酒精技术-4发酵

3.6糖化醪的发酵3.6.1酒精发酵的目的要求1、酒精发酵的目的：在酵母的作用下，将糖分转变为酒精和CO2，获得了酒精产品。2、发酵的要求将糖化醪中的糖、糊精、淀粉尽可能多的转变为酒精。(1)在发酵前期，要创造条件，让酵母菌继续繁殖到一定数量。(2)使糖化醪中的淀粉和糊精继续被分解，生成可发酵的糖分。(3)发酵过程的中期和后期，要创造厌气条件，使酵母在无氧条件下将糖分发酵生成酒精。(4)发酵过程中产生的CO2应设法排除，并注意加强对随CO2逸出时被带走酒精的捕集回收。3.6.2酒精发酵的机理1、酒精发酵中酵母菌的酶1）水解酶类(1)蔗糖酶蔗糖→葡萄糖+果糖胞外酶。(2)麦芽糖酶麦芽糖→2葡萄糖(3)肝糖酶肝糖→葡萄糖肝糖酶是胞内酶。2）酒化酶酒化酶是指参与酒精发酵的各种酶及辅酶的总称。它主要包括己糖磷酸化酶、氧化还原酶、烯醇化酶、脱羧酶及磷酸酶等。胞内酶2、酒精发酵机制第一阶段：葡萄糖磷酸化，生成活泼的1，6-二磷酸果糖。第二阶段：1，6-二磷酸果糖分裂为二分子磷酸丙糖。第三阶段：3-磷酸甘油醛经氧化(脱氢)，并磷酸化，生成1，3-二磷酸甘油酸，然后将高能磷酸键转移给ADP，以产生ATP，再经磷酸基变位，和分子内重排，又给出一个高能磷酸链，而后变成丙酮酸。第四阶段：酒精的生成。3、酒精发酵的过程（1）前发酵期酵母迅速繁殖糖化作用缓慢发酵作用不强时间：6~8h左右醪液温度控制，在接种时为26—28℃，前发酵期温度一般不超过30℃。注意：防止杂菌污染。（2）主发酵期酵母细胞已大量形成，醪液中酵母细胞数可达1亿／mL以上。由于发酵醪中的氧气也已消耗完毕，酵母菌基本上停止繁殖而主要进行酒精发酵作用。主发酵温度最好能控制在30-34℃。主发酵时间一般为12～15h左右。（3）后发酵期醪液中的糖分大部分已被酵母菌消耗掉，醪液中尚残存部分糊精继续被曲中的淀粉-1，4，1，6-葡萄糖苷酶作用，生成葡萄糖。发酵作用也十分缓慢。这一阶段发酵醪中酒精和CO2产生得也少。发酵醪的温度逐渐下降。此时醪液温度应控制在30—32℃左右。如果醪液温度太低，糖化酶的作用就会减弱，糖化缓慢，发酵时间就会延长，这样也会影响淀粉出酒率。淀粉质原料生产酒精的后发酵阶段一般约需40h左右才能完成。4、酒精发酵中副产物的生成主要产物：酒精和CO2。副产物：按其化学性质分，主要是醇、醛、酸、脂四大类化学物质。酵母生命活动产生：甘油、杂醇油、琥珀酸。杂菌污染所致：乙酸、乳酸、丁酸。（1）甘油的生成酵母菌在一定条件下培养，可以利用糖分生成甘油。正常的酒精发酵过程，发酵醪中只有少量的甘油生成，其量约为发酵成熟醪的0.3-0.5%。如果使酒精发酵保持碱性条件(pH7.6），则发酵产生的乙醛也不能作为正常的受氢体，而二分子乙醛起歧化反应，相互氧化还原，生成等量的乙醇和乙酸。此时，由3-磷酸甘油醛生成的NADH2用来还原磷酸二羟丙酮，进而生成甘油。（2）杂醇油的生成杂醇油是一类高沸点的混合物，主要是醇类。颜色呈黄色或棕色，具有特殊气味。在酒精发酵过程中，由于原料中蛋白质分解或酵母菌体蛋白质水解的结果生成了氨基酸，氨基酸进一步分解放出氨，脱羧基，生成醇即杂醇油。氨基被酵母菌利用合成菌体。醇存留在发酵醪中。（3）琥珀酸的生成（4）乳酸发酵（5）醋酸的生成（6）丁酸的生成3.6.3酒精发酵的工艺方法根据发酵醪注入发酵罐的方式不同，可以将酒精发酵的方式分为间歇式半连续式连续式1、间歇式发酵法全部发酵过程始终在一个发酵罐中进行。（1）一次加满法将糖化醪冷却到27-30℃后，接入糖化醪量10％的酒母，混合均匀后，经60-72h发酵，即成熟。此法适用于糖化锅与发酵罐容积相等的小型酒精厂。优点：操作简便，易于管理。缺点：酒母用量大。（2）分次添加法生产时，先打入发酵罐容积三分之一左右的糖化醪，接入10％酒母进行发酵，再隔2-3h后，加第二次糖化醪，再隔2-3h，加第三次糖化醪。