六、糖化设备结构的特点

糖化设备具有搅拌器和冷却器，底呈弧形，是一个矮而肥的圆柱形。上面有轻便的盖子，其容积是根据l立方米的糖化醪，需要1.3立方米容积来计算，一般糖化锅的容积有9、12和19立方米的，但是要根据工厂的生产规模来决定，一般以不小于3立方米为宜，因为容积太小，不易保持糖化的温度，太大则后冷却较慢，容易引起杂菌污染。我国各酒精厂一般采用的是10一12立方米左右。

糖化锅的数目，在间歇糖化法中，相当于所装设蒸煮锅的组数，所谓蒸煮锅组即是将糊化醪吹入同一糖化锅的数个蒸煮锅。在连续糖化法中，糖化锅有两个轮流使用与杀菌清洗就行。


糖化锅中，装有涡轮式、旋桨式或平桨式搅拌器。由轴中心至搅拌器边缘的长度应为糖化锅直径的15-18％，其旋转方向与冷却水在蛇管中水流的方向相反。为了能使蒸煮醪与糖化剂混和

均匀，以及糖化醪能迅速冷却起见，搅拌器的转速，一般要求每分钟旋转80一100次左右，也有的要慢些，约每分钟50转。

在糖化锅内沿周壁边装有几排用铜管或钢管制成的蛇管式冷却器，为了不使冷却器妨碍醪液的流动，上下相邻的两圈蛇管间的距离应不小于60毫米，相邻两排蛇管间的距离不应小于30厘米，水由下方引入上方排出，冷却面积是根据1立方米糖化锅的有效容积需3立方米来计算。在连续糖化时，冷却面积可大大小于此数，当夏季水温高时，可增用补充冷却器，冷却糖化醪的水耗量，约为1立方米糖化醪需4立方米水。

为了排除吹醪时所放出的蒸汽，在糖化锅的盖子上安装有直径为0.5-0.7米的排汽筒，利用自然引力，将蒸汽排入空气中，一般排汽筒都伸出糖化车间的房顶外，为了使吹到糖化锅中的醪液易于分散，一般在盖子的下面，装有吹醪罩，吹醪管即引到它的下面，使蒸煮醪碰到吹醪罩的壁上后，既能分散开来，这样有利于醪液的迅速冷却。


--------------------------------------------------------------------------------


--------------------------------------------------------------------------------

七、影响糖化率主要因素的讨论

1．糖化剂的选择与用量 淀粉质原科生产酒精，对糖化剂的要求是：

(1)淀粉酶的酶系较多，可以共同作用相辅进行，能使淀粉进行彻底的水解，尤其是对淀粉糖化起主要作用的糖化酶要含量丰富。

(2)所含的酶具有较高的耐热性与耐酸性。在工厂里为了防止杂菌感染和繁殖，糖化过程中，宜控制在略高的温度和略高的酸度，在这些条件下，应尽可能少的使酶破坏，并能起良好的作用。

(3)生产简便，价格相宜。尽量采用先进的技术进行生产，并应注意降低劳动强度，降低生产成本。我国酒精使用的糖化剂，在解放初期，大多采用黄曲作糖化剂，1955年以后，则多改用黑曲作为糖化剂。现把黄曲，黑曲的酶系，以及它们对外界因素的抵抗力，作一简单的分析，列表如下。


说明：

(1)测定糖化率时，黄曲应受液化力的影响，表面上糖化率较高，而实际酒精产量较低，相反，黑曲在糖化完毕后，虽然糖化率较低，但后糖化力强，可在发酵过程中继续糖化，淀粉能充分利用，故出酒率反而高。

(2)糖化率(％)＝还原糖×100％/总糖

（3)表中符号：+++表示含量丰富

                        ++表示含量一殷

                         +表示含量较少

糖化剂的用量随曲的质量而不同，一般固体曲用量为原料的5-7％，液体曲用量则为糖化醪量的15-20％。

2．糖化温度 淀粉酶对淀粉的糖化作用，随着温度的升高，反应速度就加快。一般来说，黑曲的糖化温度应采用60—62℃，温度过高会破坏酶的活力，温度过低，易感染杂菌。淀粉酶最适的糖化温度是56—58℃，在某一温度下进行酶促反应速度较快，此温度便称为最适温度，如果酶在最适温度时作用，则能获得最佳效果，偏低偏高都是不利的。

3．糖化pH值 淀粉酶在糖化作用时，要求糖化醪的pH值适中，否则会使酶失去活性，而丧失活力，影响淀粉的糖化，降低出酒率。

黄曲糖化型淀粉酶最适pH值为4—5，而液化型最适pH馆5—6，黑曲糖化型淀粉酶最适pH值为3—5，酵母中麦芽糖酶最适pH值为6.6。

各种霉菌对淀粉糖化的最适pH值，由许多研究证实：黄曲霉最适pH值为5.0—5.8，黑曲霉最适pH值为4.0—4.6，可见黄曲霉的耐酸性较差，而黑曲霉耐酸性强。

4．糖化时间 在20—30分钟时糖化率约为47—56％，糖化时间不宜过长，如果过长，不但所增加的糖量有限，而且会影响后糖化力，这对淀粉利用率的提高不利，其次又降低了糖化设备的利用率，因此一般宜用20—30分钟糖化时间，有些工厂在夏季的糖化时间还要短些，但出酒精情况都差不多，这说明糖化时间短些更能保持淀粉酶的活力，在发酵期间更好地起后糖化作用，使淀粉能更充分的利用。

八、糖化工艺的发展趋向

目前各酒精厂的糖化工艺，一般都是在60一62℃温度下糖化30分钟左右。间歇糖化及连续糖化两种工艺条件几乎大同小异，但糖化温度都是60一62℃，糖化时间是30分钟。对糖化工艺今后发展趋向提出如下几点看法：

1、应用液体曲洒母 把预先培养好的酵母接到将要成熟的液体曲中，在液体曲培养的同时增殖酵母菌做成液体曲酵母，使培养液既成为淀粉的糖化剂又兼作酒精发酵的酒母。

2、糖化剂的改进 在糖化剂方面，近几年来的研究改进已经取得不少成效，但还有许多工作尚待研究试验。例如，减少用曲量，目前生产中不论是固体曲还是液体曲，用量都较大，要减少用曲量，应重视下面一些研究趋向：

(1)选育强有力的糖化菌。

(2)改变培养条件来提高液体曲的糖化力。

(3)改变细胞膜的渗析性。如添加表面活性剂以提高糖化力，添加脂肪酸以改变细胞膜的磷脂组成。

(4)添加一些物质，如蒟蒻（Ju.Ruo）粉等，以提高糖化酶的生成量。

(5)改善培养基的组成，这对糖化力有很大的影响，例如，玉米浆、抗菌素、废菌丝等，都是提高糖化酶活力的适用物料。



第六节酒母的制备

酵母，原意为“发酵之母”。就是说，酒精发酵主要是由酵母菌起作用。

在酒精发酵过程中，发酵醪中酵母细胞数最高可达1一1.5亿／毫升，可见一个大的发酵罐中是有大量的酵母细胞参与了酒精发酵活动。但是酒精生产的开始，往往只有一只小试管的酵母菌种。利用什么方法把这一只小小试管菌种培养成发酵时需要的大量酵母细胞呢？这就要求我们利用酵母菌的生理特性，供给一定的营养物质，创造一定的环境条件，经过逐步扩大培养来完成这一任务。这种酵母菌的扩大培养过程，生产上称之为酒母的制备。


--------------------------------------------------------------------------------

一、酒精生产对酵母菌的要求

自然界中，酵母菌的种类很多。有些酵母能把糖分发酵生成酒精，有些则不能；有的酵母菌生成酒精的能力很强，有的则弱；有的酵母菌在不良环境中仍能旺盛发酵，有的则差。因此酒精生产中选择具有优良性能的酵母，是一项十分重要的问题。

酒精生产中要求酵母菌具有下述性能：

(1)含有较强的酒化酶，发酵能力强，而且迅速；

(2)繁殖速度快，具有很强的增殖能力；

(3)耐酒精能力强，能在较高浓度的酒精发酵醪中进行发酵；

(4)耐温性能好，能在较高温度下进行繁殖和发酵；

(5)抵抗杂菌能力强；

(6)耐酸能力强；

(7)生产性能稳定，变异性小；

(8)发酵时产生泡沫少。


--------------------------------------------------------------------------------


--------------------------------------------------------------------------------

二、酒精生产中常用酵母菌及其特性

酵母菌是一类单细胞微生物，繁殖方式以出芽繁殖为主。细胞形态以圆形、卵圆形或椭圆形较多。

在长期的生产实践过程中，人们对很多酵母菌的性能进行了测定，筛选了一些优良的酵母菌株用于酒精生产。从分类系统来讲，淀粉质原料酒精发酵常用的菌种为真酵母属中的啤酒酵母(SdccHcromyceSCereuisiae)及其变种，如拉斯2号 (Rasse Ⅱ)、拉斯12号(Rasse Ⅻ)、K字、以及从我国酒精生产实践中筛选的南阳五号(1300)、南阳混合(1308)等酵母菌株。

(一)酒精生产中常用的酵母菌株

1．拉斯2号(Rasse Ⅱ)酵母 又名德国二号酵母，为林特奈(Lindner)于1889年从发酵醪中分离出来的一株酵母菌。细胞呈长卵形，麦汁培养5.6×5.6—7微米，很少有5.6×8微米，子囊孢子2.9微米，但较难形成，能发酵葡萄糖、蔗糖、麦芽糖，不发酵乳糖。营养丰富时，细胞贮藏有较多的肝糖，营养缺乏时，则有明显的空胞存在。该菌在玉米醪中发酵特别旺盛，适用于淀粉质原料发酵生产酒精。该菌的缺点是发酵中易产生泡沫。

2．拉斯12号(Rasse Ⅻ)酵母 又名德国12号酵母，由马旦士(Matthes)于1902年从德国压榨酵母中分离出来。细胞圆形，近卵圆形。细胞大小普通为7×6.8微米，细胞间连接较多，中央部的数个至l0数个细胞常较顶端的细胞为大。富含肝糖，在培养条件良好时，多无明显的空泡。形成子囊孢子时，每个子囊有l一4个子囊孢子，且较2号酵母易于形成。于麦芽汁明胶上培养时，菌落呈灰白色，中心部凹，边缘呈锯齿状。液体培养时，皮膜形成较速，28℃培养6天，生成有光泽的白色湿润皮膜，发酵液易变混浊。能发酵葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、半乳糖和1／3棉子糖，不发酵乳搪。常用于酒精、白酒生产。

3．K字酵母 是从日本引进来的菌种，细胞卵圆形，细胞较小，生长迅速，适用于高梁、大米、薯干原料生产酒精。

4．南阳五号酵母(1300) 固体培养时，菌落白色，表面光滑，质地湿润，边缘整齐；培养一周，色稍暗。细胞形态虽椭圆形，少数腊肠形(4.95×7.26—3.3×5.94微米)。25—27℃液体培养三天，液清、无环、有醭，沿管壁附有沉淀，细胞多呈卵圆形，少数圆形(6.6×8.91微米)。培养三周后形成环，大多数膜沉淀，且呈块状析出，液体清；细胞形态多数卵圆形或腊肠形(5.94×5.94-7.26×7.26微米)。能发酵麦芽搪、葡萄糖、蔗糖、1/3棉子糖，不发酵乳糖、菊糖、蜜二糖。耐酒精分13％以下。

5．南阳混合酵母(1308) 固体培养时，菌落白色，表面光滑、质地湿润、边缘整齐；培养一周后，色稍暗；细胞呈圆形(6.6×6.6微米)，少数卵圆形；液体中25—27℃培养三天，稍混，有白色沉淀，细胞多数圆形，少数卵圆形(6.6×7.59—4.29×6.6微米)。能发酵葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、1/3棉子糖，不发酵乳搪、菊糖、蜜二糖。

根据实践，该菌在含单宁原料中酒精发酵能力比拉斯12号速度快、变形少，产酒精能力也强。

(二)酒精酵母的特性

在利用淀粉质原料生产酒精中，所使用的酵母具有下述特性：

1．繁殖速度快 如在麦汁小滴培养24小时，一个拉斯12号酵母细胞，可以产生55个子细胞，拉斯2号酵母可产生37个子细胞。此外，拉斯12号酵母还具有产生泡沫少，发酵平静，耐酒精能力强的优点，共耐酒精能力最高可达13％(容量)。适宜于淀粉质原料发酵生产酒精。

2．醪液浓度 一般酒精酵母在含5％(容量)的酒精发酵醪中，其发酵能力就减弱，当醪液中酒精浓度含量达到12％(容量)时，则停止发酵。所以生产中常将糖化醪浓度控制在15—18Bx之间，发酵成熟醪的酒精含量约为8—9％(容量)。由生产实践中选育出的1300、1308二株酵母菌，可用于浓醪发酵。据山东、南阳酒精厂的实践，该菌可在20Bx外观糖的醪中旺盛发酵，其酒精含量可达11％(容量)左右，具有较强的耐酒精能力。

3．培养温度 拉斯12号酵母繁殖适温为30—33℃，最低为5℃，最高为38℃。温度适宜，酵母繁殖速度加快。温度过高或过低，都影响酵母细胞的繁殖，甚至引起酵母的衰老或死亡。生产实践中，为了保证酵母菌顺利繁殖而不被细菌污染，酒母培养温度多控制在28—30℃。发酵温度则控制在30—33℃但由于我国南方气候较炎热，尤其是在夏季、发酵醪温度很难控制，往往可以达到38℃以上。目前，有很多洒精厂都在设法筛选适宜于高温发酵的酵母菌种来解决这个问题。

