酒精与白酒工艺学
1.酒精发酵原料、水和辅助原料 从生产工艺的角度看，凡是含有可发酵性糖或可以转变为可发酵性糖的物料，都可作为酒精生产原料，但要考虑以下因素：
①原料资源要丰富，能保证酒精生产所需要的量，并且又一定的库存。 ②原料产地离工厂或交通运输线近，便于收集和运输。
③原料含可发酵性物质多，蛋白质适中有害于人体健康或影响发酵过程的杂质不含或少含。最好是干燥原料，便于储藏。
④从产品的成本角度出发，综合考虑原料价格，加工过程的经常性消耗等因素，并尽可能采用非粮食原料。
2.常用原料中主要的化学成分分析 1、碳水化合物
原料中所含有的淀粉，或与淀粉结构类似的糖类如葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖等，这些物质都可以发酵成酒精，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，生成酒精就越多，所以它和产量有密切的关系。碳水化合物中的五碳糖多存在于原料的皮层，如麸皮、谷糠等它不但影响淀粉含量，发酵中也容易生成有害的糠醛。纤维素虽然属于碳水化合物，但一般不能和淀粉一样水解，只起填充作用，对发酵没什么影响。 2、蛋白质
原料含有的蛋白质，在酒精生产过程中经曲霉菌的蛋白酶分解后，可成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，一般来说当培养基内氮的含量适当，则曲霉丝菌生长旺盛，酶的含量也较高。有些原料蛋白质含量不能满足微生物生长和繁殖的要求，则应从外界补充氮源。氮源一般包括有机和无机两种，根据不同情况，添加不同氮源。 3、脂肪
脂肪对发酵有影响，如高粱糠、米糠含脂肪多，则发酵生酸较快，生酸幅度也大，影响经济质量。一些酒精厂如采用玉米作原料，就要把含油脂较高的玉米胚芽除去。
4、灰分 灰分中的磷、硫、镁、钾、钙等是构成菌体细胞的重要成分，还有调节渗透压的作用，是微生物生长不可缺少的。一般原料中，灰分的含量已满足要求。 5、果胶
块根或茎块植物（如甘薯、马铃薯、木薯等），果胶质的含量比粮谷类多几倍，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。 6、单宁
橡子、高粱等原料中都含有大量的单宁单宁带有涩味，遇铁呈蓝黑色，能凝固蛋白质。而糖化酶和酵母细胞的主要成分是蛋白质，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，单宁的存在对酒精发酵是有害的。
在用含单宁的原料生产酒精时，一定要考虑采用含降解单宁的霉菌做糖化剂，以分解单宁。 3.酒精发酵原料、水和辅助原料 1、原料
发酵原料主要采用淀粉质原料、糖质原料和纤维素原料。
淀粉质原料：80%发酵酒精由此生产，其中甘薯干占45%，玉米等谷物占35%。 薯类原料：包括甘薯（北方称红薯、地瓜，南方称番薯、山芋）、木薯（南方热带、亚热带）、马铃薯（西北、苏联、东欧多国）。
谷类原料：玉米、小麦、高粱、大米等也称粮食原料，其中小麦、玉米常用。
糖质原料：糖蜜，甘蔗、甜菜、甜高粱等多用来制糖，生产酒精工序简单，成本较低。
纤维质原料：含量非常丰富，由纤维素半纤维素和木质素组成，较难降解。农作物纤维质下脚料、森林和木材加工工业下脚料、工厂纤维素和半纤维素下脚料及城市废纤维垃圾。城市生活垃圾中的纤维垃圾也是纤维质原料的一个重要来源。发达国家城市废 2、酒精生产用水
硬度过高的水不能用于酒精生产，这是因为所有的酒精生产工艺过程都是在弱酸性环境下进行的（pH4.5-5.5)。在低的pH条件下，淀粉的蒸煮也完全一些；pH4.5左右时，淀粉酶活性最高；发酵时最佳pH控制在5-5.5，中性或酸性条件下容易生长产酸菌。 3、酒精生产的辅助原料： 酶制剂（Enzyme)
酒精生产中常用的酶制剂大多为α-耐高温淀粉酶、高活性糖化酶和酸性蛋白酶。
