生物工艺学第十章生物产品工艺学及应用.ppt

生 物 工 艺 学,国家十一五规划教材生物工艺学（邱树毅主编）配套课件,目录,第一章绪论第二章工业微生物菌种选育、制备与保藏 第三章工业培养基及其设计 第四章生物工艺过程中的无菌技术 第五章生物反应动力学 第六章 发酵过程原理第七章 生物反应器及生物工艺过程的放大第八章 生物反应过程参数检测与控制 第九章 生物产品分离及纯化技术 第十章 生物产品工艺学及应用,第十章 生物产品工艺学及应用,10.1白酒生产工艺技术白酒及其分类白酒生产主要原辅料10.1.3 白酒生产中主要微生物10.1.4 白酒生产工艺白酒生产中的新技术10.2啤酒生产工艺概述啤酒生产原辅料10.2.3 啤酒生产工艺10.2.4 啤酒生产中的新技术10.3 有机酸生产工艺技术10.3.1 柠檬酸生产工艺10.3.2 其他有机酸生产工艺,10.4 抗生素生产工艺技术10.4.1 抗生素概述10.4.2 抗生素生产工艺过程10.5生物质能源利用生物质能源概述燃料乙醇生物柴油10.6废水处理概述活性污泥法好氧生物膜法厌氧消化甲烷发酵光合细菌处理高浓度有机废水,10.1白酒生产工艺技术,白酒 白酒是以含淀粉的物质或糖质为原料，加入曲类、酒母为糖化发酵剂(糖质原料无须用糖化剂),经蒸煮、糖化、发酵、蒸馏、储存、勾调而成的蒸馏酒。我国的白酒是世界著名的六大蒸馏酒之一。白酒产品中98%的成分是乙醇和水，同时还含有2%左右的其他微量香味物质，白酒中的香味物质主要有醇类、酯类、醛类、酮类、芳香族化合物等物质。,白酒及其分类,白酒的分类(1)根据使用的原料不同:分为粮食白酒和代粮白酒。(2)根据酒度高低:分为高度白酒（50%65），中度白酒（40%49%），低度白酒(20%40%)。(3)根据使用的酒曲种类不同:分为大曲白酒，小曲白酒，麸曲白酒。(4)根据生产方式不同:分为固态发酵白酒，半固态发酵白酒，液态发酵白酒。,(5)根据白酒的香型分类：五大香型(浓香型、酱香型、清香、米香、凤香)和五小香型(药香型、兼香型、芝麻香、特型、豉香型)。浓香型白酒：以窖香浓郁、绵甜醇厚、香味谐调、尾净爽口为特点。以四川沪州老窖特曲和五粮液为代表。酱香型白酒：以酱香突出、幽雅细腻、后味悠长、空杯留香持久为特点。以贵州茅台酒为代表。清香型白酒：以清香纯正、醇甜柔和、自然协调、后味爽净为特点。以山西汾酒为代表。米香型白酒：以米香纯正、清雅、入口绵甜、落口爽净、回味怡畅为特点。以桂林三花酒为代表。凤香型白酒：以醇香秀雅、醇厚甘润、口味谐调、余味悠长为特点。以陕西西凤酒为代表。,(5)根据白酒的香型分类：五大香型(浓香型、酱香型、清香、米香、凤香)和五小香型(药香型、兼香型、芝麻香、特型、豉香型)。药香型白酒：以清澈透明、香气典雅、浓郁甘美、略带药香、谐调醇甜爽口、余味悠长为特点。以贵州董酒为代表。兼香型白酒：以酱浓谐调、幽雅舒适、细腻丰满、回味爽净、余味悠长为特点。以白云边酒为代表。芝麻香：清澈透明、酒香幽雅、入口丰满醇厚、纯净回甜、余香悠长为特点。特型白酒：以清澈透明、香气幽雅谐调、口味柔绵醇和、余味悠长为特点。以江西漳树四特酒为代表。豉香型：以玉洁冰清、豉香独特、口味醇厚甘润、后味爽净为特点。以广东玉冰烧酒为代表。,白酒生产主要原辅料,制曲原料(1)大曲原料 目前主要是小麦、大麦、豌豆等。在南方主要以小麦为主制作大曲酿造酱香型和浓香型白酒；在北方多数以大麦和豌豆制作大曲酿造清香型白酒。小麦：淀粉含量高，面筋丰富，粘性强，含氨基酸20多种，富含维生素，还有钾、磷、钙、镁、硫等矿物元素，最适合霉菌生长，是产酶的优良天然物料。大麦：营养丰富，适合多种微生物生长。但其粘结性较差，本身带有较多的皮壳，纤维素含量高，制成的曲坯质地过于疏松，有上火快、退火快的缺点，所以不宜单独使用。与豌豆共用，可使成曲具有良好的曲香味和清香味。豌豆：淀粉含量较大，粘性大，若单独制曲，升温慢、降温也慢，故一般与大麦按一定的比例混合使用。,制曲原料(2)小曲原料 小曲的主要原料是籼米或米糠以及一些中草药。大米的湖粉层中富含蛋白质和灰分，糠层中的灰分更丰富，有利于酿酒微生物的生长和产酶；中草药富含生长素可以补充原料中生长素的不足，促进根霉和酵母菌的生长，起疏松和抑制杂菌繁殖的作用。(3)麸曲原料 麸皮是制麸曲的主要原料，麸皮具有营养源种类全面，吸水性强，表面积大，疏松度大，具有一定的糖化力，也是各种酶良好的载体，选用好质量的麸皮就能满足曲霉菌等生长繁殖和产酶。