第一篇：纖維素生產酒精

天然纖維素生產酒精的研究進展

秸桿的主要成分是木質纖維素。是纖維素、半纖維素和木質素混合在一起的材料。用木質纖維素作為糖源生產燃料酒精，目前糖的利用和轉化率還很低，通常只有百分之十幾。在秸稈中纖維素、半纖維素和木質素通過共價鍵或非共價鍵緊密結合而成的木質纖維，占秸桿總重量的約70-90％左右。植物中三者各占的比例隨不同來源的植物或植物的不同部分而有所區別，大概的比例數字為：

纖維素 30-50% 半纖維素 20-35% 木質素 20-30% 灰份 0-15% 其實纖維素的非結晶結構是很容易被打破的，它可以完全降解成葡萄糖，后者是發酵乙醇的原料。

目前遭遇的主要問題是，纖維素的結晶結構難以被破壞，致使人們無法完成后續處理。纖維素和半纖維素被難以降解的木質素包裹，使得纖維素酶和半纖維素酶無法接觸底物，這構成了木質纖維素利用的重大障礙。只有經過有效的預處理方法，破壞了木質纖維素的高級結構，實現纖維素酶和半纖維素酶對纖維素的可及性，才能使木質纖維素作為自然界里最大宗的資源，像淀粉一樣被人和動物完全利用。

纖維素被纖維素酶水解的反應通常又稱為糖化反應，水解的主要產物是單糖。植物細胞壁中，纖維素被半纖維素和木質素通過物理和化學作用所包裹，不利于纖維素酶對纖維素的進攻。木質素是由苯基丙烷聚合而成的一種非多糖物質。由芳香烴的衍生物以-C-C-鍵、-O-鍵縱橫交聯在一起，其側鏈又與半纖維素以共價鍵結合，形成一個十分致密的網絡結構，將纖維素緊緊包裹在里面。所以，要徹底降解纖維素，必須首先降解木質素。未經預處理的植物纖維原料的天然結構存在許多物理和化學的屏障作用，纖維素酶水解得率低，僅為10%～20%。

禾本科植物秸稈含有的半纖維素一般為木聚糖，占干重的25－30％。半纖維素能被木聚糖酶(xylanase，EC3．2．1．8)——半纖維素酶，降解成木糖。

天然半纖維素水解產物的85-90%是木糖。以植物纖維素原料中的木糖發酵生產酒精，能使纖維素原料的酒精發酵的產量在原有的基礎上增加25%。因此，木糖發酵生產酒精是決定植物纖維資源生產酒精經濟可行的關鍵因素。酵母木糖代謝的途徑比葡萄糖代謝的途徑復雜得多。在代謝的過程中部分木糖轉化為其它副產物。因此，酵母木糖代謝產生酒精的理論得率為0.46克酒精/克木糖，低于葡萄糖酒精發酵的理論得率為0.51克酒精/克葡萄糖。

代謝葡萄糖和木糖產生乙醇的總反應式如下： Glucose ADP Pi->2Ethnanol 2Co2 ATP 3Xylose 3ADP 3Pi->5Ethnanol 5Co2 3ATP 理論上1噸葡萄糖可生產539公斤的酒精（180份C6H10O6在酶的作用下生成88份CO2和92份C2H5OH）

許多細菌、絲狀真菌和酵母菌均可產生半纖維素酶。由于絲狀真菌產生的胞外半纖維素酶便于分離和提取，產酶能力比一般酵母菌和細菌都高，并可以同時產生降解半纖維素支鏈所必需的多種輔助酶等優點，便于工業化推廣應用。因此人們對絲狀真菌的產酶研究較多，尤其是對木霉屬和曲霉屬的研究。同時，對這兩種菌屬產生的木聚糖酶的基本性質和降解產物特點也研究得較為透徹。里氏木霉（Trichoderma reesei）和黑曲霉（Aspergillus niger）具有穩定的生物學性狀和高產半纖維素酶的能力，但由于同時含有纖維素酶基因，生長在含有纖維素的培養基中會同時產生較多的纖維素酶。

木糖一直被認為不能被微生物發酵轉化成酒精。直到1980年科學家發現，一些微生物可通過發酵木糖產生酒精。如細菌、絲狀真菌和酵母菌。至今已發現一百多種微生物能代謝木糖。細菌能發酵的糖類物質較多，除了單糖外還能發酵纖維素、生物高聚糖等，但細菌發酵的缺點是副產物多，酒精得率低，同時，高pH條件下的細菌發酵容易引起雜菌污染。與細菌一樣，真菌不僅能發酵單糖，還能發酵二糖、纖維素和木聚糖等，真菌的這種特性特別適合于植物纖維原料的同步糖化發酵。有6個種的酵母菌能通過發酵木糖產生大量的酒精（嗜鞣管囊酵母 Pachysolen tannophilus、休哈塔假絲酵母 Candida shehatae、樹干畢赤酵母 Pichia stipitis、季也蒙畢赤酵母、酒香酵母和產朊假絲酵母）。

與細菌的酒精發酵相比，酵母菌具有酒精耐受能力高，副產物少等優點。同時，經酵母菌發酵過的木質纖維素原料能直接用于飼料而不會產生毒性。酵母菌酒精發酵不易被細菌和病毒污染。

