蒸煮工艺
第一节淀粉质原料酒精生产概况" a0 z4 ^8 |/ S- ) C+ Y5 B& R9
一.淀粉质原料酒精生产的特点: U1 \( `6 I u P#
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（1）原料系采用薯类、粮谷类及野生植物等，在投产前必须先经过破碎处理。目前在国内上有一部分产量较小的酒精厂，采用间歇蒸煮，原料不经粉碎，就直接将快状或粒状原料投入生产，但大部分中等规模以上的酒精厂，原料多经二次粉碎，然后进行高压连续蒸煮，有利原料的受热面加大，更有效地达到蒸煮的要求。, U7 u% U/ A5 W- A) I
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（2）原料必须经过蒸煮，在高温高压过程中，引起原料细胞的组织破裂，使存在于细胞中的淀粉转化为可发酵性糖。蒸煮温度由于原料的品种与规格不同而有差异，通常为130—150度，但经过粉碎的原料，其蒸煮所须的温度较低，大约120—130度。高温处理除了使淀粉糊化，便于淀粉酶起糖化作用外，还可把附着的有害杂菌杀死。 . O" _* o" y1 M# e- J. _5 `1 K)
薯类淀粉机（3）淀粉质原料生产酒精，要经过加曲糖化作用，把糊化成溶解状态的淀粉转化成可发酵性糖。由于曲的生产方法不同，可分为麸曲糖化法、液曲糖化法、根酶糖化法（阿米罗法）、根酶酒母混合法、麦芽糖化法等。目前在国内是以麸曲糖化法和液曲糖化法为主，在国外使用淀粉质原料生产酒精的方法，大致可分为：1 Y P& i( w9 v3 M" \.
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A.麦芽法以麦芽、黍芽、稷芽作糖化剂。
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B.阿米罗法将根霉或毛霉等霉菌，在糊化醪冷却至30—40度时，接种培养，在霉菌生长过程中转化淀粉成发酵性糖，再加酵母发酵。
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C.曲法以固体曲或液体曲作为糖化剂。5 F& J C; D% B$ J0 o: K0
D.酶法用淀粉酶代替曲。+ x; V" g0 m7 P- j0 ^9 t
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（4）淀粉悬浮液在糊化和溶解过程中，粘度是不断变化的，当淀粉颗粒溶解时，粘度逐渐增加，达到最大限度后，随着温度的继续上升，醪液粘度下降。
（5）蒸煮过程中原料因受高温高压，易产生焦糖。由于淀粉质原料甘薯内所含的碳水化合物中以淀粉为主，另外还有少量糊精和糖类；而马铃薯中所含的糖主要是堡葡萄糖和果糖，以及少量的蔗糖；在谷粒中则以葡萄糖为主。在蒸煮时，不同的糖分其化学变化也不同。例如糖分回转化，醛糖回变成酮糖（异构化）；各种糖分都会焦化，形成焦糖；己糖分解变为羟甲基糠醛，又很容易和新的氨基酸分子起作用而生成黑素。焦糖是不能被发酵的，还会阻按碍酵母的发酵作用，影响发酵而降低酒精产量。因此，蒸煮是要注意控制适宜的温度和压力。由于形成焦糖的作用，一般在高浓度溶液中比低浓度溶液中容易进行，因而淀粉质原料蒸铸时，如原料内含有较多的糖分，便容易形成黑物质和焦糖。醪液浓度越高，也越容易形成焦糖。因此，我国个酒精厂对甘薯干的原料加水比，一般都采用1∶3—1∶3.4，有 时还要稍稀些，这样便于淀粉率的提高。
二.淀粉质原料酒精生产的工艺流程# _& L7 G7 b*
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此流程主要是说明用淀粉质原料生产酒精时，投产前必须先把快状或粒状的原料，磨碎成粉末状态后，经过高压蒸煮和糖化作用，然后在进行发酵，最后经蒸馏得到成品酒精，现简要叙述如下：3 @4 q( R9 r8 n& ~ \
1.原料粉碎连续蒸煮的酒精工厂，原料出库后，先经过粉碎，然后在投入生产。几乎大多数工厂都采用了锤式粉碎机，把原料磨成粉。很多工厂都采用二次粉碎法，在进入锤碎机前先经过粗碎，把大快原料初步打碎成小快原料，再经过锤碎机，将小快原料打碎成较细的粉末原料，这样便于连续蒸煮。+ K( g! c# a" R4 b. T; ~4 x
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2.蒸煮糊化把磨碎后的粉末原料，先行拌水预热，使原料升温，为连续蒸煮作好预煮准备。原料内的淀粉颗粒，经高压蒸煮后逐步破裂，趋与溶解状态，蒸煮醪液成糊状。
