物

分子量

聚合度

比旋度

还原性（%）

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可溶性淀粉 淀粉糊精 四糖 三糖 双糖 葡萄糖 1.4.1糖化的目的

208000 10000 661 504 342 180

1300 61 4 3 2 1

199.7 196 168 164 136 52.5

0.073 0.5 25 33 60 100

淀粉质原料蒸煮以后得到的蒸煮醪，在发酵前均要加入一定数量的糖化剂，使淀粉在淀粉酶的作用下水解成酵母能发酵的糖类。但是，在糖化工序内不可能将全部淀粉都转化为糖，相当一部分淀粉和糊精在发酵过程中进一步酶水解，再进行发酵。 1.4.2糖化工艺

糖化过程由以下诸多操作组成：蒸煮醪冷却至糖化温度；加糖化剂，使蒸煮醪液化；淀粉糖化，物料的巴氏灭菌，糖化醪冷却到发酵温度和用泵将醪液送往发酵车间或酒母车间。

糖化可分为间歇糖化工艺和连续糖化工艺两种。在间歇糖化时，所有的操作，除最后的泵送外都是在一个称为糖化锅的设备中完成的。而在连续糖化过程中，则分别在不同的设备中实施。连续糖化和间歇糖化的工艺比较如表1-5所示。

表1-5 间歇和连续两种工艺的比较

糖化 方法 间歇 糖化

优点

设备简单，操作方便。适用于一些小厂和液体白酒厂。

缺点

设备利用率低，很难实现自动化控制。

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8 连续 糖化

节约时间，提高设备利用率便于实现自动化控制。

设备较复杂，对设备的要求高。

为了缩短糖化时间和提高设备的利用率决定采用连续糖化工艺。连续糖化工艺可分为：混合冷却连续糖化、真空冷却连续糖化和二级真空冷却连续糖化。本设计采用混合冷却连续糖化。

混合冷却连续糖化：该工艺的特点是利用原有糖化设备，将前冷却和糖化两个工序仍放在原有糖化罐中进行，而将后冷却的的任务交给新增加的喷淋冷却管或者套管冷却设备区完成。

其工艺流程如图1-4所示。

糖化剂 蒸煮醪 螺旋薄板换热器 糖化锅 螺旋薄板换热器 发酵车间

糖化温度：62℃ 糖化时间：16min 糖化率：60～70%

图1-4糖化工艺流程图

1.4.3测定糖化醪质量的方法

（1） 外观糖 成熟醪用纱布过滤后，直接用糖度计测量所得的数值叫做外观糖。这是一个假设的数值，它表示了用糖度计测得的发酵醪的密度。

（2）还原糖 取过滤布过滤后的发酵醪滤液，加热蒸去所含的酒精，并加水恢复到原来的体积，以测定还原糖的方法得到的数值。

（3）残总糖 发酵醪不经过滤，用2%HCl水解转换后测得的糖量。 (4)酸度 采用滴定法测定，它是判断发酵醪是否感染杂菌的可靠指标。 （5）挥发酸 测定方法是取发酵醪若干加入适量水后，以蒸馏方法蒸出相当于元发酵醪体积的馏出液，按测定酸度的方法测定。

（6）测定糖化醪中酶的活力 糖化结束后，并不是糖化醪中所有的淀粉与大分子糊精都水解成糖，其中尚有一部分糊精要在发酵期间依靠后糖化作用而变成糖，

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因此糖化完毕的糖化醪中，酶的活力还必须很强，才能保证糖化作用的彻底，那么就有测定糖化醪中酶活力的必要。测定后用爱佛龙(Effront)法观察碘的呈色反应，如呈蓝色或紫红色，则证明酶的活力不强；如呈碘黄色，则表示酶的活力强，因为它能将可溶性淀粉基本上彻底糊精化和糖化。

（7）酒精含量 用蒸馏方法测定。在发酵用的原料、浓度一定的情况下，发酵醪中酒精含量越高，发酵越彻底，酒精生产的过程越好，用来分析查找问题。

1.5 糖化醪的发酵

1.5.1糖化醪发酵目的

淀粉质原料经过预处理、蒸煮和糖化等物理和生物化学过程，淀粉以充分糊化和液化，其中相当一部分以转化成可发酵性糖。这种糖化醪送入发酵罐，接入酒母后，在后者的作用下，醪中的糖被发酵生成乙醇和二氧化碳；而保存下来的糖化酶也不断地将残存的糊化了的淀粉转化成可发酵性糖，就这样酵母的酒精发酵和后糖化作用相互配合，最终将醪中的绝大的淀粉及糖转化成乙醇和二氧化碳，这就是糖化醪发酵的目的。 1.5.2影响酒精发酵的因素

1. 糖化醪的浓度 酒精发酵是在一定浓度的糖化醪中进行的，糖化醪浓度越高，所得到的发酵醪的酒精含量高，设备利用率高，水电气单耗就会降低，酒精的生产成本就会降低。

2. 发酵醪pH值的控制 发酵醪中，因为乳酸菌大量繁殖造成的污染是阻碍连续发酵广泛应用的主要原因。

连续发酵中发酵醪的pH值控制，既要考虑到要适宜于酵母菌的繁殖和代谢，又要考虑适宜于各种糖化酶的作用。由于连续发酵无菌条件要求较严，其pH控制在4.0～4.5为宜。间歇发酵pH值可控制在4.7～5.0。pH值的控制，可用H2SO4来调节。

3. 发酵温度控制 温度对微生物生命活动影响很大，发酵成绩的好坏与温度控制关系极为密切。酒精酵母繁殖温度为27～30℃，发酵温度30～33℃，如果温度高于40℃，则酒精发酵很难进行。产酸细菌繁殖适温为37～50℃，因此高温发酵易被细菌污染。

生产中发酵醪温度可根据发酵形式不同进行控制：

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