年产5000吨发酵食醋发酵车间设计

第三章设备选型计算是彩虹的其余的是模板的年产5000吨发酵食醋发酵车间设计万重阳（武汉工业学院生物与制药工程学院武汉430023）摘要：食醋发酵是继酒精发酵之后，在醋酸菌氧化酶的作用下，生成醋酸的过程。食醋原料，按照工艺要求一般可以分为主料、辅料、填充料和添加剂四大类。主料大致是含淀粉、含糖、含酒精的三类物质。本设计对醋酸生产的发酵车间进行了工艺计算和设备选型。关键词：食醋、发酵罐、深层发酵。Abstract：Vinegarfermentationfollowingtheprocessofalcoholicfermentationgeneratesaceticacidundertheactionofaceticacidbacteriaoxidase.Rawmaterialstoproducevinegar,accordingtotheprocessrequirements,canbegenerallydividedintofourcategories,suchasmainmaterials,auxiliarymaterials,fillingmaterialsandadditives.Themainmaterialsroughlycontainstarch,sugarandalcohol.Thedesignoftheworkshoptoproduceaceticfermentationwasaboutprocesscalculationandequipmentselection.Keyword：vinegar,fermenter,deepsubmergedfermentation.绪论1、食醋的起源与功能食醋是传统的酸性调味品，我国酿醋自周朝开始，已有2500年历史。中国各地物产气候不同，产生了各具特色的地方食醋，保持至今最著名的江苏镇江香醋、山西老陈醋、四川保宁麸醋、辽宁喀左陈醋等。《中国医药大典》记载，“醋产浙江杭绍二县为最佳，实则以江苏镇江为”，镇江香醋以糯米为原料，是一种典型的米醋。梁人陶弘景《神农本草经注》中就有关于镇江米醋用法的记载，据此，镇江香醋已有1400多年的历史。性能：味酸、甘，性平。归胃、肝经。能消食开胃，散淤血，止血，解毒。因原料和制作方法的不同，醋的成品风味迥异。醋是用得较多的酸性调味料。每100mL醋中的醋酸含量，普通醋为3.5g以上，优级醋为5g以上。由于醋能改善和调节人体的新陈代谢，作为饮食调料，需要量不断增长。2、食醋的种类食醋可划分为酿造醋、合成醋、再制醋三大类。酿造醋是用粮食等为原料，经微生物制曲、糖化、酒精发酵、醋酸发酵等阶段酿制而成。除主要成分醋酸外，还含有各种氨基酸、有机酸、糖类、维生素、醇和酯等营养成分和风味成分。合成醋是用化学方法合成的醋酸配制而成，缺乏发酵调味品的风味，质量不佳。再制醋是以酿造醋为基料，经过进一步加工制成，如五香醋、蒜醋、固体醋等。第三章设备选型3、食醋的原料食醋原料，按照工艺要求一般可以分为主料、辅料、填充料和添加剂四大类。主料大致是含淀粉、含糖、含酒精的三类物质。辅料，一般使用谷糠、麸皮或豆粕作辅料。他们不仅含有一定量的碳水化合物，而且含有丰富的蛋白质和矿物质，为酿醋用微生物提供营养物质，并增加成醋的糖分和氨基酸含量，形成醋的色香味成分。填充料，固态发酵法制醋以及速酿法制醋都需要填充料，其主要作用是疏松醋醅，积存和流通空气。添加剂：食盐，醋醅发酵成熟后要及时加入食盐以抑制醋酸菌，防止醋酸菌将醋酸分解，同时食盐还起到调和风味的作用。砂糖、香辛料，能增加醋的甜味，并赋予食醋特殊的风味。炒米色，能增加醋色泽及香气。4、食醋的生产工艺食醋的生产工艺分固态法及液态法两类。(1)固态法酿醋工艺传统的固态法酿醋工艺主要有3种。1、用大曲制醋：以高粱为主要原料，利用大曲中分泌的酶，进行低温糖化与酒精发酵后，将成熟醋醅的一半置于熏醅缸内，用文火加热，完成熏醅后，再加入另一半成熟醋醅淋出的醋液浸泡，然后淋出新醋。