3.曲霉糖化经蒸煮糊化后的醪液，通过曲霉菌的淀粉酶进行糖化作用。曲霉菌生成的淀粉酶，能把原料内含有的淀粉转变为可发酵性糖，供酵母菌利用。曲霉菌是属于好气性的微生物，故在繁殖和生长过程中要给以充分得空气，同时，淀粉酶的形成也取决于所供给的空气量。/ i" d9 X" s
4.酵母发酵酒精发酵是属于厌气性发酵，在发酵过程中进行无氧呼吸，在此过程中，发生着复杂的生
物化学变化，既有糖化醪中淀粉和糊精继续被淀粉酶水解生成糖，也有蛋白质在曲霉蛋白酶水解下生成肽和氨基酸。这些物质一部分被酵母吸收合成菌体细胞，另一部分则被发酵，生成酒精和CO2。
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5.蒸馏提纯经酵母菌把糖转变成酒精后，在成熟发酵醪内，除含有酒精和大量水分外，还含有固形物和许多杂质。蒸馏是把发酵醪液中含有的酒精提纯出来，通过粗馏和精馏，最后取得合乎规格的酒精，同时得到副产物杂醇油，还有大量的酒糟（也称废醪）排除。有的工厂把酒糟内的余热，设法取出，充分利用。
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第二节原料及其处理
一.原料的选择 1 M; } T# E, a6 H
（一）选择原料的依据! _- a* f, V [7 [4 e9 B
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选择淀粉质原料生产酒精时，从工艺的角度着眼，凡任何含有可发酵性糖或可变为发酵糖的原料，都可作为酒精生产的原料。对于工业上大规模投入生产的原料，除了要提出工艺上的要求外，还要提出生产管理和经济上的要求，因此，在选择工业上大规模生产酒精的原料时，应考虑到下列诸条件：
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（1）因地制宜，就地取材，原料产地离工厂要近，便于运输，节省费用。# C0 {5 T0 F- m$ E( h2 p# ?5 x8 x3
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（2）要求原料内碳水化合物含量较多，蛋白质含量要适当，适合与微生物的需要和吸收利用。* z4 ~* ~9 A" n. j( r' v& ^) }
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（3）原料资源要丰富，容易收集。由于酒精生产需要大量原料，要保证一定的库存量。
（4）原料要容易贮藏。应考虑到新鲜原料内含水量多，不耐久藏，最好选择经，干燥后，含水极少的干原料，易与保藏，不宜霉烂。
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（5）对人民的身体无寻损害，影响发酵过程的杂质含量因应当极少，或者几乎不含。) D! u. I9 O' D8 c0 （6）原料价格低廉，可降低产品成本。
此外，还应当考虑到大力节约粮食原料，尽量少用或不用粮食原料，充分利用当地的非粮食原料，广泛利用野生植物原料，同时利用农林副产物和植物纤维原料，以及亚硫酸盐纸浆废液等，对于节约粮食原料有着重要意义。另外，利用石油原料化学合成制造酒精，也是发展酒精的主要途径。
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（二）原料的种类9 `1 S% ] ~5 P. S1 m
光化学衍生器
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生产酒精的淀粉原料，一般可分成下列几类：+ d( u0 r1 d( m5 k/ k. e+ c0 Y) a-
（1）薯类甘薯、马铃薯、木薯、山药等。
（2）粮谷类高粱、玉米、大米、谷子、大麦、小麦、燕麦、黍和稷等。
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（3）野生植物橡子仁、葛根、土茯苓、蕨根、石蒜、金刚头、香符子等。
（4）农产品加工副产物米粞、米糠饼、麸皮、高粱糠、淀粉渣等。
二.常用原料的化学组成0 G. B: Z$ V' ~6 u9 b6 C% U
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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：, ~2 g, t) f" i( M7 ?
