【正文】 段和后糖化階段，因?yàn)樘腔^程的時(shí)間限制，不可能將全部的淀粉轉(zhuǎn)化為糖，所以在發(fā)酵過程中還存在糖化過程，稱為后糖化 [11]。 糖化時(shí)間控制在 3060min[14]。下面介紹淀粉質(zhì)原料發(fā)酵常用菌種。 與現(xiàn)有各種乙醇發(fā)酵技術(shù)相比，自絮凝顆粒酵母乙醇發(fā)酵新工藝具有的突出優(yōu)點(diǎn)有： ① 酵母細(xì)胞在發(fā)酵罐中實(shí)現(xiàn)完全固定化，這一無載體固定化細(xì)胞技術(shù)不產(chǎn)生任何附件費(fèi)用； ② 單位體積發(fā)酵罐中酵母密度可以高達(dá) 50～ 100g/L（干重），細(xì)胞密度顯著提高。人們把細(xì)菌或霉菌中產(chǎn)生淀粉酶的基因片 段克隆到酵母匯總，構(gòu)建。 自絮凝酵母 通過原生質(zhì)融合技術(shù)可以使酵母獲得自絮凝的特征，在培養(yǎng)和發(fā)酵過程中自絮凝形成 毫米級(jí)大小的顆粒。 乙醇發(fā)酵 常用的微生物 自然界中，很多微生物都能代謝產(chǎn)生乙醇，氮釀酒酵母等酵母菌和兼性厭氧細(xì)菌運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單細(xì)胞是目前乙醇生產(chǎn)的主要微生物。酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，反應(yīng)溫度高于適宜溫度時(shí)，酶蛋白會(huì)逐漸產(chǎn)生變性而作用減弱，甚至喪失其催化活性，溫度過低于適宜溫度容易染菌，所以糖化溫度的控制是非常重要的。噴射液化連續(xù)液化、操作穩(wěn)定、液化均勻、淀粉利用率高等優(yōu)點(diǎn)，此外對(duì)蒸汽壓力要求低，且不易堵塞，無震動(dòng)。使用耐高溫 ? 淀粉酶，采用 95℃的處理溫度，使用普通 ? 淀粉酶，采用 85℃的處理溫度。原料和水混均后，于 130℃下進(jìn)行高溫高壓處理。常用的輸送機(jī)械有皮帶輸送器、螺旋輸送器和斗式提升機(jī)。國(guó)內(nèi)乙醇生產(chǎn)原料粉碎設(shè)備主要是錘片式粉碎機(jī)，合理的干式粉碎應(yīng)采用粗碎和細(xì)碎兩級(jí)粉碎工藝，在進(jìn)入錘碎機(jī)前先經(jīng)過粗第 11 頁(yè) 共 50 頁(yè) 碎，把大塊原料初步打碎成小塊原料，再經(jīng)過錘碎機(jī)，將小塊原料打碎成較細(xì)的粉末原料。振動(dòng)篩是一種平面篩，常用的有兩種：一種是由金屬絲（或其他絲線）編織而成的；另一種是沖孔的金屬板。木薯已被世界公認(rèn)具有很大發(fā)展?jié)摿?、很有前途的酒精生產(chǎn)的可再生資源。淀粉質(zhì)原料包括薯類原料（甘薯、馬鈴薯、木薯、等）。目前 幾乎所有的發(fā)酵行業(yè)對(duì)酒糟只是簡(jiǎn)單進(jìn)行了沼氣生產(chǎn)或轉(zhuǎn)化為廉價(jià)的肥料，甚至有的直接排放，造成了極大的浪費(fèi)，處理不好還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。最具發(fā)展前景的是，隨著石油等不可再生能源日趨緊張， 乙醇 作為一種可以再生的能源 — 車用乙醇汽油的大面積推廣， 乙醇 工業(yè)在世界經(jīng)濟(jì)的地位將越來越重要 [10]。近年來，隨著木薯原料用于生產(chǎn)乙醇逐漸受到人們的重視，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都致力于木薯生產(chǎn)乙醇工藝的研究。因此該工藝可以提高水解速度，糖的產(chǎn)量和乙醇得率也將增加。 ② 酶水解乙醇發(fā)酵工藝 纖維素水解乙醇生產(chǎn)工藝可分為非同步水解與發(fā)酵工藝和同步水解與發(fā)酵工藝兩類。