4．PH值 发酵醪的pH值与氧化还原电势有关系，而氧化还原电势又与酵母的呼吸有直接关系。酒精酵母可在pH4.0—6.0环境中进行繁殖，如果醪液的pH值低于3，则酵母的活力大减。正常的洒母糖化醪pH值为5.0—5.5左右，适宜于酵母菌的繁殖和发酵。但为了保证酵母菌繁殖，并能抑制杂菌生长，生产中常将酒母糖化醪的pH值控制在4.0—4.5。


--------------------------------------------------------------------------------


--------------------------------------------------------------------------------

三、酵母所需营养物质及其数量

酵母菌在生长繁殖过程中需要从外界吸收营养物质，通过一系列的生物化学变化，合成了菌 体细胞。酵母菌在生长繁殖过程中，需要吸收哪些物质才能合成菌体细胞呢?可以通过对酵母细胞的化学组成进行分析来了解它。

下表列出了酵母细胞的化学组成。


从上表可以看出，随着酵母种属的不同，其菌体干物质组成分比例也略有差异。

酵母菌的含氮物质，主要由清蛋白质态的蛋白质、核酸以及胺类所组成。平均含53％的碳、7.1％的氢、15.7％的氮、22.5%的氧和1.7％的硫所组成。酵母细胞的碳水化合物中有15—20％是酵母胶及其它多聚糖。酵母菌的无氮物质总量约为37％，其中32—33％是碳水化合物，其余4—5％是脂肪物质。

酵母的类脂物质是由中性脂肪、脂肪酸以及类酯等物质所组成。它们由碳、氢、氧组成。

酵母的灰分约占其干物质重量的6.5—12％。其中P205约占50％，K2O约30％，MgO约5％，其它元素如：钠、钙、铁等不超过1％。酵母细胞还含有丰富的维生素．

从上述对酵母细胞化学组成分析可以看出，如果要供给酵母繁殖所需的营养物质，必须有充分的含碳、氮的营养物质和一定量的磷、钾、钠、镁等营养物质。如果知道了酒母醪内单位体积中的酵母细胞含量，也就可以根据上面的分析计算出培养酒母所需的营养成分。例如，在l毫升成熟的酒母醪中含有1.2—1.5亿个酵母细胞，10亿个酵母细胞的重量约为70毫克，如1升中含有酵母1500亿，则其重量为10.5克，10升酒母醪则含有105克酵母细胞。压榨酵母中含氮量为2％，K2O为0.8％、P2O5为1.1％、MgO为0.1％，因此，在10升的酒母培养基中应加入N2克、k2O 0.8克、P2O51.1克、MgO 0.1克。

酵母菌在从外界环境中吸收营养物质时，是通过细胞膜来完成的，所以，只有能透过酵母细胞膜的营养物质才能被酵母菌同化，以合成酵母菌体。因此，为了获得大量健壮发酵力强的酵母细胞，供给酵母菌的营养物质必须是能够被酵母同化的物质。

在酒母培养过程中需要供给哪些营养物质，这些营养物质又在酵母菌体内构成了什么物质呢？

1．碳源 酵母菌在繁殖过程中需要供给含碳物质，以构成菌体材料和供给生命活动能量来源。

能被酵母菌利用的碳源主要为糖类。酒精生产使用的淀粉质原科，因为淀粉分子量太大，不能被酵母直接吸收，必须经过蒸煮、糖化，使淀粉转变成分子量较小的葡萄糖、麦芽糖之后，才能被酵母吸收利用。酵母菌在繁殖过程中，吸收的糖分，一方面用于合成菌体蛋白中的碳架，另一部分转变为酵母菌的贮藏物质，还释出一定能量，以供合成菌体物质时的能量消耗。

2．氮源 酵母菌在繁殖过程中还需要从外界环境吸收含氮物质，以合成菌体原生质和酶。酵母菌所需的含氮物质主要也是从淀粉质原料中获得。但原料中含氮物质往往是大分子的蛋白质，因此也必须经过蒸煮和曲霉菌中的蛋白酶水解，生成小分子量的蛋白胨、眎或氨基酸后才能被酵母所向化。

酵母菌在利用氨基酸时，氨基被利用，以合成菌体细胞中的蛋白质、酶等组成分，剩余产物可能转变为醇类。

如果原料中含氮量少时，也可补加无机氮，供给酵母生长。生产上多采用(NH4)2SO4为补充氮源。

硝酸盐因不易被酵母所利用，故不采用。当利用硝酸盐时，只有在N03-转化为-NH2后，方可被利用。

3．无机盐 磷是构成菌体中核酸的重要成分，也是辅酶的组成分，在能量转变中起着重要作用，对酵母菌的代谢活动十分重要。Mg++可以刺激酵母的活力，K+可以促进酵母细胞的增大，促进发酵。培养基中低浓度的无机盐可以促进酵母的生长，多了反而会阻碍酵母生长。酵母繁殖过程中需要的无机盐可从原料中获得，一般不需另加。

4．维生素 一克酵母干物质中含有维生素B1 120一200微克，维生素B2 20一30微克，维生素B5 280-500微克，维生素B6 50微克。

酵母菌不能将初级的化合物合成维生素，而在基质中已经含有现成的B族维生素，或者含有合成维生素的前体物质如：嘧啶及噻唑，或者只含有一种噻唑时，才能使维生素增加。此外，培养基中必须有β-氮酸时，才能在酵母的作用下合成泛酸。 当缺乏泛酸或β-丙氮酸时，酵母便不能繁殖。合成的维生素，将转变成酶的构成部分。

酵母在生长繁殖过程中所需的维生素主要由糖化醪中获得。维生素易被高温所破坏，因此，在制备酒母糖化醪时，不宜采用高温长时间的杀菌，以减少维生素的损失。


--------------------------------------------------------------------------------


--------------------------------------------------------------------------------

四、酒母培养与扩大培养工艺

酒母扩大培养的目的就是从少量酵母繁殖出大量酵母细胞，以供给发酵时所需的酵母种子。下面从二个方面来讨论；

(一)酒母培养基的制备

要想使少量的酵母菌繁殖成大量的酵母细胞，首先必须供给酵母菌大量的生长繁殖所需的营养物质。根据酵母菌培养过程的情况。生产上常将其营养物质的制做分为两个阶段来进行：

1．试验室阶段培养基的制备 酵母菌在试验室培养阶段一般多采用米曲汁或麦芽汁来做培养基。由于其中含有丰富的碳、氮及其它营养物质，很适宜于酵母菌开始繁殖时，在试管、三角瓶培养阶段的营养需要。

(1)米曲汁培养基的制备 取大米500克，淘洗干净后，浸泡一夜，倾去水后，用纱布将米粒表面水分沾干，再用纱布包好，常压蒸一小时，加人175毫升清水拌匀，再蒸30分钟。取出摊凉至36—38℃，接种一支黄曲霉(3800)斜面，将孢子拌匀后，特废斜面培养基弃去。大米放入洁净的曲盆中摊匀，置30℃温箱培养20小时，待米粒表面长出白色菌丝时，用玻璃棒将曲划碎，以利通气。待培养40小时左右，菌丝已长满米粒表面，此时酶已大量形成，培养既成熟。

如果立即要使用米曲汁，可将450克湿米曲加入68邱℃热水1000毫升，于55—60℃恒温糖化4—5小时，过滤后，即得米曲汁。然后调整浓度，分装试管或三角瓶即可备用。

如果暂时不用米曲汁，则可将米曲凉干，放阴凉处保存。用时，可按米曲：水＝1：4配好，置55一60℃恒温糖化3—4小时即可。因酵母宜在低渗溶液中繁殖，米曲汁浓度一般配成10—12Bx。

如果要制做固体培养基时，可加入2％的琼脂，溶化后分装试管，灭菌后，取出斜放，待冷凝后，于30℃培养两天，观察有无杂茵生长，如无，就可以做接种用。

(2)麦芽汁培养基的制备 将市售麦芽磨碎后，加水，于55—60℃糖化4小时，再过滤，将滤液浓度调整为10—12Bx。其它制做方法与米曲汁同。

米曲汁或麦芽汁的pH值一般可控制在4—4.5左右，如果太高，可用H2SO4或磷酸调整。

2．酒母糖化醪的制备 酒母扩大培养至卡氏罐和酒母罐后，由于需要用大量的培养基，这时如果再使用米曲汁或麦芽汁已是很不经济的了。因此，生产上这一阶段的酒母培养基是采用淀粉质原料来制做酒母糖化醪。由于酒母糖化醪主要用来繁殖酵母细胞，所以酒母醪中除含有一定量的糖分外，还要求含有一定量的氮和无机盐等其它营养物质，以供酵母菌合成菌体细胞的需要。此外，为了确保酵母菌能够顺利的繁殖，还要调节酒母糖化醪的pH值，以抑制杂菌生长。所以酒母糖化醪的制做方法与发酵用糖化醪的制做又有一定差别。

(1)酒母糖化醪原料的选择 制做酒母糖化醪的原料以玉米为最好，因为玉米中除含有大量淀粉外，还含有丰富的蛋白质等物质。这些物质被曲霉菌中所含的淀粉糖化酶、蛋白酶水解后，产生一定量的糖分和低分子蛋白是是四眎，动胨，肽，氨基酸等物质，能够满足酵母繁殖所需要的营养。另外，玉米中其它无机盐和维生素含量也很丰富，所以当用玉米为原料制做酒母培养基时不须补加其它营养物质，酵母就能旺盛生长繁殖。

甘薯原科也可以用来制做酒母糖化醪，但因甘薯中蛋白质含量较低，氮源不足，故常加入硫酸铵以补充氮源。

培养酒母所使用的原料，应当不含对酵母繁殖有害的物质。如果使用这类原料(如含单宁多的橡子等)，最好能和其它原料混合使用，以免影响酒母质量。

(2)酒母糖化醪的制做过程

①原料蒸煮 酒母醒醪的原料蒸煮与大生产中原料间歇蒸煮方法基本相同，只是因为酵母宜在低渗溶液中生长，所以加水量要大些。一般原料加水比为原料：水＝1：4-5。糖化后的醪液浓度在12--14Bx。

②酒母蒸煮醪的糖化 蒸煮醪打入糖化锅后，冷却到68℃左右，加入曲子进行糖化。为了使酒母糖化醪中含有丰富的可被酵母直接利用的糖分和低分子氮素化合物，其用曲量多高于大生产的加曲量。如果使用液体曲，一殷加曲量为300单位／克原料；如果使用固体曲，则加曲量为原料的10％左右。

目前各厂使用的曲种多为黑曲霉，该霉菌具有很强的糖化能力，但蛋白质分解能力不够理想。为了使酒母糖化醪中的蛋白质很好水解，糖化时，除加入部分黑曲进行糖化外，还可同时加入部分蛋白质分解力很强的黄曲，以利于醪液中蛋白质水解成低分子蛋白胨、氨基酸类物质，以促进酵母大量繁殖。

酒母蒸煮醪的糖化时间一般控制在3—4小时，目的是为了使糖化醪中有足够的可被酵母利用的糖分和低分子氮素化合物的生成。当醪液经3-4小时糖化后，其糖化率可达50％以上。为使糖化均匀，在糖化开始加曲时、可加强搅拌，后期则可静置糖化。

糖化温度可根据曲霉菌的特性来决定，在使用黄曲时，糖化温度可控制在55—60℃，而黑曲则可控制在60—65℃。

③酒母糖化醪营养盐的添加 甘薯原料中因含氮量不足，所以在使用甘薯原料制做酒母糖化醪时，常加入硫酸铵以补充氮源其量为原科的0.05—0.1％。玉米中因各种营养物质含量丰富，故使用玉米做酒母糖化醪时，就不需另外补加营养盐了。

④酒母糖化醪的酸化 在酒母制备过程中，防止产酸细菌的污染是生产工作中重要一环。为了防患于未然，创造一个自然纯粹培养条件，使之只适宜于酵母菌的生长繁殖，并能抑制产酸细菌的生长，是十分有意义的。


有人经过试验，得知pH对拉斯12号酵母与异型乳酸发酵的乳酸细菌繁殖的影响，如下图曲线所示。当pH值为4.2或更低时，只有酵母菌可以发育，细菌在此pH值范围不能繁殖。酵母菌繁殖最适宜的PH值是4.5-5.0。生产中常将酒母糖化醪pH值调到4.0一4.5，以抑制产酸细菌对酵母的污染。洒母糖化醪的PH值也不能调得太低，否则将会抑制酵母的活性。

酒精生产中常用H2SO4来调节醪液酸度，酒母醪的酸度常控制在5—6度(相当于pH4.0—4．5)。根据经验，每升醪液加入浓硫酸(浓度为98%，比重1.84)0.49克(或0.49/0.98×1.84＝0.272毫升)可使醪液酸度提高l度。若用乳酸，则每升醪液加1毫升乳酸可使醪液酸度提高1度。

生产中，应根据实际情况采取不同的加酸量。一般加酸量为0.05-0.1%。如果生产中卫生管理较严，无菌条件较好，可适当少加酸，因为酸度太大，不但对细菌繁殖不利，同时对酵母繁殖也会产生不良影响。卫生管理好的工厂也可以不加酸。

⑤酒母糖化醪的杀菌 酒母糖化醪的糖化温度一般在60—65℃，由于醪液中含有糖类等物质，这个温度不能把醪液中的产酸细菌完全杀死。为了确保酒母在培养过程中不被杂菌污染，在酒母醪糖化完毕后，还要加温至85—90℃杀菌15-30分钟。这个杀菌温度也只能杀死细菌的营养体，而不能杀死细菌的芽孢，因为细菌的芽孢须要在100℃以上才能被杀死。杀菌温度的高低，需视设备的结构而定，如果设备死角多，可适当提高杀菌温度。酒母糖化醪的杀菌温度应尽量降低，因低温不易破坏醪液中的维生素等营养物质，这对酵母繁殖是有利的，所以有的厂采用75℃杀菌。因为酒母糖化醪杀菌后，醪液中的各种糖化酶亦会被破坏，从而会使用曲量增加。所以有的厂对半连续培养小洒母用糖化醪是经过杀菌的，而大酒母糖化醪主要控制pH值， 以抑制杂菌生长，而不再杀菌。