,制酒原料(1)谷物原料 高粱：高粱分为粳型高粱和糯型高粱，粳型高粱含直链淀粉较多，糯型高梁含支链淀粉较多，但糯型高粱比粳型高粱更容易蒸煮糊化，结构疏松，淀粉出酒率较高。高粱皮壳中含少量单宁(在2%2.5%左右)和色素，单宁经蒸煮发酵，可转变成芳香类物质，它能赋予白酒特殊的风味。玉米：富含植酸，可发酵生成环己六醇和磷酸，磷酸能促进丙三醇(甘油)的生成，由于多元醇具有明显的甜味，因此玉米酒较为醇甜。玉米的胚体含油率可达1540，用玉米酿酒时，可先分离出胚体榨油，因为过量的油脂会给白酒带来邪杂味。另外由于玉米的淀粉结构堆积紧密，质地坚硬，较难蒸煮糊化，所以在酿酒时，要特别注意保证蒸煮时间。大米：我国南方酿造的小曲酒，多以大米为原料，大米质地纯净，其淀粉含量高达70以上，蛋白质和脂肪含量较少，容易蒸煮糊化，大米适合根霉生长，有利于低温缓慢发酵，因此所酿造的成品酒有较纯净的特点。,制酒原料(2)辅料 辅料又叫填充料，主要起疏松作用，同时有调整酒醅的淀粉浓度，冲淡酸度，吸收酒精，保持浆水的作用；使酒醅有一定的疏松度和含氧量，利于酒醅的升温，并增加界面作用；使蒸煮、糖化发酵和蒸馏能顺利进行。生产中要求辅料杂质较少，新鲜，无霉变，并具有一定的疏松度及吸水能力，少含果胶、多缩戊糖等成分。目前常用的辅料主要有稻壳、谷糠、高粱壳、玉米芯等(3)酿造用水 酿造用水包括酿造润粮、冷却、降度、包装洗涤用水等，水质要求达到国家规定的饮用水标准GB57491985生活饮用水卫生标准。,10.1.3 白酒生产中主要微生物,霉菌 根霉：它的适应性强、繁殖速度快，它能产生较强的糖化力和发酵力。另外可以生成乳酸、延胡索酸、琥珀酸等多种有机酸，对白酒风味有重要的作用。曲霉：它能产生糖化酶、液化酶等多种酶系和多种有机酸，并产生少量酒精。拟内孢霉：拟内孢霉是曲块上霉的主要微生物，耐高温，无产酒能力，它是一个优良的糖化菌，适应性强，繁殖速度快。生长初期微香。犁头霉：它是耐高温的霉菌，其糖化力、液化力和蛋白质分解力均不高，约为米曲霉群的1/31/4。毛霉：对制曲而言它是有害菌，要注意管理。它的适应性强，在湿高温高的情况下生长迅速，尤其是两曲相靠时更易生长。青霉：是白酒生产有害菌。青霉性喜低温潮湿环境，对制曲的污染多在雨季，注意防潮。,酵母菌 酒精酵母：对产品质量起着决定性的作用，产酒能力强，从曲坯入房到干火前期(曲坯入房48小时)酵母大量繁殖，其后随着曲坯温度的上升而死亡或休眠。汉逊酵母：产酒能力较强，仅次于酒精酵母，同时产生香味，生长环境同酒精酵母。假丝酵母：有一定的产酒精能力，是大曲中数量最多的酵母，主要生长在于曲皮的表面呈黄色的小斑点。在低温培菌期存活繁殖，进入高温转化时，假丝酵母明显减少。,细菌 乳酸菌：乳酸菌在大曲中产生的乳酸可与乙醇酯化生成香味成分乳酸乙酯，它是大曲酒酿造呈香的前体物质。乳酸菌的量不可过多，过量的乳酸菌会引起酸败。醋酸菌：醋酸菌能利用葡萄糖生成醋酸，还可氧化葡萄糖生成葡萄糖酸。少量的醋酸菌对改进白酒风味形成酒质清香有着重要的作用。但是过量的醋酸菌则是有害的，影响白酒的正常风味。,细菌 枯草芽孢杆菌：最适生长温度为37，适应于微酸湿度大的环境，具有分解蛋白质和水解淀粉的能力。丁酸菌：能将葡萄糖、蔗糖、淀粉分解生成丁酸、乙醇、异丙醇、丙酮、丁酸等，其产物丁酸是大曲酒中丁酸乙酯的前驱物质，是白酒中的重要香气成份之一。己酸菌：在大曲中普遍存在，以曲块中部为最多，适应生长温度为3234，属于兼气性厌氧菌，其产物己酸与乙醇。,10.1.4 白酒生产工艺,大曲酒生产工艺 大曲白酒的生产方法可分为续渣法和清渣法，在续渣法中又分为混烧法和清蒸混入法两种。浓香型酒和酱香型酒采用续渣法生产，而清香型酒大多采用清渣法生产。,A浓香型大曲酒生产工艺 生产的基本特点是：以高粱或多种谷物为原料，优质小麦或大麦、豌豆混合配料，培养制作中温曲或高温曲，泥窖固态发酵，续渣配料，混蒸混烧，量质摘酒，原酒度贮存，精心勾兑。,(1)浓香型大曲生产工艺,(2)浓香型大曲酒生产工艺,(1)酱香型大曲生产工艺,B酱香型大曲酒生产工艺 生产特点是：采用间歇式、开放式生产，并用多菌种混合发酵，高温制曲。一年一个周期，每周期共有九次蒸煮，八次发酵，七次取酒。,(2)酱香型大曲酒酿造工艺,C清香型大曲酒生产工艺 生产工艺特点是“清蒸清茬、地缸发酵、清蒸两次清”。清蒸清茬是指经清理除杂后的原料高粱，粉碎后一次性投料，单独进行蒸煮。