無蒸煮工藝在酒精生產(chǎn)中應(yīng)用研究

摘要：降低生產(chǎn)成本是每一個生產(chǎn)企業(yè)所追求的，而汽耗費用占成本的很大比重。降低生產(chǎn)酒精的蒸汽消耗，從發(fā)酵工序進行突破，利用蒸餾冷卻水來提高拌料用水的溫度，采用無蒸煮生產(chǎn)工藝，大大降低了酒精生產(chǎn)耗汽，同時也利用了余熱，另外使水資源循環(huán)利用，降低了酒精生產(chǎn)耗水量，達到節(jié)能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：無蒸煮 酒精生產(chǎn)

目前，我國酒精生產(chǎn)主要還是以糧食和糖蜜作為原料。我國農(nóng)業(yè)連年豐收，近年來絕大多數(shù)的酒精企業(yè)是以糧食作為生產(chǎn)酒精的主要原料。其中糧食原料主要是玉米和甘薯兩種。對于傳統(tǒng)的酒精生產(chǎn)工藝蒸煮、糖化、發(fā)酵需要消耗大量熱能，企業(yè)規(guī)模不大，水、電、汽等消耗相應(yīng)增加，約占酒精生產(chǎn)總能耗的30%以上。影響了勞動生產(chǎn)率，成本普遍均有提高。為此，當今社會積極倡導(dǎo)低碳生活，節(jié)約能源，如何改進酒精的發(fā)酵技術(shù)，提高發(fā)酵效率，減低消耗是各個生產(chǎn)企業(yè)必須解決的一個重大課題。因此，從主要耗能工序著手，來降低能耗能收到比較好的效果。本文主要針對我公司實際采用的新工藝實際生產(chǎn)情況，來探討無蒸煮工藝在酒精實際生產(chǎn)的效果。

1 原料分析

1.1 淀粉是由直鏈和支鏈組成。薯類和玉米原料中直連淀粉占25%左右，支鏈淀粉占75%左右。直連淀粉溶解水溫為68-70℃，支連淀粉不溶解于水溫為68-70℃。

1.2 淀粉部分水解。利用高溫蒸煮切斷淀粉鏈，或利用專用酶進行分解而切斷淀粉鏈。在溫度低于70℃，淀粉水解產(chǎn)物主要是糖，而溫度在75-80℃時，產(chǎn)物是糊精。而酒精生產(chǎn)是要講淀粉變成糊精，盡量減少糖的生成，因為在隨后的蒸煮過程中，這些糖有可能進一步反應(yīng)而損失掉。而糊精的生成不會造成可發(fā)酵性物質(zhì)的損失，因為糊精在蒸煮過程中比較穩(wěn)定。

1.3 低溫蒸煮可以降低成熟醪中不溶性淀粉的含量，但淀粉分解造成的損失可增加，因此可發(fā)酵性物質(zhì)損失可達1.0-2.5%。

1.4 原料容易結(jié)團，粉團內(nèi)的粉料沒有吸水充分膨脹，不能糊化徹底，導(dǎo)致不溶性淀粉的數(shù)量增加，出酒率降低。

2 原料的預(yù)處理

淀粉質(zhì)原料在正式進入生產(chǎn)過程前，必須進行預(yù)處理，以保證生產(chǎn)的正常進行和提高生產(chǎn)的效益。預(yù)處理包括除雜和粉碎兩個工序。

2.1 原料除雜的必要性。淀粉質(zhì)原料在收獲和干燥的過程中，往往會摻夾進泥土、沙石、纖維質(zhì)雜物，甚至金屬塊等雜物。這些雜質(zhì)如果不在投入生產(chǎn)前予以除去，則將嚴重影響生產(chǎn)的正常運轉(zhuǎn)。石塊和金屬雜質(zhì)會使粉碎機的篩板磨損或損壞，造成生產(chǎn)的中斷；機械設(shè)備的運轉(zhuǎn)部位，如泵的活塞或葉輪部位也會因存在泥沙而加速磨損。纖維質(zhì)雜物會造成管道和閥門的堵塞；在蒸餾塔板上的沉積會造成塔板和溢流管的堵塞，給生產(chǎn)帶來嚴重的影響和損失。另外，泥沙等雜質(zhì)的存在也會影響正常的發(fā)酵過程。清除雜質(zhì)，保證生產(chǎn)正常和順利地進行，這就是除雜的目的。