①α-耐高温淀粉酶 是酒精生产液化工序重要的酶制剂，其作用是辅助完成地方液化过程。它分为液体剂型和固体剂型两类。大型酒精企业需选用大包装液体剂型，优点是酶活力高，价格低。
②高活性糖化酶 功能在于将液化后的短链淀粉和糊精彻底水解为葡萄糖。
③酸性蛋白酶 对淀粉质的原料颗粒有溶解作用，酒精发酵生产中添加适量的酸性蛋白酶，可降低醪液粘度，提高酒精产率酸性蛋白酶在目前的国内外酒精生产企业应用广泛。 4.淀粉质原料酒精生产的工艺流程
此流程主要说明采用淀粉质原料生产酒精必须先把块状或粒状的原料，磨碎成粉末状后，经过高压蒸煮和糖化作用，然后再进行发酵，最后经蒸馏得到成品酒精，简要叙述如下： 1、原料粉碎
2、蒸煮糊化 把粉碎后的粉状原料拌水预热，使原料升温，淀粉颗粒经高压蒸煮后逐步破裂，趋于溶解状态，蒸煮醪液呈糊状。
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的淀粉转化成可发酵性糖，供酵母利用。
4、酵母发酵 酒精发酵属于厌气性发酵，糖化醪中的淀粉和糊精继续被淀粉酶水解 生成糖，也有蛋白质在曲霉菌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同化，另一部分则被发酵，生成酒精和二氧化碳。 5、蒸煮提纯 发酵醪液经过粗馏和精馏最后得到合符规格的酒精，同时得到副产物杂醇油和大量的酒糟
粉浆的糊化、液化和糖化工艺 淀粉的糊化、液化和糖化过程是淀粉质原料制取酒精的重要部分，对于后续的发酵有着重要的意义。
5.淀粉浆的糊化、液化和糖化概述 一般来说，含在原料细胞中的淀粉颗粒由于植物细胞壁的保护，不易受到淀粉酶系统的作用。另外，不溶解状态的淀粉被糖化酶糖化的速度很慢，水解程度也不高。所以淀粉原料在液化、糖化之前一般要经过蒸煮使淀粉从细胞中游离出来，并转化成溶解状态（即糊化），以便淀粉酶系统进行液化糖化作用，这就是原料蒸煮处理的主要目的。同时原料蒸煮处理还可以达到除菌的目的。
淀粉质原料液化、糖化实际上是在淀粉酶、糖化酶的作用下，使淀粉水解成葡萄糖的过程，其主反应式如下：
(C6H10O5)n (C6H10O5)x C6H22O12 C6H12O6
淀 粉 糊 精 麦芽糖 葡萄糖1、淀粉质原料的物理特性
淀粉是由葡萄糖基组成的高分子物质，广泛存在于植物种子（如玉米、麦、大米高粱等）、块根（如甘薯、木薯等）、块茎（如马铃薯）里。淀粉是由直链淀粉、支链淀粉与少量的矿
物质和脂肪酸等混合形成颗粒状的淀粉颗粒。各种植物因其品种气候、土壤及生长条件不同，其所含淀粉的种类和含量也不一定相同。
淀粉颗粒呈白色，不溶于冷水和有机溶剂，内部是复杂的晶体组织，不同原料的淀粉颗粒具有不同的性状和大小，大体上分为圆形（马铃薯、木薯）、椭圆形（玉米）和多角形（高粱）。 淀粉颗粒具有抵抗外力作用较强的外膜，其化学组成与内部淀粉相同。但由于水分较少，密度较大，因而强度较大。淀粉颗粒是由许多针状小晶体聚合而成的，而小晶体则是由淀粉分子链之间的氢键作用联接而成。
淀粉属亲水胶体，遇水后，水分子在渗透压的作用下，渗入到淀粉颗粒内部使淀粉颗粒的体积和重量增加，这种现象称作膨胀。淀粉在水中加热，即发生膨胀。这时，淀粉颗粒好像是一个渗透系统，其中支链淀粉起着半渗透膜的作用，而渗透压的大小及膨胀程度随着温度的升高而增加从40℃开始，膨胀的速度明显加快。当温度升高的60-80℃时，淀粉颗粒的体积可膨胀到原来体积的50-100倍，淀粉分子间的结合削弱，引起淀粉颗粒的部分分解，形成均一的粘稠液体。这种无限膨胀的现象 6.影响糊化率主要因素的讨论
整个蒸煮糊化过程，可看成两步进行：第一步是淀粉颗粒吸收水分而膨胀；第二步是当加热到一定的温度时细胞破裂，内容物质流出而糊化。糊化率是蒸煮过程的一个指标，用以说明淀粉溶解的程度，糊化率计算方法如下： 糊化率%=（糊精/总糖）×100% 影响糊化率的主要因素，有如下几点：
