1. 酒精发酵设备
发酵酒是制酒原料经发酵后,并在一定容器内经过一定时间的窖藏而产生的含酒精饮品。这类酒品的酒精含量一般都不高,一般不超过百分之十几。这类酒主要包括啤酒、葡萄酒和米酒。蒸馏酒与发酵酒之间生产工艺之间与很大差异,蒸馏酒的酒精度数相对较高,口感更为清爽,发酵酒的营养成分更加丰富一些,适量饮用对身体很有好处,大家可以根据自己的需求进行选择。
发酵酒酒精度高、味浓郁,而且很香。
2. 酒精发酵设备结构
酒精发酵的基本过程是:
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。
3. 酒精发酵设备流程图
多种微生物(如酵母菌,根霉,曲霉,某些细菌)能通过称为乙醇发酵的过程,将糖转变成乙醇和CO2。乙醇发酵也分为同型乙醇发酵(homoalcholic fermentation)和异型乙醇发酵(heteroalcoholic fermentation)两类。
同型乙醇发酵(homoalcholic fermentation):酿酒酵母能够通过EMP途径进行同型酒精发酵,即由EMP途径代谢产生的丙酮酸经过脱羧放出CO2,同时生成乙醛,乙醛接受糖酵解过程中释放的NADH+H+被还原成乙醇。这是一个低效的产能过程,大量能量仍然贮存于乙醇中,其总反应为:葡萄糖 + 2ADP + 2Pi ----- 2乙醇 + 2 CO2 + 2ATP运动发酵单胞菌能通过ED途径进行同型乙醇发酵,但只产生1个ATP。葡萄糖 + ADP + Pi 2乙醇 + 2 CO2 +ATP缺乏完整EMP途径的少数细菌(假单胞菌,根瘤菌,农杆菌,粪肠球菌)利用ED途径替代EMP途径产能。
异型乙醇发酵(heteroalcoholic fermentation):一些细菌能够通过HMP途径进行异型乳酸发酵产生乳酸、乙醇和CO2等,我们也可以称其为异型乙醇发酵,例如Leuconostoc mesenteroides(肠膜明串珠菌)进行的异型乙醇发酵总反应式为:葡萄糖 + ADP + Pi ----- 乳酸 + 乙醇 + CO2 + ATP
4. 酒精发酵设备有什么特点
影响酒精发酵的因素,主要有:
一、温度。温度对酒精发酵中的酵母繁殖、杂菌污染、酒精分的挥发及发酵时间均有影响。酵母最适繁殖温度为28~30℃,最适发酵温度为30~33℃。
二、PH值。不同的PH值可以使酒精发酵的产物不同,酵母在微酸时产物是乙醇,而在PH8时则产生甘油。
三、发酵时间。一般说来,满足酒精达到高峰的发酵时间越短越好,待酒精达到高峰时即开始蒸馏。
5. 酒精发酵设备结构部件与作用?
不是,最适合小麦粉,酵母的发酵原理,是通过某种方式,在面团内部产生气泡,无论是化学发酵(某种发酵粉),物理发酵(靠搅拌将空气溶化于面团中)还是生物发酵(酵母菌)都是同一个机制。
前提是,面团得有能力保持住这些气泡(你可以设想一下,拿根管子往水里吹气,气泡会浮上水面散发掉),当面团加水经过搅拌揉制后,面粉颗粒里面的蛋白质会形成一层互相互相粘连的膜(这就是俗称的面筋,撕开面包,看看里面的结构),这些膜会把酵母菌繁殖过程中产生的二氧化碳保持住,从而使面团膨胀,产生发酵的效果。
同时,酵母菌繁殖过程中,还产生酒精和热量(发酵的面团切开会有酒精味,内部是微热的,也能改善面包的口感。
糯米粉,稻米粉,淀粉等,都不含蛋白质,它们无法经过揉制后产生面筋,所以,它们无法使用发酵粉发酵,但可以使用化学发泡剂(大部分膨化食品),物理发酵(蛋糕西点的做法)。
6. 酒精发酵设备结构图
酒精发酵是在无氧条件下,微生物(如酵母菌)分解葡萄糖等有机物,产生酒精、二氧化碳等不彻底氧化产物,同时释放出少量能量的过程。在高等植物中,存在酒精发酵和乳酸发酵,并习惯称之为无氧呼吸.