釀酒酵母是工業上生產酒精的優良菌種。但釀酒酵母不能發酵木糖，只能發酵木糖的異構體——木酮糖。因此，人們正在設法構建能共發酵木糖-葡萄糖產生酒精的工程菌。

瑞典科學家對釀酒酵母菌進行了基因工程重組，把參與木糖代謝的全套酶基因從不生產酒精的真菌中克隆出來，整合到釀酒酵母菌的染色體中，從而使它能夠把木糖轉化為酒精。

運動發酵單孢菌（Zymomonas mobilis）的研究較為引人注目。這種菌雖是原核生物，是厭氧菌。但它的功能與釀酒酵母一樣，它的酶系統能將己糖高效轉化為酒精。酒精產率、得率高(1 mol葡萄糖可生成1.9 mol酒精)，耐酒精能力、抗纖維素原料水解液中的抑制物能力強。菌體生成少，代謝產物少，發酵溫度高，不必定期供氧，酒精生產強度高（能夠在相同原料條件下，產出的乙醇比釀酒酵

母菌高出8倍多）等優點。但就是不能發酵木糖。美國的一個研究小組（Zhang.M)把大腸桿菌的戊糖代謝途徑的基因組克隆到運動發酵單孢菌中，使之能將含25％一40％木糖的生物質發酵制成乙醇。正是由于這點差異，用運動發酵單胞菌來制取酒精能使生產成本降低。

工程微生物是利用基因移植技術構建的有特殊功能的微生物，也稱其為轉基因微生物。用這一方法生產酒精，不僅酒精純度可達100％，而且生產效率也比酵母發酵法高出30％。美國佛羅里達大學構建的工程克氏桿菌，在將廢紙轉化為酒精時，產量達到了理論極限值的80％。

半纖維素發酵制酒精:我國半纖維素水解，不論酸法和酶法水解，均有成熟經驗。半纖維素水解液制木糖、木糖醇，均有一定工業規模，但是沒有半纖維素發酵制酒精。國外有報道，利用特殊的釀酒酵母菌可使木糖發酵成酒精，也可以使木糖轉換成木酮糖再用普通釀酒酵母發酵成酒精。美國Purdue大學可再生能源實驗室利用基因工程發現了可將五碳糖轉化為乙醇的轉基因酶,使技術難度極大的“五碳糖發酵制乙醇技術”獲得重大突破, 為燃料乙醇生產成本的降低提供了技術上的保證。

據1996年報道，稻草半纖維素水解液，用假絲酵母發酵，每克水解液中的還原物，可獲得0.37～0.45克的酒精，即對糖得率37％～45％。植物廢料半纖維素水解得率一般為20％～25％，玉米心達35％，即每噸植物纖維廢料半纖維素水解后，可獲得對原料10％～15％的酒精。

植物纖維原料制取酒精包括4個過程：木質纖維素原料的預處理脫除木質素、纖維素和半纖維素糖化、糖液發酵和酒精蒸餾。由于戊聚糖占植物纖維原料干重的10%～40%，植物纖維原料水解液中含有戊糖和己糖，其中戊糖（主要是木糖）占30%左右。因此，戊糖、己糖同步轉化成酒精是決定植物纖維原料制取酒精經濟可行的關鍵。

利用可再生的植物纖維資源制取酒精目前存在的主要問題是成本偏高。選擇性能優良的纖維素酶生產菌種和戊糖發酵菌種，以及進一步完善工藝達到降低生產成本的目的是未來該領域努力的方向。

目前國內外利用秸桿物質生產酒精的技術水平還是停留在先用纖維素酶產生菌株（或其產生的纖維素酶）分解秸桿物質產生戊糖和己糖，再由乙醇發酵菌把單糖轉化為乙醇。不管是分步發酵還是混合發酵，人們都必須提供兩種菌生長所需要的時間、原料和設備，其生產成本必定高于傳統的淀粉發酵。因此，有必要使乙醇發酵菌獲得分解秸桿物質的能力。人們多年來一直設法把一系列編碼纖維素酶和半纖維素酶的基因重組進能利用單糖發酵生產酒精的工程菌中，使之能直接將秸稈分解成單糖，進而轉化成酒精。近年來美國能源部鼓勵采用具有分解纖維素、半纖維素的整套酶類、能發酵戊糖產生有機酸的某些極端嗜熱細菌，設法引入乙醇發酵途徑的基因，同時敲除細菌中的有機酸發酵途徑，構建利用秸桿發酵乙醇代謝工程菌，這方面的前景非常誘人。

纖維素酶是降解纖維素生成葡萄糖的一類酶的總稱。它不是單一組分的酶，而是多組分的復合酶系。纖維素酶主要包括3種組分：內切型葡萄聚糖酶（EC 3.2.1.4，EG），外切型葡萄聚糖酶（EC 3.2.1.91，CBH），纖維素二糖酶（EC 3.2.1.21，CB，或稱β－葡萄糖苷酶，β－G），每一組分又由若干亞組分組成。纖維素水解生成葡萄糖的過程必須依靠這3種組分的協同作用才能完成。許多細菌、放線菌和真菌都能產生纖維素酶。目前應用于纖維素酶生產的菌種主要是木霉屬（Trichoderma）、曲霉屬（Aspergillus）、青霉屬（Penicillium）、鐮孢菌屬（Fusarium）的菌種，其中最重要的是木霉屬中的里氏木霉（Trichoderma reesei）。近幾年來，采用原生質體融合技術來改良纖維素酶生產菌株的研究日益增多。美國Cetus公司用基因工程技術構建產纖維素酶的“工程酵母菌”獲得了成功，該公司將里氏木霉的產酶基因移入釀酒酵母細胞中，通過這種“工程酵母”可由纖維素直接發酵獲得乙醇和甘油。

