【正文】 割主發(fā)酵醪進行發(fā)酵。缺點是直接與空氣接觸不利于嫌氣性發(fā)酵，容易感染雜菌，同時也容易導(dǎo)致酒精揮發(fā)損失及 CO2 無法回收，設(shè)備利用率低。 ① 開放式間歇發(fā)酵法 年產(chǎn) 2700 噸酒精工廠的初步設(shè)計 10 此法的特點是醪液在敞開的發(fā)酵槽內(nèi)進行發(fā)酵，操作是間歇進行，發(fā)酵槽一般用水泥制成，也可用鋼板制成，發(fā)酵槽內(nèi)裝有冷卻管和蒸汽管，使用時先用石灰乳、熱水充分洗滌 及消毒。為了保證酒母細胞質(zhì)膜半滲透作用的正常進行，對于糖蜜原料，特別是低純度糖蜜原料，應(yīng)想辦法先除去搪蜜中的焦糖、黑色素、果膠等膠體物質(zhì)；只有適當(dāng)降低糖密濃度和粘度才能調(diào)整至適宜的滲透壓，才能保證酵母 細胞質(zhì)膜半滲透作用的正常進行和提高工作效率。 （ 12） 乙醛在乙醇脫氫酶的作用下 就生成了酒精。 （ 8） 3— 磷酸甘油酸在磷酸甘油酸變位酶催化下、生成 2— 磷酸甘油酸。 （ 4） 1， 6— 二磷酸果糖在醛縮酶的作用下，生成磷酸二羥丙酮和 3—磷酸甘油醛。 酵母酒精發(fā)酵全過程的 12 步反應(yīng)： （ 1） 發(fā)酵醪中的葡萄糖，被酵母吸收后，在 ATP 與己糖激酶 的催化下，將葡萄糖變?yōu)?6— 磷酸葡萄糖。 酵母酒精發(fā)酵的 4 個階段 ： ①葡萄糖磷酸化和異構(gòu)化，然后裂解為能轉(zhuǎn)化 的兩種磷酸丙糖（甘油醛 3P 和磷酸二羥丙酮）。 有氧情況下，為什么糖蜜酒精發(fā)酵的發(fā)酵率反而減低？從酒精發(fā)酵反應(yīng)式可總結(jié)如下： C6H12O6+2ADP+2H3PO4→ 2C2H5OH+2ATP+2CO2↑ 在酒精發(fā)酵過程中，在無氧情況下，一分子葡萄糖經(jīng)酵母酒化酶系的催化作用最 終生成二分子的乙醇，二分子 ATP，二分子二氧化碳，同時在酒精發(fā)酵中進行底物水平磷酸化，每發(fā)酵一分子葡萄糖產(chǎn)生 3 分子 ATP，同時需要用去 2 分子 ADP 和 2 分子磷酸： 2ADP+2Pi→ 2ATP 在有氧的情況下，進行電子傳遞磷酸化，每消耗一分子葡萄糖，則產(chǎn)生 38 個 ATP，因此也需要 38 個分子的 ADP 和 Pi： 38ADP+38 Pi→ 38ATP 在酵母細胞內(nèi)， ADP 和 Pi量是有限的，由于發(fā)酵的高速度進行， ADP和 Pi已經(jīng)被充分利用了，當(dāng)有氧的情況下進行了電子傳遞磷酸化，生成大量的 ATP，因而消耗了大量的 ADP 和 Pi， 而用來進行發(fā)酵的底物磷酸化就年產(chǎn) 2700 噸酒精工廠的初步設(shè)計 8 會感到不足，從而降低了發(fā)酵速度，因此在有氧的情況下，糖蜜酒精發(fā)酵的效應(yīng)反而降低。2H，用于乙醛的還原，而其自身被氧化恢復(fù)成氧化態(tài)的 NAD。 所謂酒精發(fā)酵，就是指發(fā)酵酵中的糖類物 質(zhì)，在無氧條件下，受酵母細胞中酒化酶的作用，產(chǎn)生酒精的全過程。 這類酶都是胞內(nèi)酶。 糖蜜酒精發(fā)酵中酵母的有效酶系 糖蜜酒精發(fā)酵過程中，酵母細胞中參與酒精發(fā)酵的酶有十多種。 （ 6） 營養(yǎng)要求低，抵抗重金屬的毒害作用強。細菌耐酸性差，提高酵母的耐酸性，使之能在酸性環(huán)境下生產(chǎn)、繁殖，對提高酒精發(fā)酵的抗污染能力具有重要意義。 ③生產(chǎn)易實現(xiàn)連續(xù)化 糖蜜酒精廠基本上采用了 雙流加連續(xù)發(fā)酵工藝。成品酒精中易超標的指標主要是醛、氧化實驗、硫酸試驗和雜醇油等。為了維持正常的酵母生長和發(fā)酵速率，在酒母培養(yǎng)和酒精發(fā)酵時要適當(dāng)通風(fēng)。 年產(chǎn) 2700 噸酒精工廠的初步設(shè)計 5 2． 2 糖蜜發(fā)酵的依據(jù) 和機理 糖蜜酒精發(fā)酵特點 （ 1）糖蜜酒精生產(chǎn)特點 ① 糖蜜原料中的糖分以可發(fā)酵糖為主，發(fā)酵速度快，糖蜜中糖分以蔗糖為主，甘蔗糖蜜除蔗糖外還有大量轉(zhuǎn)化糖，只需稀釋，無需糖化即可被酵母利用，發(fā)酵速度快。在酸化罐加入定量的水、硫酸、營養(yǎng)鹽等輔料進行處理，處理后用雙濃度法稀釋，稀糖液濃度 14~18186。 主產(chǎn)品：無水酒精 質(zhì)量標準《 GB/T 67820xx》優(yōu)級純。 1． 2 設(shè)計依據(jù) （ 1）海南大學(xué)理工學(xué)院（生物工程專業(yè)） 《年產(chǎn) 2700 噸酒精工廠的初步設(shè)計》任務(wù)書 （ 2）設(shè)計基礎(chǔ)資料： 產(chǎn)品名稱：無水酒精（優(yōu)級純） 工廠廠址：海口近郊 生產(chǎn)原料：廢糖蜜（海南各地糖廠的副產(chǎn)物） 生產(chǎn)天數(shù)“全年生產(chǎn) 260 天（全天候） 當(dāng)?shù)貧夂驐l件（來自海南氣象臺資料）： 溫度 極端高溫 39℃ 最低溫度 6℃ 平均溫度 ℃ 濕度 最高濕度 92% 平均濕度 85% 水溫 河水（ 1米） 最高 30℃ 最低 10℃ 自來（飲用）水 最高 30℃ 最低 10℃ 深井水 平均 18℃ 風(fēng)頻率 年平均風(fēng)速： 降水量 年平均： 1691ml/a 風(fēng)向 東北風(fēng)和東風(fēng) 1． 3 指導(dǎo)思想 以設(shè)計任務(wù)書為基礎(chǔ)，以最新科研成果和實際經(jīng)驗為依據(jù)，通過文獻檢索、收集資料，調(diào)查研究，綜合分析；貫徹節(jié)省基建投資，充分重視技術(shù)先進，降低工程造價等思想，從節(jié)約能源和降低原料消耗，創(chuàng)較高經(jīng)濟效 益等角度出發(fā)， 以“工藝先進、技術(shù)可靠、系統(tǒng)科學(xué)、經(jīng)濟合理、安全環(huán)保”為原則，同時注重“三廢”治理和綜合利用副產(chǎn)物，充分重視環(huán)保防污。 （ 3） 通過畢業(yè) 設(shè)計加強 對學(xué)生計算、繪圖、編輯設(shè)計文件、使用規(guī)范手冊等最基本的工作實際能力的培養(yǎng)。 為了進一步提高酒精生產(chǎn)水平，各國工程技術(shù)人員不斷研究新型酒精發(fā)酵方法，改進生產(chǎn)設(shè)備，酒精 蒸餾工藝也在不斷改進和完善。 目前， 酒精生產(chǎn)方法主要有化學(xué)合成法和生物發(fā)酵法兩種。