酒母糖化醪经杀菌加酸后，冷却到27℃，就可供培养酒母使用了。

(二)酒母的扩大培养

1．试验室阶段的酒母扩大培养 其流程为：

原菌→斜面试管→液体试管→三角瓶培养→卡氏罐

这一阶段的培养，是扩大酒母种子的开始。生产上希望在这一阶段培养得到细胞健壮，没有杂菌的种子酵母。因此，无菌条件要求较严，酵母培养基的营养成分要求也高。

(1)原菌 生产中使用的原始菌种应当是经过纯种分离的优良菌种。保藏时间较长的原菌，在投产前，应接入新鲜斜面试管进行活化，以便使酵母菌处于旺盛的生活状态。

(2)斜面试管培养 将活化后的酵母菌在无菌条件下接入新鲜斜面试管，于28-30℃保温培养3—4天，待斜面上长出白色菌苔，即培养成熟。

(3)液体试管培养在无菌条件下，用接种针自斜面试管挑取一环酵母菌体，接入装有10毫升米曲汁的液体试管，摇匀后，置28—30℃保温培养24小时左右，待液面冒出大量CO2，即培养成熟。

(4)三角瓶培养 三角瓶培养阶段，可视其容量选用不同的培养基。如用250毫升小三角瓶，可装入100毫升米曲汁，如3000毫升大三角瓶，则可装入米曲汁和经过过滤的酒母糖化醪各500毫升，经灭菌后备用。

接种时，应先用酒精消毒瓶口，在无菌条件下，将液体试管全部接入小三角瓶，28—30℃条件下保温培养15—20小时，待液面冒出大量CO2泡沫，即培养成熟。同法，再按上述操作将小三角瓶酒母全部接入大三角瓶，培养15—20小时，即可成熟。

如果扩大培养阶段只用大三角瓶，则需多接几只液体试管，以加大接种量。

（5）卡氏罐培养 卡氏罐培养基可使用酒母糖化醪，以使酵母逐渐适应大生产培养条件。卡氏罐用的糖化醪应单独杀菌后备用，如果工厂卫生管理条件较好，也可不杀菌。

卡氏罐培养的接种方法与三角瓶基本相同，只是接种时，可在较洁净的房屋中进行。接种后将卡氏罐放于酒母室中，温室培养，待液面冒出大量CO2泡沫，培养即成熟。

今将某酒精厂试验室阶段酒母扩大培养过程实例介绍如下：


2．酒母罐培养 从卡氏罐以后酒母扩大培养属于酒母车间进行培养，其流程为：

卡氏罐-→小酒母罐-→大酒母罐-→成熟酒母送发酵车间

酒母培养方法可分为间歇培养和半连续培养两种。

(1)间歇培养法 此法是分小酒母罐与大酒母罐两个阶段进行培养。

先将酒母罐洗刷干净，并对罐体、管道进行杀菌后，将酒母糖化醪打入小酒母罐中，并接入已培养成熟的卡氏罐酒母。通无菌空气或用机械搅拌，使酒母与醪液混合均匀，并能溶解部分氧气，供酵母繁殖的需要。然后控制醪温在28—30℃进行培养．待醪液糖分降低40—45%，其酒精分含量在3—4%(容量)左右，并且液面有大量CO2冒出，即培养成熟。将此培养成熟的小酒母再按入已装好糖化醪的大酒母罐中，同法于28—30℃继续培养，待大酒母罐中糖分消耗45—50%，液面冒出大量CO2时，培养即成熟，即可送往发酵车间，做发酵接种用。酒母打出后，洗刷罐体，并杀菌，备下-批酒母培养使用。间歇培养虽然有生产效率低的缺点，但是由于酵母质量易于控制，故仍被工厂采用。

(2)半连续培养法 半连续培养法也叫循环培养法。它是将卡氏罐酒母接入小酒母罐，培养成熟后，分割出三分之二接入大酒母罐进行培养，余下的三分之一再补加新鲜酒母糖化醪连续培养，培养成熟后再分割，如此反复以上操作。大酒母培养成熟则可全部送发酵车间做接种用。

目前多数酒精厂均采用半连续培养酒母的方法。利用这种方法培养酒母，可以7—10天换一次新种，如果工厂卫生管理条件较好，可以1—2个月换一次新种，这样不但省去了繁琐的试验室阶段培养，而且也使酵母在生产条件下进行了驯养，有利于酵母菌的繁殖和发酵。

如果大酒母罐容积较大，而小酒母罐容积又太小时，可以先将小酒母罐酒母接入大酒母罐中，再加入5—10倍的酒母糖化醪进行培养，待大酒母罐酵母处于生长旺盛期之后，再继续补加糖化醪培养，直至大酒母罐加满为止。这种培养方法适宜在大小酒母罐容积相差太大的工厂使用。

3．成熟酒母质量指标 酒母质量好坏，直接影响到酒精生产的成绩。只有在培养出优良健壮的酒母前提下，才有可能提高淀粉出酒率。在实际生产中，好的酒母除了要求其细胞形态整齐、健、壮．没有杂菌、芽孢多、降糖快外，还要通过下述指标来进行检查：

(1)酵母细胞数 酵母细胞数是观察酵母繁殖能力的一项指标，也是反映酵母培养成熟的指标。成熟的酒母醪其酵母细胞数一般为l亿／毫升左右。

(2)出芽率 酵母出芽率是衡量繁殖旺盛与否的一项指标。出芽率高，说明酵母处于旺盛的生长期。反之，则说明酵母衰老。成熟酒母出芽率要求在15—30%。如果出芽率低，说明培养过程存在问题，应根据具体情况及时采取措施进行挽救。

(3)酵母死亡率 用美蓝对酵母细胞进行染色，如果酵母细胞被染成蓝色，说明此细胞已死亡。正常培养的酒母不应有死亡现象，如果死亡率在1%以上，应及时查找原因采取措施进行挽救。

(4)耗糖率 酵母的耗糖率也是观察酒母成熟的指标之一。成熟的酒母，耗搪率-般要求控制在40一50％。耗糖率太高，说明酵母培养已经过“老”，反之则“嫩”。耗糖率的计算方法为：

耗糖率(％)＝（醪液原始糖度-酒母成熟时糖度）/醪液原始糖度×100％

(5)酒精分 成熟酒母醪中的酒精含量一方面反映酵母耗糖情况，也反映酵母成熟程度。如果酒母醪中酒精含量高，说明营养消耗大，酵母培养过于成熟。此时，应停止酒母培养，否则会因营养缺乏或酒精含量高抑制酵母生长，造成酵母衰老。成熟酒母醪中的酒精含量一股为3—4％(容量)。

(6)酸度 测定酒母醪中的酸度是观察酒母是否被细菌污染的一项指标。如果成熟酒母醪中酸度明显增高，说明酒母被产酸细菌所污染。酸度增高太多，镜检时又发现有很多杆状细菌，则不宜做种子用。

根据生产实践，可将上述指标归纳如表1-42。

五、酒母培养设备结构的特点

酒母培养罐为铁制圆桶，因其通风要求不高，所以罐体直径与高之比近1：1。底部呈碟形或锥形，项部多采用平盖，且可启动。有的封头采用碟形或锥形，罐体密闭。罐上部设搅拌器，转速为80—100转／分。内设加热与冷却蛇管，其冷却面积为醪液容积绝对值的二倍。有的罐底部设无菌空气吹管，效果也很好，不但省去了动力消耗，还减轻了车间噪音。罐的容量一般取小酒母罐为大酒母罐的1/10容积，另外，罐体底部还设有排醪，侧面还装有冷水与蒸汽进出口管。

酒母罐的数目，可根据发酵罐的数目、容积以及发酵周期来计算。



--------------------------------------------------------------------------------

六、影响酒母质量主要因素的讨论

酒母质量好坏，与酵母菌本身性能有关，也和培养基营养成分有关。此外，也还和酵母接种量、培养时间与培养方法等因素有关。

1.接种量与成熟酒母细胞数的关系 酵母接种量的大小与成熟酒母醪中新增殖酵母细胞数关系不大。对于某一营养组成的酒母糖化醪，当接种酵母后，因其营养成分含量有限，所以酵母菌繁殖到一定程度后，醪液中营养消耗贻尽，则很难再增殖。在正常情况下，糖化醪中营养成分含量高，则成熟酒母新增殖细胞多，反之则低。如果用玉米制做酒母糖化醪，其成熟酒母醪中酵母细胞数可达l亿／毫升以上。如用甘薯做酒母糖化醪，成熟酒母细胞数可达0．8亿／毫升以 上。

生产实践证明于2.5立方米酒母罐中只接入一只固体斜面试管酵母种子，然后密闭静止培养24—28小时，或微量通风(液面被无菌空气吹得微动)20—24小时，其酵母数也可达l亿／毫升左右。

2．接种量与培养时间的关系 酒母接种量与培养时间关系较大，一般讲，接种量大，则培养时间可以缩短，酒母成熟快；反之则培养时间较长。如果接种量太小，酒母繁殖慢，会延长培养时间，不利于设备周转。另外，开始接种时，由于醪液中酵母细胞少，不能造成酵母繁殖优势，易导致醪液被杂菌污染。但接种量太大，也会增加扩大培养次数，增加设备投资。同时，成熟醪中老细胞多不利于旺盛发酵。在酒母培养中，酒母接种量多控制在1：5—l0。接种后的醪液，酵母细胞数约为0.1—0.2亿／毫升左右，经过l0—12小时培养成熟的酒母醪细胞数可达0.8—1.2亿／毫升以上，此时就可将成熟的酒母接到下一工序的醪中。

3．接种时间的掌握 从酵母茵繁殖规律曲线可以知道，酵母菌在增殖过程中可分为适应期(也称迟缓期)、旺盛期、静止期和衰退期四个阶段。酵母在适应期阶段，繁殖能力还不强；当达到旺盛期时，酵母的增殖能力特别强，酵母生命活动处于旺盛阶段，醪液中酵母活细胞数也迅速达最高峰。酒精生产中的酒母扩大培养接种就是控制在这个时期。由于此时酵母生命活动处于活力最强的时期，加之醪液中酵母细胞数也多，因此可以造成酵母繁殖的优势，从而抑制了杂菌的生长。

酒母接种时间切忌放在酵母生长的静止期和衰退期，因此时培养基中营养已耗尽，酵母活力已减弱，其繁殖能力已不强。

4．酒母培养温度的控制 酵母菌在适宜生长温度范围内，高温比低温繁殖稍快。但高温培养酵母易于衰老。酒精生产中酒母培养温度为28—30℃。由于酵母菌在生长代谢过程中还要产生一定热量，故应注意加强冷却，以保证酵母菌健壮生长。

5．关于通风培养 酵母菌在生长繁殖过程中需要消耗大量能量，这种能量来源主要是靠葡萄糖的有氧分解来获得，其反应式为：

C6H12O6+6O2→6CO2十6H20十28805千焦耳

反应中放出的28805千焦耳能量中，有18296千焦耳能可贮存于ATP中，而ATP又是酵母生长繁殖所需的有效能量，所以，在有氧条件下培养酵母菌，利用能量高，糖分消耗少。

酵母菌在无氧条件下培养，主要进行发酵作用，可使糖分转变为酒精和CO2。酵母菌在有氧条件下进行酒精发酵时，由于进行了呼吸作用，酒精产量大大降低，糖的消耗速度在单位时间内也减慢。

当酒母糖化醪中含有充足的氧时，酵母菌在吸收营养后，由于其酒化酶受抑制，主要进行菌体细胞合成，繁殖酵母细胞。酒母培养的目的是要获得大量酵母细胞，所以在酒母培养过程中通入适量的无菌空气，对酵母繁殖是有利的。其通风量要求并不高，生产中，1立方米酒母醪，每小时通入2立方米无菌空气已可满足酵母繁殖时的氧气需要量了。有的酒精厂在制做酒母糖化醪时，在糖化结束后，通入无菌空气进行搅拌，冷却。当醪液温度降至27℃，进行接种培养。在培养过程中，再通风2—3次，每次1—2分钟风量以能吹动醪液翻动为度。

在酒母培养过程中，通入一定量无菌空气对减少糖耗也是有利的。根据亚辛斯基实验报告：通气培养时，生成每克干酵母，消耗糖分0.35—0.43克，而不通气时，则消耗糖分1.14克。

6.关于防止杂菌污染 确保酵母菌的纯种培养，加强防止杂菌的污染，是生产中提高酒母质量的重要一环。酒精生产除了对原始菌种进行定期分离纯化外，在培养过程中加强无菌管理操作也是十分重要的。因为目前多数酒精厂酒母培养仍在敞口酒母罐中进行，因此对车间环境卫生要十分注意。另外，在使用前，对罐体、管道的杀菌也十分重要，尤其应当注意对某些管道死角加强杀菌操作。


--------------------------------------------------------------------------------

六、影响酒母质量主要因素的讨论

酒母质量好坏，与酵母菌本身性能有关，也和培养基营养成分有关。此外，也还和酵母接种量、培养时间与培养方法等因素有关。

1.接种量与成熟酒母细胞数的关系 酵母接种量的大小与成熟酒母醪中新增殖酵母细胞数关系不大。对于某一营养组成的酒母糖化醪，当接种酵母后，因其营养成分含量有限，所以酵母菌繁殖到一定程度后，醪液中营养消耗贻尽，则很难再增殖。在正常情况下，糖化醪中营养成分含量高，则成熟酒母新增殖细胞多，反之则低。如果用玉米制做酒母糖化醪，其成熟酒母醪中酵母细胞数可达l亿／毫升以上。如用甘薯做酒母糖化醪，成熟酒母细胞数可达0．8亿／毫升以 上。