1、原料的粉碎粒度 为增加原料预蒸汽的接触面积，提高热处理效率，一般要对原料进行粉碎。对于一些带壳的原料，还要将皮壳粉碎除去。原料的粉碎粒度对糊化有很大的影响。 一般而言，原则上是粉碎越细越好，但粉碎过细，消耗电力大。同时，淀粉的溶解还受蒸煮过程中的摩擦和放醪等条件影响，粉碎度过细也无必要，酒精工厂一般采用通过1.5-2.5毫米筛孔的粉料。原料经过粉碎后，物料的粒度要求均匀一些，粒度大小不要相差太大。如果相差太大，则由于不同粒度的蒸煮条件各不相同，在同一蒸煮条件下，形成物料的糊化程度就不一致。一般粉末原料，常常在较大粉粒完全糊化之前就焦化了，造成糖分损失，出酒率降低。
原料的粉碎度还随原料的种类和蒸煮方法的不同而不同，当采用较高温度蒸煮时，一般采用较粗的粒度；相反，在较低的温度下蒸煮时，物料的粒度要求细一些。
2、加水比 物料加水调浆，加入一定量的热水（来自蒸馏车间或循环利用的热水）。加水量要适当，若加水过多，会使粉浆很稀，导致工厂生产能力降低，设备利用率减少，蒸汽消耗量大；反之加水太少，粉浆过浓，蒸煮醪液黏度大，流动性差，易使局部受热过度，形成糖分损失，不利于输送和发酵。
一般甘薯原料加水比=1∶3.2-3.5，玉米原料加水比=1∶2.8-3.0。
加水比较大的原因是：加水多，糖分不易焦化，便于增加压力进行高温蒸煮，为溶解淀粉创造条件；溶液黏度低，防止过多产生焦糖和色素反应，另外，对酵母发酵也有利。低温蒸煮可采用较大的加水比，节约用水，出酒率不受影响。
3、预热温度和时间 原料预热可以缩短原料在高温高压下的蒸煮时间，并且对热的利用比较合理。预热温度要求80℃，尤其是含有β-淀粉酶的甘薯干，不能用较低温度的水，否则在升温过程中，由于淀粉酶的活力而产生多量的糖，造成在蒸煮过程中因高温而产生的糖分损失。但用粉状原料进行蒸煮，水温则不能高，一般用50℃左右的热水，否则当原料与高温水接触时，来不及混合均匀，部分原料已混合结块，造成蒸煮不彻底。 预热温度（℃） 时 间（分） 薯类原料 65-70 40
谷物原料 90 60
4、蒸煮压力、温度与时间 压力、温度、时间对糊化率的影响很大。蒸煮压力是确定温度的指标，淀粉的溶解与蒸煮压力、时间成正比。但是，蒸煮压力与时间的关系互相影响，蒸煮压力高，淀粉溶解快，
这样，蒸煮时间就短。此外，蒸煮时间短，糖的损耗和生成的杂质就相应减少。管道连续蒸煮就是在高温高压下只处理5-10分钟，效果较好。
5、循环排汽时间与次数 在间歇蒸煮过程中，为了使原料受热均匀和彻底糊化，采用循环排汽的方法，利用蒸汽来搅拌醪液。排汽时间一般每隔15-20分钟一次。到达规定的压力后，打开循环流动阀，使锅内压力降低0.3-0.5atm,由于压力减小，锅内产生压力差，使醪液向上翻动，形成搅拌，一直到蒸煮完毕。原料不同，循环排气时间也有差异。一般薯类原料蒸煮时循环排气3次左右，谷类原料蒸煮时间较长一些，故循环排气次数适当多一点。 7.蒸煮工艺与流程
（一）间歇蒸煮 现在以淀粉质原料生产酒精的工厂，大多采用连续蒸煮工艺，但尚有一部分小型酒精厂和液体白酒厂，仍然采用间歇蒸煮方法。此法虽然有不少缺点，但是设备简单，操作容易，在小酒精厂中容易推广。
1、间歇蒸煮工艺 目前我国酒精厂常采用间歇加压蒸煮和加淀粉酶液化后加压间歇蒸煮两种方法：
（1）间歇加压蒸煮工艺流程：
加水入蒸煮锅---投料--升温- 蒸煮---吹醪
间歇蒸煮的缺点 间歇蒸煮虽然有使用钢材少，设备和操作简单的优点，但与连续蒸煮相比，存在较大的缺点：
（1）高压蒸煮时间长，蒸汽与原料接触不均匀，糊化质量不够好。 （2）蒸汽消耗量大，且需要量不均衡。 （3）辅助操作时间长，设备利用率低。 （4）劳动强度大。 （5）设备占地面积大。
因此间歇蒸煮只适宜于特定情况和小型工厂采用。
（二）连续蒸煮工艺 常用的有罐式连续蒸煮、管式连续蒸煮和柱式连续蒸煮三种方法，各有特点。
1、罐式连续蒸煮
（1）罐式连续蒸煮流程 原料 斗式提升机 料斗 锤式粉碎机 螺旋送料器 粉浆罐 往复泵 蒸煮罐 后熟器 汽液分离器 真空冷却器 糖化锅