地缸发酵指在埋于地陶缸中发酵，缸口与地平相齐，用石板作缸盖密封。清蒸两次清指发酵成熟酒醅蒸酒后的醅再次加曲发酵、蒸馏、最后成扔糟。,(1)清香型大曲生产,(2)清香型大曲酒生产工艺,小曲白酒生产工艺(1)小曲生产工艺 小曲品种较多，按添加中草药与否分为药小曲和无药小曲；按制曲原料又分为粮曲和糠曲；按形状分为酒曲丸、酒曲饼和散曲；按用途分为甜酒曲和白酒曲。单一药小曲它是用生米粉，只添加一种香药草粉，接种曲母培养而成。单一药小曲工艺流程:,(2)小曲白酒生产工艺 小曲白酒生产主要采用半固态发酵工艺和固态发酵工艺。其中半固态发酵分先培菌糖化后发酵工艺和边糖化边发酵工艺。,先培菌糖化后发酵工艺,边糖化边发酵工艺,麸曲白酒生产工艺 麸曲白酒是以高粱、玉米、薯干等含淀粉较高的物质为原料，采用纯种麸曲酒母代替大曲作糖化发酵剂所酿造的蒸馏酒。(1)麸曲生产工艺,麸曲生产工艺,(2)酒母的制备 麸曲白酒酿造的酵母:一类是酒精发酵用，另一类是供发酵生成香味物质用。麸曲白酒酿造时常用的酵母菌种有汉逊酵母、毕氏酵母、圆酵母、假丝酵母、酒香酵母。酒母两种培养方法:机制酒母，大缸酒母。大缸酒母的培养方法：原料的选择和处理：制备酒母醪的原料以玉米为好。接种培养：蒸熟的料分装入缸，每公斤料加34公斤酿造用水，再加1%的硫酸调整酸度为0.3左右。,(3)麸曲白酒的生产工艺 当前麸曲白酒的生产，主要采用清蒸法和混烧法两种生产方法。其中混烧法工艺流程如下：,液态生产白酒 液态法生产的酒基只是半成品，为了获得成品酒，还需将酒基进一步加工，其方法可分为：固液结合法：用液态法生产酒基，用固态法的酒糟，酒尾或成品酒来提高质量。串香法：将酒基装入甑桶底锅，甑桶内装入固态法发酵的香醅，通入蒸汽，使酒基汽化通过香醅，香味物质随酒精蒸汽进入冷凝器，增加了酒基的香味成分。浸蒸法：把香醅浸于酒基混合，加热复蒸取酒。固液勾兑法：用液态法生产的酒基，兑入5%优质酒或10较好的固态法白酒，以弥补液态法白酒的不足，使产品具有固态法白酒的风味，方法简便。调香法：在酒中调加天然香料或有机酸类、酯类和醇类等试剂，改善液态法白酒风味，使口味协调的方法。液态法(一步法)：酒基生产和改善风味措施用液态发酵法。,白酒生产中的新技术,强化种曲制作 从酿造过程中选育出优良霉菌、细菌、酵母菌分别进行培养，霉菌和酵母均采用固体培养基，细菌采用液体培养基由试管斜面培养扩大到三角瓶培养再扩大到曲盘培养，再按一定比例混合(一般是霉菌：酵母菌：细菌=1：1：0.2)，按传统的大曲制作法外加一定量的种曲作种源进行大曲制作。,架式方法生产大曲 架式曲培养工艺利用微机按不同培养期进行温度、湿度、通风与排风自动控制，按常规培养方法培养30天即可。大大降低了劳动强度，改善了劳动环境，提高了单位面积产量，有效地避免了季节工人熟练程度的影响。,小曲制作新工艺 在制备小曲生产上，采用纯种根霉和酵母菌制成的纯种无药小曲，或以麸皮为原料制成的散曲均有良好的效果，少用中草药也能制得质量好的小曲。采用深层通风发酵生产的浓缩甜酒曲比老法酒药功效大幅度提高。,酶催化工程的引进 酿酒工业中广泛应用的酶，主要是糖化酶、液化酶、纤维素酶、蛋白酶、脂肪酶、酯化酶等，具有酶活力强、用量少、使用方便等优点。但是，纯种微生物合成酶的催化单一性，也给传统白酒发酵带来了一定问题，因此，复合酶发酵技术成为白酒发酵的一个新的课题。,双轮底糟发酵技术 它是指在开窖时，将大部分糟醅取出，只在窖池底部留少部分糟醅进行再次发酵的一种方法。目前常用的方法主要有两种：一种是连续双轮底，一种是隔排双轮底。连续双轮底:第一次起窖时窖池底部留1.5甑左右的糟醅，并投入一定量的曲粉及次酒进行再次发酵，以后以此循环进行轮次操作。隔排双轮底:在第一排放入粮糟时，当入完第一甑后，立即将入窖粮糟扒平放上两块竹篾做记号然后再逐甑装入粮糟。以后每排均按此循环进行。每隔排出一次底糟酒。,低度白酒技术创新 有效解决低度酒的稳定性问题，须从以下几方面入手：低度酒水解机理的研究；提高基础酒质量、调味酒质量及勾兑用水质量；勾兑技术研究；低度白酒处理技术研究。有了好的水处理设备，超滤设备，抑制酯可逆水解反应的方案，低度白酒的质量问题就可以很好地解决。,白酒生产机械化 传统工艺白酒的作坊式操作严重制约着生产的规模化程度，米香型、豉香型在工艺的发展中，建立起了一套固、液发酵相结合的糖化、发酵、蒸馏机械化操作系统，大大节省了人力资源，而且这些香型的白酒更容易被东南亚及国际市场所接受。