用纖維素作原料時，釀酒酵母菌很難施展它的發酵本領。但是，微生物中的球菌、桿菌和一些真菌、放線菌等，能分泌出能分解纖維素的酶——纖維素酶。用纖維酶先把纖維素分解成單個葡萄糖分子，然后釀酒酵母菌再把單糖發酵成乙醇。日本和韓國等國微生物學家，利用木霉和釀酒酵母菌的聯合作用，也成功地用纖維素生產出了乙醇。有一種叫嗜熱梭菌的微生物，它能夠直接以纖維素作碳源生產乙醇。日本曾從溫泉中分離出1株高溫型產酒精細菌，它能利用稻草和廢木材的纖維生產乙醇，也能把半纖維素，木糖等五碳糖發酵為乙醇。

1996年，美國可再生資源實驗室（NREL）研究開發出利用纖維素廢料生產酒精的技術，由美國哈斯科爾工業集團公司建立了一個1MW稻殼發電示范工程：年處理稻殼12，000噸，年發電量800萬度，年產酒精2，500噸，具有明顯的經濟效益。

加拿大的Iogen公司，利用從遺傳工程真菌所制成的纖維素酶有效地使纖維素水解為葡萄糖和其它糖類。同時，采用常規的釀酒酵母使葡萄糖發酵為乙醇。專用的菌種還可使酵母發酵困難的其它糖類如戊糖進行發酵轉化。Iogen能源公司擁有一套市值2230萬美元的示范設備，用于以生物質原料生產乙醇的裝置，該裝置被認為是目前世界上同類裝置中規模最大的。驗證裝置可使1.2萬“1.5萬噸/年麥秸轉化為300萬”400萬升/年燃料級乙醇。采用這一新技術，可使生產費用減少到約0.23美分/公升。這是世界上第一個纖維素酒精示范設備（pre-commercial demonstration scale facility），日處理麥秸40噸（用酶來自于鄰近的本公司的產酶廠）。該廠操控了涉及纖維素酒精生產的所有工序，包括接受和預處理每日達40噸的麥秸原料, 將纖維素轉化成葡萄糖,發酵和蒸餾。雇員20人。燃料使用加工中的副產品--木質素。

迄今為止，全世界已有幾十套植物纖維原料經纖維素酶水解成單糖的中試生產線或試生產線，大部分是以酒精為最終主產品。這些試驗或試生產機構包括美國陸軍Natick研究發展中心，美國加州大學勞倫斯伯克萊實驗室，美國阿肯色大學生物量研究中心，美國賓夕法尼亞大學，加拿大Iogen公司，加拿大Forintek公司，法國石油研究院，日本石油替代品發展研究協會，瑞典林產品研究實驗室，瑞典隆德大學，奧地利格拉茲大學，芬蘭技術研究中心，印度理工學院等。

根據荷蘭政府2003年5月生物酒精研發概況的報告

2002年全世界生產了211Mhl(450PJ)生物酒精（bioethanol），巴西59%,美國36%,歐洲2%,中國，加拿大和澳大利亞各1%。這些生物酒精都來自于傳統原料（甘蔗，玉米，甘蔗，甜菜，小麥）。成本價是0.34歐圓/l（=16.2歐圓/GJ），是汽油的兩倍（7.3歐圓/GJ）。原料價格占總成本的50%以上。并且由于傳統原料獲取有限造成大規模實現以酒精作為運輸燃料的障礙。用木質纖維素作原料生產酒精在技術上目前遵循著用甜菜和富含淀粉的原料相同的途徑。兩者主要的區別是1.原料的預處理，2.木糖發酵酒精。用木質纖維素作原料生產酒精當前技術應用的障礙是產生大量的無機廢物（石膏，硫酸鈣）和高成本（0.35歐圓/l）。主要是酶解成本過高，占總純生產成本的40-55%。另一個大障礙是缺乏經濟可行的木糖發酵技術。雖然在運動發酵單孢菌(Z.mobilis)和E.coli研究上取得實質進展，但仍然還沒有得到足夠皮實的適合發酵五碳糖的微生物。上述過程改進后，預期將來的成本能降至0.23歐圓/l（=11歐圓/GJ）。預計用成熟技術從木質纖維素原料中制取酒精的商業化運作得到2010-2015年。

雖然生物酒精的原料和利用成本大大低于淀粉制備的酒精，低原料的成本被勞動成本，供應成本（包括水消耗）和投資減值所抵消。所以木質纖維素酒精的成本要超過淀粉制備的酒精達75-80%。這里有兩個主要不同的因素，一是木質纖維素預處理成本高，二是以稀酸水解預處理木質纖維素技術水解和發酵的滯留時間要花7天時間，而淀粉制備的酒精只需2-3天。目前纖維素酶的價格是每噸6000歐圓。是纖維素酒精成本的大頭。纖維素酒精成本是0.4美圓/l，淀粉酒精成本是0.23美圓/l。只有在酶的成本降低至1/10，投資成本降低30%，纖維素酒精才能與淀粉酒精競爭。