生产实践证明于2.5立方米酒母罐中只接入一只固体斜面试管酵母种子，然后密闭静止培养24—28小时，或微量通风(液面被无菌空气吹得微动)20—24小时，其酵母数也可达l亿／毫升左右。

2．接种量与培养时间的关系 酒母接种量与培养时间关系较大，一般讲，接种量大，则培养时间可以缩短，酒母成熟快；反之则培养时间较长。如果接种量太小，酒母繁殖慢，会延长培养时间，不利于设备周转。另外，开始接种时，由于醪液中酵母细胞少，不能造成酵母繁殖优势，易导致醪液被杂菌污染。但接种量太大，也会增加扩大培养次数，增加设备投资。同时，成熟醪中老细胞多不利于旺盛发酵。在酒母培养中，酒母接种量多控制在1：5—l0。接种后的醪液，酵母细胞数约为0.1—0.2亿／毫升左右，经过l0—12小时培养成熟的酒母醪细胞数可达0.8—1.2亿／毫升以上，此时就可将成熟的酒母接到下一工序的醪中。

3．接种时间的掌握 从酵母茵繁殖规律曲线可以知道，酵母菌在增殖过程中可分为适应期(也称迟缓期)、旺盛期、静止期和衰退期四个阶段。酵母在适应期阶段，繁殖能力还不强；当达到旺盛期时，酵母的增殖能力特别强，酵母生命活动处于旺盛阶段，醪液中酵母活细胞数也迅速达最高峰。酒精生产中的酒母扩大培养接种就是控制在这个时期。由于此时酵母生命活动处于活力最强的时期，加之醪液中酵母细胞数也多，因此可以造成酵母繁殖的优势，从而抑制了杂菌的生长。

酒母接种时间切忌放在酵母生长的静止期和衰退期，因此时培养基中营养已耗尽，酵母活力已减弱，其繁殖能力已不强。

4．酒母培养温度的控制 酵母菌在适宜生长温度范围内，高温比低温繁殖稍快。但高温培养酵母易于衰老。酒精生产中酒母培养温度为28—30℃。由于酵母菌在生长代谢过程中还要产生一定热量，故应注意加强冷却，以保证酵母菌健壮生长。

5．关于通风培养 酵母菌在生长繁殖过程中需要消耗大量能量，这种能量来源主要是靠葡萄糖的有氧分解来获得，其反应式为：

C6H12O6+6O2→6CO2十6H20十28805千焦耳

反应中放出的28805千焦耳能量中，有18296千焦耳能可贮存于ATP中，而ATP又是酵母生长繁殖所需的有效能量，所以，在有氧条件下培养酵母菌，利用能量高，糖分消耗少。

酵母菌在无氧条件下培养，主要进行发酵作用，可使糖分转变为酒精和CO2。酵母菌在有氧条件下进行酒精发酵时，由于进行了呼吸作用，酒精产量大大降低，糖的消耗速度在单位时间内也减慢。

当酒母糖化醪中含有充足的氧时，酵母菌在吸收营养后，由于其酒化酶受抑制，主要进行菌体细胞合成，繁殖酵母细胞。酒母培养的目的是要获得大量酵母细胞，所以在酒母培养过程中通入适量的无菌空气，对酵母繁殖是有利的。其通风量要求并不高，生产中，1立方米酒母醪，每小时通入2立方米无菌空气已可满足酵母繁殖时的氧气需要量了。有的酒精厂在制做酒母糖化醪时，在糖化结束后，通入无菌空气进行搅拌，冷却。当醪液温度降至27℃，进行接种培养。在培养过程中，再通风2—3次，每次1—2分钟风量以能吹动醪液翻动为度。

在酒母培养过程中，通入一定量无菌空气对减少糖耗也是有利的。根据亚辛斯基实验报告：通气培养时，生成每克干酵母，消耗糖分0.35—0.43克，而不通气时，则消耗糖分1.14克。

6.关于防止杂菌污染 确保酵母菌的纯种培养，加强防止杂菌的污染，是生产中提高酒母质量的重要一环。酒精生产除了对原始菌种进行定期分离纯化外，在培养过程中加强无菌管理操作也是十分重要的。因为目前多数酒精厂酒母培养仍在敞口酒母罐中进行，因此对车间环境卫生要十分注意。另外，在使用前，对罐体、管道的杀菌也十分重要，尤其应当注意对某些管道死角加强杀菌操作。


--------------------------------------------------------------------------------

八.酒母培养异常现象与防治措施

酒母培养异常现象的发生，应及时进行处理，以免影响酒精的生产成绩。为了避免异常现象的产生，主要应加强生产管理，健全管理制度。对于全部工作应采用防重于治的方针，才能使生产处于主动。表1-43为酒母培养异常现象与防治措施。




第七节酒精发酵工艺

一.糖化醪发酵的目的要求及设备结构特点

(一)发酵的目的要求

淀粉质原料经过蒸煮，使淀粉呈溶解状态，又经过曲霉糖化酶的作用，部分生成可发酵性 糖，这还不是酒精生产的终了，在．糖化醪中接入酵母菌；在酵母的作用下，将糖分转变为酒精和CO2，获得了酒精产品，这才是酒精发酵的目的。

从表面上去观察酒精发酵，其过程十分简单，它只是将糖化醪打入发酵罐后，接入酒母，就可以进行发酵了。但是，在酒精发酵过程中却发生着十分复杂的生物化学变化过程：在这里既有糖化醪中的淀粉和糊精继续被糖化酶水解，生成糖分的作用(即后糖化作用)，也还有蛋白质在曲霉蛋白酶进一步水解下生成低分子含氮化合物如是是眎、动胨、肽和氨基酸的作用。生成的这些物质，有的被酵母吸收利用，合成酵母菌体细胞，另一部分则被发酵，生成酒精和CO2及其它副产物。

酒精生产，要求用最少的原料来生产尽可能多的酒精产品，并应尽量减少发酵损失，为了达到这一目的，必须创造如下有利条件来实现这一目的要求：

(1)在发酵前期，要创造条件，让酵母菌继续繁殖到一定数量。

(2)使糖化醪中的淀粉和糊精继续被分解，生成可发酵的糖分。

(3)发酵过程的中期和后期，要创造厌气条件，使酵母在无氧条件下将糖分发酵生成酒精。

(4)发酵过程中产生的CO2应设法排除，并注意加强对随CO2逸出时被带走酒精的捕集回收。

(二)发酵设备

酒精发酵的工艺方式不同，发酵设备也赂有差异。从发酵形式来分，有开放式、半密闭式和密闭式三种。如果从材质上分，则可分为钢板和水泥制两种。

半密闭式发酵罐多采用钢板制成，罐顶设有顶盖，顶盖上设有能启闭的人孔。

密闭式发酵罐也用钢板制成，钢板厚度视发酵罐容积不同而异，一般采用4—8毫米厚钢板制成，罐身呈圆柱形，罐身直径与高之比为1：1.1；盖及底为圆锥形成碟形；罐内装冷却蛇管，蛇管数量一般取每立方米发酵醪用不少于0.25平方米的冷却面积。蛇管可分上下两组安装，并加以固定。也有采用在罐顶用淋水管或淋水围板使水沿罐壁流下，达到冷却发酵醪的目。对于容积较大的发酵罐，这两种冷却形式可同时采用。对地处南方的酒精厂，因气温较高，故应加强冷却措施。有的工厂在发酵罐底部设置吹泡器，以便进行搅拌醪液，使发酵均匀。罐顶设有CO2排出管和加热蒸汽管、醪液输入管。但管路设置应尽量简化，做到一管多用，这对减少管道死角，防止杂菌污染有重要作用。大的发酵罐的顶端及侧面还应设有人孔，以便于清洗。


水泥发酵罐系采用钢筋水泥制成，形状可分为圆形或方形两种。有的制成密封式，也可制成敞口式。因水泥发酵罐有易腐蚀、逃酒和灭菌不彻底等缺点，所以一般厂多不采用。


--------------------------------------------------------------------------------


--------------------------------------------------------------------------------

二、酒精发酵机理

(一)酒精发酵的基本理论

酒精发酵作用，是酵母菌把可发酵性的糖，经过细胞内酒化酶的作用，生成了酒精与CO2，然后通过细胞膜将这些产物排出体外．酵母菌就是通过这种形式进行酒精发酵作用。

一个酵母细胞大小其直径只有5-8微米，表面积为5x-万次平方毫米。正常发酵醪中酵母细胞数含量约为1400亿／升，它的细胞表面积约为7平方米，在发酵过程中有如此巨大的细胞表面积参与物质代谢，可见其发酵作用是十分强烈的。

在发酵过程中产生的酒精可以通过酵母细胞渗出到体外。因为酒精发酵是在水溶液中进行，酒精是可以任何比例与水混合的，所以由酵母体内排出的酒精便溶于周围的醪液中。发酵中产生的CO2，由于其溶解度较小，所以发酵醪很快就会被其饱和。当CO2饱和之后，便被吸附在酵母细胞表面，直至其超过细胞吸附能力，这时CO2变为气态，形成小的气泡上升。又由于CO2的气泡相互碰撞，形成较大气泡而逸出液面。CO2气泡的上升，也带动了醪液中的酵母细胞上下游动，从而使酵母细胞能更充分地与醪液中糖分接触，使得发酵作用更充分和彻底。通常，CO2易在罐壁或细胞表面逸出。随着CO2的上升，带动了发酵醪中的酵母细胞和物料上升，有时也能使底层的物料浮于醪液表面，这种类型的发酵称作被动式发酵。如果发酵醪液较粘稠，则气泡到达液面后并不破裂，且形成的泡沫持久不散，有时泡沫还可能由罐顶溢出，造成糖分损失，这种类型的发酵称做泡抹发酵。

从上述可知，发酵过程中产生的CO2，应及时予以排除，否则对发酵会产生不利影响。产生泡沫的原因有两种，一是由于酵母的性质或介质的性质引起的，如强有力的酵母(如拉斯2号酵母) 在营养条件好，介质中又饱和了氧时，会发生泡沫发酵现象。这主要是由于酵母过分强烈繁殖与过分强烈发酵所致。减少酒母用量，可以防止泡沫发酵。二是由于发酵醪用新鲜薯干做原料，或曲子质量不好所造成。发酵时，醪液粘稠，产生的气泡到达液面并不破裂，也会造成泡沫上溢，使发酵受损失。采用消泡剂，也可以防止此种现象。

（二）酒精发酵动态

酒精发酵过程从外观现象可以将其分为如下三个发酵不同阶段：

1.前发酵期在酒母与糖化醪加入发酵罐后，醪液中的酵母细胞数还不多，由于醪液中含有少量的溶解氧和充足的营养物质，所以酵母菌仍能迅速地进行繁殖，使发酵醪中酵母细胞繁殖到一定数量。在这一时期，醪液中的糊精继续被糖化酶作用，生成糖分，但由于温度较低，故糖化作用较为缓慢。

从外观看，由于醪液中酵母数不多，发酵作用不强，酒精分和CO2产生得很少，所以发酵醪的表面显得比较平静，糖分消耗也比较馒。

前发酵阶段时间的长短，与酵母的接种量有关。如果接种量大，则前发酵期短，反之则长。前发酵延续时间一般为l0小时左右。

由于前发酵期间酵母数量不多，发酵作用不强，所以醪液温度上升不快。醪液温度控制，在接种时为26—28℃，前发酵期温度一般不超过30℃。如果温度太高，会造成酵母早期衰老，如果温度过低，又会使酵母生长缓慢。

前发酵期间应十分注意防止杂菌污染，因为此时期酵母数量少，易被杂菌抑制，故应加强卫生管理。

2．主发酵期主发酵阶段，酵母细胞已大量形成，醪液中酵母细胞数可达1亿／毫升以上。 由于发酵醪中的氧气也已消耗完毕，酵母菌基本上停止繁殖而主要进行酒精发酵作用。

如果此时注意加强对发酵醪进行分折，可以发现，醪液中糖分迅速下降，酒精分逐渐增多。因为发酵作用的增强，醪液中产生了大量的CO2。随着CO2的逸出，可以产生很强的CO2泡沫响声。发酵醪的温度此时上升也很快。生产上应加强这一阶段的温度控制。根据酵母菌的性能，主发酵温度最好能控制在30—34℃，这是酒精酵母最适发酵温度。如果温度太高，很易使酵母早期衰老，减低酵母活力。另外，高温也易造成细菌污染，尤其发酵醪温度高于37℃时，更易造成染菌现象的发生。

根据工厂实践经验，如果生产中冷却水量不足时，应在主发酵前注意提前通冷水，否则，待发酵醪液温度上来之后，由于发酵旺盛，醪温很难下降，从而使生产受到影响。

主发酵时间长短，取决于醪液中营养状况，如果发酵醪中糖分含量高，主发酵时间长，反之则短。主发酵时间一能为12小时左右。

3．后发酵期后发酵阶段，醪液中的糖分大部分已被酵母菌消耗掉，醪液中尚残存部分糊精继续被曲中的淀粉-1，4 1，6-葡萄糖苷酶作用，生成葡萄糖。由于这一作用进行的极为缓馒，生成的糖分很少，所以发酵作用也十分缓慢。因此，这一阶段发酵醪中酒精和CO2产生得也少。

后发酵阶段，因为发酵作用减弱，所以产生的热量也减少，发酵醪的温度逐渐下降。此时醪液温度应控制在30—32℃左右。如果醪液温度太低，糖化酶的作用就会减弱，糖化缓慢，发酵时间就会延长，这样也会影响淀粉出酒率。

淀粉质原料生产酒精的后发酵阶段一般约需40小时左右才能完成。

上述三个阶段只是大体的划分，而不能将此三个阶段截然分开。整个发酵过程的时间长短，除受糖化剂的种类、酵母菌的性能、酵母接种量等因素的影响外，还与接种、发酵方式和发酵温度的控制有关。一般讲，接种和发酵温度高，则发酵时间短，反之则长。另外，由于连续发酵一开始即处于主发酵状态，发酵时省去了前发酵期，所以一般较间歇发酵时间为短。发酵总时间一般多控制在60—72小时左右。

