第二章 酒精生产的原料 和辅料 朱晓立

主要内容： 1.了解酒精生产采用的主要原料 2.了解酒精生产原料的选择原则 3.掌握主要原料中对酒精生产有益和有害的化学成分 4.了解酒精生产采用的辅助材料及特性 5.掌握酒精生产不同工序对水质的要求

2.1 酒精生产的原料 2.1.1 原料的选择原则 由于现阶段几乎都是采用发酵法生产酒精，故仅探讨发酵法生产酒精的原料选择。 由于现阶段几乎都是采用发酵法生产酒精，故仅探讨发酵法生产酒精的原料选择。      (一)淀粉质原料的选择     (1)原料要含有较高的碳水化合物，特别是淀粉含量要高，其组成应有利于酵母的发酵，并能满足一年四季正常生产的需要。     (2)原料含杂质要少，并在生产中不产生有害、有毒物质，对产品质量影响不大。若泥沙、铁等杂质过多，就会引起粉碎设备的损坏和造成输送管道的阻塞。   

(3)原料含水分要少，因水分较高的新鲜原料不易贮藏，有条件的地方最好选购含水分在14％以下的干料。     (4)要选用高质、高产、运输方便的原料。      (5)能用野生植物的地方，应尽量采用，有利于代粮、节粮和降低生产成本

(二)糖质原料的选择      生产酒精的糖质原料，主要是指糖蜜。糖蜜是生产白砂糖后的产物，随着制糖技术的不断提高，使得糖蜜的质量不断下降，可发酵性糖分逐渐减少，对酒精生产中的发酵带来不利。 现在一般的糖蜜等级划分如下：      一级糖蜜：含全糖(总糖)50％以上。不溶物和胶体物等杂质含量较少。      二级糖蜜：含全糖在45-50％之间。      三级糖蜜：含全糖在45％以下。      所有等级的糖蜜浓度均不得低于80一90。Bx(Bx表示糖浓度值，称锤度)。比重约为1.41-1.5T／m3(20℃)。 锤度：是指温度在20℃时，蔗汁中可溶性干物质（包括蔗糖、还原糖、盐类、有机酸等）的重量百分率。锤度与蔗糖分高低密切相关，锤度高，蔗糖分也高， 在特定的品种和环境条件下，二者有线性关系。

波美度(0Bé) 表示溶液浓度的一种方法。把波美比重计浸入所测溶液中，得到的度数叫波美度。当测得波美度后，从相应化学手册的对照表中可以方便地查出溶液的质量百分比浓度。例如，在15℃测得浓硫酸的波美度室660Bé，查表可知硫酸的质量百分比浓度是98%。 不同溶液的波美度的测定方法是相似的，都是用测定比重的方法，根据测得的比重，查表换算浓度。现在对不同溶液的波美表都是专用的，如酒精波美表、盐水波美表，这种波美表上面，有测定溶液波美度对应的该种类溶液的难度，可以直接读数，不用查表了。 波美度与比重换算方法： 波美度= 144.3-(144.3/比重); 比重＝144.3/(144.3-波美度) 对于比水轻的：比重＝144.3/（144.3+波美度）

2.1.2 原料的种类 谷物原料：玉米、小麦、高粱、大米 薯类原料：甘薯、木薯、马铃薯 糖质原料：甘蔗、甜菜、糖蜜 纤维素原料：秸秆、甘蔗渣

（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。 （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。

2.1.3常用原料的化学组成 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： 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。

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。

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。

单宁 橡子、高粱等原料中，都含有大量的单宁。单宁带有涩味，遇铁就成蓝黑色，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。       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，发芽马铃薯中的紫色龙葵素，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。

目前我国各酒精厂常用的原料，约有以下几种： （一）薯类原料        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。

在酒精生产中，甘薯原料的出酒率较高。其优点是： 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： ⑴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 ）。 ⑵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。 ⑶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。

甘薯原料也有一定的缺点: ⑴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。 ⑵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。 ⑶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。 ⑷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。

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     有少量的蛋白质、脂肪、灰分及维生素等。 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，加工容易，淀粉利用率高，因此，甘薯是制造酒精的很好原料。