工艺条件：加水比1∶3.5-4.0，水温40℃，预热温度70-80℃，蒸煮罐温度137℃，停留时间90-120min，后熟器温度以5-10℃的温差递减，汽液分离器温度105℃左右，真空冷却器真空度550-650mmHg。
（2）罐式连续蒸煮流程的特点：
此流程是应用压力与温度渐减的曲线来进行蒸煮，因此在蒸煮过程中醪液处于流动状态，汽液混合均匀，循序流动，由于罐体较大，不易发生堵塞现象。醪液蒸煮质量好，糖分损失少，产生焦糖少，有利于酵母的生长繁殖，发酵彻底，提高了发酵度和出酒率。 2、管式连续蒸煮
该流程是将淀粉质原料在高温高压下进行蒸煮，并在管道转弯处产生压力间歇的上升和下降，醪液发生收缩和膨胀，使原料的植物组织和细胞壁和淀粉颗粒等彻底破裂，产生淀粉糊化和溶解状态，而利于酶的作用。
3、柱式连续蒸煮 比管式连续蒸煮的压力较低，流速较慢，蒸煮时间长一些，操作比较稳定，耗汽量减少30%左右，糖分损失也少，淀粉利用率较高。
工艺条件：加水比1∶4.0，粉浆60-65℃，添加0.1%左右的液化酶，加热温度130℃左右蒸煮柱内停留时间15min ,在蒸煮柱设有几个收缩口，粉浆经过时由于蒸汽的绝热膨胀粉浆从收缩口喷出时产生冲击现象，使淀粉破碎和软化，从而达到快速蒸煮的目的。后熟器温度118℃，停留时间60min。 4、连续蒸煮流程的特点：
（1）淀粉利用率高 与间歇蒸煮工艺相比以95°酒精计，每吨原料连续蒸煮可提供19-20升酒精。原因是形成的焦糖和色素要少一些。
（2）热能利用率高 不用加热锅体，可以利用二次蒸汽，用汽均匀减少高峰用汽幅度，使供汽均衡。
（3）设备利用率高 减少了升温、吹醪、冷却的非蒸煮时间，设备利用率提高50%。 （4）劳动效率高 由于连续蒸煮是在较稳定的条件下进行的，劳动强度得到改善，并为连续生产自动化创造了条件。 （三）低温蒸煮
1、低温蒸煮的意义：节能减排工作是国家建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择。酒精生产作为高能耗、高污染行业，如不加大节能减排力度，转变增长方式，行业的生存发展将受到严重的影响。酒精行业应加大酒精生产新技术、新工艺、新设备的开放和推广应用力度，以降低企业单位产品成本和污染物排放量。
蒸煮的目的有两个，其一是使淀粉糊化变为糊精，以利于糖化酶将其转化为糖；其二就是灭菌。只要能达到这两个目的，不管采用什么方法，只要经济合理就是可行的。传统的酒精生产采用高温高压蒸煮方法，能耗高，且易造成糖分损失。现代研究表明，只需在淀粉原料吸水膨胀过程中，增加低温糊化过程，即可达到理想的糊化效果。 2、低温蒸煮流程及工艺条件
原料粉碎 调浆 加α-淀粉酶 蒸煮 汽液分离 加糖化酶 冷却 发酵罐 工艺条件：粉碎粒度1.8mm以下 加水比1∶2.5-3（浓醪） 粉浆温度55℃
淀粉酶液化时间15min
糊化温度85-90℃，时间90min左右 糖化温度60℃，时间30min 冷却温度32-36℃
3、低温蒸煮的优点：由于大幅度降低了蒸煮温度，节约蒸汽和冷却用水，综合节能30%左右；蒸煮温度低，可发酵性物质损失小（1.2-1.5%），提高淀粉出酒率。糟液粘度降低，便于固液分离。蒸煮过程压力降低，生产的安全性能也大大提高。而且氨基糖、焦糖等对酵母细胞、糖化酶的有害物质大大减少，因此酵母细胞的发酵活力大大提高，使可发酵性糖能被酵母细胞充分利用，残糖降低，减少有机物的排放量，减轻对水域的污染。此外，低温蒸煮还可以减少甲醇的生成，利于提高产品质量，既提高了经济效益，也提高了社会效益。 综上所述，为了更好的提高淀粉出酒率，节约能源，降低生产成本，我们把耐高温α-淀粉酶和高转化率糖化酶综合应用到低温蒸煮糖化工艺中，采用浓醪发酵，以节约用水。 8.糖化工艺
糖化的定义：淀粉转变为可发酵性糖的过程。 糖化剂的种类：酶制剂、液体曲。 糖化方法：双酶法、液体曲法。
酒精与白酒工艺学