2.2 原料粉碎的必要性。目前，我國絕大多數(shù)中型以上的酒精廠都已實現(xiàn)了原料蒸煮過程的連續(xù)化。對于連續(xù)蒸煮來說，原料必須預(yù)先進行粉碎，才能進一步加水制成粉漿，然后再用泵連續(xù)均勻地送入連續(xù)蒸煮系統(tǒng)。所以，對于連續(xù)蒸煮來說，原料粉碎是一個前提。

原料粉碎的另一個目的是通過粉碎，使原料顆粒變小，原料的細胞組織部分破壞，淀粉顆粒部分外泄，在進行水一熱處理時，粉碎原料的淀粉顆粒吸水膨脹，使糊化和液化過程進行得比較容易和徹底。所以與整粒或整片原料相比，粉碎原料所需的蒸煮壓力和溫度都比較低，時間也比較短，從而可以減少蒸汽用量，提高原料蒸煮質(zhì)量和減少可發(fā)酵性物質(zhì)的損失。

原料粉碎以后，可以加水并制成粉漿，再用泵輸送，這將在很大程度上減輕投料時的笨重體力勞動和繁瑣的操作過程。所以我國一些進行間歇蒸煮的小型酒精廠也已經(jīng)先后實行了原料粉碎。

3 研制對策和生產(chǎn)關(guān)鍵步驟

針對上述現(xiàn)狀，我們從以下幾方面制定了對策和措施。

3.1 無蒸煮酒精發(fā)酵生產(chǎn)過程關(guān)鍵控制點。

①粉團原料加水制成粉漿時，應(yīng)注意防止粉料的結(jié)塊，一旦形成粉團，無蒸煮的質(zhì)量就會受到影響，因為粉團內(nèi)部的粉料沒有充分吸水膨脹，也就不可能糊化，這就導(dǎo)致不溶性淀粉的數(shù)量增加，出酒率因此降低。粉料結(jié)塊的主要原因一是攪拌不均勻或不充分；二是料液會集輸送不均，拌料水溫過高或過低，達不到或接近糊化溫度。

根據(jù)這種情況，結(jié)合我公司實際，制備粉漿時，粉碎原料進入調(diào)漿罐內(nèi)，加入30%左右的酒精糟分離液，用來調(diào)漿，并添加一部分制熱水，從而制作成料漿。要求原料的粉碎粒度為1.0-1.2mm，并不斷進行攪動，從而增加淀粉酶和淀粉的接觸時間，加速淀粉糊化、液化速度。原料粉碎后的干面粉和蒸餾冷卻后的熱水進行混合攪拌，最后將料漿輸送到調(diào)漿罐內(nèi)進行制作，以便符合濃醪發(fā)酵工藝的需要。

②無蒸煮淀粉糊化、液化技術(shù)。原料中的淀粉和植物細胞組織在耐高溫α-淀粉酶作用下，吸水充分膨脹，易進行提前糊化液化，使淀粉和植物細胞分解。而糖原中的β-極限糊精水解性較強，可以直接水解降解淀粉和植物細胞。

③無蒸煮酒精發(fā)酵生產(chǎn)工藝，即無蒸煮溫度和時間是保證無蒸煮質(zhì)量和減少可發(fā)酵性物質(zhì)損失的關(guān)鍵。通過試驗獲得無蒸煮溫度、時間與可發(fā)酵性物質(zhì)損失之間的關(guān)系如下圖3.1：

我公司通過一年多的小試、中試，投入大生產(chǎn)得出結(jié)論。我公司選擇無蒸煮溫度為70-75℃，無蒸煮時間為90-100min，可發(fā)酵性物質(zhì)損失與能耗及產(chǎn)品質(zhì)量達到最佳化。使原蒸煮溫度由86-92℃，轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的無蒸煮溫度70-75℃。