最后，将新醋经三伏一冬日晒液与捞冰的陈酿过程，制成色泽黑裼、质地浓稠、酸味醇厚、具有特殊芳香的食醋。著名的有山西老陈醋。2、用小曲制醋：以糯米和大米为原料，先利用小曲（又称酒药）中的根霉和酵母等微生物，在米饭粒上进行固态培菌，边糖化边发酵。再加水及麦曲，继续糖化和酒精发酵。然后酒醪中拌入麸皮成固态入缸，添加优质醋醅作种子，采用固态分层发酵，逐步扩大醋酸菌繁殖。经陈醋酿后，采用套淋法淋出醋汁，加入炒米色及白糖配制，澄清后，加热煮沸而得香醋。著名的有镇江香醋。3、以麸皮为主料，用糯米加酒或蓼汁制成醋母进行醋酸发酵，醋醅陈酿一年，制得风味独特的麸醋。著名的有四川保宁（今阆中县）麸醋及四川渠县三汇特醋。固态发醋法酿醋，由于是利用自然界野生的微生物，所以发酵周期长，醋酸发酵中又需要翻醅，劳动强度大。目前已采用纯种培养麸曲作糖化剂，添加纯种培养酵母菌制成的酒母，进行酒精发酵，再用纯种培养醋酸菌制成的醋母，进行醋酸发酵而制得食醋。也有采用酶法液化通风回流法，将原料加水浸泡磨浆后，先添加细菌α-淀粉酶加热液化,再加麸曲糖化,糖化醪冷却,加入酒母进行酒精发酵,待酒精发酵结束,将酒醪、麸皮、砻糠与醋母充分混合后，送入设有假底的醋酸发酵池中，假底下有通风洞，可让空气自然进入，利用自然通风及醋回流代替翻醅，并使醋醅发酵温度均匀，直至成熟。酶法液化通风回流法的产量，出醋率和劳动生产率均比传统法高。(2)液态法酿醋工艺传统的液态法酿醋工艺有多种。1、以大米为原料，蒸熟后在酒坛中自然发霉，然后加水成液态，常温发酵3-4个月。醋醪成熟后，经压榨、澄清、消毒灭菌，即得色泽鲜艳、气味清香、酸味不刺鼻、口味醇厚的成品。著名的有江淅玫瑰米醋。2、以糯米、红曲、芝麻为原料，采用分次添加法，进行自然液态发酵，并经3年陈酿，最后加白糖配制而得成品。著名的有福建红曲老醋。3、以稀释的酒液为原料，通过有填第三章设备选型充料的速酿塔内进行醋酸发酵而成，如辽宁省丹东白醋。液态发酵法制醋也渐采用深层发酵新工艺。淀粉质原料经液化、糖化及酒精发酵后，酒醪送入发酵罐内，接入纯粹培养逐级扩大的醋酸菌液，控制品温及通风量，加速乙醇的氧化，生成醋酸，缩短生产周期。发酵罐类型较多，现已趋缶使用自吸式充气发酵罐。它于50年代初期被联邦德国首先用于食醋生产，称为弗林斯醋酸发酵罐，并在1969年取得专利。日本、欧洲诸国相继采用。中国自1973年开始使用。食醋品种虽然繁多、工艺条件各具特色，但食醋酿造的基本工艺流程包含淀粉糖化、酒精发酵和醋酸发酵三个阶段。具体工艺流程如下：图1、醋酸基本工艺流程5、液态法食醋质量标准(1)感官指标具有本品种固有的色泽;有正常酿造食醋的滋味。(2)理化指标项目指标粮食醋其他醋总酸（以醋酸计）含量/(g/100ml)≥3.5无盐固型物含量/(g/100ml)≥1.5≥1.0一、设计任务年产5000吨发酵食醋发酵车间设计二、生产方案和流程的确定（一）生产方案的确定空气自吸式发酵罐液态深层发酵制醋。空气自吸式发酵罐液态深层发酵制醋是将淀粉质原料经液化．糖化、酒精发酵后，在空气自吸式发酵罐中完成液体深层醋酸发酵的新工艺。具有原料利用率高，机械化程度高，生产周期短（8d），产品质量稳定等优点。深层发酵法是向酒醪中接入醋酸菌后，采用向醪液中通入空气的方法来增加醪液中的溶解氧，使醋酸菌的醋酸发酵正常进行。发酵设备多采用自吸式发酵罐，发酵品温32～35℃，发酵时间在3d左右。原料选择大米，长江以南习惯以大米为原料，且大米制出来的醋口感较好。大米可发酵糖酒精醋酸CO2糊精等醋酸菌醋酸发酵第三章设备选型（二）生产流程的确定1.菌种选择糖化选择黑曲霉。酵母菌（AS2.399）酵母菌培养的最适温度为25～30度。醋酸菌（许氏醋酸杆菌A.schutzenbachii）生长繁殖适宜温度25～27.5度，不耐热，最高生长温度37度，最适PH3.5～6.5，耐食盐为1%～1.5%。该菌产酸高达11.5%，对醋酸没有进一步的氧化作用。2.