生醪发酵生产食用酒精方法.pdf

一种酒精生产方法，特别是一种生醪发酵生产食用酒精方法，其特征在于以下步骤：步骤(1)除杂粉碎；步骤(2)抑菌剂拌料；步骤(3)糊化：以64-66℃的温度对原料进行糊化6-8小时；步骤(4)糖化：步骤(5)酒母培养：；步骤(6)发酵：将糖化醪液加入0.1-0.16％的硫酸铵，再加入0.5-1‰的酵母，进行发酵，总发酵时间80-85小时，最后经蒸馏后获得符合国标的食用酒精产品。

权利要求书
1.  一种生醪发酵生产食用酒精方法，其特征在于以下步骤：步骤(1)除杂粉碎：将原料除 去杂质后粉碎成1.8-2.0mm的颗粒；步骤(2)拌料：将粉碎后的原料用59-61℃的温水拌料， 然后按每立方米醪液加入10g抑菌剂，再加入10-12u/g原料量淀粉酶；步骤(3)糊化：以 64-66℃的温度对原料进行糊化6-8小时；步骤(4)糖化：将糊化后的原料加硫酸调pH值 为4.0-4.2，并按原料加入120-150u/g的糖化酶，再按原料量加入0.1-0.16％的硫酸铵，得到 糖化醪液；步骤(5)酒母培养：将糖化醪液按原料量加入0.1-0.16％的硫酸铵，再按原料量 加入0.5-1‰的酵母，连续培养12-14小时；步骤(6)发酵：将糖化醪液加入0.1-0.16％的硫 酸铵，再加入0.5-1‰的酵母，进行发酵，总发酵时间80-85小时，最后经蒸馏后获得符合国 标的食用酒精产品。

说明书生醪发酵生产食用酒精方法
技术领域
本发明属于酒精发酵生产领域，具体的说是一种生醪发酵生产食用酒精方法。 
背景技术
酒精行业是能源消耗比较大的行业，据商务部统计数据，2012年全国全年生产食用酒精672万吨(95％V/V)，因此酒精行业节能减排潜力巨大。目前国内酒精生产企业在糖液化部分采用的生产工艺为：除杂、粉碎、拌料、105-110℃高温蒸煮、汽液分离、冷却去糖化，最后发酵。以上工艺在蒸煮中需要将醪液从59-61℃加热到105-110℃，蒸煮时间为90分钟以上，其缺点为：(1)耗用蒸汽量大。(2)糖化前要降温，需要消耗大量的一次水。(3)通过高温处理，使在蒸煮前自糖化产生的糖类被分解，生成不可发酵性糖，降低了淀粉的转化率。(4)带压操作，安全隐患大。(5)排放大量的废汽，污染环境。 
发明内容
为了克服传统酒精生产中的缺点，本发明的目的是提供一种以谷物、薯类为原料的生醪发酵生产酒精方法，该方法不经过105-110℃高温蒸煮，采用延长糊化时间为6-8小时的方法，解决了现有生产方法耗气量、耗水量大的问题。 
本发明采用的技术方案是： 
一种生醪发酵生产食用酒精方法，其特征在于以下步骤：步骤(1)除杂粉碎：将原料除去杂质后粉碎成1.8-2.0mm的颗粒；步骤(2)拌料：将粉碎后的原料用59-61℃的温水拌料，然后按每立方米醪液加入10g抑菌剂，再加入10-12u/g原料量淀粉酶；步骤(3)糊化：以64-66℃的温度对原料进行糊化6-8小时；步骤(4)糖化：将糊化后的原料加硫酸调pH值为4.0-4.2，并按原料量加入120-150u/g的糖化酶，再按原料量加入0.10-0.16％的硫酸铵，得到糖化醪液；步骤(5)酒母培养：将糖化醪液按原料量加入0.10-0.16％的硫酸铵，再按原料量加入0.5-1.0‰的酵母，连续培养12-14小时；步骤(6)发酵：将糖化醪液加入0.10-0.16％的硫酸铵，再加入0.5-1.0‰的酵母，进行发酵，总发酵时间80-85小时，最后经蒸馏后获得符合国标的食用酒精产品。 