(三)酒精发酵中酵母菌的酶

从酵母菌体中可以分离出二、三十种酶，但直接参与酒精发酵的只有十多种。酒精酵母不含α-淀粉酶及β-淀粉酶等淀粉酶，所以它不能直接利用淀粉进行酒精发酵。因此，在利用淀粉质原料生产酒精时，必须把淀粉转化成可发酵性糖，才能被酵母利用来进行酒精发酵。酒精酵母也不含乳糖酶，所以也不能利用乳糖进行发酵。

酵母菌体内含与酒精发酵关系密切的酶主要有两类，一类为水解酶，另一类为酒化酶。

1．水解酶类水解酶是一类可以将简单的碳水化合物、蛋白质等类物质加水分解，生成更简单的物质的酶。酒精酵毋主要含有如下几种水解菌：

(1)蔗糖酶能将蔗糖转化成一分子葡萄糖和一分子果糖。蔗糖酶能从酵母细胞中分泌出来，传入周围介质中，是一种胞外酶。

(2)麦芽糖酶可将麦芽糖水解为二分子葡萄糖。麦芽糖酶最适pH为6.75—7.25，最适温为40℃。该酶对温度较为敏感，55℃即被破坏。

(3)肝糖酶可将酵母体内贮存的肝糖(一种类似支链淀粉，但分子量较小的物质)分解为葡萄糖。肝糖酶是胞内酶，所以它不能分解细胞外面培养液中的淀粉。

2．酒化酶 酒化酶是指参与酒精发酵的各种酶及辅酶的总称。它主要包括己糖磷酸化酶、氧化还原酶、烯醇化酶、脱羧酶及磷酸酶等。在这些酶的作用下、把糖变成酒精。由于这一类酶只能存在于酵母细胞内，而不被酵母分泌到细胞外，故称胞内酶。因为酒化酶存在于酵母细胞内，所以酒精发酵要求有强壮的酵母活细胞参与活动。

(四)酒精发酵机制

酒精发酵是研究葡萄糖怎样在酵母菌的酒化酶作用下生成酒精的。

酒精发酵是不需要氧气的过程，所以要求发酵在密闭条件下进行。如果有空气存在，酵母就不完全进行酒精发酵，而部分进行呼吸作用，使酒精产量减少。

在酒精发酵过程中主要经过下述五个阶段，十二个已知步骤：

第一阶段：葡萄糖磷酸化，生成活泼的1，6-二磷酸果糖。

①葡萄糖的磷酸化；-6-磷酸葡萄糖的生成 葡萄糖在己糖激酶的催化下，由ATP供给磷酸基，转化成6-磷酸葡萄糖。反应需由Mg++激活。


②6-磷酸葡萄糖和6-磷酸果糖的互变 6-磷酸葡萄糖在磷酸己糖异构酶的催化下，转变为6-磷酸果糖。


③6-磷酸果糖生成1，6-二磷酸果糖 6-磷酸果糖在磷酸果糖激酶催化下，由ATP供给磷酸基及能量，进一步磷酸化，生成活泼的1，6-二磷酸果糖，反应需Mg++激活。


第二阶段：1，6-二磷酸果糖分裂为二分子磷酸丙糖。

④1，6-二磷酸果糖分解生成二分子三碳糖 一分子1，6-二磷酸果糖在醛缩酶的催化下，分裂为一分子磷酸二羟丙酮和一分子3-磷酸甘油醛。


⑤磷酸二羟丙酮与3-磷酸甘油醛互变 磷酸二羟丙酮与3-磷酸甘油醛是同分异构体，两者可在磷酸丙糖异构酶催化下互相转变：


反映平衡时，趋向生成磷酸二羟丙酮(占96%％)。

第三阶段：3-磷酸甘油醛经氧化(脱氢)，并磷酸化，生成1，3-二磷酸甘油酸，然后将高能磷酸键转移给ADP，以产生ATP，再经磷酸基变位，和分子内重排，又给出一个高能磷酸链，而后变成丙酮酸。

⑥3-磷酸甘油醛脱氢并磷酸化生成l，3-二磷酸甘油酸。


生物体通过这个反应可以获得能量。

⑦3-磷酸甘油酸的生成 1，3-二磷酸甘油酸在磷酸甘油酸激酶的催化下，将高能磷酸(脂)键转移给ADP，其本身变为3-磷酸甘油酸，反应需Mg++激活。


⑧3-磷酸甘油酸与2-磷酸甘油酸的互变 在磷酸甘油酸变位酶催化下，3-磷酸甘油酸与2，3-二磷酸甘油酸互换磷酸基，生成2-磷酸甘油酸。


⑨2-磷酸烯醇式丙酮酸的生成在烯醇化酶的催化下，2-磷酸甘油酸脱水，生成2-磷酸烯醇式丙酮酸，反应需Mg++激活。


⑩丙酮酸的生成在丙酮酸激酶催化下，2-磷酸烯醇丙酮酸失去高能磷酸键，生成烯醇式丙酮酸。烯醇式丙酮酸极不稳定，不需酶激化即可变为丙酮酸。


以上十步反应可总结为：


上述由葡萄糖生成丙酮酸的反应称作E-M途径在代谢过程中，具有重要作用。生成的丙酮酸还可以继续降解。当在无氧条件下，可生成不同的代谢产物，如：乙醇、乳酸等。有氧时，则被彻底氧化成H2O和CO2。

第四阶段：酒精的生成。

酵母菌在无氧条件下，将丙酮酸继续降解，产生乙醇。其反应过程如下：

⑾ 丙阔酸脱羧生成乙醛在脱羧酶催化下，丙酮酸脱羧，生成乙醛，反应需Mg++缴活。


⑿ 乙醛还原生成乙醇乙醛在乙醇脱氢酶及其辅酶（NADH2)的催化下，还原成乙醇。


上述反应可归纳如图1-30表示。

　

（五)酒精发酵中副产物的生成

在酒精发酵过程中，其主要产物是酒精和CO2，但同时也伴随着产生40多种发酵副产物。按其化学性质分，主要是醇、醛、酸、脂四大类化学物质。在这些物质中，有些副产物的生成是由糖分转化而来，有些则是其它物质转化而来。酒精发酵，希望将更多的糖分转变为酒精，而不希望将糖转变为其它产物，因此，必须了解由糖分转变为其它物质的机理，从而控制其产生。对于由别的物质产生的副产物，只要我们能够设法提纯就可以了。

1．甘油的生成酵母菌在一定条件下培养，可以利用糖分生成甘油。正常的酒精发酵过程，发酵醪中只有少量的甘油生成，其量约为发酵成熟醪的0.3-0.5%。

在酒精发酵过程中，如果向发酵醪中加入亚硫酸氢钠，则与乙醛起加成作用，生成难溶的结晶状的亚硫酸钠加成物：


这样就会迫使乙醛不能作为受氢体，而必须由磷酸二经丙酮代替它作为受氢体。


3-磷酸甘油在3-磷酸甘油酸脂酶催化下，生成甘油。


如果使酒精发酵保持碱性条件(pH7.6），则发酵产生的乙醛也不能作为正常的受氢体，而二分子乙醛起岐化反应，相互氧化还原，生成等量的乙醇和乙酸。


此时，由3-磷酸甘油醛生成的NADH2用来还原磷酸二羟丙酮，进而生成甘油。其反应式为：


由上述反应可知，酒精发酵宜在酸性条件下进行，如果使醪液呈碱性，则会使发酵向生成甘油的方向进行。

甘油主要在酒精发酵后期产生，当发酵醪中的氮超过某种限度或发酵温度高时，会使甘油产量增多。如向发酵醪中加入NaF，会降低甘油的生成量， 但NaF的加入，其酒糟做饲料时，对牲畜有害，故应控制使用。

2．杂醇油的生成杂醇油是一类高沸点的混合物，主要是醇类。颜色呈黄色或棕色，具有特殊气味。

在酒精发酵过程中，由于原料中蛋白质分解或酵母菌体蛋白质水解的结果生成了氨基酸，氨基酸进一步分解放出氨，脱羧基，生成醇。氨基被酵母菌利用合成菌体。此时生成的醇即杂醇油便存留在发酵醪中。其化学反应式如下：



在酒精发酵过程中，大部分高级醇类是当葡萄糖存在时，由氨基酸生成的。如由葡萄糖发酵生成的丙酮酸，可与胱氨酸作用生成丙氨酸和α-酮基异己酸，α-酮基异己酸再经脱羧，生成异戊醛，异戊醛经还原则可生成杂醇油的主要组成分异戊醇。另外，丙酮酸和乙酰CoA相结合，由于碳链的加长，当有蔗糖存在时，也可以促进高级醇生成。

在酒精发酵中，杂醇油的生成量和组成与所用原料有关，与酵母菌种及营养物质组成有关。发酵醪中如果有容易利用的氮源存在，则能阻止或延迟氨基酸的分解。杂醇油的产量一般为0.3一0.7％。其组成如表l-44。


3．琥珀酸的生成 琥珀酸的生成与发酵醪中谷氨酸的存在有关。如果向发酵醪中舔加谷氨酸，则可增加琥珀酸的产量。其生成机理是

在上述反应中，受氢体是磷酸甘油醛，所以反应产物除有琥珀酸外，还有甘油生成。反应中产生的氨被酵母菌利用构成菌体蛋白，而琥珀酸与甘油则积累于发酵醪中。

4．乳酸发酵某些乳酸细菌具有乳酸脱氢酶，能以丙酮酸作为受氢体而生成乳酸。


5．醋酸的生成如果发酵醪被醋酸菌污染，这时醪液中的酒精分会被醋酸菌氧化生成酸，其反应式为：


在酒精发酵过程中，如果发酵醪中的挥发酸明显增高，往往是由于污染了醋酸菌的缘故。发酵醪中醋酸的生成，直接造成了酒精损失，这是酒精生产不希望产生的。

6．丁酸的生成发酵中间产物--乙醛进一步合成，或由于细菌污染，都会引起丁酸的生成。


从上述可知，酒精发酵过程中副产物的生成，有些是由于酵母菌的生命活动引起的。如甘油、杂醇油、琥珀酸的生成。有些则是因为细菌污染所致，如醋酸、乳酸和丁酸的生成。消耗的物质，有糖分，也有蛋白质及其分解产物。对于能直接引起糖分消耗，产生发酵副产物的现象，应当特别加强控制，尽量不使其产生。对于由其它物质形成的副产物，则应在蒸馏过程中进行提取，否则会影响酒精质量。

三、酒精发酵工艺

根据发酵醪注入发酵罐的方式不同，可以将酒精发酵的方式分为间歇式、半连续式和连续式三种。

(一)间歇式发酵法

间歇式发酵法就是指全部发酵过程始终在一个发酵罐中进行。由于发酵罐容量和工艺操作不同，在间歇发酵工艺中，又可分为如下几种方法：

1．一次加满法此法是将糖化醪冷却到27-30℃后，接入糖化醪量10％的酒母， 混合均匀后，经60一72小时发酵，即成熟。此法适用于糖化锅与发酵罐容积相等的小型酒精厂。其优点是操作简便，易于管理，缺点是酒母用量大。

2．分次添加法此法适用于糖化锅容量小，而发酵罐容量大的工厂．生产时，先打入发酵罐容积三分之一左右的糖化醪，接入10％酒母进行发酵，再隔2—3小时后，加第二次糖化醪，再隔2—3小时，加第三次糖化醪。如此，直至加到发酵罐容积的90％为止。

这里应当强调，从第一次加糖化醪直至加满发酵罐为止，其总时间不应超过l0小时。如果添加糖化醪的时间拖得太长，则后加入的糖化醪中所含的支链淀粉来不及被糖化酶彻底作用，就到了预定发酵时间，从而使成熟发酵醪的残糖高，降低了淀粉出酒率。

3．连续添加法此法适用于采用连续蒸煮、连续糖化的酒精生产工厂。生产开始，先将一定量的酒母打入发酵罐，然后根据生产量，确定流加速度。在这里，糖化醪的流加速度与洒母接种量有密切关系，要注意控制。如果流加速度太快，则发酵醪中酵母细胞数太少，不能造成酵母繁殖的优势，易被杂菌所污染。如果流量太慢，也会造成后加入的糖化醪中的支链淀粉不能被彻底利用。一般从接种酵母后，应于6-8小时内将罐装满。

连续流加糖化醪的方式，可以在几个罐同时进行，但要注意各罐流量情况，使符合各罐发酵速度。

连续添加法的发酵总时间自加满罐时算起，约需60—72小时发酵即结束。

4．分割主发酵醪法此法适用于卫生管理较好的酒精工厂，其无菌要求较高。方法是将处于旺盛主发酵阶段的发酵醪分出1/3—1/2至第二罐，然后两罐同时补加新鲜糖化醪至满，继续发酵。待第二罐发酵正常，又处于主发酵阶段时，同法又分出1/3—1/2发酵醪至第三罐，并加新鲜糖化醪至第二、三罐。如此连续分割第三、四……各罐。前面的第一、二……罐发酵成熟的醪液送去蒸馏。此种发酵方式的优点是省去了酒母的制做。另外，由于接入的酵母种子量大，相应的减少了酵母生长的前发酵期。