如此，直至加到发酵罐容积的90％为止。注意：从第一次加糖化醪直至加满发酵罐为止，其总时间不应超过l0h。如果添加糖化醪的时间拖得太长，则后加入的糖化醪中所含的支链淀粉来不及被糖化酶彻底作用，就到了预定发酵时间，从而使成熟发酵醪的残糖高，降低了淀粉出酒率。适用于糖化锅容量小，而发酵罐容量大的工厂。（3）连续添加法生产开始，先将一定量的酒母打入发酵罐，然后根据生产量，确定流加速度。连续流加糖化醪的方式，可以在几个罐同时进行，但要注意各罐流量情况，使符合各罐发酵速度。连续添加法的发酵总时间自加满罐时算起，约需60—72小时发酵即结束。此法适用于采用连续蒸煮、连续糖化的酒精生产工厂。（4）分割主发酵醪法将处于旺盛主发酵阶段的发酵醪分出1/3—1/2至第二罐，然后两罐同时补加新鲜糖化醪至满，继续发酵。待第二罐发酵正常，又处于主发酵阶段时，同法又分出1/3—1/2发酵醪至第三罐，并加新鲜糖化醪至第二、三罐。如此连续分割第三、四……各罐。前面的第一、二……罐发酵成熟的醪液送去蒸馏。适用于卫生管理较好的酒精工厂，其无菌要求较高。优点：省去了酒母的制做。另外，由于接入的酵母种子量大，相应的减少了酵母生长的前发酵期。2、半连续发酵法半连续发酵是指在主发酵阶段采用连续发酵，而后发酵则采用间歇发酵的方式。由于醪液的流加方式不同，又可分为两种：（1）将一组数个发酵罐连接起来，使前三个罐保持连续发酵状态。（2）由7—8个罐组成一组罐，各罐用管道从上部通入下-罐底部相串连。（1）将一组数个发酵罐连接起来，使前三个罐保持连续发酵状态。开始投产时，在第一只罐接入酒母后，使该罐始终处于主发酵状态的情况下，连续流加糖化醪。待第一罐加满后，流入第二罐，此时可分别向第一、二两罐流加糖化醪，并保持两罐始终处于主发酵状态。待第二罐流加满后，自然流入第三罐。第三罐流加满后，流入第四罐。第四罐施加满后，则由第三罐改流至第五罐，第五罐满后改流至第六罐，依次类推。第四、五罐发酵结束后，送去蒸馏。洗刷罐体后再重复以上操作。特点：使前三罐处于连续主发酵状态，而后面则处于后发酵状态。（2）由7—8个罐组成一组罐，各罐用管道从上部通入下一罐底部相串连。投产时，先制备1/3体积的酒母，加入第一只发酵罐，随后在保持主发酵状态下，流加糖化醪。满罐后，流入第二罐，待第二罐醪液加至1/3容积时，糖化醪转流加至第二罐。第二罐加满后，流入第三罐，然后重复第二罐操作，直至末罐。最后从首罐至末罐逐个将发酵成熟醪蒸馏。半连续发酵方式的优点：省去了酒母制做，但无菌操作要求高。3、连续发酵（1）循环连续发酵法（2）多级连续发酵法（3）双流糖化和连续发酵（4）全封闭自流式连续发酵（1）循环连续发酵法将9—10个罐组成一组连续发酵罐组，各罐连接方式是从前罐上部流入下一箱底部。投产时，先将酒母打入第-只罐，同时加入糖化醪，在保持该罐处于主发酵状态下，流加糖化醪至满，然后自然流入第二罐，满后又依次流入第三罐，直至末罐。待醪液流至末罐并加满后，发酵醪就成熟。将末罐成熟的发酵醪送去蒸馏。洗刷末罐并杀菌，用末罐变首罐，重新接种发酵，然后以相反方向重复以上操作，这样使首罐变末罐，进行循环连续发酵。（2）多级连续发酵法又称连续流动发酵法。用9-10个发酵罐串连在一起，组成一组发酵系统。各罐连接也是由前一罐上部经连通管流至下一罐底部。投产时，先将酒母接入第一只罐，然后在保持主发酵状态下流加糖化醪，满罐后，流入第二罐。在保持两罐均处于主发酵状态下，与第一只罐同时流加糖化醪。待第二只罐流加满后，又流入第三只发酵罐，又在保持三只罐均处于主发酵状态下，向三只罐同时流加糖化醪。待第三只罐流加满后，自然流入第四只罐，直流至末罐。