原料预处理（1）原料的筛选和除杂1.剔除霉变的原料，除去附着的尘土和杂物。2.对带有皮壳的原料去除皮壳。3.处理方法采用分选机筛选和水洗涤。（2）粉碎与水磨扩大原料同微生物酶的接触面积，使有效成分被充分利用，大多数情况下先粉碎，然后再进行蒸煮、糖化。粉碎常用设备是：锤式粉碎机、刀片轧碎机、钢磨。技术要点：细度50目；浓度18～20°Be’；pH6.2～6.4（试纸测定）。工艺参数：加水浸泡1h；用NaCO3调pH；加CaCl20.2%补充Ca2+；加中温α-淀粉酶0.25%（酶活力2000u/g）。（3）原料蒸煮液化使植物组织破裂，细胞中的淀粉被释放出来，淀粉由颗粒状转变为溶胶状态，另一个作用是高温杀菌。技术要点：液化后的糖浆具有香味i，用竹片撩液滴点呈渣水分离状；碘反应成棕黄色；DE值15%～20%。工艺参数：流加法液化浆温85～90℃，88℃最佳。维持10min；升温煮沸10分钟。3.糖化：麸曲制备试管斜面菌种——三角瓶培养——帘子培养——厚层通风培养培养基：10%米曲汁麸皮+80%水麸皮+麸皮+10%～15%(或麦芽汁)110%水稻壳+70%水琼脂2%PH6.0培养条件：30℃,3d30℃,3d30℃,3d30℃,1d在帘子培养以前的麸曲制备过程为种曲培养阶段，这一阶段是以得到强壮的霉菌孢子第三章设备选型为培养目的，所以培养组成、培养条件要符合微生物生长规律，即要符合霉菌孢子发芽、菌丝生长、菌丝繁殖和孢子着生的要求。厚层通风培养是生产用曲培养阶段，这一阶段是以得到淀粉酶为主要培养目的，所以培养基的组成、培养条件既要符合微生物生长规律，又要符合微生物产酶规律。采用高温糖化法，也称酶法液化法，它是先以α-淀粉酶制剂在85～90℃对原料粉浆进行液化，然后再用麸曲在65℃进行糖化。具有糖化速度快、淀粉利用率高等优点。技术要点：糖化液碘呈淡橙黄色；DE值25%～30%；酸度0.2%。工艺参数：加捣碎的麸曲5%（酶活力1200u/g）；加曲温64℃；糖化温度60～62℃；糖化时间30min。4.酒精发酵通过纯培养方法制成酒母，再将其接入糖化醪中进行酒精发酵。技术要点：酒精含量8.0%～8.5%；酸度0.3%～0.4%；总醪量为原料之5～6倍。工艺参数：酒母4%(原料)；接种温度26～28℃，极限温度30℃；发酵温度30～37℃，最适32～33℃，发酵时间60～68h。5.醋酸发酵向酒精发酵醪中接入醋酸菌，在适宜的条件下，乙醇经醋酸菌的作用氧化为乙酸的过程称为醋酸发酵，它是酿醋的主要环节，直接影响到食醋的产量与食醋的风味。醋酸发酵工序由醋酸菌种子培养、醋酸发酵和陈酿等组成。1.醋酸菌种子培养酿醋过程中的醋酸发酵常在非严格无菌条件下进行，所以微生物种类复杂，但醋酸菌是醋酸正常发酵醪液中的主要微生物，它能氧化酒精为醋酸，有些醋酸菌还能把葡萄糖氧化成葡萄糖酸。传统酿醋多采用自然醋酸菌，目前多采用纯种醋酸菌。醋酸菌种子培养工业流程如下：菌种试管斜面接种培养--—大三角瓶纯种扩大培养--—醋酸菌种子液态培养试管培养基：葡萄糖0.3g、酵母膏1.0g、碳酸钙2.0g、6%酒液100mL、琼脂2.0～2.5g。三角瓶培养基：酵母膏1%、葡萄糖0.3%、水100mL、浓度为95%的酒精4%。种子液态培养：4%～8%酒精发酵醪，醋酸种子酸度2.5%～3.0%，接种量5%～10%；通风量0.1m/(m³.min)；培养温度32～35℃；培养时间24h。醋酸菌种子培养与其它微生物种子培养一样，除了使微生物繁殖以外，还有一个驯化作用，即使微生物适应于生产的要求，所以，在种子培养的前阶段，培养基的组成、培养条件多采用较优的工艺参数；而在培养的后阶段，多采用接近于生产要求的工艺参数。2.醋酸发酵技术要点：酒液酒度5%～6%；醋酸发酵液酸度4.5%～5.5%。工艺参数：接种温度28～30℃；发酵温度32～34℃，最高不超过36℃；前期通风量0.07m³/(m³.min)、中期0.1～0.12m³/(m³.min)、后期0.08m