水解液從水解反應(yīng)器流出后，接連通過高壓蒸發(fā)器和低壓蒸發(fā)器，在高壓蒸發(fā)器中水解液 175180℃降至140150℃。最后得到殘?jiān)饕煞质请y簡(jiǎn)介的木質(zhì)素，木質(zhì)素可以進(jìn)一步利用。該法是使用兩種不同的糖液，即酒母稀糖液和發(fā)酵稀糖液（基本稀糖液）進(jìn)行雙流加以實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)酵流程。發(fā)酵溫度控制在 3334℃，總發(fā)酵時(shí)間在 1620h，發(fā)酵醪乙醇含量在 9%（體積分?jǐn)?shù)）以上。發(fā)酵溫度控制在 3035℃發(fā)酵時(shí)間 3648h。該法是第 1 只發(fā)酵罐按間歇發(fā)酵進(jìn)行至主發(fā)酵階段，從該罐分割 1/31/2 發(fā)酵醪至第 2 罐中，用稀糖液加滿兩罐，第 1 至繼續(xù)發(fā)酵直至終了，送去精餾。這里主要介紹糖蜜發(fā)酵的工藝。大概需時(shí) 60h左右，然后不再流加醪液，各自進(jìn)行間歇后發(fā)酵。發(fā)酵過程是在同一組罐內(nèi)進(jìn)行的，每個(gè)罐本身參數(shù)基本不變，但罐和罐之間按一定規(guī)律形成一個(gè)梯度。最后，從罐至末罐逐個(gè)順次將成熟發(fā)酵 罐送去蒸餾 [4]。 ② 半連續(xù)發(fā)酵 半連續(xù)發(fā)酵時(shí)主發(fā)酵階段采用連續(xù)發(fā)酵，后發(fā)酵階段采用間歇發(fā)酵的方法。糖化醪流加速度應(yīng)根據(jù)工廠生產(chǎn)量來定，一般應(yīng)控制在 68h 內(nèi)加滿幾個(gè)發(fā)酵罐。 分次添加法。發(fā)酵法制酒精生產(chǎn)過程包括原料預(yù)處理、蒸煮、糖化、發(fā)酵、蒸餾、廢醪處理等。利用氯化鈀做催化劑，在鹽酸溶液中使乙烯被空氣或氧氣直接氧化成乙醛 . 4） COH2合成乙醇 一氧化碳和氫氣混合氣來源十分廣泛，我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量豐富，大力開發(fā)煤氣化制備 COH2混合氣具有廣泛的發(fā)展前景。此外還有乙烯間接水合法、乙醛加氫法、 COH2 合成乙醇等。 2）飲料： 乙醇是酒主要成分（含量和酒的種類有關(guān)系）如白酒為 56 度的酒。至此，我國(guó) 乙醇 工業(yè)有了全國(guó)統(tǒng)一的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。 在淀粉質(zhì)原料的蒸煮、糖化工藝方面采用一級(jí)真空冷卻連續(xù)糖化。 表 乙醇 的質(zhì)量指標(biāo)表 項(xiàng) 目 特 級(jí) 優(yōu) 級(jí) 普 通 級(jí) 色度 /號(hào) ≤ 10 10 10 乙醇 /％（體積分?jǐn)?shù)） ≥ 硫酸試驗(yàn) /號(hào) ≤ 5 10 60 氧化時(shí)間 /min ≥ 40 30 20 醛 /mg/L ≤ 1 3 30 第 2 頁(yè) 共 50 頁(yè) 甲醇 /mg/L ≤ 2 50 150 正丙醇 /mg/L ≤ 2 35 100 異丁醇＋異戊醇 /mg/L ≤ 1 2 30 酸（以乙酸計(jì)） /mg/L ≤ 7 10 20 酯（以乙酸乙酯計(jì)） /mg/L ≤ 10 18 25 不揮發(fā)物 /mg/L ≤ 10 20 25 重金屬（以 Pb 計(jì)） /mg/L ≤ 1 1 1 氰化物（以 HCN 計(jì)） /mg/L ≤ 5 5 5 乙醇 生產(chǎn)的意義及發(fā)展史 乙醇 生產(chǎn)的意義 乙醇是可再生能源 ,若采用小麥、玉米、稻谷殼、薯類、甘蔗、糖蜜等生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇 ,其燃燒所排放的二氧化碳和作為原料的生物源生長(zhǎng)所消耗的二氧化碳 , 在數(shù)量上基本持平 ,這對(duì)減少大氣污染及抑制溫室效應(yīng)意義重大。 