生物进行的一种无氧糖酵解,从糖或多糖生成乙醇和二氧化碳,如下式:C6H12O6——2CH3CH2OH+2CO2酒精发酵过程如下C6H12O6 + 2NAD+ + 2pi —— 2C3H6O3 + 2NADH + 2H+ +2H2O2C3H6O3 + 2NADH + 2H+ —— 2CH3CH2OH + 2CO2 + 2NAD+
它和乳酸发酵同是具有代表性的发酵。微生物尤其是野生型微生物皆可进行这种发酵,在植物界相当普遍。
进行这种发酵的最具特征的生物是酿酒酵母。把这种反应归于酵母作用的是巴斯德(L.Pasteus,1857—1858)。
此后,E.Buchner(1897)用酵母压榨液实现了无细胞发酵,并对其酶系——酒化酶进行了分析。至1940年前后,糖的磷酸酯化、反应途径以及各阶段的反应,还有与这些相关的许多酶、辅助因子等几乎都已明确
7. 酒精发酵设备简图
1、发酵法
糖质原料(如糖蜜、亚硫酸废液等)和淀粉原料(如甘薯、玉米、高梁等)发酵;
发酵法制乙醇是在酿酒的基础上发展起来的,在相当长的历史时期内,曾是生产乙醇的唯一工业方法。
发酵法的原料可以是含淀粉的农产品,如谷类、薯类或野生植物果实等;也可用制糖厂的废糖蜜;或者用含纤维素的木屑、植物茎秆等。这些物质经一定的预处理后,经水解(用废蜜糖作原料不经这一步)、发酵,即可制得乙醇。
发酵液中的质量分数约为6%~10%,并含有其他一些有机杂质,经精馏可得95%的工业乙醇。
2、乙烯水化法
乙烯直接或间接水合。
乙烯直接水化法,就是在加热、加压和有催化剂存在的条件下,是乙烯与水直接反应,生产乙醇:
CH2═CH2 + H─OH→C2H5OH
(该反应分两步进行,第一步是与醋酸汞等汞盐在水-四氢呋喃溶液中生成有机汞化合物,而后用硼氢化钠还原)
此法中的原料—乙烯可大量取自石油裂解气,成本低,产量大,这样能节约大量粮食,因此发展很快。
3、煤化工
工业制乙醇还主要是通过乙烯氢化制得,而适合中国国情的技术就是利用煤化工技术,将煤转化为合成气,直接或者间接的合成乙醇。
4、联合生物加工
利用生物能源转化技术生产乙醇能缓解非再生化石能源日渐枯竭带来的能源压力。来源广泛的纤维素将是很有潜力的生产乙醇原料。然而由于各种原因,一般的发酵法生产乙醇成本较高,乙醇生产难以规模化。联合生物加工技术,一体化程度高,能有效降低生产成本,未来发展前景广阔。
①原因
生物转化使用的原料是玉米等粮食作物,但是这些原料的大量使用会影响到粮食安 全,所以秸秆、麸皮、锯木粉等农业、工业废弃物等含有大量的木质纤维素,将是很有潜力的乙醇发酵原料。另外,生物燃料的生产过程中,纤维素的预处理和纤维素酶的生产成本较高。因此减少预处理,增强纤维素酶的活性,提高发酵产物的产量和纯度,减少中间环节也是降低生产成本的途径。
②原理
联合生物加工 (consolidated bioprocessing,CBP)不包括纤维素酶的生产和分离过程,而是把糖化和发酵结合到由微生物介导的一个反应体系中,因此与其他工艺过程相比较,底物和原料的消耗相对较低,一体化程度较高。
③工艺
生理学研究和¹⁴C标记的纤维素实验说明,生长于纤维素上的微生物的生物能量效益取决于胞内低聚糖摄取过程中β一糖苷键磷酸解的效率,并且这些效益超过了纤维素合成的生物能量成本。这些研究为纤维素分解菌在纤维素上快速生长提供了实验依据和理论依据。 应用联合生物加工的关键是构建出能完成多个生化反应过程的酶系统,使纤维素原料通过一个工艺环节就转变为能源产品。一些细菌和真菌具有CBP所需要的特性,所以改造现有的微生物已成为研究的热点。以基因重组等为代表的生物工程技术已经使这种设想成为现实,并为设计出更完善的CBP酶系统提供了可能。对相关的微生物改造主要有以下3个策略:
天然策略
是将本身可产生纤维素酶的微生物,尤其是厌氧微生物进行改造,使其适应CBP生产的要求。这种策略关键在于,提高对乙醇的耐受力,减少副产物的生成,导入新的代谢基因将糖化产物全部或者大部分进行发酵,从而产出高浓度的乙醇。
重组策略
是通过基因重组的方法表达一系列的外切葡聚糖酶和内切葡聚糖酶等纤维素酶基因,使微生物能以纤维素为唯一碳源,将来源于纤维素的糖类完全或者大部分进行发酵。 重组策略所遇到的问题有:(1)外源基因共表达对细胞的有害性。(2)需要在转录水平使外源基因适量表达。 (3)一些分泌蛋白可能折叠不正确。因为纤维素降解蛋白合成之后必须要正确折叠才能分泌并行使功能。未正确折叠的蛋白分泌后要通过内质网结合蛋白降解,而且对内质网造成压力。