,生产过程数字化控制与管理 从温(入窖温度)、粮(入窖淀粉浓度)、水(入窖水分)、曲(大曲用量)、酸(入窖酸度)、糠(谷壳用量)、糟(粮糟比)等七大因子的监控着手，找出不同季节、不同条件下最佳参数组合，确立产量与质量的平衡点，形成标准化、数字化的生产模式。从原酒、基础酒、调味酒、成品酒等的理化、色谱成分统计录入处理等角度着手，建立酒体指纹图谱、专家鉴评等系统，大幅度减轻手工数据查询的劳动量，控制勾调成本，稳定产品品质，为勾调人才培养从经验型向数字型转变提供科学依据，建立白酒勾调的科学理论体系。,10.2啤酒生产工艺,啤酒是以发芽的大麦和水为主要原料，以大米或其它谷物、极少量酒花为辅助原料，经糖化制备麦芽汁、加酒花煮沸、冷却和加酵母发酵酿制而成的一种含多种营养成分、二氧化碳和低酒精度的饮料。,啤酒根据所用酵母种类分为上面发酵啤酒和下面发酵啤酒，根据啤酒色泽分为淡色啤酒、浓色啤酒、黑啤酒和白啤酒，根据成品啤酒是否巴氏杀菌分为鲜啤酒、熟啤酒和纯生啤酒。世界著名啤酒有：比尔森啤酒(Pilsenerbeer)，爱尔啤酒(Brown A1e)，司陶特黑啤酒(Stout black)，慕尼黑(Munich)浓色啤酒，青岛啤酒。,概述,啤酒生产原辅料,啤酒的基本原料为大麦酿造用水酒花酵母以及淀粉质辅助原料(玉米大米大麦小麦等)和糖类辅助原料等。,大麦 大麦适于酿造啤酒的原因在于易发芽产生大量的水解酶类。不同的大麦品种，适于酿制不同类型的啤酒，如蛋白质含量高的品种酿制出的啤酒口味重，颜色深，适于酿制浓色啤酒；蛋白质含量低的品种适于酿制淡色啤酒。优良酿造大麦品质的特点是：粒大饱满、皮薄、体形短整齐、成熟期早、休眠期短、浸出率高、千粒重量高、粉状粒高、吸水力强、蛋白质含量适中、大麦和制成麦芽的酶活性高、发芽率不低于95%、溶解良好、制麦收得率高。除大麦麦芽外，还包括特种麦芽，小麦麦芽及辅助原料(大米、玉米、未发芽的大麦和小麦、淀粉、蔗糖和淀粉糖浆)。,啤酒花和酒花制品 酒花:学名蛇麻，又名忽布，它在啤酒酿造中最主要的成分是酒花树脂、酒花油和-酸，它们能赋予啤酒爽口的苦味和愉快的香味，酒花树脂能增加麦汁和啤酒的防腐能力，多酚物质中的单宁能与高分子蛋白质絮凝澄清麦汁和有利于啤酒的非生物稳定性，能增加啤酒的泡持性和取醇厚酒体的作用。,酒花按特性可以分为四类：优质香型酒花,香型酒花,没有明显特征的酒花,苦型酒花。目前常用的酒花制品有颗粒酒花、酒花浸膏、酒花油等三种酒花制品。,酿造用水 酿造用水应满足啤酒酿造的特殊要求：色与透明度：无色，无臭，透明，无悬浮物和沉淀物。味：无异味、无异臭。总硬度：浅色啤酒要求不超过2.85mmol/L(80d)，深色啤酒要求不超过4.28mmol/L(120d)。水的卫生指标：在370C培养24小时，细菌总数不得超过100cfu/ml、不得有大肠杆菌和八叠球菌存在。水的理化指标：pH呈中性至微酸性(6.8-7.2)、钠离子75mg/L、铁离子0.05 mg/L、锰离子0.03 mg/L、氨根离子0.05 mg/L、氯离子40-200 mg/L、硅酸盐30 mg/L、硫酸根离子300 mg/L、硝酸盐5 mg/L、亚硝酸盐0.05 mg/L。,不同硬度的水适于酿造不同类型的啤酒：软水适合酿造淡色啤酒，口味淡爽、色浅；中等硬度的水适合酿造浓色啤酒和黑色啤酒，其特点是口味醇厚，泡沫好。,酵母 酵母是用以进行啤酒发酵的微生物。啤酒酵母又分上面发酵酵母和下面发酵酵母。啤酒工厂为了确保酵母的纯度，进行以单细胞培养法为起点的纯粹培养。为了避免野生酵母和细菌的污染必须严格啤酒工厂的清洗灭菌工作。,淀粉质辅助原料和糖类辅助原料:淀粉质辅助原料为玉米淀粉和大麦淀粉。玉米胚芽含油质较多影响啤酒的泡持性和风味。以玉米为辅助原料酿造的啤酒，口味醇厚。玉米为国际上用量最多的辅助原料。大米淀粉含量高，浸出率也高，含油质较少，但大米淀粉的糊化温度比玉米高。以大米为辅助原料酿造的啤酒色泽浅，口味清爽。大米是中国用量最多的辅助原料。糖类大都在产糖地区应用，一般使用量为原料的1020。添加的种类主要有蔗糖葡萄糖转化糖、糖浆等。,10.2.3 啤酒生产工艺,麦芽制造(1)大麦的清选和分级 原大麦一般含有杂质,在投产前必须对原大麦进行清理除杂。经过除杂后的大麦还须按麦粒腹径的大小进行分级，这样同等级的大麦投入生产可使大麦浸渍均匀，发芽整齐，制得的麦芽质量好、稳定，经过粉碎后能获得粗细均匀的麦芽粉。大麦的分级有平板分级筛(大规模生产用)和圆筒分级筛(中小型工厂用)，分级筛通常与精选机结合在一起。