乙醇 易揮發(fā)易燃燒，燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的熱量，燃燒產(chǎn)物是水和 二氧化碳。 浙 江 * * 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目： 發(fā)酵法年產(chǎn) 5 萬噸乙醇的工藝設(shè)計(jì) 姓 名 : 系 別、 專 業(yè) : 導(dǎo) 師 姓 名、職 稱 : 完 成 時(shí) 間 : 發(fā)酵法年產(chǎn) 5 萬噸乙醇的工藝設(shè)計(jì) [摘 要 ]： 乙醇的生產(chǎn)過程包括原料除雜，粉碎，液化，糖化，除菌，發(fā)酵，精餾這幾個(gè)主要的過程 。 物理性質(zhì) 乙醇 是無色透明的液體，比水輕，具有特殊的芳香氣和刺激味，吸濕性很強(qiáng)，可與水以任何比例混合并產(chǎn)生熱量。 其 食用 乙醇 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 如 表 所示。 20 世紀(jì) 50 年代中期開始進(jìn)行技術(shù)革新，首先 在糖化劑方商采用微生物糖化劑代替麥芽， 1964年推行機(jī)械通風(fēng)制曲，隨后普遍應(yīng)用液體曲， 1978 年開發(fā)出高活力糖化酶新菌種（ UV11）進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代后逐步使用具有國(guó)際水平的耐高溫 X淀粉酶和高轉(zhuǎn)化率糖化酶。1956 年，原食品工業(yè)部參照原蘇聯(lián) 乙醇 標(biāo)準(zhǔn)及中華藥典制訂了 精餾酒精 （食酒 030156）和 醫(yī)藥酒精 （食酒 030256）的部頒標(biāo)準(zhǔn)。 乙醇的應(yīng)用領(lǐng)域 乙醇 的用途很廣，主要有： 1）消毒劑： 醫(yī)院用的一般用濃度為 70%～ 75%的乙醇溶液，因?yàn)檫@種濃度的乙醇溶液殺菌能力最強(qiáng)；此外也是碘酒消毒劑的成分之一。所得稀乙醇溶液需經(jīng)過精餾提純以除去部分水和副產(chǎn)物。氧氣法是在 120～ 130℃， 300kPa左右的壓力下進(jìn)行反應(yīng)；空氣法是在 100～ 105℃，壓力 1～ 。淀粉質(zhì)在微生物作用下，水解為葡萄糖，再進(jìn)一步發(fā)酵生成乙醇。但存在初始酵母密度低，發(fā)酵除患期延長(zhǎng)，初始生長(zhǎng)和發(fā)酵速度低的缺點(diǎn)。即使酒母醪打入發(fā)酵罐中，同時(shí)連續(xù)添加糖化醪。它具有節(jié)省酵母用量，接種量大，發(fā)酵時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，但易染雜菌，一般不主張采用 [3]。滿罐后，通過溢流管流入第 2 只罐，當(dāng)充滿 1/3 體積時(shí)，糖化醪改為流加入第 2罐，當(dāng)?shù)?2罐加滿后，溢流入第 3 只罐，然后重復(fù)第 2只罐的操作，直至最后 1只罐滿罐。 階梯式連續(xù)發(fā)酵是乙醇發(fā)酵較常采用的發(fā)酵形式。發(fā)酵開始時(shí)，糖化醪和成熟酒母醪同時(shí)流入罐組的第 1 只罐，充滿后，發(fā)酵醪沿溢流管流入第 2 只罐，然后順次流入充滿至最后第 2只罐。但糖蜜乙醇發(fā)酵也有自己特有的特點(diǎn)。 分割式間歇發(fā)酵。當(dāng)糖度降到 %6%時(shí)，才開始添加基本稀糖液，最后一次糖液的添加應(yīng)保證成熟醪酒度 %9%。