第2章 酒精生产原料及处理2.docx

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第2章酒精生产原料及处理2

南阳师范学院课时教学计划

章节

第2章

课题

酒精生产的原料及其处理

计划课时数

2

授课班级

教学目的

使学生掌握酒精生产原料种类，及原料预处理技术。

教学重点

酒精生产原料

淀粉质原料

原料的除杂

辅助原料

酒精生产用水

原料预处理

教学难点

淀粉质原料，原料的除杂

教学方法和手段

采用课堂理论讲授的教学模式，利用多媒体辅助教学方法，启发式教学。

备注

教学内容

备注

本章主要内容：

1　酒精生产原料

2淀粉质原料

3原料的除杂

4辅助原料

5酒精生产用水

6原料处理

第2章酒精生产的原料及其处理

第1部分酒精生产的原料

从生产工艺的角度来看，凡是含有可发酵性糖或可变为发酵性糖的物料，都可以作为酒精生产的原料。

一个物料要能成为酒精工业生产的原料，除了上述工艺上的要求之外，它还必需能满足从管理和经济角度提出的要求。

因此，一个工厂选择原料时，应考虑以下诸条件：

（1）原料资源要丰富，能保证酒精生产所需的大量原料，并有一定的库存。

（2）原料产地离工厂或水陆运输线要近，便于收集和运输。

（3）原料含可发酵性物质多，蛋白质适中，有害人民身体健康或影响发酵过程的杂质应不含或少含。

最好是干燥原料，便于贮藏。

（4）从产品的成本角度出发，综合考虑原料价格，加工过程的经常性消耗等因素，并尽可能采用非粮食原料。

1.1主要原料分类

1.1.1分类

常用的或具有潜在能力的原料有以下几大类：

第一大类为淀粉质原料（粮食原料），包括薯类原料（甘薯、木薯和马铃薯等）、谷物原料（玉米、小麦、高梁、大米等）、野生植物（橡子仁、葛根、土茯苓、蕨根、石蒜、金刚头、香符子等）以及农产品加工副产物（米糠、米糠饼、麸皮、高粱糠、淀粉渣等）；第二大类原料为糖质原料，这类原料中最常用的是废糖蜜，其次是东欧用甜菜、巴西用甘蔗，具有潜在发展前途的是起源于美国的甜高梁（桔杆中含糖，结的高梁米含淀粉）；第三大类为纤维质原料，目前用于酒精生产或研究的有农作物桔杆，森林工业下脚料，木材工业下脚料，城市废纤维垃圾，甘蔗渣、废甜菜丝等工业下脚料等；还有其他原料，主要是指亚硫酸纸浆废液，各种野生植物，乳清等。

野生植物虽然含有可发酵性物质，但从经济的角度来看．不具备真正成为酒精工业化生产原料的条件。

不在非常时期，不应用它作为原料。

乳清产量不大，短期内在我国不会成为重要的酒精生产原料。

在上述几类原料中，按目前生产水平，谷物原料中的玉米以其栽培面积大并逐年扩增，亩产（目前亩产500～600kg）不断提高而占据原料主导地位。

薯类原料由于收获期温度较高，鲜薯含水量高达75%以上，收获和收购破伤后非常容易感染杂菌而腐烂，给生产带来困难，与谷物原料相比使用薯类原料的酒精企业逐年减少。

糖质原料在巴西等具独特地利的国家有很大优势，甘蔗作为巴西酒精主导原料，成功地解决了绿色、可再生能源问题。

1.1.2成分分析

原料所含的化学成分，不仅关系着酒精生产率的高低，同时也影响酒精生产的工艺过程。

常用原料中主要的化学成分如下：

1.碳水化学物

原料中所含的淀粉，或与淀粉类似的菊糖、蔗糖、麦芽糖、果糖及葡萄糖等，这些物质都可以发酵生成酒精，同时也是霉菌和酵母的营养及能源，原料中含这些物质越多，生成酒精也就越多，所以它和产量有着密切的关系。