3.2 糊化過程控制與復(fù)合酶分解反應(yīng)。

①復(fù)合酶組成為纖維素酶、耐高溫α-酶、糖化酶。將以上三種酶的菌種培養(yǎng)好后，在一個種子罐內(nèi)進行擴培，培養(yǎng)好后就形成了復(fù)合酶。根據(jù)復(fù)合酶的特性與要求，以及生活特性，在糖化工序中，將復(fù)合酶均勻連續(xù)不斷的流加到糖化鍋中，對糖化醪進行分解糖化，可以有效的分解淀粉。

②每一種酶都有比較適宜生活條件，才能發(fā)揮出最大的酶活性，所以一定要控制好最適環(huán)境。復(fù)合酶的最佳PH值為4.0-5.0，通過不斷加入酒精糟分離液，來調(diào)節(jié)料液的PH值，從而達到復(fù)合酶發(fā)揮最大作用，進一步縮短了糖化時間。

3.3 酵母的制作和培養(yǎng)。

采用好氧培養(yǎng)法得到鮮酵母，使用的購買耐高溫活性干酵母500g/袋，把玉米破碎后進行高溫蒸煮，由種子罐放到培養(yǎng)罐，并將玉米液冷卻到40度以下，加入2袋耐高溫活性干酵母進行耐高溫活性干酵母擴培，24h成熟后使用。培養(yǎng)的酵母耐溫度（36-40℃）、耐高糖（20-26Bx）、耐酒精（10-16%）。

3.4 無蒸煮發(fā)酵。

采用連續(xù)發(fā)酵法。投產(chǎn)時，將培養(yǎng)成熟的酵母加入發(fā)酵罐內(nèi)，同時加入酸性蛋白酶和糖化醪發(fā)酵，加入青霉素抑制產(chǎn)酸菌的污染。用玉米或薯干等原料生產(chǎn)酒精添加酸性蛋白酶可節(jié)省無機氮源、硫酸銨或尿素，還能促進原料中蛋白質(zhì)的降解，一方面破壞原料顆粒質(zhì)細胞壁的結(jié)構(gòu)，利于邊糖化邊發(fā)酵作用，使原料中可利用碳源增加，另一方面蛋白酶的水解作用增加了醪液中α-氨基酸水平，可被酵母菌利用的有機氮源，促進酵母菌的生長、發(fā)育與繁殖。使游離氨基酸，通過酵母菌合成菌體蛋白質(zhì)，增強酵母菌的產(chǎn)酒能力，提高發(fā)酵速度，縮短發(fā)酵周期，減少能量消耗，使醪液中的糖更多地轉(zhuǎn)向發(fā)酵生成乙醇，提高原料出酒率。

4 高效節(jié)能無蒸煮酒精發(fā)酵生產(chǎn)工藝難點及解決措施

在無蒸煮酒精發(fā)酵生產(chǎn)過程中必須防止細菌污染這個難點，我公司采取了以下幾點措施：

①用酒精糟分離液調(diào)節(jié)PH值，既防止雜菌在料漿中污染，又可以廢物利用，減少廢水的排放。

②糖化鍋一天滅菌一次。用精餾塔排出的100℃左右廢液，添加到糖化鍋內(nèi)噴淋滅菌20分鐘后，再用配制好2%-4%的堿液，用自動噴淋淋水器噴淋對糖化鍋進行滅菌10分鐘。滅菌后的廢液水，返回到污水處理車間進行處理。

③發(fā)酵罐在使用前必須滅菌一次，避免污染。和糖化鍋相同的滅菌方法給發(fā)酵罐進行滅菌。

④為了減少細菌感染，用配制好青霉素6-8u/g原料，分別添加到復(fù)合酶稀釋罐內(nèi)、酵母培養(yǎng)罐內(nèi)和發(fā)酵罐內(nèi)，從而有效地保證了酒精正常發(fā)酵的進行。

以上探討和觀點是根據(jù)我公司生產(chǎn)實際情況，以及平時生產(chǎn)實際中摸索總結(jié)到的，觀點不到之處，敬請專家和同行批評指正。

參考文獻：

[1]沈怡方.白酒生產(chǎn)技術(shù)全書.中國輕工出版社.1998.

[2]郭勇.酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用.中國釀造.1996.