生产乙醇在发酵前糖化处理的原因

双酶法玉米酒精生产的液化和糖化工艺条件。最佳液化工艺条件为：液化温度90℃，pH值5.5，液化时间3.5h，液化酶的添加量0.035g／100g玉米粉；最佳糖化工艺条件为糖化温度58℃，pH值4.5，糖化时间2.5h，糖化酶的添加量0.3g／100g玉米粉。

双酶法生产玉米酒精液化及糖化工艺条件的研究

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玉米作为酒精生产的主要原料在国内外都得到了普遍的应用。目前，为简化生产工艺，便于工业化生产，世界范围内普遍采用添加液化酶和糖化酶即所谓双酶法的生产工艺。此种生产工艺根据液化温度不同，有高温和低温之分，高温法生产酒精不但水、电、汽消耗量较大，而且由于在高温蒸煮过程中原料里的果糖会转化为焦糖，阻碍糖化酶对淀粉的作用，影响酵母的生长，进而影响酒精的产量。本实验的目的在于探讨并优化低温双酶法玉米酒精生产工艺。

1 材料与方法

1.1 材料

原料：（市售）玉米粉；液化酶：耐高温a－淀粉酶，20 000 U/m1；糖化酶：β－淀粉酶，80 000 U/m1；酵母菌：安琪牌高温酒精活性干酵母。

1.2 双酶法玉米酒精生产工艺流程

液化酶 糖化酶 酵母菌

↓ ↓ ↓

玉米粉→加水→液化→糖化→发酵→蒸馏→成品酒精

1.3 检测方法

外观糖度：手持糖度仪。

还原糖、酒精.含量测定：参考文献。

2 结果与讨论

2.1 液化工艺条件的确定

取100g玉米粉，加入300ml的水，同时加入液化酶，充分搅拌后，水浴加热，以液化温度、pH值、时间、液化酶添加量为讨论因素，根据所选用酶的作用条件范围各取3个水平，拟定液化因素水平表，因素水平表见表1。

按照拟定的因素、水平，设计正交实验L9（34），液化效果以物料的粘度为依据，对数据进行极差法分析，进而确定最佳的液化工艺条件。实验数据与处理结果见表2。由表2中的极差分析结果可以看出对液化影响最大的因素是液化时间（S=112 338.89），液化温度次之，液化酶的添加量又次之，pH值的影响最小。根据表2中的数据，可以确定液化的最佳工艺条件为：液化温度90℃，pH值5.5，液化时间3.5 h,液化酶的添加量为0.035 g/100 g玉米粉。

2.2 糖化工艺条件的确定

按照2.1中得到的最适液化条件，以100 g玉米粉为原料进行液化，将液化得到的醒液冷却到设定的糖化温度后，加入糖化酶，保温进行糖化，以糖化温度、PH值、糖化时间、糖化酶添加时为讨论因素，各取3个水平，确定糖化因素水平如表3。

按照拟定的因素、水平，设计正交实验L9（34），糖化效果以实验得到的还原糖含量为依据，对实验数据进行极差法分析，用以确定最佳的糖化工艺条件。实验数据与处理结果见表4。

由表4中的极差分析结果可以看出，对糖化影响最大的因素是糖化时间（S=52.57），时间长则还原糖含量增大；pH值的影响次之，糖化酶的添加量又次之，液化温度对糖化结果的影响最小。

根据表4中的数据，可以确定糖化的最佳工艺条件为：糖化温度58℃、pH值4.5、糖化时间2.5 h,糖化酶的添加量0.3扩100g玉米粉。

2.3 酒精发酵

利用实验2.1、2.2确定的最佳液化和糖化工艺条件进行玉米粉的液化和糖化，然后降温至38℃，接入0.05%的干酵母搅拌均匀，发酵48h，对发酵液进行测定，实验结果见表5。

3 结论

采用正交实验，确定了液化的最佳工艺条件为：液化温度90℃、pH值5.5，液化时间3. 5 h,液化酶的添加量为0.035g/100玉米粉。通过低温液化，可达到液化的要求。

通过正交实验，确定了糖化的最佳工艺条件为：糖化温度58℃、pH值4.5,糖化时间2.5 h，糖化酶的添加量为0.3g/100玉米粉。

[作者：李大鹏，罗文斌]

1、控制酒曲用量：在合理范围内，酒曲应该尽量少用，不得高于酒曲说明书推荐用量的最大用量。

2、控制糖化温度：糖化需要在适宜的温度下进行，才能保证糖化效率，一般糖化初始温度不能超过32℃。

制曲一般多用于白酒和一些调味料(比如酱油)的生产,在这些生产工艺中都不需要除去曲霉.

乙醇发酵现在主要都是液体发酵,用淀粉酶来糖化,没有用曲霉的.

如果非要除去,因为曲霉是真菌,而发酵乙醇一般用的是酵母,是细菌,可以添加一些抑制真菌而不抑制细菌的,比如制霉菌素.