山东酒精厂利用添加0.005%浓度的甲醛处理麸曲， 采用分割主发酵母的方法进行酒精发酵，可使发酵醪不增酸，有利于提高出酒率。

(二)半连续发酵法

半连续发酵是指在主发酵阶段采用连续发酵，而后发酵则采用间歇发酵的方式。在半连续发酵中，由于醪液的流加方式不同，又可分为两种：

一种是将一组数个发酵罐连接起来，使前三个罐保持连续发酵状态。开始投产时，在第一只罐接入酒母后，使该罐始终处于主发酵状态的情况下，连续流加糖化醪。待第一罐加满后，流入第二罐，此时可分别向第一、二两罐流加糖化醪，并保持两罐始终处于主发酵状态。待第二罐流加满后，自然流入第三罐。第三罐流加满后，流入第四罐。第四罐施加满后，则由第三罐改流至第五罐，第五罐满后改流至第六罐，依次类推。第四、五罐发酵结束后，送去蒸馏。洗刷罐体后再重复以上操作。

此法特点是使前三罐处于连续主发酵状态，而后面则处于后发酵状态。

第二种方法是由7—8个罐组成一组罐，各罐用管道从上部通入下-罐底部相串连。投产时，先制备1/3体积的酒母，加入第一只发酵罐，随后在保持主发酵状态下，流加糖化醪。满罐后，流入第二罐，待第二罐醪液加至1/3容积时，糖化醪转流加至第二罐。第二罐加满后，流入第三罐，然后重复第二罐操作，直至末罐。最后从首罐至末罐逐个将发酵成熟醪蒸馏。

上述半连续发酵方式的优点是省去了酒母制做，但无菌操作要求高。

(三)连续发酵

淀粉质原料生产酒精的连续发酵，在国内外早有研究，由于杂菌污染问题没能很好解决，所以未能普遍推广和应用。近年来，由于发酵理论研究有所进展，尤其是在淀粉质原料生产酒精的过程中采用了连续蒸煮、连续糖化和液体曲新工艺，给连续发酵创造了条件，因此，连续发酵引起了人们的普通重视，也取得了很大成绩。1959年，上海酒精厂和天津酒精厂曾探索过淀粉质原料生产酒精的连续发酵；七十年代初期，广西桂平糖厂酒精车间和广东江门甘蔗化工厂酒精车间在原有糖蜜原料连续发酵生产酒精的基础上，进行了淀粉质原料连续发酵生产酒精实验，取得了可喜的成绩。后来，桂平厂又进行了设备和工艺革新，采用了“液体曲酒母”和“全封闭自流式连续发酵”的新工艺，使淀粉质原科连续发酵法生产酒精工艺日趋完善，操作更加简便，取得了更显著的成绩。

1.多级连续发酵工艺条件的建立

(1)各发酵罐平衡条件的建立多级连续发酵是把发酵过程的不同阶段，分别放在不同的发酵罐中进行。新鲜糖化醪从首罐不断流入，直到成熟发酵醪从末罐不断流出，整个发酵过程呈连续状态，所以称做多级连续发酵。在发酵过程中自首罐至末罐，溶液浓度依次降低，酒精分含量依次增高。对于每个发酵罐，醪液的流量、醪液浓度、酒精分含量、酵母细胞数量以及醪液温度、pH值等，均应保持相对稳定状态，这样，才能使连续发酵顺利进行。

上述稳定条件的建立，主要是通过下述两个途径来进行控制：

第一途径是采用化学恒定系统来控制。所谓化学恒定系统，是指利用限制生长的营养物质浓度维持恒定来进行控制培养基各种营养物质(加碳源、氮源及其它各种营养物质)的恒定。

为了保证各发酵罐相对稳定条件的建立，对于每个发酵罐中的营养成分，必须满足下列平衡条件：

流入＝消耗+流出

控制的方法，主要是通过限制糖化醪的流加速度来进行的。如果糖化醪流加速度太快，则会出现：

流入＞消耗+流出

在上述情况下，就会产生发酵罐中营养物质逐渐增多，发酵醪末发酵完全就连同酵母细胞一起被冲走，因而造成发酵能力减弱。

相反，如果糖化醪流加得太慢，则会出现：

流入＜消耗+流出

在上述情况下，又会产生发酵罐中醪液发酵时间过长，而且由于发酵醪中酵母细胞积累较多，营养成分消耗过多，使酵母发酵得不到正常需要的营养物质。

第二种途径是控制发酵醪中酵母细胞数，来达到维持各发酵罐的发酵状态相对稳定。对于每个发酵罐，其酵母细胞数必须达到下述平衡条件：

流入+新增殖=流出

在生产过程中如果出现流入+新增殖＞流出，则会产生发酵醪中酵母细胞积累过多，此时会出现醪液中营养物质消耗加快，使醪液中营养物质不足。反之，如果出观流入+新增殖＜流出，则会产生发酵醪中酵母细胞数减少，造成发酵能力降低。

上述两种途径都可以有效地控制多级连续发酵顺利进行。但两者是紧密相连的，当一个途径有变化，将对另一个途径产生影响。

(3)流加罐工艺条件的建立所谓流加罐，是指新鲜糖化醪加入的发酵罐。在多级连续发酵系统中，对流加罐工艺条件的确定，是一项十分重要的问题。如果工艺条件控制得恰到好处，就会使连续发酵顺利进行，否则，将会对连续发酵造成不良后果。

①流加罐罐数的确定在多级连续发酵中，新鲜糖化醪是选择在罐组前部几只发酵罐流加，一般可放在第1-3只罐中进行。如果发酵罐容量大，罐数又少，可将糖化醪只流加在第一只发酵罐。如果发酵罐容量小，数量多，则可将糖化醪流加在发酵罐组前面的第1-3只罐中。这里应主要掌握住位发酵醪有充分的后发酵时间，以使发酵醪中残余糖分被酵母充分发酵。

②流加罐工艺条件的确定连续发酵成败的关键是防止发酵醪被杂菌污染。为了防止杂菌对连续发酵的威胁，工作中应十分重视对流加罐工艺条件的确定。根据酵母菌生长繁殖规律我们知道，当酵母菌处于生长旺盛期(又称对数生长期)，酵母菌繁殖速度最快，生命活动力最强。此时，不但酵母细胞数量多，而且酵母细胞也强壮，其抵抗杂菌的能力也强。这样，发酵醪被杂菌的污染机会就少。因此，保持流加罐酵母生长旺盛期，是保证连续发酵顺利进行的重要条件之一。

酵母在流加罐保持旺盛期的控制，是通过限制新鲜搪化醪的流加速度来实现的。在控制醪液流加量一定的情况下，使流加罐中发酵醪糖浓度在6-8Bx，酵母细胞数量为0.8—1亿／毫升左右，酒精含量4％(容量)左右。除此之外，还应适当控制发酵醪的pH和温度。

③醪液流加量与发酵罐容积的确定在多级连续发酵过程中，新鲜糖化醪的流加量取决于酒精产量。如果一个厂的酒精生产量已经确定，那么在单位时间内的糖化醒流加量也就可以确定了。

发酵罐容积及数量，可根据所需发酵时间通过计算来确定。从前述已知，间歇发酵一般需要60—72小时，但由于连续发酵一开始便进入主发酵状态；省去了前发酵阶段，因此总发酵时间比间歇法省去10小时左右。如果以F代表糖化醪流加量（立方米/时），t代表醪液在罐内发酵总时间(小时)，V总代表发酵醪总容积，则下式成立：

V总=Ft

从上式可以看出，如果发酵醪在罐内总发酵时间t与发酵醪单位时间流加量已经确定，那么发酵醪的总容积也就可以计算出来了。

关于发酵罐组个数的确定，多级连续发酵，一殷由8-10个罐组成一个连续发酵罐组，这样可将整个发酵过程分成不同阶段，而有利于发酵质量均匀。如果罐数太少，必然会增大每个发酵罐的容积，使罐体容积大。罐体大了，醒液在流动过程中就会产生滞留现象，使先流入的醪液不能先流出。与此同时，相应地会产生醪液的滑漏问题，使后流入的醪液没有充分发酵，而先行流出，结果是造成发酵成绩不良，反之，如果发酵罐设立太多，则会增加设备造价，造成浪费。

如设：发酵罐组罐数为n，发酵醪总容积为V总，发酵罐装填系数为o.9，则每个发酵罐容积V可用下式计算：

V=V总/0.9n

在设立发酵罐数时，应在多级连续发酵罐组之后，设一成熟发酵醪贮罐，以保证连续发酵顺利进行。

2．连续发酵工艺由于具体操作方法的不同，连续发酵工艺可分为如下三种：

(1)循环连续发酵法此法是将9—10个罐组成一组连续发酵罐组，各罐连接方式是从前罐上部流入下一箱底部。投产时，先将酒母打入第-只罐，同时加入糖化醪，在保持该罐处于主发酵状态下，流加糖化醪至满，然后自然流入第二罐，满后又依次流入第三罐，直至末罐。待醪液流至末罐并加满后，发酵醪就成熟。将末罐成熟的发酵醪送去蒸馏，洗刷末罐并杀菌，用末罐变首罐，重新接种发酵，然后以相反方向重复以上操作，这样谈首罐变末罐，进行循环连续发酵。

(2)多级连续发酵法多级连续发酵法也称做连续流动发酵法。与循环法类似，也是用9-10个发酵罐串连在一起，组成一组发酵系统。各罐连接也是由前一罐上部经连通管流至下一罐底部。投产时，先将酒母接入第一只罐，然后在保持主发酵状态下流加糖化醪，满罐后，流入第二罐。在保持两罐均处于主发酵状态下，与第一只罐同时流加糖化醪。持第二只罐流加满后，又流入第三只发酵罐，又在保持三只罐均处于主发酵状态下，向三只罐同时流加糖化醪。待第三只罐流加满后，自然流入第四只罐，直流至末罐。这样，只在前三只发酵罐中流加糖化醪，并使处于主发酵状态，从而保证了酵母菌生长繁殖的绝对优势，抑制了杂菌的生长。从第四只发酵罐起，不再流加糖化醪，使之处于后发酵阶段。当醪液流至末罐时，发酵醪即成熟，即可送去蒸馏。发酵过程从前到后，各罐之间的醪液浓度、酒精含量等，均保持相对稳定的浓度梯度。从前面三只发酵罐连续流加糖化醪，到最后一罐连续流出成熟发酵醪，整个过程处于连续状态。

目前，我国淀粉质原料连续发酵制酒精基本上是利用上述方式进行。

(3)双流糖化和连续发酵国外发表了双流糖化和连续发酵的新工艺，其操作过程是将蒸煮醪按两种糖化方法进行。第一种方法在58-60℃条件下糖化50-60分钟；第二种方法在真空条件下60℃糖化5-6分钟。糖化剂使用甘薯曲霉和拟内孢霉深层培养液，用量为淀粉重量的85％。其中2／3酶液加入第一种糖化，方法的糖化器中，其余1/3加入第二糖化器内。经第一种糖化器糖化的醪液流入主发酵罐内，而从第二糖化器流出的糖化醪送入其它发酵罐内。其流程如图1-31。

　

酵母接种量按主发酵容积的25％加入。为防止杂菌污染，可加入0.01％的抗乳菌素(一种抑制乳酸菌的抗生物质)。

发酵至第8、9罐结束(每组由12个罐组成)，成熟发酵醪酒精含量为8.42-8.76％(容量)，残糖0.22一0.26％，其中可发酵性残糖仅0.1％。

3.全封闭自流式连续发酵广西桂平糖厂酒精车间用15只发酵罐组成一组连续发酵系统

(见图1-32)。


其中，前面有一组四只新罐与另一组六只罐并联，然后两组同时流人第七号罐。从第七号罐至第十一号罐进行串联，发酵至第十号罐结束。第十号与第十一号罐均为成熟发酵醪，其流程如下：

　

　　(1)开机与串罐 连续发酵投产时，先将已培养成熟的液曲酒母打入1号和新1号发酵罐，在保持主发酵状态下，流加新糖化醪，并使发酵醪液外观糖保持在5-7BX；酒精含量4-6％(容量)，酵母数为0.8亿／毫升左右。为了保证酵母菌的优势增殖和发酵，并起到抑制产酸细菌生长的作用，在流加新糖化醪的同时要流加硫酸，其用量为每立方米发酵醪流加0.2一o.3升，使发酵醪pH在3.6-3.8左右。两罐加满时间约需16小时。满罐后，就可将发酵醪流入2号和新2号罐。在保持主发酵状态下，向这四只发酵罐流加新鲜糖化醪。2号罐加满时间约需8小时，满罐后发酵醪流至3号和新3号罐。此时只往3号罐与前四只罐流加糖化醪，与2号罐同样方法加满3号发酵罐时间约需8小时。新3号罐不再流加新糖化醪。也就是说新糖化醪只往1、 2、3号与新1号、新2号五只罐流加。待流加罐满罐后，自然流至以后各罐，直至末罐发酵结束，送去蒸馏。此时醪液流加量已趋正常，约为9立方米／时。

流加罐控制温度为30-33℃，外观糖为5-7Bx，酒精分4-6％(容量)，酵母数o.7-1亿／毫升，还原糖1.5-2.5％，pH 3.8-4.0。醪液流至第十一号罐结束。其成熟发酵醪外观糖为-1—-1.6Bx，酒精分9一11％(容量)，总糖0.3一o.5％，还原糖0.2％以下，总酸2.2-3.5，挥发酸0.2。

在上述工艺流程中，各糖化醪流加罐始终处于主发酵状态，在这一阶段中酵母处于增殖阶段，并同时伴随着发酵醪中的淀粉和糊精继续被糖化，而后几个发酵罐则起着后发酵作用。

根据该厂实际，各罐发酵动态列图如1-33：

　

(2)污染杂菌的判断及处理 如果发观如下情况，就表明发酵醪被杂菌污染：发酵醪的挥发酸超过o.2，总酸超过4.5度(正常为3-4度)，流加罐酒精含量小于4.5％(容量) ，表明发酵被杂菌污染。此外，如果流加罐酵母细胞数低于o.7亿／毫升，且镜检时细胞不健壮，死亡率又高、杆状细菌又多时，也表明发酵醪污染杂菌。