生醪发酵可行与否的关键在于：无蒸煮酒精生产工艺在正常的生产周期内，淀粉是否能被彻底转化成可发酵性糖；转化的时间梯度是否能满足酵母发酵的营养要求；染菌问题如何解决。 
淀粉转化成可发酵性糖有以下步骤：(1)淀粉的膨化：淀粉是一种亲水性胶体，遇水后大量水分子利用渗透作用，进入淀粉颗粒的晶体结构内部，由于大量水分子的进入，使 淀粉的巨大分子链发生扩张，使淀粉颗粒的体积和质量明显增加。(2)淀粉的糊化：淀粉颗粒发生膨化时，支链淀粉起着半透膜的作用，随着温度的升高，淀粉颗粒渗透压逐渐增大，膨化程度逐渐增强，当温度升高到某一特定温度时，淀粉颗粒的体积膨胀到原体积的50-100倍，此时淀粉分子之间的氢键开始逐步被削弱，淀粉颗粒的晶体结构也逐步解体。淀粉出现液化现象后，如果继续升温，当达到120-130度时，大量的支链淀粉也会完全溶化，淀粉颗粒的网状结构彻底被破坏，醪液的胶体性质随之被改变，淀粉溶液也随之变成黏度较低的，均一的流动性醪液，这种现象叫做液化，这也是蒸煮的目地。 
通过总结淀粉以上的物理性质，总结出淀粉水解的三个条件：(1)水：水分子是诱发淀粉颗粒发生膨化和糊化最主要的诱因，因为只有大量水分子进入到淀粉分子的结晶体内部，才能使淀粉颗粒内部发生变化，即体积和质量增大。(2)温度：水分子进入淀粉颗粒的晶体内部，需要一定的分子动能，而水分子分子动能的高低与温度的高低有着密切的关系，温度高则水分子动能高，水分子运动速度快，膨化和糊化的作用就快。(3)时间：有了一定量的水和能量，但如果没有一定的时间也达不到液化的效果。 
按照以上淀粉糊化的基本理论，发明人研究出以下生醪发酵的发酵理论：(1)淀粉的低温转化理论：在国内，大多采用拌料两小时，温度控制在60±1℃，温度升至80-85℃2小时后105-110℃液化1.5小时。醪液经过以上处理被液化后，淀粉颗粒的网状结构被破坏，胶体性质也遭到破坏。糖化酶是外切酶，会很快的把葡萄糖一个一个的切下来，因此经过糖化后葡萄糖产生的会更多。总结以上熟醪发酵的淀粉水解过程为淀粉的膨化、糊化、液化和糖化。而生醪发酵不经过液化，淀粉在糊化时，淀粉分子之间的氢键被削弱，淀粉颗粒的晶体被解体。α-淀粉酶是内切酶，α-淀粉酶随着水分子渗透到淀粉分子的内部，在淀粉分子的内部将葡萄糖分子切断，结果生成了少部分葡萄糖和部分糊精和麦芽糖，同时还存在没有被转化的淀粉，因为没有经过液化，淀粉颗粒的网状结构没有遭到破坏，因此在糖化过程中，得不到更多的葡萄糖，但采用延长糊化时间到6-8小时的方法，一方面在一定程度上提高了淀粉的糊化率，经过糖化，使一部分糊精和麦芽糖转化成葡萄糖，另一方面为淀粉在以后过程中加速转化奠定一个基础，因为原料没有经过高温蒸煮，没有能量破坏淀粉的网状结构和胶体性质，因此，如果不延长糊化时间，原料从本质上仍是坚硬的，水分进入不了原料内部，淀粉酶就无法作用于淀粉分子，也就无法糊化。