再谈酒精浓醪发酵.docx

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1、再谈酒精浓醪发酵提高酒精发酵浓度是发酵工业技术革新的一个主要方面和简单有效的手段。多年以来酒精工业已经成功地将发酵浓度从5%提高到10%，再到目前的12%~13%。提高发酵浓度可以在基本不改动现有设备的情况下提高设备利用率，减少人工和能耗，减少工艺用水量，缩短发酵周期，减少发酵罐清洁费用，减少DDGS蒸发量，从而大幅度地降低生产成本。因此，酒精浓醪发酵一直是近年来研究的热门课题。狭义的酒精浓醪发酵主要包含三方面的内容：（1）酵母菌体浓度高－－1x109~3x109个／ml（2）底物（淀粉糖）浓度－－30~40％（3）产物（酒精）浓度－－14-18%（V/V）实现酒精浓醪发酵的优势

2、是非常明显的。1、提高发酵速度和设备利用率在酒精浓醪发酵中，随着底物浓度（糖）的提高和细胞浓度的提高，促进了发酵速率增大，单位体积和时间内的酒精浓度提高（即发酵强度提高）。随着发酵强度的提升，相应的设备利用率自然提高。2、分离费用低，节省能源除原料消耗以外，能耗是酒精厂主要的支出之一，具体表现在煤和电的消耗上（如图1所示）。实行酒精浓醪发酵后，酒份提高，工艺用水减少，可以降低酒精蒸馏以及DDGS生产蒸气的用量，从而降低了煤或电的消耗！有经验证明，当发酵酒份从9%（V/V）提高到10%（V/V）时，可节约蒸汽消耗300kg/吨酒精，可降低生产成本约50元/吨酒精。图1一吨酒精的成本

3、分摊1、节水、减少废液排放和处理费用目前，一般酒精厂的料水比为1：2.5~3.0左右，而采用浓醪工艺的料水比将为1：1.8～1：2.0，吨酒精用水节约1吨以上；同时可减少蒸馏损失，由于乙醇与水互溶，通过蒸馏方法提取，乙醇在糟液中必然有一定的残留，乙醇浓度越高，最终相对损失就越少。生产经验证明，在酒精生产中，发酵醪酒份提高1%（V/V）（比如从11%提高到12%），每吨酒精可节约工艺用水1.2~1.5吨、减少废液体积1.5~2吨、减少废液浓缩蒸汽消耗0.6~0.8吨，节约DDGS生产成本约80元/吨，提高废液厌氧处理时COD负荷10~13%。但是，要实现酒精浓醪发酵，需要完成以下两

4、方面的工作。一是发酵菌种（即酵母）方面的问题，二是工程方面的问题。A、发酵菌种方面，主要是渗透压对酵母的影响、底物和产物以及副产物对酵母的抑制。渗透压对酵母的影响：用于酒精发酵的酵母细胞必须在其适宜的渗透压环境下生长：若环境体系渗透压太低，会造成细胞内物质流失，继而影响酵母细胞的生长；同时，随着发酵浓度的升高，造成发酵环境渗透压升高，致使细胞脱水，细胞结构变形，最终影响细胞的新陈代谢。有资料表明，酵母细胞的最适渗透压与0.85%的NaCl溶液和2.6%的葡萄糖溶液相当。B、底物对酵母的抑制：酵母在酒精浓醪发酵过程中，当底物浓度（糖浓度）达一定值时，酵母细胞的生长和代谢受到明显抑制

5、，致使发酵速度下降，这种现象叫做底物抑制。底物抑制一个明显的例子是酵母生长过程中的Crabtree效应，当葡萄糖浓度＞5％时，即使有足够的氧存在，也会使酵母细胞的生长速率明显下降。C、产物抑制的影响。在发酵过程中，随着产物浓度的提高，微生物的生长和代谢速率逐渐下降，这种产物抑制现象是普遍存在的。就酒精生产而言，产物抑制的一般情况为：酒精浓度抑制情况＜30g/L可忽略＞40g/L抑制明显＞100~120g/L生长和发酵停止D、副产物的形成：在酒精浓醪发酵过程中，随着底物浓度的升高，使得酒精酶系受到干扰，直接影响了酒精的生成，同时副产物的酶系被激活或放大，致使副产物生成速率得到提高，

6、最终影响了酒精浓度下降，严格控制副产物的生成和浓度，是酒精生产中一个重要的课题。工程方面的问题，分为热量传递、物料输送和供氧三个方面。A、热量传递问题——传热问题：随着发酵浓度的升高，体系放热增大，导致物料传热系数下降，冷却困难，这个问题在夏天高温天气异常严重，其严重程度甚至直接影响到一个酒精厂是否能持续生产。有研究表明，一般发酵，高峰期放热量：5×103~5×104kJ/m3.h，而酒精浓醪发酵，高峰期放热量：5×104~1×105kJ/m3.h。浓醪发酵相对于一般酒精发酵，其高峰期放热量整整提高一个数量级。B、流体输送问题——动量问题：酒精浓醪发酵时，由于发酵浓度的提高，醪液

7、的黏度开始大幅上升，醪液粘稠、流动性差，流动阻力增大，导致输送困难。同时，由于醪液黏度的上升，导致发酵液分离困难。C、供氧问题——质量传递问题：在酒精浓醪发酵中，随着发酵浓度的升高，要求酵母的细胞数更多，酵母消耗的氧气增多，耗氧速率增大，但是由于料液的粘稠，导致了氧传递系数的降低，最终导致了供氧的困难。有研究显示，酵母在一般酒精发酵时的耗氧速率：0.5~3.0kgO2/m3.h，而在酒精浓醪发酵时的耗氧速率为3.0~10.0kgO2/m3.h。那么我们该如何实现酒精浓醪发酵呢？实