流加至滿罐后，任其發(fā)酵結(jié)束。 第 6 頁(yè) 共 50 頁(yè) 雙濃度雙流加連續(xù)發(fā)酵法。再次進(jìn)行固液分離。水解用酸從儲(chǔ)罐經(jīng)計(jì)算器用往復(fù)泵 送人水解器。水解液混合后，經(jīng)酸堿中和，可進(jìn)入發(fā)酵階段。該工藝可以解決葡萄糖的反饋抑制作用，如果選用適當(dāng)?shù)慕湍福w維二糖也能夠利用。木薯已被世界公認(rèn)具有很大發(fā)展?jié)摿?、很有前途的乙醇生產(chǎn)的可再生資源。 乙醇市場(chǎng)分析 乙醇 工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占重要的地位， 乙醇 廣泛應(yīng)用于釀酒行業(yè)、化工行業(yè)、橡膠工業(yè)、油漆涂料工業(yè)、電子工業(yè)、照相膠片及紙漿生產(chǎn)行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)、香料工業(yè) 、化妝品行業(yè)等。酒糟不僅含有酵母沒有利用完全的還原糖，而且含有不少糖化過程殘留的大量殘余總糖，甚至含有大量酵母生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。 第 10 頁(yè) 共 50 頁(yè) 3 乙醇發(fā) 酵工藝 本設(shè)計(jì)選用淀粉質(zhì)原料發(fā)酵乙醇。我國(guó)南方盛產(chǎn)木薯，不僅產(chǎn)量高，淀粉含量也很高，木薯的塊根淀粉含量達(dá) 2530％左右，木薯干淀粉含量達(dá) 70％左右，是被譽(yù)為“淀粉之王” [11]。篩選多選用振動(dòng)篩除去原料中的較大雜質(zhì)及泥沙。原料的粉碎按帶水與否可分為：干式粉碎和濕式粉碎，實(shí)際生產(chǎn)中多采用干式粉碎。 1）機(jī)械輸送 通常多用于固體物料的輸送。傳統(tǒng)的液化工藝采用高溫高壓蒸煮法。工業(yè)生產(chǎn)中一般根據(jù)使用 ? 淀粉酶的不同，液化的工藝條件會(huì)略有不同。淀粉在? 淀粉酶的水解作用和噴射發(fā)生地剪切作用下，能很快地將淀粉液化。糖化的溫度的高低對(duì)糖化也有一定的影響。此在，不同種類的微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)需求的不同，處理后原料所含成分的差異，以及發(fā)酵工藝的多樣性都決定了乙醇發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的過程。它主要有一下優(yōu)點(diǎn)：可節(jié)省酒母培養(yǎng)的投資，簡(jiǎn)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；活性干酵母質(zhì)量穩(wěn)定，活化操作簡(jiǎn)單，能保證發(fā)酵的穩(wěn)定性；活性干酵母種類多，具有較強(qiáng)的實(shí)用性；能有效提高發(fā)酵率，降低生產(chǎn)成本；干酵母含水分低，儲(chǔ)存方便，能隨時(shí)投入使用。常用的釀酒酵母第 13 頁(yè) 共 50 頁(yè) 一般缺乏水解淀粉的酶類，不能直接利用淀粉質(zhì)原料，如果能夠表達(dá)淀粉酶基因，則酵母就有可能直接利用淀粉質(zhì)原料進(jìn)行發(fā)酵。平均發(fā)酵時(shí)間縮短，發(fā)酵罐設(shè)備生產(chǎn)強(qiáng)度相應(yīng)提高； ③ 原料的前處理及酵母細(xì)胞的完全固定化，使進(jìn)入后續(xù)精餾系統(tǒng)的發(fā)酵液比較清潔，基本不含顆粒酵母，精餾過程生產(chǎn)的廢糟液 COD 降低，有利于實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。 