发酵醪被杂菌污染后，应及时进行清洗发酵罐并杀菌，重新做好接种工作。

(3)消毒；接种及转罐操作 为了预防杂菌污染造成发酵损失，在生产中随着季节不同，应每隔12-15天进行一次换种工作，其操作步骤是在新种接入之前，先将糖化锅及冷却器存料压空，用蒸汽进行杀菌。

将1号罐内发酵醪压空后，清洗杀菌，保压备用。在压醪时，罐压不能太高，以免爆罐或造成后面罐内醪液冒出。接种1号罐，并同时进糖化醪，操作同前。在接种同时，压空2号发酵

罐，并清洗杀菌备用，待第一罐满罐后流入第二罐。此时再压空第三只发酵罐，清洗杀菌备用，其余操作均同前。

(4)全封闭自流式连续发酵工艺特点 广西挂平糖厂在使用淀粉质原料连续发酵生产酒精的工作中，取得了可喜的成绩，不但创造了连续发酵达到25天的好成绩，而且在淀粉出酒率、原料消耗、生产成本等方面也取得了很好成绩。

连续发酵成功的关键在于防止了发酵醪被细菌污染。桂平厂成功的控制了这一关键问题，该厂连续发酵是采用“全封闭自流式连续发酵’工艺流程。所谓全封闭就是整个生产过程如： 蒸煮、糖化、发酵以及曲子、酒母的生产都是在密闭状态下进行，从而减少了外界杂菌对生产污染的威胁。

该厂曲子是采用液体曲。酒母则用密闭静止培养或微量通风培养。近来又采用液曲酒母同时培养新工艺，无菌条件好，减少了杂菌污染的机会。

所谓“自流式”，就是利用后熟器的压力将醪液压到设在四楼的汽液分离器，然后流入比分离器位置稍低的密闭糖化锅，醪液在糖化锅迅速被冷却到60一65℃，再流加液体曲，醪液在糖化锅内糖化45分钟，然后再利用位差，将糖化醪流入比糖化锅低 4．2米的喷淋冷却器，此时醪液冷却至发酵温度。再利用喷淋冷却器比发酵罐高4米的位差，将醪液流入发酵罐。整个过程不但在密闭条件下进行，而且中间醪液流动不用泵输送，大大减少了杂菌污染机会，有力地保证了连续发酵顺利进行。

4．连续发酵的优点

(1)提高了设备利用率连续发酵法生产酒精，其生产设备始终处于发酵状态，一般约需15天左右才洗刷、杀菌一次罐体。而间歇发酵每用3天，就要洗刷、杀菌一次罐体，从而省去了大量的发酵辅助时间。另外，连续发酵过程中，醪液进入发酵罐后，立即处于主发酵状态，省去了间歇发酵中的前发酵期。因此提高设备利用率20％以上。

(2)提高了淀粉利用率连续发酵无菌条件要求高，杂菌不易污染，发酵醪液始终处于流动状态，促进了酵母与醪液的均匀接触，并有利于CO2排除，因此增强了酵母的发酵作用，提高了出酒率。挂平厂采用“全封闭自流式连续发酵”新工艺之后，淀粉出酒率达到56．3％，原料(大米)出酒率达到40.87％，创造了我国淀粉质原料生产酒精的良好成绩。也达到了国际先进水平。

(3)省去了酒母工段连续发酵工艺每15天左右才需接一次酒母，而间歇发酵一天就要培养几次洒母，因此大大减少了繁琐的酒母培养工作。如果采用液曲酒母新工艺，洒母培养在液体曲发酵罐中进行就可以了，然后将成熟的液曲酒母投入发酵罐，这样就同时省去了酒母培养和糖化两个工段，不但省去了繁琐的培养工作，也节省了设备投资。

(4)便于实现自动化目前，酒精生产中蒸煮、糖化和蒸馏工艺多数已采用连续生产，如果发酵工艺也能采用连续化，则整个生产都趋于连续化了，这对酒精生产采用自动化控制是有利的。

四、影响酒精发酵因素的讨论

1．稀释速度 在间歇发酵中，糖化醪要求自接种后8-10小时内加完，这样可以有较长的后发酵时间，将糊精彻底水解发酵。

在连续发酵过程中，各罐基本上处于相对稳定的发酵状态。为了保持这一状态，要求进入各罐的发酵醪糖分基本上等于被酵母消耗的糖分加上流出的糖分。在主发酵阶段，新增殖的酵母细胞加上由上一罐流入的酵母细胞，等于流出到下一罐的酵母细胞。但是，酵母的繁殖速度取决于发酵醪营养物质浓度，而营养物质的含量又取决于进料和出料速度。所以，控制进料速度，就可以控制酵母细胞数和营养成分。根据挂平厂的实践，每小时进醪9立方米，流加罐总容积为192立方米，则其稀释速度D为：

D＝F/V=9/192=0.047

在这个稀释速度下，流加罐酵母细胞数可保持在0.7-1亿／毫升。如果稀释速度太大，虽然酵母菌的营养条件较好，繁殖较快，但因酵母来不及积累就被冲刷流走，而不能保持相对的发酵稳定状态。

2．发酵醪pH值的控制 发酵醪中，因为乳酸菌大量繁殖造成的污染是阻碍连续发酵广泛应用的主要原因。降低发酵醪中的pH值，是防止杂菌污染的有效措施之一。但是，在淀粉质原料生产酒精过程中，还伴随着有各种糖化酶的糖化作用，所以连续发酵中发酵醪的pH值控制，既要考虑到要适宜于酵母菌的繁殖和代谢，又要考虑适宜于各种糖化酶的作用。由于连续发酵无菌条件要求较严，其pH控制在4.0一4.5为宜。间歇发酵PH值可控制在4.7-5.0。在上述pH值范围内，较接近于糖化酶作用的最适PH值。

pH值的控制，可用H2SO4来调节。在调节pH值时，应严格掌握。如果PH值太低，不但会抑制杂菌的繁殖，同时也会抑制酵母菌的繁殖和代谢，还会使糖化酶钝化，影响发酵成果。

3．发酵温度控制 温度对微生物生命活动影响很大，发酵成绩的好坏与温度控制关系极为密切。酒精酵母繁殖温度为27—30℃，发酵温度30—33℃，如果温度高于40℃，则酒精发酵很难进行。产酸细菌繁殖适温为37—50℃，因此高温发酵易被细菌污染。

生产中发酵醪温度可根据发酵形式不同进行控制：

间歇发酵：接种温度27—30℃；发酵温度30-33℃；后发酵温度30℃±1℃。

连续发酵各罐温度控制在30—33℃。

4．发酵醪的滞流和滑漏问题 在间歇发酵中不存在醪液的滞流和滑漏问题，但在连续发酵工艺中，这个问题就十分重要了。多级连续发酵的醪液始终处于流动状态，并能使每一发酵罐的醪液处于相对稳定的均衡状态，这就要求醪液保持先进先出，防止滞流或滑漏的现象发生。

目前，我国各酒精厂连续发酵多利用原有间歇发酵罐进行串联。但因罐体较粗，加上管路安装存在问题，很易产生发酵醪的滞流和滑漏观象。为了解决这个问题，对现有设备要注意管路连接方式，最好从罐底部中心流入，从罐上部溢出。如果新建连续发酵罐，则应考虑加大罐高，或在罐内增加挡板，以解决发酵醪的滞流和滑漏问题。

5．多级连续发酵中发酵罐数量问题 多级连续发酵是利用很多个罐进行串联，组成一个发酵罐组。除了前面几个流加罐外，后面还要配合适量的罐作为后发酵用，并使前后罐之间醪液保持一定的浓度梯度。每一罐组用多少只发酵罐为宜，这主要取决于发酵醪自进入第一只发酵罐起，到最后一只发酵罐醪液成熟，醪液在几个罐内发酵时间。桂平厂为了增加产量，在原有发酵设备的基础上，增添了四只发酵新罐，共采用了15只发酵罐组成一组多级连续发酵罐组，使流程出现了两个头一个尾的现象，其总容积为502立方米，流加糖化醪速度每小时为9立方米，故其总发酵时间t为：

T=V总/F=502/9=56小时

在上述情况下，醪液流到第8只罐的外观糖度已达0Bx，到达末罐时，已达负值。

6．关于发酵醪浓度问题 酒精发酵要求在一定浓度的糖化醪中进行，醪液浓度高低，直接影响到生产成绩。糖化醪浓度稀，虽然有利于酵母的代谢活动，提高出酒率，但是浓醪发酵却有提高设备利用率，节省水、电、汽、降低生产成本，增加产量的优点。因此，生产上希望尽量采用浓醪发酵。

正常发酵醪浓度一股为16一18Bx，其发酵成熟醪酒精含量为8-9％(容量)。山东酒精厂和南阳酒精厂自1966年以来，在加强原料细粉碎的基础上，使糖化醪浓度提高到20Bx进行发酵，其成熟醪酒精含量可以达到11．5％(容量)，从而提高了生产效率。根据山东和南阳厂经验，浓醪发酵除注意上述操作外，还要加强高糖化力的曲子培养和耐高酒精分的酵母选用。根据多年实践，认为1300和1308两株酵母菌是适于浓醪发酵的优良酵母菌株。对原料蒸煮质量的控制，也是保证浓醪发酵顺利进行的一项重要工作。南阳厂的经验是：蒸煮质量要求稍老而不焦，这样可使醪液粘度低些，糖化快些，有利于浓醪发酵。另外，加强卫生管理，注意管道和罐体等设备的杀菌，也是保证浓醪发酵顺利进行的一项十分重要的工作。

7．关于缩短发酵时间 用糖蜜原料制造酒精，发酵时间需要24-32小时，如用淀粉质原料，则需60小时以上。这里主要是因为糖密中含有发酵性糖。而淀粉质原料的糖化醪中除含有可发酵性糖分外，还含有淀粉和糊精．这一部分淀粉和糊精有待于在发酵过程中一边被糖化酶搪化，一边被酵母发酵。在边糖化过程中，淀粉的1，4键很快被水解，转化为糖，而以1，6键相结合的支链淀粉却水解的极为缓慢，所以延长了发酵时间。

为了缩短发酵时间，就需要设法加速水解支链淀粉中以1，6相结合的键。解决这个问题的方法是选育糖化酶含量高的菌种，以加强糖化作用。另外，采用连续发酵和选用发酵力强的酵母菌种，也是加速发酵、缩短发酵时间的有力措施。


--------------------------------------------------------------------------------


--------------------------------------------------------------------------------

五.酒精发酵醪成熟

酒精发酵醪成熟指标的控制是生产中一项重要工作。如果控制恰到好处，不但可以提高设备利用率，增加酒精产量，而且可以大大降低原料消耗，提高淀粉出酒率。

发酵醪的成熟虽然与发酵时间、醪液浓度、发酵温度、酵母接种量和发酵方式等因素有关，但最终主要用表1-45所列的几项指标来控制。

六、酒精生产异常发酵、杂菌污染及防治办法

　

(一)杂菌污染

1．现象 发酵醪酸度明显增高，气味不正常，镜检有杆状细菌。

2．产生原因 由于管道或发酵罐杀菌不彻底，或因糖化醪与酒母被污染，如果发酵时温度偏高也很容易造成杂菌污染。

污染发酵醪的细菌主要是乳酸细菌，其次是醋酸菌。这些细菌污染发酵醪后，不但能造成糖分的损失，而且还可以将低浓度的酒精转变为醋酸，直接造成酒精损失。另外，丙酮丁醇菌、枯草杆菌和马铃薯芽孢杆菌也会造成发酵醪的污染。

发酵醪污染杂菌后，可使醪液酸度增高，每当醪液酸度升高一度则相当于可发酵性糖损失0.6％。

3．处理方法 发酵醪污染严重时，如果发酵已处于后发酵期，则可将发酵醪送去蒸馏。如果污染不严重，则可加入大量酵母，增强其发酵作用，从而将杂菌抑制住。如果处于前发酵期被杂菌污染，发酵醪中糖分含量也很高，则可将发酵醪杀菌，重新接种，发酵，或接入分割的主发酵醪进行强烈发酵。总之，要针对不同情况，及时采取有效措施进行挽救。

枯草杆菌、醋酸菌等好气性菌易在发酵醪中存在大量氧气时被污染。对无芽孢细菌的杀灭时，可用常压杂菌即可，但有芽孢细菌需在100℃以上才能杀灭。

应当指出，杂菌污染的根本问题，是卫生管理或操作不严。因此必须加强平时的生产操作，做到防重于治。

(二)发酵迟缓

1．现象 接种后发酵醪升温慢、降糖也慢，发酵中CO2产生得少。醪液中产生的酒精分少。

2．产生原因

(1)发酵醪入罐温度低，发酵温度过高或过低。

(2)液体曲或酒母质量不好。

(3)原料糊化过“老”或过“嫩”，原料质量不好。

3．处理方法 控制发酵温度，培养优良的曲子和酒母，加强蒸煮和糖化操作。总之也要针对不同情况，采取不同措施进行处理。


--------------------------------------------------------------------------------


--------------------------------------------------------------------------------

七、从CO2中回收酒精

在酒精发酵过程中，产生的CO2气体需要通过发酵醪层进行排出，这样就会被酒精蒸汽所饱和。在CO2逸出醪液时，就会带走部分酒精。另外，在发酵醪液面，由于蒸发作用，也会使酒精分伴随着CO2被带走而造成损失。被带走的酒精数量与醪液中的酒精含量、发酵醪的温度与蒸发表面状态有直接关系。根据法列梅尔等人的实验资料，酒精蒸发损失约占全部酒精的0.5--1.2％之间，可见这个数值是很大的。