,(2)大麦的浸渍 干燥大麦的含水量一般在12%左右，通过浸渍补充适量的水分(称为“生长水”)到25%以上使其达到发芽要求。浸麦方法：湿浸法,间歇浸麦法,喷淋浸麦法。浸麦的设备一般有传统的圆形锥底浸麦槽和自动化平底浸麦槽等两种。,(3)大麦的发芽 发芽目的:使麦粒最大限度地适当地形成-淀粉酶、-淀粉酶、支链淀粉酶、蛋白分解酶、半纤维素酶等酶类，并使麦粒的部分淀粉、蛋白质和半纤维素等高分子物质得到部分地溶解，在麦汁制造时提供一定数量的浸出物，以满足糖化时的需要。发芽方法:萨拉丁发芽箱和劳斯曼转移箱式制麦体系 麦粒发芽过程:当发芽至79天发芽率达90%以上(至少85%)，浅色麦芽的叶芽伸长度为麦粒长度的2/33/4者占麦芽总数70%以上(浓色麦芽的叶芽伸长度为麦粒长度的3/41者占麦芽总数75%以上)，麦粒握在手中应有弹性、松软、有新鲜味，这时停止通风和搅拌，使麦芽的根芽进行凋萎。过程中须控制好发芽水分、发芽温度、发芽室的湿度和通风供氧。,(4)麦芽干燥 绿麦芽的干燥过程分为凋萎阶段(自然干燥)、干燥脱水阶段和焙焦阶段。绿麦芽干燥时麦层厚度一般为3050厘米，打开空气和加热风门，控制温度在35以下进行强烈通风，迅速排除水分，干燥至麦芽含水量为25%30%，缓慢升温至55左右进行脱水，使麦芽含水量控制在8%12%，然后再升温至8085，关闭热风进行内循环焙焦，使麦芽含水量降至3.5%5%。干燥好的麦芽必须在8小时内除根完毕，以防吸潮。,麦汁制备 麦汁的制备过程(糖化)就是将粉碎麦芽及辅料中的淀粉、蛋白质等大分子物质在酶的作用下分解成可溶性小分子糊精、低聚糖、麦芽糖和胨、肽、氨基酸等的过程。在麦汁制备中未分离麦糟的混合液称为“糖化醪”，从麦芽和辅料中溶解出来的物质称为浸出物。麦汁制备过程:包括原辅料粉碎、糊化、糖化、麦汁过滤、麦汁加酒花煮沸、麦汁澄清、麦汁冷却充氧等。,(1)原辅料粉碎 粉碎是糖化的预处理，原辅料粉碎后，增加淀粉与酶和水的接触面，加速酶促反应速度，使麦芽可溶性物质容易浸出，促进难容性的物质溶解。粉碎方法分4种:干粉、湿粉、回潮增湿和浸渍增湿粉碎 干法粉碎：是传统的粉碎方法，要求麦芽水分在68。湿法粉碎：是将麦芽在50左右温水浸泡1520min，使麦芽含水量达2530之后，再用对辊湿式粉碎机粉碎，并立即加入3040水调浆，泵入糖化锅。回潮增湿粉碎：一般用五、六辊粉碎机。麦芽粉碎前用(0.05-0.1MPa)蒸汽或者30水雾在增湿螺旋输送器内向麦芽喷雾增湿，处理3040s，麦芽增湿0.7-l左右。蒸气增湿时，应控制麦芽品温在50以下，以免引起酶的失活。浸渍增湿粉碎：一般用直通式浸渍增湿粉碎机。麦芽进入增湿筒，增湿筒进口处装有水增湿器，温水浸渍60S，使麦皮吸水达20%左右，然后进入对辊粉碎机粉碎，粉碎后的麦芽粉用温水喷雾调浆达到糖化醪要求的料水比，再用醪液泵将调好的麦浆泵入糖化锅。,(2)糖化 糖化是指利用麦芽本身所含有的各种水解酶(或外加酶制剂)，在适宜的条件(温度、pH值、时间等)下，将麦芽和辅助原料中的不溶性高分子物质(淀粉、蛋白质、半纤维素等)逐步分解成可溶性的低分子物质的过程。由此制得的溶液就是麦汁。目前糖化方法可分为浸出糖化法和煮出糖化法。,浸出糖化工艺 纯粹依靠酶的作用浸出各种物质而进行糖化方法，将糖化醪液从一定温度开始，缓慢分阶段升温到糖化终了温度，自始自终不经煮沸。根据糖化过程是否添加辅料分为单醪浸出糖化法和双醪浸出糖化法，其中单醪浸出糖化法又分恒温浸出糖化法和升温浸出糖化法。单醪恒温浸出糖化法：在糖化锅中投入麦芽粉直接于糖化温度65保温1.52.0小时，糖化完全(遇碘液不呈蓝色反应)后加热或醪液中兑入95热水，升温至78终止糖化。单醪升温浸出糖化法：此法使用溶解良好的麦芽，适合于生产全麦芽啤酒和上面发酵啤酒。先用低温水3537浸渍麦芽，促进麦芽软化和酶的活化，然后升温至50左右进行蛋白质分解，再缓慢升至62-65和6673进行分段糖化，直到糖化完全后升温至78，终止糖化。双醪浸出糖化法：此法适合生产淡色爽型啤酒和干啤酒。糖化醪与糊化醪并醪后全部醪液不再煮沸，而是直接在糖化锅内升温达到糖化各阶段所要求的温度，糖化完全后升温至78，终止糖化。,煮出糖化工艺 指将糖化醪的一部分，分批地加热到煮沸，然后与其余未煮沸的糖化醪混合，使全部糖化醪温度分阶段地升高到不同工艺所需要的温度，最后达到糖化温度终了的方法。