第二篇：玉米發酵生產酒精工藝

玉米發酵生產酒精工藝

酒精是一種重要的工業原料,廣泛應用于食品,化工、醫藥等領域,而且可以部分或全部替代汽油,具有安全、清潔、可再生等優點。傳統的酒精生產主要以糖蜜、薯類、谷物為原料發酵而成。近年來,隨著人口增長和經濟的發展以及可利用耕地面積的減少使得酒精生產成本日趨增高,利用豐富、廉價的玉米秸稈為原料生產酒精已成為必然趨勢。我國是一個農業大國,各種纖維素原料資源非常豐富,僅玉米秸稈年產量大約2億噸。目前,玉米秸稈除了少部分被利用外,大部分以堆積、焚燒等形式直接傾入環境,極大地污染了環境,也是一種資源浪費。如果將玉米秸稈經過預處理后水解,其所含的纖維素和半纖維素可分解成糖,經發酵可轉化為酒精,轉熱效率可達30%以上。這樣不但緩解人類所面臨的食物短缺,環境污染、資源危機等一系列問題,而且還能實現人類的可持續發展,因而近年來玉米秸稈成為生物能源領域的研究熱點。

玉米生產酒精的工藝流程如圖。

1玉米秸稈簡介

玉米秸稈主要由植物細胞壁組成,基本成分為纖維素、半纖維素和木質素等。木質素將纖維素和半纖維素層層包圍。纖維素是一種直鏈多糖,多個分子平行排列成絲狀不溶性微小纖維,半纖維素主要由木糖、少量阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖組成,木質素是以苯丙烷及衍生物為基本單位組成的高分子芳香族化合物。其中,木質素是一種燃料,半纖維素可水解為五碳糖,而纖維素水解為六碳糖比較困難。2玉米秸稈預處理

由于玉米秸稈結構復雜,不僅纖維素、半纖維素被木質素包裹,而且半纖維素部分共價和木質素結合,同時纖維素具有高度有序晶體結構。因此必須經過預處理,使得纖維素、半纖維素、木質素分離開,切斷它們的氫鍵,破壞晶體結構,降低聚合度。常見預處理方法有物理法、化學法、物理化學法和微生物法等。2.1擠壓膨化法

該方法屬于物理處理法,是將原料粉碎后調節至一定水分,加入擠壓機內,物料在螺桿的旋轉推動下向前運動,同時被剪切、擠壓。并且在摩擦熱的作用下溫度可接近140℃;然后從擠壓機中噴出,物料的壓力突然降低、體積迅速膨脹,纖維素晶體結構被破壞,從而為纖維素的酶解處理創造條件。這種預處理方法生產過程連續,不需要消耗蒸汽,而且具有滅菌效果。2.2濕氧化法

濕氧化法屬于化學處理法,是指在加溫加壓條件下,水和氧氣共同參加的反應。濕氧化法對玉米秸稈處理效果很好,纖維素遇堿,只引起纖維素膨脹,形成了堿化纖維素,但能保持原來骨架,加入Na2CO3后起緩和作用,能防止纖維素被破壞,使木質素和半纖維素溶解于堿液中而與纖維素分離。這樣得到的纖維素純度較高,且副產物很少。匈牙利Eniko等人采用濕氧化法在195℃,15min,1200千帕O2,Na2CO32g/L條件下,對60g/L玉米秸稈進行預處理。其中60%半纖維素、30%木質素被溶解,90%纖維素呈固態分離出來,纖維素酶解轉化率(ECC)達85%左右。

2.3酸處理法

酸處理法也是一種化學處理法,這種方法可追溯到1980年,而在德國可能更早。該法是采用硫酸、硝酸、鹽酸、磷酸等對纖維素原料進行預處理,其中以硫酸研究和應用的最多。處理后,半纖維素首先水解得到無碳糖,纖維素的結晶結構被破壞,原料疏松,可發酵性強。但水解前必須將pH值調整到中性,還應該注意反應器的耐酸性。2.4蒸汽爆破法

蒸汽爆破法屬于物理處理化學法,是用蒸汽將原料加熱至180～200℃,維持5～30min,也可加熱到245℃,維持0.5～2.0min。高溫高壓造成木質素的軟化,然后迅速使原料減壓,造成纖維素晶體和纖維束的爆裂,使木質素和纖維素分離。該法成本較高,在我國可采用北京林業大學賴文衡教授研究的間歇蒸汽汽爆器對玉米秸稈進行爆破處理,經這種爆破器爆破的玉米秸稈,纖維素水解轉化率(ECC)可達70%以上。2.5生物方法

生物處理方法具有節約化工原料、能源和減輕環境污染等方面的優點。有許多微生物能產生木質素分解酶,如白腐菌,其分解木質素的能力較強,但活性較低,而且微生物處理周期長、菌體會破壞部分纖維素和半纖維素,降低纖維素的水解率,因此難以得到利用。瑞典等北歐國家則利用無纖維素酶的擔子菌突變株對纖維素材料進行脫木質素處理,取得了一定的效果。3水解工藝

玉米秸稈進行預處理后,纖維素水解只有在催化劑存在的情況下才能顯著進行。常用催化劑是無機酸和酶,由此分別形成了酸水解工藝和酶水解工藝,酸水解工藝又分為稀酸水解和濃酸水解。水解主要是破壞纖維素、半纖維素的氫鍵,使之轉化為發酵的單糖。3.1濃酸水解

用70%的硫酸50℃下在反應器中反應2～6h,半纖維素首先被降解,溶解在水里的物質經過幾次濃縮瀝干后得到糖,半纖維素水解后的固體殘渣經過脫水后,在30%～40%的硫酸中浸泡1～4h。溶液再經脫水和干燥后,在70%的硫酸下反應1～4h,回收的糖和酸溶液經過離子交換,分離出的酸在高效蒸發器中重新濃縮,剩余的固體殘渣則再循環利用到下一次的水解中。濃酸水解過程的主要優點是糖的回收率高,大約有90%的半纖維素和纖維素轉化的糖被回收。但濃硫酸腐蝕性強,而且從經濟方面考慮必須回收濃硫酸,增加了工藝的復雜程度。3.2稀酸水解