碳水化合物中的五碳糖多存在于原料的皮层，如麸皮、高粱糠，谷糠、花生壳等都含有很多，它不但影响淀粉含量，发酵中也易生成有害的糠醛。

纤维素虽属于碳水化合物，但一般不能像淀粉一样水解，只起填充作用，对于发酵没有什么直接影响。

2.蛋白质

原料含有的蛋白质，在酒精生产过成中，经曲霉菌的蛋白酶水解后，可为霉菌和酵母菌生长繁殖的重要营养成分，而微生物细胞中，30—50%（干重）是蛋白质。

一般的说，当培养基内氮的含量适当，则曲霉菌丝生长旺盛，酶的含量也较高。

有些原料所含蛋白质有时不能满足微生物生长和繁殖的要求，则应从外界加入氮源。

氮源一般包括有机蛋源和无机氮源两种，根据不同情况，添加不同种类的氮源。

3.脂肪

脂肪对发酵有影响，如高粱糠、米糠等含油脂多，则生酸较快，生酸幅度也较大，影响酒精质量。

一些酒精厂如采用玉米作为原料，总是把含油脂较高的玉米胚芽除去。

4.灰分

灰分中的磷、硫、镁、钾、钙等是构成菌体细胞的重要成分，还有调节渗透压的作用，是微生物生长不可缺少的。

不过，在一般原料中，灰分的含量已能满足需要。

5.果胶

块根或块茎作物的原料（如甘薯、马铃薯、木薯等），果胶质的含量比粮谷类多好几倍，它是生成对人体有害的甲醇的主要来源，并对醪液的粘度也有影响。

6.单宁

橡子、高粱等原料中，都含有大量的单宁。

单宁带有涩味，遇铁就成蓝黑色，能把蛋白质凝固。

而糖化酶和酵母细胞的主有成分是蛋白质，遇到单宁就凝固硬化，失去它应有的作用能力，不能进行正常的糖化发酵，所以，单宁的存在对酒精的生成是有害的。

在用含单宁的原料生产酒精时，一定有考虑采用含单宁的霉菌做糖化剂，以分解单宁。

部分原料中还含有一些有碍发酵作用的成分，如木薯中的氢氰酸，发芽马铃薯中的紫色龙葵素，野生植物中的各种生物碱等。

由于这些妨碍发酵物质的存在，会影响原料的出酒率，但是绝大多数的有害物质，经蒸煮和发酵作用，可被分解或破坏，也就失去了它的危害性。

1.2各种生产酒精原料的特点

1.2.1淀粉质原料

淀粉质原料主要包括谷物原料（玉米、小麦、高粱、水稻等）和薯类原料（甘薯、木薯、马铃薯等）。

1.玉米

在我国，发酵生产酒精的主要原料就是玉米。

由于玉米是主要的粮食作物之一，为了合理利用资源，在酒精工业生产上，要处理好生产酒精与节约用粮的关系。

玉米（ZeamaysL.）又名玉蜀黍、苞米、珍珠米、包谷等。

玉米的化学组成见表1-1。

表1-1玉米的化学组成（%）

水分

蛋白质

脂肪

淀粉

粗纤维

灰分

7~23

8~10

3.1~7

65~73

1.3

1.7

表1–2玉米各部分组成比例（%，干基）

玉米全粒

胚乳

胚芽

皮及尖冠

100

79～85

8～14

5～6

玉米的子粒组织情况，依品种不同而有差异，就同一品种而言，每粒玉米可包括果皮、种皮、糊胶粒层、内胚乳、胚体或胚芽，实尖等六个基本部分。

各部分的组成比例及各部分的主要化学组成分别见表1–2和表1–3。

表1–3玉米籽粒各部分的主要化学组成（干基）

籽粒部位

占全粒量%

化学组成%

淀粉

糖类

蛋白质

油脂

灰分

胚乳

81.9

86.4

0.64

9.4

0.8

0.31

胚芽

11.9

8.2

10.8

18.8

34.5

10.1

种皮

6.2

7.3

0.34

3.7

10.0

0.84

玉米是粮食作物中用途最广、开发产品最多、用量最大的酒精工业原料。

原因是玉米种植范围广、产量高、籽粒结构特殊。

玉米胚主要由脂肪和蛋白质组成，利于酒精发酵的原料处理（淀粉与脂肪、蛋白质的分离）。

玉米的特点是含有丰富的脂肪。

脂肪主要集中在胚芽中，胚芽的干物质中含脂肪30～40%，它属于半干性植物油，大约有72%的液态脂肪酸和28%的固态脂肪酸组成。

所以从玉米胚芽中榨取玉米油，已引起各酒精厂的重视。

一般黄色玉米的淀粉含量较白色玉米为高，作为生产酒精的原料是含淀粉越多越好。

玉米淀粉主要集中在胚乳，呈玻璃质状态。

玉米淀粉颗粒呈不规则形状，堆积非常紧密，因而玉米原料液化、糖化有困难。