根据分醪煮沸的次数，又可将单醪(全麦芽)煮出法和双醪煮出法分为三次、二次和一次煮出法。单醪三次煮出糖化法：一般采用3537低温投料浸渍，经过三次分醪煮沸使糖化醪温度分别达到4555进行蛋白质分解和6273形成可发酵性糖，78终止糖化。单醪二次煮出糖化法：根据麦芽溶解情况可在3537低温投料浸渍，也可直接在4555蛋白质分解区投料，将三次煮出法中的第一次煮沸去掉。单醪一次煮出糖化法：此法将单醪三次煮出糖化法中的第一次和第二次煮沸去掉。直接在3537低温投料浸渍，然后缓慢升温至4555(也可在此温度投料)进行蛋白质分解，再升温至6273形成可发酵性糖，然后再分醪煮沸，并醪升温至78终止糖化。,单醪快速煮出糖化法：此法是二次煮出糖化法的演变方法，适合于蛋白质分解良好和糖化力高的麦芽。具体操作无低温浸渍和蛋白质分解阶段，直接在糖化温度区投料分醪煮沸并醪分解形成可发酵性糖，最后达到78泵入过滤槽过滤，总体糖化时间可在2小时内完成。双醪二次煮出糖化法：辅料的糊化、液化和麦芽的糖化分别在糊化锅和糖化锅中进行，然后将液化好的糊化醪与低温(3537)酸休止后的麦芽醪并醪至蛋白质分解的最适温度4555，分解结束后取部分糖化醪进行煮沸，之后泵回糖化锅并醪至糖化最适温度，在糖化完全后再取部分糖化醪进行煮沸，最后并醪至78终止糖化。双醪一次煮出糖化法：根据麦芽溶解情况可在3537低温投料浸渍，也可直接在4555蛋白质分解区投料。辅料的糊化、液化和麦芽的糖化分别在糊化锅和糖化锅中进行，然后将液化好的糊化醪与蛋白质分解结束后的麦芽醪并醪至糖化最适温度，在糖化完全后再取部分糖化醪进行煮沸，最后并醪至78终止糖化。,特殊糖化工艺 跳跃式糖化法(高温糖化法)：采用溶解良好的麦芽，在3537低温浓醪浸渍后，加入100的热水，使糖化醪直接在7075的温度下进行糖化。适用于酿造最终发酵度较低的啤酒如低醇或无醇啤酒。追加热水升温糖化法：主要是利用冷却回收多余的热水，其热水温度可达8085。在6063投料维持10分钟左右，然后加入8085热水使糖化醪温升至7075糖化，糖化完全后升温至78，此时加热水使之达到料水比1：41：5泵入过滤槽。预糖化法：采用大麦作辅料，在3537低温下投料后将部分糖化醪升温至65，使-葡聚糖的胶质游离出来，部分糖化保持在较低温度，保护-葡聚糖酶的活性，并醪后在50下将麦胶物质分解。此方法主要是在不使用酶情况下分解麦胶物质。外加酶糖化法：又叫酶法糖化法，是减少麦芽用量，增加辅料，添加酶制剂制备廉价麦汁时所采用的方法。一般常用的酶制剂有耐高温-淀粉酶、-葡聚糖酶、中性蛋白酶、糖化酶、普鲁兰酶等。,(3)麦汁过滤 糖化工序结束后，应在最短时间内，将糖化醪中溶出的物质与不溶性麦糟分开，以得到澄清麦汁。以麦糟为滤层，利用过滤槽进行间歇操作方法提取麦芽汁。再利用热水洗出过滤头号麦芽汁后残留于麦糟中的麦芽汁。,(4)麦汁煮沸与添加酒花 煮沸目的和作用是：蒸发多余水分，使麦汁浓缩到规定的浓度；破坏全部酶的活性，以稳定可发酵性糖和糊精的比例，同时达到无菌的目的；浸出酒花中的有效成分，赋予麦汁独特的苦味和香味，提高麦汁的生物和非生物稳定性；析出某些受热变性以及与多酚物质结合而絮状沉淀的蛋白质，提高啤酒的非生物稳定性；煮沸时，水中钙离子和麦芽中的磷酸盐起反应，使麦芽汁的pH降低，有利于-球蛋白的析出和成品啤酒pH值的降低，有利于啤酒的生物和非生物稳定性的提高；让具有不良气味的碳氢化合物，如香叶烯等随水蒸汽的挥发而逸出，提高麦汁质量。是麦汁在煮沸时，每小时蒸发水分的百分率。,煮沸强度,煮沸工艺要求：常压煮沸其时间为7090分钟、煮沸强度8%12%；内加压煮沸其温度为102106、煮沸时间为6070分钟、煮沸强度约为4%6%；外加热煮沸其温度为102110、煮沸时间可缩短20%30%。,酒花的添加：酒花在麦汁煮沸时添加并同麦汁一起煮沸，使-酸异构为异-酸并赋予啤酒纯正的苦味。酒花添加根据酒花香味采用二次、三次、四次添加法。香型、苦型酒花并用时，应先加苦型酒花，以得到较高的酒花利用率，后加香型酒花，以提高酒花香味。新陈酒花并用时应先加陈酒花，后加新酒花。在煮沸前510min添加最后一批香型酒花或质量较好的酒花，然后除去酒花。,(5)麦汁后处理 麦汁煮沸定型后应尽快析出和分离麦汁中的热、冷凝固物，急速降温至工艺要求的发酵温度。同时对麦汁进行充氧以促进酵母繁殖。热凝固物是麦汁煮沸过程中蛋白质变性和凝聚，以及和多酚物质不断氧化络合而成的聚合物。