為了解決濃酸水解法存在的問題,一般采用稀硫酸(0.2%～0.5%),在較溫和條件下進行。此時水解一般分2個階段:第1階段為低溫操作,從半纖維素獲得最大糖產量;第2階段采用高溫操作使纖維素水解為六碳糖,糖的轉化率一般為50%左右。但稀酸水解容易產生大量副產物。

3.3酶水解

酶水解是利用產纖維素酶的微生物或者纖維素酶制品,直接將半纖維素、纖維素水解成可發酵糖。與酸水解相比,它可在常壓下進行,反應條件溫和、效率高、能耗低、選擇性強、環保效果好,顯示出良好的應用價值和前景。水解后可形成單一產物,產率較高(>95%)。匈牙利Eniko等人采用NovoYm188等水解經濕氧化處理的玉米秸稈,酶解纖維素轉化率(ECC)高達85%。該法的關鍵在于纖維素酶的獲得和利用,同時要考慮纖維素酶的成本。丹麥諾維信公司曾經宣布其纖維素酶生產成本已比當初降低了12倍,現在該公司又取得了重大進展,纖維素酶生產成本已比最初降低了20倍,生產lL燃料級乙醇所需纖維素酶的成本已低于6.6美分。這極大地推進了燃料乙醇的商業化進程。4發酵工藝

由于農作物秸稈的相當部分由半纖維素構成,其水解產物為以木糖為主的五碳糖,還有相當量的阿拉伯糖生成(可占五碳糖的10%～20%),故五碳糖的發酵效率是決定過程經濟性的重要因素。木糖的存在對纖維素酶水解起抑制作用,將木糖及時轉化為酒精對玉米秸稈的高效率酒精發酵是非常重要的。目前人們研究最多且最有工業應用前景的木糖發酵產乙醇的微生物有3種酵母菌種,即管囊酵母、樹干畢赤酵母和體哈塔假絲酵母,主要的發酵方法有以下幾種。

4.1直接發酵法

直接發酵法是基于纖維分解細菌直接發酵纖維素生產乙醇,不需要經過酸水解或酶水解前處理過程。一般利用混合菌直接發酵,例如熱纖梭菌(ClostridiumthermoceUum)能分解纖維素,但乙醇產率較低(50%),熱硫化氫梭菌(Col-stridiumthermohydz)不能利用纖維素,但乙醇產率相當高,如果進行混合發酵,產率可達70%。呂福英介紹了熱纖梭菌的生理生化特性及發酵生產的研究進展,并對熱纖梭菌發酵生產乙醇的因素以及乙醇等發酵產物對熱纖梭菌的抑制作用作了概述。但熱纖梭菌產生乙醇也存在以下問題:發酵不完全、發酵速度慢、終產物乙醇和有機酸對細胞有相當大的毒性,需要進一步改進。4.2間接發酵法

間接發酵是目前研究最多的一種方法。使用纖維素酶水解纖維素,收集酶解后的糖液作為酵母發酵的碳源,先用纖維素酶水解纖維素,酶解后的糖液作為發酵碳源。但是受末端產物抑制,低細胞濃度以及底物基質抑制作用影響乙醇產量。因此可采取的方法有:減壓發酵法和阿爾法-拉伐公司的Bi-otile法,還可以通過篩選在高糖濃度下存活并能利用高糖的微生物突變菌株來克服基質抑制。4.3同步糖化發酵法(SSF法)

這種方法的原理和間接發酵法相同,是為了克服反饋抑制作用,由Gauss等提出的在同一反應器中糖化和發酵同步進行。這樣纖維素酶對纖維素的酶水解和發酵糖化過程在同一裝置內連續進行。水解產物葡萄糖由于菌體的不斷發酵而被利用,消除了葡萄糖因基質濃度對纖維素酶的反饋抑制作用。在工藝上采用一步發酵法,簡化了設備,節約了總生產時間,提高了生產效率。當然也存在一些抑制因素,如木糖的抑制作用,糖化和發酵溫度不協調。張繼泉在這方面進行了大量的實驗研究,并取得了一定的進展。4.4固定化細胞發酵

固定化細胞發酵能使發酵罐內細胞濃度提高,細胞可連續使用,使最終發酵液酒精濃度得以提高。常用的固定化載體有海藻酸鈉、卡拉膠、多孔玻璃等。固定化細胞的新動向是混合固定細胞發酵,如酵母與纖維二糖酶一起固定化。將纖維二糖基質轉化成乙醇,被看作是玉米秸稈生產乙醇的重要方法。5結論與展望

今后,玉米秸稈生產酒精的研究方向將主要集中在以下幾個方面。5.1預處理方法

單純的物理法和化學法不足以破壞纖維素晶體結構以及去除半纖維素和木質素,應綜合運用物理法與化學法,一步完成預處理和水解2個階段,有效提高纖維素的水解率。5.2糖化工藝