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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，它不但影响淀粉数字偏高，发酵中也易生成有害的糠醛。纤维素虽属于碳水化合物，但不被淀粉水解，只起填充作用，对于发酵没有什么直接影响。3 o0 v# D/ ^4 V
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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。蛋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。5 Y$ [# G2 G3 N1 N0 e; z4 G" t
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。一些酒精厂如采用玉米作为原料，总是把玉米坯芽除去。
灰分灰分中的磷、硫、镁、钾、钙等是构成菌体系胞的和辅霉的重要成分，还有调节渗透压的作用，是微生物生长不可却少的，在一般原料中，灰分的含量一足够。
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。8 w/ u& V4 K+
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，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。: y/ F7 q9 c/ [+ w/ t贴膜工具
部分原料中还含有一些有碍发酵作用的成分，如木薯中的氰酸，发芽马铃薯中的紫龙葵素，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，可被分解或被坏，也就失掉了它的危害性。
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目前我国各酒精厂常用的原料，约有以下几种：0 a( m- |: K& u; A8 y& ](
（一）薯类原料& y1 `. Z5 l* n4
1.甘薯目前国内大多数酒精厂，都采用甘薯干为原料。甘薯又名为甜薯、红薯、白薯或番薯，在江苏、浙江和安徽一带叫山芋，河北、山东叫地瓜，四川、湖北叫红苕，各地叫发不一。甘薯在我国分布较广，除西藏和东北的部分地区以外，其它各省都有栽培，产量较多的是四川、山东、河南、安徽、河北等省。) @ [+ G, N% t8 S' C
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甘薯原料的品种很多，按照块根表皮的颜可分为红皮、白皮、黄皮、紫皮等四种，按成熟期来分，有早熟、中熟、晚熟等三种。1 V! h4 p: w1 }# B6 y0 V
我国曾经采用过许多优良品种的甘薯，例如胜利100号（在华北、华东普遍推广），南瑞苕（是四川和南京附近载培的良种），华北117号、116号、小儿红（在江苏、山东栽培较多），都是丰产品种，并且含有丰富的淀粉。甘薯属高产作物，食用部分是块根，其形状因品种而异，有圆形、椭圆形或不规则形状。利用甘薯这样高产作物为原料生产酒精是较经济的。
甘薯原料在工艺上的优点：在酒精生产中，甘薯原料的出酒率较高。其优点是：首先甘薯的淀粉纯度高（可用2%盐酸转化，测定其中所含淀粉，与用同样方法测定别的原料比较，甘薯的淀粉纯度高）。其次是甘薯的结构松脆，易于蒸煮糊化，为以后的糖化发酵创造有利条件。此外甘薯中含脂肪及蛋白质较少，在发酵过程中生酸幅度小，降低了对淀粉酶的破坏作用。但是甘薯原料也有一定的缺点，例如，甘薯中的树脂（地瓜油子）是妨碍发酵作用的，不过数量及微，起不了多大作用。其次是甘薯中果胶含量较其它原料多一些，所以甲醇的生
成量稍大。此外，甘薯产量虽，但鲜甘薯容易腐败，不好保存，这一缺点比任何农作物都显著。同时，一般作物多是夏季易腐败，而甘薯却在秋末或冬季寒冷的季节里也会腐败。由于甘薯含有大量水分和糖分，营养充足，给腐败菌造成了有利机会，特别是表皮擦伤后，杂菌更易侵入，需要加倍注意。" G) ~. w3 U9 i! D5 w% v& t8
甘薯的病害很多，主要如黑斑病、软腐病、青霉病等，这些都是杂菌侵而引起的。经冻伤的坏死病，受水侵泡的水腐薯，是属于自然灾害。坏甘薯含有甘薯酮，会影响出酒率的提高。有病薯生成的毒害，会妨碍发酵作用，晒干后会煮不烂，严重影响出酒率的提高。黑斑病多在薯皮上，有黑或绿的斑点，并能有外皮侵入内部。黑斑病薯蒸煮时有霉坏味，口尝时有苦味，它是有毒的，对发酵不利，影响酵母发育，酵母死亡率大，致使发酵率低，尤其是不能用黑斑病薯作就酒母培养。如用黑斑薯生产出来的成品酒精，作为饮料用则苦味很大，严重影响酒的质量。' v; t& f: ?! m; E5 p! x1 f
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甘薯的化学成分，根据地区、品种、栽培条件等因素不同，含量也有不同，甘薯的块根中大约含有25—30%的干物质及70—75%的水分，干物质的主要成分是碳水化合物，含量在20%左右，此外，还
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有少量的蛋白质、脂肪、灰分及维生素等。/ u4 z* Y" D* H# N.
在甘薯中含有可溶性糖分2.0%左右。甘薯的淀粉颗粒经常由2--6个以上的颗粒结合在一起，形成特殊的团粒状态，每一个颗粒的大小为5—10微米。8 I) h ^& ]/ a( r4 I
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甘薯的含氮化合物中，纯蛋白占2/3，酰胺类占1/3。在块根中含有腺嘌呤(adenine)、鸟嘌呤(guauine)、甜菜碱(betaine)、及胆碱(choline)等。1 Z! @& B. r9 b0 d; w5 ^
大鼠灌胃
甘薯的灰分中，其比例大约为：K2O为3%，P2O5为9%，CaO为13%，MgO为4%，其它71%。此外，甘薯中还含有脂肪、维生素、甲树脂和乙树脂，其比例为：甲树脂90%，乙树脂10%。" V6 R5 h4 X9
根据中国医学科学院卫生研究所对甘薯分析试验所得的结论，在100克甘薯中含有胡萝卜素0.009—5.51毫克，硫胺素0.12毫克，尼克酸0.5毫克，抗坏血酸30毫克。
甘薯干是把新鲜甘薯切成细条或薄片，在日光下晒干而成，一般3公斤新鲜甘薯可以晒出1公斤甘薯干。甘薯干（又名地瓜干）的外观指标为：
一级甘薯干片大，整齐，均匀，内外都洁白。
二级甘薯干片大，较均匀，外面洁白，内部褐筋。& V0 o: h. I) ^7 {
三级甘薯干片大不整齐，严重霉坏，黄黑。6 i5 N! B/ [5 W
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从甘薯的化学成分看，由于淀粉含量高，纤维少，并有适量的蛋白质，利用甘薯制造酒精时，
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