1) 酵母 淀粉質(zhì)原料發(fā)酵最常用的菌種是酵母，酵母屬于真菌中的子囊菌綱、源自囊菌目、真酵母科、無絲酵母屬，是單細(xì)胞微生物。 糖化的方式可分為間歇糖化和連續(xù)糖化。糖化是一個(gè)復(fù)雜的生物化學(xué)變化過程，受糖化酶添加量、時(shí)間、溫度等多種因素的影響。 ? 淀粉酶的用量一般為每克淀粉使用 2～ 10U，含單寧多的原料用量可適當(dāng)增大。 ? 淀粉酶可將淀粉長(zhǎng)鏈從內(nèi)部分裂成若干短鏈的糊精，所以，也稱內(nèi)切淀粉酶。 本設(shè)計(jì)中 原料粉碎采用風(fēng)選風(fēng)送工藝，除掉了原料中的沙、石雜質(zhì)，提高了設(shè)備粉碎能力 。不受物料粘度、硬度、軟度等的限制。 磁選多選用磁力除鐵器除去原物料中的磁選雜質(zhì)，如鐵定和螺母等，常見設(shè)備為永久性磁力除鐵器和電磁除鐵器 [9]。 原料除雜 木薯在收獲和干燥過程中，經(jīng)常會(huì)摻夾進(jìn)泥土、沙石、粗纖維、金屬雜質(zhì)等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)如果沒有在正式投入生產(chǎn)之前清除，會(huì)嚴(yán)重影響后續(xù)生產(chǎn)的正常進(jìn)行。隨著陳化糧食逐步消耗殆盡和玉米價(jià)格節(jié)節(jié)攀升，考慮到玉米生物乙醇的發(fā)展可能威脅到國(guó)家的糧食安全，為此， 2020 年起國(guó)家停止新批玉米燃料乙醇企業(yè)，并大力鼓勵(lì)發(fā)展非糧食作物為原料開發(fā)燃料乙醇。 企業(yè)組織管理 擬建廠有廠部領(lǐng)導(dǎo)及其下屬的科 室和車間組成，技術(shù)人員主要從離校畢業(yè)生和相關(guān)企業(yè)的有工作經(jīng)驗(yàn)人員中招聘，勞動(dòng)工人從本地區(qū)招收。 總之，本設(shè)計(jì)無論從原材料、動(dòng) 力供應(yīng)，還是從交通運(yùn)輸?shù)确矫婵紤]，擬建廠址所在地都比較合適。在同樣土地資源條件下，種植木薯可比種植玉米多產(chǎn)近 2 倍 乙醇 。隨著能同時(shí)發(fā)酵葡萄糖和木糖的新型微生物的開發(fā)和應(yīng)用，又發(fā)展了同步水解發(fā)酵工藝（ Simultaneous saccharification and cofermentation,SSCF） 。本工藝特點(diǎn)是纖維素水解和水解液乙醇發(fā)酵是分別在不同容器內(nèi)單獨(dú)進(jìn)行的 [8]。該工藝流程中，纖維質(zhì)原料共進(jìn)行兩次水解。該流程用固體生物質(zhì)原料填充在反應(yīng)器中酸液連續(xù)通過的反應(yīng)工式。 3）纖維質(zhì)原料的發(fā)酵工藝 纖維質(zhì)原料的乙醇發(fā)酵工藝根據(jù)原料處理方法的不同可分為酸水解乙醇發(fā)酵工藝和酶水解發(fā)酵工藝。 ③ 連續(xù)發(fā)酵 糖蜜連續(xù)發(fā)酵乙醇的工藝已比較成 熟，也是目前最合理的發(fā)酵工藝，已報(bào)道的連續(xù)發(fā)酵工藝的方案很多，歸納起來有兩種基本流程，即：?jiǎn)螡舛攘骷舆B續(xù)發(fā)酵法和雙濃度流加連續(xù)發(fā)酵法。該 法先將發(fā)酵醪總量 20%30%的成熟酒母醪送入發(fā)酵罐。該法可省去大部分發(fā)酵制備時(shí)間，但容易染菌。 普通間歇發(fā)酵。該法發(fā)酵開始時(shí)，酒母醪和糖化醪一起流入第 1 只發(fā)酵罐中，充滿后，發(fā)酵醪沿溢流管依次流入第 第 直至充滿整個(gè)罐組。幾種常見具體工藝如下。另外，間歇發(fā)酵過程的輔助時(shí)間較長(zhǎng)，設(shè)備利用率也較低，且控制不