但没有经过高温处理的醪液，醪液中的淀粉酶始终保持着很好的活力，在发酵过程中仍能发挥着很好的作用，这样，在酵母发酵过程中，淀粉边糊化、边糖化，边发酵，直到淀粉最终转化成乙醇。延长糊化时间的目的是加快淀粉的糊化速度，使酵母的发酵时间缩短。总结生醪发酵淀粉的转化过程为：膨化、糊化、糖化。(2)生醪发酵过程中，边糖化边发酵理论：按照酵母 的生长曲线，酵母的生长代谢分为四个阶段，即：迟滞期、对数生长期、平衡期和死亡期。在传统的酒精发酵理论中，曾经把糖化醪液中还原糖的含量提高到80％甚至90％，即“全糖发酵法”，通过生产实际证明，其结果不但没有使发酵醪的残糖降低，反而升高，其原因是违反了酵母发酵的理论，因为酵母在迟滞期，酵母只是个体增大，因此不需要很多的还原糖，提供大量的还原糖，反而会抑制酵母的繁殖，到对数生长期酵母个体成长到一定程度后开始加速繁殖。酵母在生长繁殖过程中符合微生物繁殖的“饥饿”发酵理论，即：微生物在繁殖过程中使其处于“饥饿”状态，在纯种发酵生产中，如：土霉素和青霉素发酵等，为了使微生物处在“饥饿”状态，采用中间补料工艺，这样可以使微生物更加健壮，在平衡期和发酵后期仍能保持很强的活力，而生醪发酵洽洽符合了这个理论，没有经过蒸煮的醪液在糖化过程中，没有将淀粉转化成更多的还原糖，在对数生长期酵母耗糖量大，淀粉酶和糖化酶不断的将淀粉转化成可发酵性糖，产生了一定积累的同时马上被酵母消耗，因此，在整个发酵过程中使酵母始终处于“饥饿”状态。在整个发酵过程中淀粉不断的被糊化、糖化，而酵母也在不断的吸收、繁殖，直至淀粉彻底转化成乙醇。因此，采用生醪发酵生产食用酒精技术淀粉转化率更高。同时淀粉有“自糖化”作用，在糊化过程中一部分淀粉被自身的酶系糖化成葡萄糖，一般谷物含有4％左右，马铃薯为0.3％左右，由于没有经过蒸煮过程，这部分糖没有被破坏，同时在原料中的维生素也没有遭到破坏，使淀粉转化率更高。(3)采用生醪发酵，抑菌剂能发挥更好的效果：在酒精生产过程中，为了防止杂菌的繁殖，一般要加入抑菌剂，而抑菌剂多数都是活菌，经过100℃以上90分钟的蒸煮，一般的抑菌剂都会失去作用，如青霉菌：80℃30分钟就被杀死，因此，在酒精实际生产过程中抑菌剂都加在发酵期，而生醪发酵不经过高温蒸煮，因此可以从拌料就开始添加，全程抑制杂菌的繁殖，能够更好发挥抑菌剂的抑菌作用。 
从以上理论分析得出结论：生醪发酵生产酒精工艺是可行的，采用生醪发酵生产工艺，淀粉转化率要好于熟醪发酵，其原因为以下几点：①采用边糖化，边发酵，使酵母始终处于饥饿状态，因此发酵水平要比熟醪发酵的水平高，符合正常的发酵理论。②没有经过高温蒸煮，在预液化过程中，原料自糖化产生出来的各种单糖没有被分解、转化，因此，提高了淀粉转化率，同时一部分有益于发酵的氨基酸和维生素也没有遭到破坏，也是生醪发酵发酵水平比较高的一个原因。③由于没有经过高温蒸煮，不会产生对酵母发酵不利的氨基糖类，因此采用生醪发酵更有利于酵母的生长繁殖。从生、熟醪的对比实验结果分析，残总糖和残还原糖都在正常的范围内，说明α-高温淀粉酶是可以应用于低温液化和生醪发酵酒精生产的，液化恒温时65±1℃时的糊化效果好于其它温度的糊化效果，糖化还原糖 高于其它温度的结果，从发酵结果看，也好于其它温度时的发酵水平。 