（3）双流糖化和连续发酵（4）全封闭自流式连续发酵连续发酵的优点(1)提高了设备利用率(2)提高了淀粉利用率(3)省去了酒母工段(4)便于实现自动化3.6.4酒精发酵过程的控制与管理1、酒精发酵成熟醪的指标（1）酒精含量（2）残总糖（3）还原糖（4）酸度（5）挥发酸（6）外观糖度2、影响酒精发酵的因素（1）发酵醪浓度糖化醪浓度稀，有利于酵母的代谢活动，提高出酒率，但是浓醪发酵却有提高设备利用率，节省水、电、汽、降低生产成本，增加产量的优点。正常发酵醪浓度一般为16-18Bx，其发酵成熟醪酒精含量为8-9％(容量)。（2）发酵醪pH值的控制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。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。（3）发酵温度控制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℃。间歇发酵：接种温度27—30℃；发酵温度30-33℃；后发酵温度30℃±1℃。连续发酵各罐温度控制在30—33℃。3、异常发酵、杂菌污染及防治办法（1）杂菌污染①现象：发酵醪酸度明显增高，气味不正常，镜检有杆状细菌。②产生原因：管道或发酵罐杀菌不彻底，或因糖化醪与酒母被污染，如果发酵时温度偏高也很容易造成杂菌污染。污染发酵醪的细菌主要是乳酸细菌、醋酸菌、丁酸菌以及野生酵母。③处理方法发酵醪污染严重时，如果发酵已处于后发酵期，则可将发酵醪送去蒸馏。如果污染不严重，则可加入大量酵母，增强其发酵作用，从而将杂菌抑制住。如果处于前发酵期被杂菌污染，发酵醪中糖分含量也很高，则可将发酵醪杀菌，重新接种，发酵，或接入分割的主发酵醪进行强烈发酵。（2）发酵迟缓1）现象：接种后发酵醪升温慢、降糖也慢，发酵中CO2产生得少。醪液中产生的酒精分少。2）产生原因①发酵醪入罐温度低，发酵温度过高或过低。②液体曲或酒母质量不好。③原料糊化过“老”或过“嫩”，原料质量不好。3）处理方法控制发酵温度，培养优良的曲子和酒母，加强蒸煮和糖化操作。总之也要针对不同情况，采取不同措施进行处理。（3）发酵停止原因：糖化剂质量差，糖化醪浓度低或发酵温度过高，造成发酵过猛，酵母早衰，后发酵无力进行而提早终止。处理方法：糖化时控制适度的加曲量，在发酵过程中，注意发酵温度和冷却水的控制，维持最适发酵温度不超过35℃，使发酵正常进行。（4）泡沫发酵发酵过程中产生的二氧化碳升至液面不破裂，持久不散，有时泡沫上溢会从灌顶溢出造成糖分损失，称为泡沫发酵。产生原因：①所用酵母的性质，如拉斯2号；②发酵醪使用新鲜甘薯原料或糖化剂质量差，发酵时，醪液粘稠，泡沫不破裂。③发酵罐装液量过多。处理方法：采用发酵力强、性质缓和的酵母菌种，减少酒母用量，控制发酵罐装醪量，或使用消泡剂。3.6.5酒精发酵设备——发酵罐发酵罐的发展：开放式——半开放式——密闭式发酵罐。材料：木材——水泥——钢板罐顶：醪液入口、CO2排出口、人孔、视镜。罐身：温度计插入口、人孔。罐底：排醪管、蒸气管进口。罐身圆柱形，径高比1:1.1~1.4，盖及底为圆锥形或碟形。冷却：罐内冷却蛇管/罐外喷淋冷却/罐外列管式冷却器。1、发酵罐的数量式中，N——安装发酵罐数量n——每24h充满发酵罐的个数t——发酵周期l——成熟醪贮罐数发酵罐的体积式中V——发酵罐体积（m3）M——每昼夜糖化醪总量（m3）n——每昼夜充满发酵罐个数0.87——充满系数3.6.6酒精发酵新技术高效酒精发酵细菌酒精发酵1、高效率酒精发酵发酵强度：单位时间、单位有效发酵罐容积生产酒精的数量称为发酵强度[g/（L·h）]。传统酒精发酵发酵强度：0.7~2.5g酒精/（L·h）。高效酒精发酵：150g酒精/（L·h）。1）影响酒精高效率发酵的因素（1）葡萄糖浓度的影响150g/L，对酵母的发酵和呼吸都产生抑制作用。（2）酒精浓度（3）酵母细胞密度的限制（4）溶解氧浓度的影响2）高效发酵的条件（1）葡萄糖浓度不能大于150g/L，以便将葡萄糖的抑制效应减少到尽可能小的程度；（2）发酵醪中酒精浓度应维持