發酵過程的酒精產率受許多因素影響,其中主要是水解效率和單糖產量。比較而言,酶水解較酸水解有較大的優越性,將成為今后糖化工藝的主要發展方向。

第三篇：酒精生產技術

酒精生產技術

名詞解釋：

1酒精飲料：凡酒精含量超過0.5%的飲品和飲料均稱作酒精飲料

2發酵酒：使用酵母進行酒精發酵后所得的發酵液，可直接飲用或過濾后可飲用的酒 3蒸餾酒：將發酵酒進行蒸餾所制得的酒。

4配制酒：以發酵原酒、蒸餾酒、食用酒精或純化果汁為酒基調配以一定量的花香、果香、藥香和其他呈色呈味物質和食用添加劑經特定工藝和方法進行加工、調配而成的一種新酒。5汽油醇：無水酒精與汽油形成的穩定混合物。

6、淀粉的膨脹：淀粉分子遇水后，水分子在滲透壓的作用下，滲入淀粉顆粒內部使淀粉分子的體積和質量增加。

7、淀粉的糊化：在適當溫度下，淀粉粒在水中吸水膨脹，彼此接觸，形成均勻半透明的淀粉糊，這個過程稱為糊化。（吸熱過程）

8、淀粉“反生”（老化）：糊化后放室溫甚至更低，變得不透明甚至凝結。

9、淀粉液化：是在淀粉酶作用下完成的。淀粉酶能水解淀粉分子內部的1-4葡萄糖苷鍵，生成糊精及低聚糖。鏈越短，黏性越高，流動性越高

10、淀粉糖化：利用糖化酶將淀粉液化產物糊精及低聚糖進一步水解成葡萄糖的過程。

11、液化力：1g曲在30度每小時能液化淀粉的克數，單位：g淀粉|g曲*h

12、糖化力：1g曲在30度每小時能糖化淀粉生成葡萄糖的毫克數，單位：mg淀粉|g曲*h

13、深層通風培養：將曲霉菌在液體培養基中進行通風培養使它長菌體和產酶的過程；含酶培養液稱為液體曲

14、填充系數，指發酵罐填裝糖化醪和酵母菌菌種的總體積與發酵罐容積之比，一般為0.8左右。

15、接種量，酵母菌菌種數量與發酵用糖化醪（包括其他營養源）數量之比，一般為1:10

16、發酵周期，從發酵罐開始加入酵母菌至發酵完畢，開始排放發酵成熟醪的時間，一般為3天

17、發酵間隔時間，指發酵罐開始排放發酵成熟醪至排空的時間、發酵罐清洗時間、加糖化醪時間、滅菌時間和降溫時間總和。

1、酒精生物學性質 1殺菌劑

2對人的生化作用

3、葡萄酒有抗氧化作用，對身體有益。

2、酒精的主要用途

（一）燃料酒精

（二）配制蒸餾酒

（三）醫藥化工方面的應用

（四）酒精工業的副產品

3、酒精生產原料選擇原則

1資源豐富；2便于收集與運輸；3少含雜質，富含糖、蛋白質、采用非糧食原料（成本低）

4、常用原料

1淀粉質原料2糖制原料3纖維質原料4其他原料

5、輔助原料

1酵母培養和糖化劑制備所需的營養鹽 2無水酒精制備用的脫水劑 3酸類

4消毒和洗滌劑 5消泡劑

6、淀粉質原料生產酒精的特點 1原料要粉碎使淀粉游離 2高壓蒸煮，進行糊化，液化 3生產和使用淀粉糖化劑

7、流程

水

蒸汽 糖化劑 酒母 蒸汽

（雜 醇 酒）

↓

↓

↓

↓

↓

（成品酒精）原料→預處理→蒸煮→糖化→發酵→蒸餾→（醛酯餾分）

↓

（酒

精）CO2(優質的，食用級的)

8、原料的清選目的 雜物破損機器，降低原料的粉碎度和過篩效果；

在液化糖化工序中，導致淀粉不易被轉化為可發酵性的糖，發酵中易產生泡沫，升酸幅度大，發酵不能正常進行。

2雜質在蒸餾塔中沉積，易使塔板和溢流管堵塞，還會使醪泵、管路閥門等堵塞或損壞。3縮短管道的使用壽命，對連續發酵產生不利影響，易堵塞管道，影響發酵醪的冷卻

9、原料請選的工藝 1流程一：

吸風除塵 吸風除塵

↓ ↓

玉米→地井→提升機→振動篩→埋刮板機→提升機→糧倉→提升機→振動篩→吸風除塵

↓

凈化后入糧倉←埋刮板機←比重去石機←比重去石機

（1）該工藝的主要優點

① 旋風出塵效果好，比較干凈； ② 除塵機會多，雜質去除效果好；（2）缺點

① 埋刮板輸送機輸送物料時易斷，維修困難，對生產影響大； ② 玉米有干凈糧倉和未除雜糧倉，建設費用大；

2流程二

玉米→提升機→貯箱→自動秤→分離→雜物

↓

磁力分離→貯藏→粉碎機

↓ 鐵塊、鐵釘 優點:①流程簡單，除雜較徹底；

便于自動控制和自動操作； 3流程三

玉米→皮帶輸送機→旋轉分離篩→皮帶輸送機→永久磁鐵→斗式提升機→糧倉→皮帶輸送機→提升機→比重去石機→比重去石機→皮帶輸送機→斗式提升機→永久磁鐵→風選風送→粉碎機