热凝固物对啤酒酿造无任何价值，发酵中会使酵母细胞吸附。麦汁中热凝固物可采用回旋沉淀槽法、离心分离法或过滤器等进行分离。冷凝固物指在麦汁冷却过程中所凝聚析出的混浊物质。极易附着在酵母细胞表面，会影响酵母与麦汁的充分接触。冷凝固物分离方法目前有自然沉降法、浮选法。冷却:啤酒厂最常用麦汁冷却器是板式换热器。冷却有一段冷却法和两段法冷却法，目前我国啤酒行业采用一段冷却法。充氧:在啤酒发酵过程中，前期是有氧呼吸，主要是酵母细胞的增值，后期则是厌氧的酒精发酵，故麦汁中适度的溶解氧有利于酵母的生长和繁殖。麦汁充氧通常选用文丘里管。,发酵生产工艺 啤酒发酵根据所用酵母不同可分为上面发酵和下面发酵两种类型。啤酒发酵过程分前发酵(即主发酵)和后发酵两个阶段。酵母繁殖和大部分可发酵性糖类的分解以及酵母代谢产物的形成，均在前发酵阶段完成，后发酵主要是产生一些风味物质，排除掉啤酒中的异味，并促进啤酒的陈熟。,(1)酵母菌种的选择 酵母菌种的选择时一般应考虑酵母具有高发酵速度、凝聚力强、高发酵度、有效地除去双乙酰、产生啤酒好的口味和香味。(2)接种量 酵母接种量一般为0.6%1.0%，实际用量应根据酵母新鲜度、稀释度、酵母使用代数、发酵温度、麦汁浓度以及添加方法等做适当调整。,(3)发酵工艺 啤酒发酵是麦芽汁经过冷却后，加入酵母菌，输送到发酵罐中，开始发酵。近年来我国多数啤酒厂的发酵工艺可分为一罐法、两罐法。一罐法：一罐法就是整个发酵过程都在一个发酵罐中进行，一罐法操作可简化工艺、降低啤酒损失率、缩短发酵时间。目前主要采用低温发酵和高温发酵两种工艺。低温发酵工艺是麦汁接种温度为68，主发酵温度控制为10。高温发酵工艺是麦汁接种温度为9.510，控制满罐温度在1011下进行酵母增殖，增殖36小时后升温至12进入主发酵。两罐法：两罐法是指主发酵和后发酵分别在主酵罐和后贮罐中进行。,啤酒过滤和啤酒包装 经发酵成熟的啤酒，还有少量悬浮残余的酵母和蛋白质凝聚物等杂质存在酒液中，需要采取一定的方法将它们除去，保证啤酒在保质期内不出现外观的变化，从而保证啤酒外观质量的完美。目前国内常用的过滤方法有纸板精滤机、硅藻土过滤机和超滤等，超滤主要用于生产纯生啤酒。啤酒包装要注意：严格做到无菌操作，在包装过程中尽量避免啤酒与空气接触，防止啤酒因氧化造成的啤酒老化味和氧化混浊。在包装过程中必须防止二氧化碳的逃逸，尽可能减少二氧化碳的损失，以保证啤酒的杀口力和泡沫性能。,啤酒生产中的新技术,糖化过程控氧技术 糖化过程若糖化醪溶氧，易造成麦汁和啤酒色泽加深、口味粗糙、风味稳定性变差。目前所用技术有：安装麦水混合器；采用底部送醪的无氧糖化设施；使用变频搅拌装置，根据糖化锅、糊化锅的容积通过变频电动机调节搅拌器的转速来进行搅拌；麦汁集中经平衡罐或集中槽进入煮沸锅；采用氮气等惰性气体避氧糖化。,麦汁一段冷却节能技术 糖化麦汁的冷却过程中全部采用以水为冷却介质，通过氨蒸发器瞬时将水冷却至3，然后以此冰水冷却麦汁，一次将968的热麦汁冷却到发酵温度7，而冷水本身温度升至7880，可直接供糖化过滤洗麦糟使用。一段冷却的实际效果:降低能耗,降低煤耗,降低水耗,节省酒精,操作稳定。,浓醪发酵稀释技术 浓醪发酵稀释技术:采用原麦汁浓度为16BX左右高浓度麦汁进行发酵然后再利用高浓稀释设备稀释成规定浓度成品啤酒的方法。它可在不增加或少增加生产设备的条件下提高产量。稀释用水的质量要求是：稀释水必须达到无菌；含氧量须低于0.1mg/L；水的碱度低；与待稀释啤酒的温度一致；必须与啤酒含有同样的CO2；接近于啤酒的pH值；水的其它微量成分符合饮用水要求。,利用膜过滤和无菌包装技术生产纯生啤酒 利用高分子膜中的大量微孔结构，在两侧压力差的作用下，将细菌、尘埃、大分子物质等截留，从而使啤酒澄清、除菌，代替了传统的硅藻土、板框压滤和消毒，生产出“纯生啤酒”。采用基因工程将淀粉酶基因克隆至啤酒酵母中，可减少淀粉液化工序，直接糖化发酵；采用固定化啤酒酵母连续生产啤酒也在批量试产之中；啤酒生产的“清洁生产”(即在生产过程中注意回收利用、节能，以降低排放的总负荷)也是啤酒工业重要的发展趋势。,10.3 有机酸生产工艺技术,柠檬酸简介 柠檬酸又名枸橼酸，学名2-羟基丙烷-1，2，3-三羧酸。柠檬酸是无色透明或半透明晶体，或粒状、微粒状粉末，无臭，有强烈酸味，但令人愉快，稍有后涩味。柠檬酸用途极其广泛，在食品工业广泛用作酸味剂、增溶剂、缓冲剂、抗氧化剂、除腥脱臭剂、金属螯合剂等。