共培养策略
共培养策略有两层含义:一是指发酵液中存在的不同的类型的微生物,利用广泛类型的糖类底物。例如将仅能利用己糖的热纤维梭菌与能利用戊糖的微生物进行共培养。这能避免不同生物间的底物竞争,实现乙醇产量最大化。二是指存在不同特性的微生物相互协作,加强发酵效果。
④特点
i、提高乙醇耐受力
高浓度的乙醇能改变细胞膜上的受体蛋白,阻遏糖酵解和代谢循环,最终抑制细胞的生长和发酵。许多证据表明,乙醇耐受基因不是单一的基因,全转录工程提供了一个新方法。例如分别通过三种转录调控因子基因的突变,酿酒酵母的乙醇耐受力有所提高。
ii、提高糖转运效率
糖类不能自由地穿过细胞膜,微生物是通过特定的糖转运蛋白来利用糖类,所以了解糖转运机制是必要的。转运蛋白作为培养基中糖浓度的“感受器”,可产生相应的胞内信号.不同的糖转运蛋白在不同的浓度下行使功能,从而使微生物在较广的范围内利用糖类。
这是生物方法的综合运用。当然,还有其他的生产工艺方法,基本原理都是运用生物发酵的方法生产乙醇,如:木质纤维素原料酶水解产乙醇,玉米秸秆发酵生产乙醇等。这些基本的发酵方法通过联合生物加工,可以大大提高乙醇的生产效率、减低生产成本。
⑤提纯
75%的乙醇可以用蒸馏的方法蒸馏到95.5%。此后形成恒沸物,不能提高纯度。
95%的乙醇可以用生石灰煮沸回流提纯到99.5%。
99.5%的乙醇可以用镁条煮沸回流制得99.9%的乙醇。
i、分批萃取精馏法
乙醇的生产离不开精馏、萃取等化工流程。氧化钙脱水法、共沸精馏、吸附精馏、渗透汽化、吸附法、萃取精馏法和真空脱水法等多用在乙醇的回收和提纯的方面。实际生产中较成熟的方法是共沸精馏和萃取精馏,这2 种分离方法多以连续操作的方式出现。在一些领域生产乙醇设备简单、投资小,可单塔分离多组分混合物,或同一塔可处理种类和组成频繁更换的物系。分批共沸精馏可以同时满足这些要求,但是分批共沸精馏所需的塔板数较多,产品中常含有微量的苯不能应用于医药和化学试剂领域,且生产中易发生苯中毒事故。
分批萃取精馏(BED) 则无以上缺点,且可以同时具备分批精馏与萃取精馏两者的优点。其工艺特点是连续萃取精馏至少需要3 个精馏塔的工艺来完成:乙醇稀溶液富集到共沸组成(乙醇质量分数95.7 %) ,萃取精馏回收无水乙醇,回收溶剂以循环使用。并且连续萃取精馏法只适于原料组成固定的、规模较大的连续生产中。而且设备投资少,仅用单塔可完成原料富集、萃取精馏和溶剂回收3 项任务;且精密度高,可根据实际生产的需求,灵活地调节产品纯度;节省操作成本、无需连续操作;此设备也可用于回收其他有机溶剂。
ii、分子筛固定床吸附法(简称分子筛法)
分子筛是一种无色、无臭、无毒的新材料,在无水乙醇制备和其他共沸混合物分离过程中无需添加第三组分,生产过程几乎无毒害三废排放;共沸法牵涉到苯、环已烷等高毒性的第三组分。工艺简单可靠、产品质量优,是一种环保、节能型工艺。
优点是可以降低设备安装高度,提高固定床有效吸附量及成品质量稳定性。产生的废气、废渣、废液均有很好的处理方法。
8. 酒精发酵设备的结构特点
酒精的发酵过程中,酵母菌进行的是属于厌气性发酵,进行着无氧呼吸,发生了复杂的生化反应。
从发酵工艺来讲,既有发酵醪中的淀粉、糊精被糖化酶作用,水解生成糖类物质的反应;又有发酵醪中的蛋白质在蛋白酶的作用下,水解生成小分子的蛋白胨、肽和各种氨基酸的反应。
这些水解产物,一部分被酵母细胞吸收合成菌体,另一部分则发酵生成了酒精和二氧化碳,还要产生副产物杂醇油、甘油等。
9. 酒精发酵设备和啤酒发酵设备的结构特点
乙醇,有机化合物,俗称酒精。乙醇在常温常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体,低毒性,纯液体不可直接饮用;具有特殊香味,并略带刺激;微甘,并伴有刺激的辛辣滋味。易燃,其蒸气能与空气形成爆炸性混合物,能与水以任意比互溶。能与氯仿、乙醚、甲醇、丙酮和其他多数有机溶剂混溶。乙醇的用途很广,可用乙醇制造醋酸、饮料、香精、染料、燃料等。医疗上也常用体积分数为70%~75%的乙醇作消毒剂等,在国防化工、医疗卫生、食品工业、工农业生产中都有广泛的用途。
啤酒是一种以小麦芽和大麦芽为主要原料,并加啤酒花,经过液态糊化和糖化,再经过液态发酵酿制而成的酒精饮料。啤酒的酒精含量较低,含有二氧化碳、多种氨基酸、维生素、低分子糖、无机盐和各种酶。