優點：

1、除雜機會多，分工細，且除雜徹底；

2、二次除鐵裝置，不但可以出去原料中帶進來的鐵塊、鐵釘等，還可以出去運行設備脫落的螺絲，螺帽等；

3、二次比重去石機雖然去除雜質比較徹底，但仍有同玉米顆粒大小相當的石子、土塊未去除，經過風選風送時容易去除

4、采用皮帶運輸機運輸物料，維修簡單

10、液化程度的控制目的：①淀粉經過液化，長鏈變短，大分子量的淀粉逐漸減少，黏性下降，流動性增強，經糖化酶作用提供有利條件 ③ 消耗能量糖化酶難以作用，葡萄糖產率下降； ④ 經驗值，控制葡萄糖在10-20間較好

液化溫度降低，程度高；高溫，程度低

液化到終點，需要對液化液進行滅酶處理，一般升溫至100度，十分鐘即可，再降溫。

11、淀粉液化方法

升溫液化法（操作簡單，液化效果差）、高溫液化法（調好PH，Ca2+，加酶；缺點：受熱時間不同，液化后，尚需熱處理）、噴射液化法（）、分段液化法

12、液化、糖化的主要工藝特點

1設備簡單，占地面積小，便于連續操作； 2節約了拌料用水，還節約了了大量蒸汽。。。

3可減少液化糖化工序前半部分的設備投資（酒精離心液及部分工藝水的加入）4減少了污染的可能性

5使原料漿中的可發酵唐得以充分利用 6保證進入發酵工序中的糖化醪的質量

7螺旋板換熱器的使用，節約了大量冷卻水，同時減少了占地面面積，也減少了糖化罐的死角，使刷罐徹底、方便

13、酒精離心液回流優點：

1節約拌料用清水還節約加熱用蒸汽（離心液溫度變化為80度）2減少了DDGS生產設備的投資,改善DDGS外觀質量 3降低了干燥器進料的粘度，減少了干燥器內結垢機會 4穩定和平衡了生產

14、開機停機操作及故障排除

（一）開機前的準備操作

1檢查蒸汽系統閥門的開啟狀況 2檢查工藝水系統閥門

3檢查冷卻水系統的開啟及供應能否正常

4檢查電動儀表或氣動儀表的電源或氣源能否正常 5按工藝要求檢查各電器、儀表、機械

（二）開機操作

1拌料水+CaO水溶液+耐高溫淀粉酶（計量泵加）+NaCl（調整PH）2啟動液化部分，打開加熱蒸汽，使之循環到工藝需求的熱度； 3加入適量H2SO4，調整醪液的PH,使PH由6.5降到4.5； 4冷卻酸化后的醪液，由80度降到58—60度； 5加糖化酶；

6抑制糖化醪的液位，保證糖化時間；

7開啟螺旋換熱器，使液化醪溫度由58度降到30度，將糖化醪送入發酵液

15、液化、糖化常見問題

1醪液黏，液化醪液位升高，輸送困難；

解決方法:a醪液的配水比是否正常

b檢查液化酶質量及計量泵的工作情況； c檢查醪液的PH;d檢查CaO計量泵工作情況； e檢查醪液溫度；

f檢查醪液位置控制器及相應的儀表的工作情況； g檢查送料泵的打液量是否正常； 2真空閃蒸罐的真空度達不到要求

解決方法：a檢查醪液液化質量；

b檢查閃蒸罐冷凝器的工作情況； c檢查真空泵的工作狀態 3糖化醪質量如溫度、工藝指標達不到要求

解決方法：a檢查醪液PH；

b檢查螺旋板換熱器的工作是否正常（有無結垢或兩端墊片是

否腐蝕）；

c檢查糖化醪質量，細菌數是否超標；

d糖化酶質量，糖化酶計量泵的工作情況，糖化酶加入量是否正

常；

16、液化糖化工序的停機操作

1首先停止向液化糖化工序提供原料；

停止供應液化酶（二步法液化應該先停前段），同時停止供應NaOH或氨水，停止供應CaO溶液；

3使該工段的儀表處于手動狀態，醪液罐從前到后排空； 4停止供應糖化酶和H2SO4等輔料； 5停止蒸汽的供應；

6排空各設備后用工藝水清理； 7用5%NaOH清洗設備；（包括罐、加熱器、螺旋板換熱器和盤等）8用清水清洗該工段各設備地面； 9處理好該工段所有工作

17、酒精酵母對酵母的要求

1高的發酵能力，能快速將糖轉化為酒精； 2繁殖速度快；

3據有高的耐酒精能力，濃醪發酵、糖化醪發酵濃度控制在15---18%，生成酒

精8—9%（體積分數）

4抵抗雜菌能力強，耐有機碳能力強 5對培養基適應性強，耐溫、耐鹽、耐干；

18、成熟酒母質量指標：1酵母細胞數 2出芽率3酵母死亡率4耗糖率，5酸度 影響酒母質量的主要因素

（一）接種量與成熟酒母細胞數的關系

酵母菌總數取決于培養基的成分，不是接種量，一般接種量10%左右；

（二）接種量與培養時間的關系

接種量大，培養時間縮短，接種量在10%左右的話，培養時間在10小時左右

（三）接種時間

生長繁殖旺盛期接種

（四）酒母培養溫度

適宜溫度范圍內，高溫》低溫，繁殖，發酵快，衰老也快。培養溫度：28—30度，發酵溫度：30---34度

（五）通風培養酵母

通風培養：呼吸型酵母；嫌氣酵母：發酵型酵母

19、酒精發酵作用：酵母菌把可發酵性糖，經過細胞內酒化酶的作用生成酒精與CO2，再通過細胞膜將產物排出

20、酒精發酵中酵母體內的酶： 1水解酶2酒化酶：

21、酒精發酵機理

（1）葡萄糖磷酸化，生成1,6-二磷酸果糖

葡萄糖→6-磷酸葡萄糖→6-磷酸果糖→1,6-二磷酸果糖（2）1,6-二磷酸果糖分裂為兩分子的磷酸丙醛

1,6-二磷酸果糖→磷酸二羥丙酮+3-磷酸甘油醛（4%--5%）

磷酸二羥丙酮（95%--96%）→3-磷酸甘油醛（3）

3-磷酸甘油醛→1,3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸→2,3-二磷酸甘油酸→2-磷酸甘油酸→2-磷酸烯酮式丙酮酸（+ADP）→烯醇式丙酮酸→丙酮酸（4）酵母菌無氧條件下