淀粉颗粒的直径约为20µm。

淀粉中约10%～15%是直链淀粉，85%～90%是支链淀粉。

而蜡质玉米的淀粉全部是支链淀粉，遇碘呈红棕色。

玉米还含有1%～6%的糊精。

玉米的含氮物质几乎全是真蛋白质，而且是以玉米醇溶蛋白为主。

玉米中没有水溶性蛋白，而球蛋白占玉米重量的0.4%。

醇溶蛋白不含色氨酸和赖氨酸，是不完全蛋白质。

玉米含有3%～7%的脂肪，主要集中在胚芽中。

胚芽干物质中30%～40%是脂肪，它属于半干性植物油，大约由72%的不饱和脂肪酸和28%的饱和脂肪酸组成。

在酒精生产时，应事先将胚芽除去，既能进一步提取玉米油，又减少了酒精发酵过程中的无用功。

由于玉米原料整齐容易加工,也为生料发酵生产酒精提供了基础条件。

发展玉米酒精的合理性正被国内外相当多的业者所认识，我国发酵酒精的原料构成近年来也发生了明显的变化：

甘薯干酒精的比重逐年下降，玉米酒精呈不断增长的趋势，其原因主要有以下几点：

首先，随着玉米品种和栽培技术的进步，我国玉米栽培面积、亩产和总产量逐年增长，这对发展酒精产业是有利的条件。

据资料报导，1952年我国玉米总产1685万吨，1980年为6260万吨，1990年为9880万吨，1991年已接近1亿吨，到1999年总产达1.2亿吨，占据世界第二位。

特别是由于我国人民生活水平的提高，玉米的食用量逐年减少，饲料用量和酒精生产用量逐年上升；另据资料，凡是可种植甘薯、马铃薯、甜菜的土地改种玉米后产量和经济效益均明显高于原种植作物，这是玉米发酵酒精不断发展的物质基础。

其次，玉米酒精是“地下长出的绿色清洁能源”。

从生态的角度来看，以乙醇的生产和开发为核心的产业集群不仅带来了多方面的社会效益，更带来了巨大的生态效益，因此，玉米酒精被称为是一种“地下长出来的绿色清洁能源”。

以能源消耗大户汽车行业为例，目前我国汽车保有量达到1500万辆以上，并以每年15%至20%的速度增长，汽车污染物的排放，给城市大气环境和人体健康带来很大危害。

试验表明，使用10%酒精汽油，可使汽车尾气中一氧化碳、碳氢化合物排放量分别下降30.8%和13.4%，二氧化碳的排放量减少3.9%。

作为增氧剂，玉米酒精还可替代甲基叔丁基醚、乙基叔丁基醚，避免对地下水的污染。

最后，玉米酒精产业化有利于可持续发展。

从产业的角度分析，玉米通过乙醇这条工艺路线，可以生产乙烯等一系列化工产品，不仅可以使使用石油的时代得以延长，更为我们发展绿色产业和循环经济展现出一条现实通道。

专家介绍，玉米中可转化成乙醇的淀粉和纤维含量为60%左右，其余为蛋白质和脂肪，每2.5t玉米市场售价不到3000元人民币，就可以生产1t乙醇，还可以提炼大量的食用油和蛋白质。

玉米酒精糟液经脱水后，加工成DDGS（DistillersDriedGrainsWithSolubles，全干燥酒精糟），有较高经济效益。

北京、宿县、吉林、哈尔滨、天津、山东、上海等大型酒精企业近年引进的酒精设备、技术在酒精生产中附加联产DDG或DDGS，充分证实了其综合经济效益。

当然，玉米酒精工业发展前景固然一片光明，但仍存在一定隐患。

知情人士分析，首先是我国拥有13多亿人口、8亿多农民，我国国情决定了“粮食安全”应放在很重要的地位。

但一旦大量采用玉米为原料生产酒精，就会造成玉米用量以及价格上涨，这自然就会触及最敏感的粮食安全问题。

另外，农产品很容易受到天气或收成等因素的影响，这些因素常常会导致玉米价格的变动。

变动的价格对玉米的稳定供应不利，而玉米供应是影响燃料乙醇发展的一大关键因素，从而也会影响乙醇企业的发展。

再者，很多企业看到新能源热就盲目跟从，缺乏理性。

企业一定要按国家提出的“因地制宜、非粮为主”等原则发展生物乙醇燃料，不能以牺牲粮食安全为代价。

据了解，除了用玉米提炼乙醇外，现在已经出现了更新的技术，即以纤维原料加工提炼乙醇。

这种技术仍处于实验室研发阶段，但一旦投入生产，这种以纤维原料提炼的燃料乙醇的能效率将是现有玉米乙醇的6倍。

而它所使用的纤维物质是包括草、秸秆等极易获取的原料，比起玉米更物美价廉。

最重要的一点是，这种纤维乙醇将比