化學(xué)合成法 是以石油工業(yè)中石油裂解產(chǎn)生的乙烯為原料加水合成酒精的。 與國外相比，我國目前酒精生產(chǎn)還存在著生產(chǎn)過程成本高、耗能大、產(chǎn)業(yè)結(jié)果不合理、糟液環(huán)境污染嚴重等不足，同時還面臨著如何以非糧作物為原料生產(chǎn)酒精、如何以秸稈為原料發(fā)酵制備酒精等新課題。 （ 4） 通過畢業(yè)設(shè)計的訓(xùn)練，使學(xué)生樹立起具有符合國情和生產(chǎn)實際的正確的設(shè)計思想和觀點；樹立起嚴謹、負責(zé)、實事求是、刻苦鉆研、勇于探索并具有創(chuàng)新意識與他人合作的工作作風(fēng)、 酒精工業(yè)是國民經(jīng)濟重要的基礎(chǔ)原料產(chǎn)業(yè)。 盡量采用本地原料、定型設(shè)備，各種設(shè)計方案綜合比較，取長補短，制定一個高產(chǎn)節(jié)能的設(shè)計方案，高效生產(chǎn)高質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)酒精。 副產(chǎn)品：雜醇油 （ 2）產(chǎn)品執(zhí)行質(zhì)量標準 表 11 產(chǎn)品酒精質(zhì)量標準 《 GB/T67820xx》 檢 測 項 目 單 位 標 準 規(guī) 定 值 優(yōu)級純（ G． R） 分析純（ A． R） 化學(xué)純（ C． P） 乙醇（ CH3CH2OH） % ≥ ≥ ≥ 密度（ 20℃ ） g/ml ~ 與水混合試驗 合 格 蒸發(fā)殘渣的質(zhì)量分數(shù) % ≤ ≤ ≤ 水分的質(zhì)量分數(shù) % ≤ ≤ ≤ 酸度（以 H+計） mmol/100g ≤ ≤ ≤ 堿度（以 OH計） mmol/100g ≤ ≤ ≤ 甲醇的質(zhì)量分數(shù)（ CH3OH） % ≤ ≤ ≤ 異丙醇 [（ CH3）2CHOH]的質(zhì)量分數(shù) % ≤ ≤ ≤ 年產(chǎn) 2700 噸酒精工廠的初步設(shè)計 4 鐵（ Fe）的質(zhì)量分數(shù) % ≤ — — 鋅（ Zn）的質(zhì)量分數(shù) % ≤ — — 還原高錳酸鉀物質(zhì)（以 O 計） % ≤ ≤ ≤ 易炭化物質(zhì) 合 格 （ 3）生產(chǎn)車間組織與 管理 本車間實行車間、工段、班組三級組織與管理 （ 4）工作制度 酒精廠日工作時間為 24 小時，每日三班，每班 8 小時連續(xù)生 產(chǎn)。BX 是用來培養(yǎng)酵母；濃糖液濃度 32~40186。不論是甘蔗糖蜜還是甜菜糖蜜中糖類大多數(shù)為可發(fā)酵性糖，經(jīng)過稀釋同時添加部分營養(yǎng)鹽，就可用酵母將它們發(fā)酵生成酒精，發(fā)酵周期短，一般只有 36h。 ③ 生產(chǎn)工藝與設(shè)備簡單、易實現(xiàn)連續(xù)化酒精發(fā)酵 與淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精比較，可以省去蒸煮、制曲、糖化等工序，只需加水稀釋 ，加酸酸化處理 即可用于酒母培養(yǎng)和發(fā)酵，工藝流程與操作簡單，易實現(xiàn)連續(xù)發(fā)酵。 （ 2）糖蜜酒精生產(chǎn) 優(yōu)點 糖蜜酒精發(fā)酵工藝相對低簡單，成本低。 年產(chǎn) 2700 噸酒精工廠的初步設(shè)計 6 （ 3）糖蜜酒精生產(chǎn)缺點 ①濃 度高、灰分大、膠體多 ②發(fā)酵生成酯、醛等頭級雜質(zhì)多、雜醇油多，蒸餾廢液難處理 糖蜜發(fā)酵對酵母菌種的要求 （ 1）能在高滲透壓的糖液中具有較強的增殖能力，生產(chǎn)速度快。 （ 4）耐高溫能力強。 （ 7）發(fā)酵時產(chǎn)生的泡沫少。 主要有兩大類：一類為水解酶，另一類是糖 酒精轉(zhuǎn)化酶。在這些酶的順序作用下，糖分被逐步轉(zhuǎn)化為酒精。 酒精的發(fā)酵過程中，酵母菌的發(fā)酵是屬于厭氣性發(fā)酵，進行著無氧呼吸，發(fā)生著復(fù)雜的生化反應(yīng)。 輔酶上的氧化還原過程，即酒精發(fā)酵氫的傳遞過程。由此可見，糖蜜酒精發(fā)酵宜在密閉的發(fā)酵罐內(nèi)進行。 ②磷酸丙糖中的甘油醛 3P 的醛基經(jīng) NAD+氧化成羧基，伴隨著 Pi 的攝取，此反應(yīng)形成甘油酸 1， 32P，其能量足以轉(zhuǎn)移 Pi到 ADP 上形成 ATP。 Mg2+作激活劑。 （ 5） 此時的磷酸二羥丙酮，在磷酸丙糖異構(gòu)酶催化下，又生成 3— 磷酸甘油醛。 （ 9） 2— 磷酸甘油酸在烯醇化酶催化下，生成 2— 磷酸烯醇式丙酮酸。 提高糖蜜酒精發(fā)酵效率的方法 一方面要注意調(diào)整酵母的外界環(huán)境條件，使外因適于酵母內(nèi)在規(guī)律要求，另一方面馴養(yǎng)和選育耐高滲透壓和耐高溫的優(yōu)良酵母菌種，以適于 糖蜜酒精發(fā)酵。 其它工藝條件也能直接影響發(fā)酵效率，如果調(diào)整適宜的發(fā)酵溫度，發(fā)酵效率也明顯提高。培養(yǎng)酒母稀糖蜜濃度為12— 15％， — ，接入 10％的種子， 25— 30℃ 培養(yǎng)至濃度為 6— 8％時即為成熟灑母。 ② 密閉式間歇發(fā)酵 此法的特點是在密閉的容器內(nèi)進入，嫌氣性發(fā)酵條件較好，能防止雜菌感染，發(fā)酵率穩(wěn)定，可以回收 CO2，酒精損失較少。 此法優(yōu)點是節(jié)省酒母的制備，分割主發(fā)酵醪作為酒母，接種量較大，可以縮短發(fā)酵時間，缺點是容易感染雜菌。 ④ 分段添加發(fā)酵法 分段添加發(fā)酵法的特點是將酵母培養(yǎng)階段和發(fā)酵階段明顯地劃分開來，根據(jù)兩者不同的目的要求，采取不同的技術(shù)條件，在發(fā)酵過程中盡可能維持醪液中的糖分一致，使酵母 在較穩(wěn)定的情況下發(fā)酵，由于采用分段添加糖液，保持了醒液中較低的糖分和較高的酒精分。 當(dāng)糖度降到 — 6％時，才開始添加基本稀糖液，稀糖液混入后的濃度應(yīng)在 ％左右，最后一次添加的稀糖液濃度應(yīng) 該保證成熟醪的酒精含量為 — 9％ (容量 )，錘度為 — ％，發(fā)酵溫度宜控制 30— 35℃ 。采用連續(xù)流加發(fā)酵法，發(fā)酵最高溫度須控制在 33— 34℃ ，發(fā)酵總時間只有 15— 20 小時，發(fā)酵醪的酒精含量可達 9％ (容量 )以上 。