采用生醪发酵在实际生产中注意以下问题：(1)原料在使用前要把杂质处理干净，要使用新鲜干燥或者使用保管良好的原料，杜绝使用发霉变质的原料进行生产，以防杂菌的浸入。(2)在实际生产中，原料的粉碎力度尽量要小一些，谷类原料的粉碎力度应控制在1.5-1.8mm为宜。(3)由于取消了105-110℃高温蒸煮，为了控制染菌，抑菌剂在拌料罐内加入，同时将糖化罐的pH控制在下线，以达到控制杂菌的作用。(4)发酵过程中，酒母的接入量要尽量加大，一般控制在15-20％的接种量，达到酵母菌以量取胜的目的，减少杂菌的侵入。(5)由于取消了高温液化，在液化、糖化和发酵前期淀粉容易产生沉淀，因此酒母罐和发酵前期罐内要增加搅拌设备。 
附图是该生醪发酵生产酒精的工艺流程图。 
本发明的有益效果是： 
针对国内现有酒精生产技术存在的问题，取消了105-110℃高温蒸煮，采用延长糊化时间为6-8小时的生醪发酵生产食用酒精方法，(1)节约了大量的蒸汽和一次水的用量，降低了生产了成本。(2)降低了污水排放和废气排放，使酒精生产更加清洁。(3)使生产工艺更加简单，降低了员工的劳动强度。(4)由原来的带压操作改变成无压操作，降低了安全隐患。 
具体实施方式
现以玉米生醪发酵生产酒精为例进一步说明其生产过程：(1)玉米除杂、粉碎：玉米经初选后进入钢板仓储存，从钢板仓去粉碎机过程中再经过精选除杂后去粉碎机。粉碎粒度控制在1.8mm。(2)拌料：经粉碎后的玉米进入拌料罐，料水比控制在：1∶2.5，温度控制在60℃，拌料时间为2小时。在玉米进入拌料罐的同时，加入α-高温淀粉酶和抑菌剂，淀粉酶加入量：12u/g原料，抑菌剂加入量：10克/立方米醪液。(3)糊化：醪液经拌料后自流入糊化罐，糊化温度控制在65℃，糊化时间：7小时。(4)糖化：经糊化后的醪液自流入糖化罐，温度控制在60℃，加硫酸调pH值4.1，然后加入糖化酶和硫酸铵，糖化酶加量：150u/g原料量，硫酸铵加量：0.14％原料量。(5)酒母培养：糖化30分钟后，将糖 化醪液由泵打入酒母罐，液位超过搅拌叶片后打开侧搅拌，加入硫酸铵，加量：原料重量的0.14％，打开无菌空气阀门供入微风，再加入酵母，加量：原料重量的0.8‰，当超过酒母罐锥底时停止供料，1小时后打开供醪阀门重新供入糖化醪液，8小时内将料连续供满，培养时间：13小时；化验室取样化验，合格后向发酵罐供酒母醪液。(6)发酵：在给酒母罐打糖化液的同时给发酵罐供醪液，发酵罐按照酒母罐同样的方法接种，将糖化醪液由泵打入发酵罐，糖化醪液超过搅拌叶后加入0.14％硫酸铵，供入无菌空气，最后将酵母加入，加量：原料重量的0.8‰，与酒母罐同时培养。当酒母培养成熟后将酒母醪液连续打入发酵罐，接种量：按照17％接种量接入发酵罐，发酵罐接种后，将步骤(4)中制备的糖化醪液分别打入酒母罐和发酵罐进行发酵，全程发酵时间80小时，然后经蒸馏得到合格的食用酒精。