2.马铃薯 有叫洋山芋、土豆或山药蛋，在我国东北、西北和内蒙的产量很大。各地栽培的马铃薯有许多优良品种，例如“南爵”为辽宁、河北等省的早熟丰产品种，能耐水分结薯集中，产量较大，薯块较大，薯心白色，质地细腻，水分少，耐贮藏。马铃薯的形状大小不一，有圆形、卵形、椭圆形及不规则形。  

马铃薯的种类很多，根据实用可分为以下四类：     （1）工业用马铃薯 或称淀粉性马铃薯，淀粉含量17—18%    （2）饲料用马铃薯 淀粉含量为18—20%     （3）食用马铃薯 淀粉含量为12--15%    （4）种用马铃薯 供繁殖留种用     作为酒精生产所用的原料，应是淀粉含量较高，而蛋白质含量较低的工业用马铃薯。

在马铃薯的块茎中约含有25%左右的干物质和75%左右的水分，干物质中的主要成分碳水化合物，其含量在20%左右，其次是蛋白质、脂肪、纤维和灰份等。 在马铃薯的碳水化合物中，除淀粉外，还含有少量的糖分，但较甘薯少的多，其淀粉的总含量随原料的品种和栽培条件不同而异，大约为15--25%。淀粉颗粒一般具有同心环，较一般淀粉颗粒为大，长约35--50微米，宽约25--37微米。    

马铃薯皮层中的含氮物质有14. 2--14. 7%（对干物质而言），淀粉层中的含氮物质为9. 5--9 马铃薯皮层中的含氮物质有14.2--14.7%（对干物质而言），淀粉层中的含氮物质为9.5--9.7%。含氮物质对于酒精发酵有很重要的关系，可供给酵母菌养料以制备发酵醪，所以马铃薯是天然的良好的培养基。       马铃薯的灰分中，以甲盐为主，其次是磷，一般K2O占灰分总量的60%，P2O6占17%。

3.木薯 在薯类原料中，木薯是很强健的多年生植物，呈灌木状，根粗而长，盛产与我国南方的广东、广西、福建、台湾等地。 木薯是酒精工业的良好原料，其所含的淀粉品质较纯，而切淀粉颗粒大，加工又方便，生产出来的酒精质量也较高。 木薯是属于高产作物，容易栽培，荒山野地里都能生产，在气温平均为26度的亚热带，产量较高。其适应性很强，能耐肥、耐瘠、耐水、耐旱，而切在任何颜色的土壤中均可以生长栽培。 木薯植株高约2--3米，茎杆直径为5厘米，质地甚脆，多髓心。叶片呈掌状。根为块根，呈柱形或纺锤形，直径为5--10厘米，根长30--40厘米，长者可达80--100厘米，根的表面为一层棕色或黄色的表皮。食用或酒精生产用的是木薯的块根。      

  木薯的种类较多，一般可分为两类：       （1）苦味木薯 又呈毒木薯，茎杆为红色或淡红色，产量高，但生长期较长，约为一年半。含氢氰酸较多，但经晒干后大部分消失，作为酒精生产原料，蒸煮时大部分蒸发出去，所以并不影响发酵和成品质量。     （2）甜味木薯 又称无毒木薯，其茎杆为绿色或棕色，生长期较短，约一年，产量较低。

木薯块根的主要化学成分是碳水化合物，其它成分如蛋白质、脂肪等含量都较少。在新鲜木薯块根内含有27--33%左右的白色淀粉，还含4%左右的蔗糖。根的外表含氢氰酸，对苦木薯而言，含氢氰酸的量更多，但它易于挥发，故木薯汁经过加热、浓缩后，其毒性就可完全去除。

（二）谷物原料       在我国酒精工厂使用谷物原料制造酒精，主要是玉米、高粱、大麦、大米和小麦等，由于这些原料是人民生活中的主食品，为了合理利用资源，对于广积粮，节约用粮而言，在酒精工业生产上，应该尽量少用或不用这类原料为佳。在酒精生产中用的谷类原料主要是玉米或高粱。         1.玉米 又名玉蜀黍、苞米、珍珠米、包谷等。它的子粒组织情况，依品种不同而有差异，就同一品种而言，每粒玉米可包括果皮、种皮、糊胶粒层、内胚乳、胚体或胚芽，实尖等六个基本部分。