糖蜜酒精連續(xù)發(fā)酵的方法較多，現(xiàn)歸納如下： ① 多級連續(xù)發(fā)酵法 多級連續(xù)發(fā)酵法又稱自流式連續(xù)流動發(fā)酵法，是在一組串聯(lián)幾個發(fā)酵罐中進行的，罐的數(shù)量及位置可以不同。在間歇分批發(fā)酵過程中，酵母的萌發(fā)期較長，然而在連續(xù)發(fā)酵過程中，酵母的萌發(fā)期的時間取決于主罐中醪液交換的速度和第一次加入酵母的數(shù)量。另外，糖蜜連續(xù)發(fā)酵一些重要的因子，如糖濃度、 pH、溫度、酵母數(shù)量和酒精濃度在各個發(fā)酵罐內(nèi)雖不相同，但能控制保持相對穩(wěn)定性，因而可以避免和間歇發(fā)酵過程中由于代謝產(chǎn)物反饋抑制作用，酒精濃度增加，致使酵母出現(xiàn)過早衰亡的現(xiàn)象，使酵母連續(xù)發(fā)酵作用得到充分發(fā)揮，因此，發(fā)酵率可以相應(yīng)提高。不同點是：最終發(fā)酵罐成熟醪蒸餾后，立 即刷罐滅菌，接入酵母新種，連續(xù)流加基本糖液，其它各發(fā)酵罐依次滅菌接入發(fā)酵醪，以相反的方向連續(xù)流動進行連續(xù)發(fā)酵，這樣尾罐變?yōu)槭坠?，實現(xiàn)了循環(huán)連續(xù)發(fā)酵法。在隨后的各級發(fā)酵罐中，隨著糖液濃度降低，酵母比生長速度也逐漸緩慢年產(chǎn) 2700 噸酒精工廠的初步設(shè)計 14 降低。由于回收大量的酵母，在發(fā)酵過程中一開始便有足夠多量的酵母，發(fā)酵特別旺盛，代謝產(chǎn)物酒精立即大量積聚。這樣的輸送方向保證了酵母在整個發(fā)酵期間都處于懸浮狀態(tài)。 從發(fā)酵醪分離回收的酵母漿，約為發(fā)酵醪容積的 15％，此酵母漿送至酒母罐，添加濃度 11— 12％稀糖液并添加硫酸，位酸度達 1— 176。 糖蜜酒精連續(xù)發(fā)酵采用多級比單級 有利，因為多級連續(xù)發(fā)酵可以比較充分地利用基質(zhì)，而第一級發(fā)酵罐流出的發(fā)酵醪中未利用的基質(zhì)，可以在以后的各級發(fā)酵罐內(nèi)被繼續(xù)消耗，因而多級連續(xù)發(fā)酵效率較高。Bx；雙濃度連續(xù)發(fā)酵法酒母的培養(yǎng)液采用 低濃度糖液，濃度為14— 18186。 從 CO?回收酒精的依據(jù) 糖蜜酒精發(fā)酵過程中放出大量 CO2。一個年產(chǎn) 3000 噸糖蜜酒精工年產(chǎn) 2700 噸酒精工廠的初步設(shè)計 16 廠每小時排出 CO2400580 公斤，每年排出 CO2 2736 噸。排出的 CO2 所帶走的酒精數(shù)量與發(fā)酵醪的溫度、酒精濃度以及蒸發(fā)表面的狀態(tài)都有密切的關(guān)系。酒母擴大培養(yǎng)所用的糖蜜自糖蜜高位箱經(jīng)液位調(diào)節(jié)器維持恒壓流入 1 號連續(xù)稀釋器內(nèi)，加入硫酸、磷酸及銨鹽溶液，使糖液達到一定的酸度和濃度后，送入一組串聯(lián)的酸化罐中進行相當(dāng)時間酸化處理后，再流入 2 號連續(xù)稀釋器內(nèi)，加水進行第二次稀釋至所需的濃度后，進入 酒母罐內(nèi)。生產(chǎn)時，濃硫酸與磷酸、銨鹽溶液匯同一起送入 1 號連續(xù)稀釋器內(nèi)，稀釋用的