在其他工业中，可作金属净化剂、去垢剂、分散剂、电镀缓冲剂和络合剂、胶粘剂，并可用于治理工业废气、废水、回收金属等。在药物中可产生泡腾，使药物中活性配料迅速溶解并增强味觉能力。,10.3.1 柠檬酸生产工艺,柠檬酸发酵机理及发酵方法:依据微生物对不同原料的 不同，柠檬酸 也不同。,代谢途径,发酵方法,柠檬酸深层液态发酵工艺:(1)柠檬酸深层液态发酵工艺流程,(2)柠檬酸深层液态发酵工艺要点 发酵菌种：具有工业生产价值微生物有黑曲霉、棒曲霉、文氏曲霉等。其中黑曲霉生产菌具有多种活力较强的酶系，可在薯干粉、玉米粉、可溶性淀粉、糖蜜、葡萄糖、麦芽糖、糊精、乳糖等多种培养基上生长、产酸，而且产量在微生物中最高。种子制备:黑曲霉种子制备一般要经过三级扩大培养。分为麸曲生产和孢子生产，前者是用固体醅培养，后者是液体表面培养或固体表面培养来得到黑曲霉孢子。发酵培养基的制备：柠檬酸发酵菌种的黑曲霉糖化或液化能力不强，为了达到缩短发酵时间的目的，淀粉原料一般要经过糖化或液化处理，来加速菌种的生产速度。发酵：培养温度在35左右时接种，通风搅拌培养4天，当酸度不再上升，残糖降到2g/L以下时，立即泵送到储罐中，及时进行提取。,(3)柠檬酸提取工艺流程,(4)柠檬酸提取工艺要点:柠檬酸常用的提取工艺有钙盐法、萃取法、离子变换法和电渗析法等，其中钙盐法在我国使用较普遍。发酵液经过加热(7590)处理后，滤去菌体等残渣，在中和桶中加入CaCO3或石灰乳，使柠檬酸以钙盐形式沉淀下来，残糖水、杂酸等可溶性杂质通过过滤除去。柠檬酸钙在酸解槽中加入硫酸酸解，使柠檬酸游离出来，同时形成硫酸钙(石膏渣)被滤除并成为副产品。这时得到的粗柠檬酸溶液通过吸附脱色和离子交换树脂净化，除去色素和胶体杂质，以及无机杂质离子。净化后的柠檬酸溶液通过真空浓缩后结晶、离心分离得到晶体，母液则重新净化后再浓缩、结晶。最后柠檬酸晶体经干操和检验后包装出厂。,10.3.2 其他有机酸生产工艺,除柠檬酸外，乳酸、衣康酸、苹果酸、醋酸、葡糖酸、酒石酸等有机酸也是重要的工业原料，在食品工业、化学工业、医药工业中发挥着重要的作用。现代有机酸生产大多是发酵法。,乳酸生产工艺 乳酸发酵的工业生产菌株主要有细菌和米根霉。细菌乳酸发酵不能直接利用淀粉质原料，须将淀粉液化、糖化成可发酵性糖，才能被乳酸菌利用，通过同型或异型乳酸发酵、双歧发酵途径发酵产生乳酸。米根霉具有较为丰富的淀粉酶、糖化酶系，能直接利用淀粉质或糖质原料发酵生成L-乳酸。以薯干淀粉质原料产乳酸的设备流程图。,设备流程图,设备流程图,苹果酸生产工艺 苹果酸的生产方法有植物直接提取法、化学合成法、一步发酵法、二步发酵法、固定化细胞法等。植物直接提取法生产成本较高，工业应用价值较低。化学合成法投资大，只能合成DL-苹果酸。一步发酵法:在糖质和营养盐的混合培养基接种后，在适当的发酵条件下产生L-苹果酸的方法。在此方法中的重要工艺是在发酵过程中添加CaCO3，但目前国内菌种的发酵水平较低，发酵周期也较长，只有将产酸提高到1012mg/L，发酵周期缩短到5060天，才具有工业化生产的意义。二步发酵法(转化发酵法):先用一种菌种利用糖质原料发酵产生富马酸(延胡索酸)，然后用另一种菌株继续发酵将富马酸转化为苹果酸的发酵方法。发酵周期较长,局限性较大，和一步发酵法相比更难实现工业化生产。固定化细胞生产法是目前生产L-苹果酸主要方法，是将化工产品富马酸转化为苹果酸，但国产富马酸质量不稳定，固定化细胞活力较低，提取工艺也欠成熟，所以此方法有待加强。,醋酸生产工艺 发酵法生产食醋的工艺主要有,固态发酵法、,深层液体发酵法、,酶法液化通风回流法,衣康酸生产工艺 衣康酸，又称为甲叉琥珀酸、分解乌头酸，是白色粉末状晶体或无色晶体。衣康酸发酵方法主要有表面发酵法和深层发酵法两种。我国企业主要采用浓缩结晶法提取发酵液中衣康酸。除此方法外还有离子交换法、溶剂萃取法、连续色谱分离法等。,葡萄糖酸生产工艺 葡萄糖酸可通过微生物氧化葡萄糖而得。其发酵工艺有多种，根据所用的中和剂NaOH或CaCO3的不同，分为钠盐发酵和钙盐发酵法；根据菌种不同，可分为有真菌发酵和细菌发酵法，固定化细胞发酵法等。,黑曲霉深层液体发酵法的工艺流程,10.4 抗生素生产工艺技术,1928年英国学者Fleming发现青霉素。在1944年Waksman发现了来源于放线菌的第一个用于临床的抗生素链霉素。在1947年找到首批广谱抗生素氯霉素、多黏菌素。随后人们进入了抗生素发现的黄金时代，不断发现了如