玉米的特点是含有丰富的脂肪。脂肪主要集中在胚芽中，胚芽的干物质中含脂肪30--40%，它属于半干性植物油，大约有72%的液态脂肪酸和28%的固态脂肪酸组成。所以从玉米胚芽中榨取玉米油，已引起各酒精厂的重视。        一般黄色玉米的淀粉含量较白色玉米为高，作为生产酒精的原料是含淀粉越多越好。玉米淀粉主要集中在胚乳内，呈玻璃质的组织状态，不要求含有较高数量的蛋白质。玉米淀粉的大小为直径10—20微米。玉米子实中含有淀粉、糊精、蔗糖、葡萄糖等，故为饮料酒精的良好原料，但从广积粮和节约用粮的观点来看，玉米不应作为一般工业酒精的主要原料，必须考虑代用原料和非粮食原料来生产酒精。

2.高粱 又名红高粱。高粱的种类甚多，按高粱穗的外观色泽，可以分为白高粱、红高粱、 黄高粱等，按品种和性质可分为粘高粱和粳高粱。 原粒高粱的内容物，大部分为淀粉颗粒外面包有一层由蛋白质和脂肪所构成的胶粒层。粘质高粱适于制造酒精。高粱胚乳的组成分可分为角质、玻璃质、胶质、粘质等，胚乳中主要为淀粉，其次为少量脂肪和蛋白质等。 淀粉颗粒呈多角形，中心有核点，最大的淀粉颗粒直径为30微米。

高粱中还含有单宁和色素，大部分集中在种皮上，对于酒精发酵有阻碍作用。高粱中含有单宁量约3%，这个数量就会对酒精发酵起不良的恶劣影响，它可以使发酵过程酸度上升，以致阻碍酵母的生命活动。 此外，从东北红高粱中分离出来的高粱红色素（C16H12O5）和红梁苞颖色素，对发酵均会发生不良影响。 因此，用高粱为原料生产酒精是时，应适当延长蒸煮时间，尽量把这些有害物质除去为佳。

（三）野生植物原料      近几年来，我国各地的许多酒精工厂加强了对工业用粮的控制，利用野生植物来部分代替粮食原料制造酒精。这是发展我国酒精工业的一个途径。  

野生植物作为工业方面的原料，可具有下属这些优点： ⑴含有大量的淀粉和糖分，用它来代替谷类和薯类原料制造酒精，可以节约工业用粮； ⑵而且野生植物大多数是自然的生长在山野之间，不许要进行栽培和管理，只要利用农闲时采集，可以增加副业收入； ⑶在许多野生植物中含有生物碱或其它化学成分，是医药工业和化学工业的原料。 所以，除了淀粉成分用来制造酒精外，还可以提取其它有效成分，发展综合利用。

2.2辅助原料的要求和化学组成 辅助原料是指制造糖化剂和用来补充氮源所需的原料。 (一) 辅助原料  (一) 辅助原料        1.麸皮 是面粉生产过程中的一种副产品。它的淀粉含量少，不能作为制造酒精的主要原料，但是它具有培养霉菌的良好性能，因此，可以作为酒精生产中制造麸曲的主要原料。其用量约为酒精主要原料的6--10%。

    2.米糠 是淀粉工厂和谷物加工厂的副产物或下脚料，仍含有一定量的淀粉和氮源，可作为制造酒精的辅助原料。米糠是碾米过程中所得到的细糠，其中含有大部分的胚芽，因此，含油量较多，根据某厂的综合分析：含油17--20%，水分10.5--13%，粗蛋白15--17%，粗纤维6--8%，无氮抽出物38%，灰分2--9%。酒精生产中采用的是榨过油的米糠饼。       除上述麸皮和米糠外，还有一些农产品加工的副产物，含有淀粉和氮源，可作为酒精生产的辅助原料

（二）辅助添加料 1.硫酸 2.磷酸、磷酸盐 3.尿素、硫酸铵 4.纯碱、NaOH和漂白粉 5.消泡剂 6.脱水剂：纯苯、离子交换树脂

2.3 水 工艺和日常用水要符合饮用水指标。 水的硬度决定于水中无机盐的溶解量，由于钙、镁盐类是水中溶解的主要盐分，通常以水中钙、镁盐的溶解量值为水的硬度。 酒精工业生产用水的硬度要适中，以供应酵母生长所需的钙、镁的等元素，硬度过高会影响水的pH值，，进而影响糖化酶和酵母的活性。 锅炉用水要求软水，冷却用水温度应尽可能低一些。

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