制备原料有淀粉、乙烯、磷酸、硫酸、葡糖淀粉酶，衍生产品为盐酸乙醇液、二硫化硒、环氧乙烷、对二乙基苯、联苯、6-甲氧基-2-乙酰萘、戊基氰基三联苯、乙醛、甲醛、乙醇钠、乙醚、乙酸乙酯、乙醇（无水）、复盆子酮等。

工业上一般用淀粉发酵法或乙烯直接水化法制取乙醇：

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。

75%乙醇可以用在哪些地方?

1、用于手和皮肤消毒，可以使用各种速干型手消毒剂进行擦拭消毒，但相对而言，75%乙醇更为经济实惠。

2、用于物体表面消毒，小型物体表面如开关、门把手、手机、钥匙、电梯按键、口罩、儿童玩具、宠物用品等。大型物体表面如桌面、柜子台面等。

75%乙醇的正确使用方法

1、倾倒法：取2mL75%乙醇消毒液，均匀涂抹于手、皮肤或物体表面至干。该方法省事，但不好控制使用量，用量少时可能覆盖不到所有需要消毒的表面，用量大时又易造成不必要的浪费，不推荐用于对不规则物体表面的消毒，在物资紧缺的非常时期，日常消毒不推荐使用该方法。

2、擦拭法：用无菌棉签或棉球浸润75%乙醇消毒液，然后将棉签或棉球在需要消毒的皮肤上擦拭消毒。现在市面上还有一种成品的酒精消毒棉片，也是非常不错的选择。该方法对用量的控制较好，擦拭过程中可以很好的覆盖所有需要消毒的表面，但需要借助无菌载体(无菌棉签、棉球或棉片)，且擦拭面积有限，推荐用于小型物体表面如开关、门把手、手机等用品的消毒。

制作方法

（1）中国传统的酿醋原料，长江以南以糯米和大米（粳米）为主，长江以北以高粱和小米为主。现多以碎米、玉米、甘薯、甘薯干、马铃薯、马铃薯干等代用。原料先经蒸煮、糊化、液化及糖化，使淀粉转变为糖，再用酵母使发酵生成乙醇，然后在醋酸菌的作用下使醋酸发酵，将乙醇氧化生成醋酸。

（2）以含糖质原料酿醋，可使用葡萄、苹果、梨、桃、柿、枣、番茄等酿制各种果汁醋，也可用蜂蜜及糖蜜为原料。它们都只需经乙醇发酵和醋酸发酵两个生化阶段。

（3）以乙醇为原料，加醋酸菌只经醋酸发酵一个生化阶段。例如以低度白酒或食用酒精加水冲淡为原料，应用速酿法制醋，只需1天～3天即得酒醋。

（4）以食用冰醋酸加水配制成白醋，再加调味料、香料、色料等物，使之成为具有近似酿造醋的风味的食醋。

生产工艺

固态法

固态法酿醋工艺，传统的固态法酿醋工艺主要有3种。

1、用大曲制醋：以高粱为主要原料，利用大曲中分泌的酶，进行低温糖化与酒精发酵后，将成熟醋醅的一半置于熏醅缸内，用文火加热，完成熏醅后，再加入另一半成熟醋醅淋出的醋液浸泡，然后淋出新醋。最后，将新醋经三伏一冬日晒液与捞冰的陈酿过程，制成色泽黑裼、质地浓稠、酸味醇厚、具有特殊芳香的食醋。著名的有山西老陈醋。

2、用小曲制醋：以糯米和大米为原料，先利用小曲（又称酒药）中的根霉和酵母等微生物，在米饭粒上进行固态培菌，边糖化边发酵。再加水及麦曲，继续糖化和酒精发酵。然后酒醪中拌入麸皮成固态入缸，添加优质醋醅作种子，采用固态分层发酵，逐步扩大醋酸菌繁殖。经陈醋酿后，采用套淋法淋出醋汁，加入炒米色及白糖配制，澄清后，加热煮沸而得香醋。著名的有镇江香醋。

3、以麸皮为主料，用糯米加酒或蓼汁制成醋母进行醋酸发酵，醋醅陈酿一年，制得风味独特的麸醋。著名的有四川保宁（今阆中县）麸醋及四川渠县三汇特醋。

固态发醋法酿醋，由于是利用自然界野生的微生物，所以发酵周期长，醋酸发酵中又需要翻醅，劳动强度大。酒母，进行酒精发酵，再用纯种培养醋酸菌制成的醋母，进行醋酸发酵而制得食醋。也有采用酶法液化通风回流法，将原料加水浸泡磨浆后，先添加细菌α-淀粉酶加热液化,再加麸曲糖化,糖化醪冷却,加入酒母进行酒精发酵,待酒精发酵结束,将酒醪、麸皮、砻糠与醋母充分混合后，送入设有假底的醋酸发酵池中，假底下有通风洞，可让空气自然进入，利用自然通风及醋回流代替翻醅，并使醋醅发酵温度均匀，直至成熟。酶法液化通风回流法的产量，出醋率和劳动生产率均比传统法高。