为了减少酒精损失，生产上常采用泡罩式或填料式塔来进行酒精捕集。

1．泡罩式酒精捕集器 其构造与酒精蒸馏塔相似，有的工厂就是利用旧泡罩塔进行改装。其塔板层数一般为12-15层。板间距为120一150毫米。洗涤水由塔顶往下经过各层塔板溢流管流入下一层塔板，CO2则由塔底由下向上逸出。当CO2与每层塔板中水层接触时，酒精分溶于水中，被洗涤后的CO2最后由塔顶排出。水则由塔底与洗出的酒精一起排出。水中酒精含量可达1.5-2.5％(容量)。为了充分利用水和减少蒸馏时消耗蒸汽，此洗涤水可以反复利用，直至水中酒精含量达到8％(容量)左右，送去蒸馏。

2．填料塔捕集酒精 填料塔酒精捕集的作用原理与泡罩式塔相类似，只是填料塔是用磁环做填料，放在塔身内，磁环上下部用筛板挡住，水从上部流经磁环，使磁环表面沾水，CO2由底部进入塔内，当CO2带出的酒精分与磁环表面的水分接触时，酒精被吸附，并随水流至塔底，进行捕集回收。


--------------------------------------------------------------------------------


--------------------------------------------------------------------------------

八、淀粉出酒率和淀粉利用率

淀粉质原料制造酒精是在微生物作用下生成的，其化学反应可用下式表示：


　

根报据上述反应式，可以算出100公斤淀粉理论上可产无水酒精的数量为：

162∶2×46＝100∶X

X=2 46 100 /162=56.78（公斤）

因为各酒精厂平日不生产无水酒精，为了便于比较，往往将其换算为96%(容量)酒精，这样，100公斤淀粉理论上可产96%(容量)的酒精量为：

56.78/0.9385=60.54(公斤)

式中0.9385是换算系数，意思是每100公斤96％(容量)酒精中有93．85公斤纯酒精。

60.54公斤96%(容量)出酒率是表示把所有的糖分都变成了酒精。实际上，由于生产中各种损失，是不能达到这个出酒率的。生产上希望尽可能多的糖分都转变为酒精，尽量减少糖分损失，以提高出酒率。为了解决这个问题，必须了解造成糖分损失的原因，从而加强控制，避免不必要的损失。

造成糖分损失的因素大体上有如下几个方面：

(1)原料在粉碎、蒸煮过程中糖分损失约为1—1.5%。

(2)酵母菌繁殖与维持生命活动消耗糖分约1.6—2％。

(3)发酵过程中产生了甘油，消耗掉一部分糖分。

(4)由于细菌污染，产生乳酸、醋酸等物质消耗糖。

（5）酒精挥发损失。

(6)由于蒸煮、糖化不彻底，残糖未被发酵造成损失。

(7)蒸馏控制不好，从塔顶、塔底跑酒。

(8)其它：如管道、罐体清洗，原料保管运输造成的损失。

为了衡量生产成绩的好坏，用实际出酒率与理论出酒率进行比较，提出了淀粉利用率：

淀粉利用率%=实际出酒率×100%/理论出酒率

淀粉利用率的高低，是考核一个酒精工厂生产和技术管理水平的重要指标。它要求一个企业的生产要把消耗降低到最低水平。

为了统一全国考核标准，1973年全国酒精会议上确定了两个出酒率：

淀粉出酒率(％)=96%（容量）×酒精产量（吨）×100%/[原料淀粉总含量     （吨）+曲料淀粉总含量（吨）]

原料出酒率（%）=96%（容量）×酒精产量（吨）×100%/耗用原料

第八节发酵成熟醪的粗馏与精馏

蒸馏是利用液体温合物中各组分挥发性的不同而分离组分的方法。在酒精生产中，将酒精和其它所有的挥发性杂质从发酵成熟醪中分离出来的过程，称为蒸馏。蒸馏的结果便得到粗酒精，所用的设备称醪塔，也称粗馏塔。除去粗酒精中杂质，进一步提高酒精浓度的过程则称为精馏。精馏的结果得到医药酒精或精馏酒精，所用的设备称为精馏塔。


--------------------------------------------------------------------------------

一、发酵成熟醪的化学组成与杂质分类

发酵成熟醪的化学组成是随原料的种类，加工方法，菌种性能而变化的。例如：在甘薯和马铃薯中含果胶质较多，因而成熟醪中甲醇含量就较多，为乙醇含量的2％左右；而在亚硫酸盐纸浆废液的发酵成熟醪中，甲醇含量往往高达酒精含量的8％左右。在谷物原料的发酵成熟醪中，由于原料含蛋白质较多，所以杂醇油的含量就高一些。用糖蜜制酒精由于通风的影响，乙醛含量较高。

发酵成熟醪中除上述挥发性杂质外，还含有不挥发性杂质。例如：甘油、琥珀酸、乳酸、脂 肪酸、无机盐类、酵母以及其它各种夹杂物，如不发酵性糖、植物体中的皮壳、纤维等。

发酵成熟醪中的不挥发性杂质容易和酒精分离，在醪塔的底部排出，称之为废糟或酒糟，其中干物质的含量，随原料与加工工艺的不同而异，一殷为5-7％。

成熟醪中的挥发性杂质，则随酒精一起从醪塔的顶部排出，因此这些杂质必须在精馏过程中使它们与酒精分离。

从醪塔出来的酒精，由于含有许多挥发性杂质，故称为粗酒精。挥发性杂质的种类和数量也与原料、加工方法有密切关系。在各种来源的粗酒精中，发现的挥发性杂质已超过50多种。按其化学性质可将它们大致归纳为四大类：醇类、醛类、酯类和酸类。此外还有一些微量的含硫物质和不饱和化合物等。由于这些杂质具有挥发性，因此容易进入成品酒精中，影响酒精的质量。酒精蒸馏的任务之一“提纯”，就是指分离挥发性杂质而言的。


--------------------------------------------------------------------------------


--------------------------------------------------------------------------------

二、酒精蒸馏的基本原理

蒸馏过程之所以能将成熟醪中所含的酒精完全分离出，并得到高浓度的酒精，基本原因为：成熟醪所含的各种物质的挥发性不同。将两种或两种以上挥发性不同的物质组成混合溶液，将它加热至沸腾，这时液相组分与气相组分往往不同，气相比液相含有较多的易挥发组分，剩下的液相就含有较多难挥发组分。如加热酒精-水溶液至沸腾时，蒸汽中酒精含量就较溶液中的高。在常压下测得的结果见表l--46。


正如拉乌尔定律指出的，混合溶液中，蒸汽压高(沸点低)的组分，在汽相中的含量，总是比液相中高。反之蒸汽压低(沸点高)的组分，在液相中含量，总是比汽相中高。按表1-46所示，经过多次反复汽化与冷凝，即可将混合溶液分成两组纯组分。

从表1--46数据可知，酒精与水的混会液加热沸腾时，所产生的蒸汽中，酒精含量都是高于原混合液。而且溶液中酒精含量越低，则蒸汽中的酒精含量增加越大。若以A％表示蒸汽中的酒精含量，而它在溶液中的含量以Q表示，则A/Q＝K，这称为挥发系数。表示乙醇在该溶液中的挥发性能强弱。当溶液中乙醇浓度越低，则其比值即挥发系数K越大。反之，则K越小。直至K为1时，即溶液中酒精浓度与蒸汽中酒精浓度相等。

在K＝1时，其混合液与蒸汽中所含酒精浓度均为95．57％(重量)或97.60%(容量)，此时的沸点为78．15℃，这沸点较纯酒精沸点78．3℃，水的沸点100℃都低，故蒸馏到这浓度时，蒸汽中的酒精含量就不会再增加了。这沸点称之为最低恒沸点，该组分的混合物称恒沸混合物。酒精蒸馏设备虽然设计得很科学，然而在常压下，还是得不到无水酒精的。

在一定的气压下，恒沸混合物有一定的准确成分，过去曾误认为它是一种化合物，后来有人发现，改变气压可以改变恒沸点，也可以改变恒沸物的组成，因此才证明它只是在两相中具有相同成分的混合物而不是化合物。表l--47为在不同气压下，酒精和水恒沸混合物的组成。

　

表1-47中指出，在常压下酒持与水的恒沸点为78.15℃，恒沸混合物中酒精含量为95.57％(重量)，而当压力为70毫米汞柱时，沸点为27．96℃，恒沸点已不再存在。这也就是真空蒸馏，运用减压下越过共沸点而能得到无水乙醇的原理。


根据表1-46所列的数据，可制出如图l-34，图1-35的曲线。

从图1-35曲线中可以看出，在常压下，酒精-水混合溶液的酒精含量与其相应的蒸汽中酒精含量的情况。以曲线图中20％(重量)酒精-水混合液为例，在常压下，其沸点为87℃，它所产生的蒸汽中酒精含量则为65％(重量)。另外还可看出，当酒精-水混合液中酒精含量增加到95.57％(重量)时，它所产生的蒸汽中的酒精含量与液相中的酒精含量相同。就是酒精-水混合液蒸馏时的共沸点，便不能用普通的蒸馏方法进一步分离了。

(一)简单蒸馏设备

根据酒精-水溶液加热沸腾时，蒸汽中酒精含量较溶液中浓度增高这一原理，古代劳动人民设计了酒的蒸馏设备。如图l-36所示。用蒸汽加热含有酒精的醪液，当达到该酒精水溶液的沸点时，它们便沸腾汽化，蒸汽中的酒精含量便高于醪液，亦即醪液减少较多的酒精和较少的水分，若将酒汽冷凝而收集，则可得到较高浓度酒精的水溶液，当然醪液中其它挥发性物质亦混杂在其中。


使用这样简单蒸馏设备是得不到高浓度酒精的，最初蒸出的馏出液酒精含量最高，但随着酒精的逸出，釜内醪液中酒精含量逐渐降低，以后相应蒸馏出的酒精浓度也逐渐减低，以至最后蒸出的几乎是水。所得的混合馏出液酒精含量当然不高，而且纯度也不高。

(二)蒸馏塔的工作原理

根据表1-46，酒精水溶液加热至沸腾时，蒸汽中的酒精含量较溶液中含量高，以及根据表1-48，酒精水溶液的酒精含量愈高，其汽化或升高温度所需的热量越少，沸点也越低，这两个规律，要得到高浓度酒精，就有人设想出一种多次汽化与冷凝的特别的蒸馏设备，以“最经济的方法”蒸馏得到高浓度的酒精。

图1-37是一设想的蒸馏设备，以若干个简单蒸馏器为单元，以回流管连接起来。


以蒸馏锅A、B、C、D等连接，每个锅底部都有相应加热用的多孔蛇管a、b、c、d等，除a蛇管与热源(如水蒸汽)连接外，其余如b、c、d等则与前一个蒸馏锅之蒸汽导出口相接，并于每锅之底装置O、P、Q、R、S等回流管。除A锅之O管可排液体至外部外，其余如P、Q、R、s等则导液体至前一个蒸馏锅。

在蒸馏开始之前，假设A锅中装入已达沸点95℃的5％酒精溶液；B锅中装入已达沸点83.5℃的36％酒精溶液；C锅中装入已达沸点79.9℃的73％酒精溶液。然后以100℃的水蒸汽通入蛇管a，此时A锅中的温度只有的95℃，所以导入的100℃水蒸汽遂即凝结成水、并释出热量，适可汽化A锅中的酒精溶液为汽体，此汽体中的酒精浓度则为36％(汽液平衡状态下)，此汽体又导入b蛇管，而B锅中温度低于A锅，故36％的酒精汽体又凝结为液体，所放出的热量则又汽化其液体，而成为73％的酒精蒸汽，如此逐级推进。锅中的酒精溶液由于所含酒精的汽化，酒精含量较原来减低，溶液沸点随之升高，最后必然与前一锅温度相同，此时前一锅导来的汽体己不能再凝结，亦无热量释出以汽化锅中液体。换而言之，汽体中的酒精量不能增多，该组设备便失去蒸馏效能。故各锅中酒精含量必须保持一定的差额，亦即各锅中的温度必须保持一定的差数，故于锅底设O、P、Q、R、S等回流管，导引后锅酒精溶液回流至前锅，以调节其酒精浓度。至于释出的热量，由表l-48可知水的汽化潜热为539.4卡／克，高于纯酒精的214.5卡／克，若设备没有热损失，则仅往A锅通入水蒸汽，此蒸汽热量能逐级推进至最后一锅，己足够蒸馏成高浓度酒精，无须另加热量，这是热能很经济的蒸馏方法，但所需设备过多，并不实用。


根据上述原理，制成如图l-38的蒸馏塔，以供蒸馏酒精，这就是今日筛板塔的雏形。因为它要求操作的技术很高，以后逐渐为泡罩塔所代替。


(三)回流问题

从上述的介绍中可看出，回流是精馏过程的一个重要问题。假若精馏塔没有回流，则精馏塔板上的酒精由于不断蒸发而逐渐减少，因此塔板上的酒精浓度逐渐降低，沸点升高，虽然有进料来补充蒸出的酒精，但也不够维持各层塔板稳定的浓度差和温度差，精馏过程就不稳定，成品的浓度难以保证，杂质的排除也困难了。为了维持各层塔板上酒精一定的浓度，以便稳定操作，得到合格的成品，只靠送料是不能解决的，必须靠回流。

由于有大量回流液入塔，才能使塔中各层塔板浓度、温度稳定，回流液数量对成品产量并无多大影响，成品数量主要决定于进料量。回流装置如图1-39所示。

因为各个塔的产量不同，回流量也就不同，所以应该取相对量来比较，即回流比，它是回流液重量与产品重量之比。

回流比：R=QR（回流量）/P（产品量）

回流比大，即流回至塔中的酒精数量较多，要取得一定浓度的酒精，需要的塔板数就少些(但是回流比大了，塔径也要相应增大)，塔的设备费用就可能小些。但是回流比过大，消耗的加热蒸汽量与冷却水也随之增加，生产费用就增高。相反，如回流比小，回流入塔中的酒精量小，取得同样浓度的酒精需要的塔板数就要多些，消耗蒸汽量虽可减少，但设备投资要增加较多。

图1-40

有人试验：要达到一定的洒精浓度[如9