丙酮酸→乙醛+CO

2乙醛→乙醇

總反應：C6H12O6+2ADP+2H3PO4→CH3CH2OH+2CO2+2ATP 22、決定甘油產量的主要因素a菌種；b酵母細胞；c發酵液性質；d特殊物質；e發酵條件

23、生成醋酸原因：1乙酸胺的水解；2氨基醋酸被還原；3醛類氧化；4酒精氧化（醪液被醋酸菌污染）

24、連續發酵的優點：a提高了設備利用率；b提高了淀粉利用率（無菌要求高）；c省去了酒母階段；d便于實現自動化

25、影響酒精發酵的因素：a稀釋速度，稀釋速度太快，營養條件好，繁殖快，但是易被沖走，不積累；b發酵醪PH；c發酵溫度 酵母生長27—32度，預發酵罐30—32度,主發酵罐32—35度；d發酵醪的滯留和滑漏（間歇的不存在該問題）f連續發酵中罐的數量；g醪液的濃度，稀，利于酵母的代謝活動，提高出酒率；稠，提高設備利用率，降低成本，但濃度不能任意提高；g縮短發酵時間，選用優良酶，水解1,6-糖苷鍵，提高糖化醪DE值，通入無菌空氣、營養鹽等； h螺旋板換熱器的應用：特點：傳熱系數高，不易堵塞，結構緊湊，加工簡單等；優點:a無死角，便于清洗，殺菌；b節水明顯；c便于自動化操作控制；d便于維修檢查，易操作；e增加罐的有效容積，提高設備利用率；

26、固定化酵母工藝流程

玉米或薯干

↓

酵母菌種 粉碎

↓ ↓

菌懸液 蒸煮 PVA復合液→↓ ↓

包埋 糖化

↓ ↓

固定化細胞→固定化細胞發酵→蒸餾

27、方法

（1）固定化酵母細胞制備；（2）增殖；（3）發酵

28、雜質的分離

1蒸餾---揮發雜質與不揮發雜質分離 2精餾---乙醇與揮發性雜質的分離

29、酒精蒸餾基本原理

一 拉烏爾定律---酒精蒸餾基礎 二酒精的揮發系數

30、揮發性質的分類

頭級雜質—揮發性強，沸點低；

尾級雜質—揮發性弱，沸點高；

中級雜質—與酒精相近；

31、雜質揮發系數

A/a=KA就是酒精的揮發系數

三個規律：。。。。。雜質精餾系數

k《1雜質不易揮發

單塔蒸餾（適合對成品質量和濃度要求不高的工廠）兩塔蒸餾

（1）氣相進料兩塔蒸餾，費用低，一般淀粉質原料酒精廠使用（2）液相進料兩塔蒸餾，成品質量好，適用于糖蜜原料酒精廠 三塔蒸餾（直接式、半直接式、間接式）

32、酒精蒸餾中的問題

1醪塔頂部溫度迅速升高，來醪部暢；

2醪塔進不了料，頂部溫度低，底部壓力大、溫度高； 3醪塔溢塔；

4醪塔頂溫度超過正常； 5醪塔頂溫度過低 6醪塔底部逃酒； 7精餾塔殘液逃酒；

8精餾塔中部溫度過高； 9精餾塔中部溫度過低； 10排醛塔逃酒；

11精餾塔頂排醛不好，酒精中醛含量不合格；

12酒精成品濃度不合格，氧化時間短，有時醛酒多，有酒汽帶出； 13酒精中濃度過高；

14酒精中酸、醛、甲醇含量高； 15雜醇油分離不好； 16蒸餾效率完不成；

33、糖蜜酒精發酵的特點：

1工藝過程和設備都比較簡單，周期較短； 2糖蜜必須稀釋才能進行酒精發酵； 3糖蜜需經過滅菌或酸化處理；

4調整至微酸性PH4-4.5進行酒精發酵；

5糖蜜中含5-12%的膠體物質，是酒精發酵時產生大量泡沫的主要原因，因而降低發酵罐的利用率；

6糖蜜中灰分含量很大；

7糖蜜中重金屬離子能使酵母受到抑制；

8選育和馴養強壯且耐高溫，耐高酸，耐高濃度的菌種； 9糖蜜酒精發酵中應適當添加營養成分；

10糖蜜酒精發酵產生酯醛頭級雜質及雜醇油較多，含醛類多，蒸餾泡沫多，易產生積垢；

34、稀釋的方法：間接稀釋法、連續稀釋法

35、糖蜜連續發酵酒精生產工藝流程：

水酸 防腐劑 營養鹽 酒母CO

2↓↓ ↓ ↙ ↙ ↙

原糖蜜→稀糖液制備→稀糖液發酵→蒸餾→（成品酒精、頭級雜質、雜醇油、酒糟）可分為四個工序：1糖蜜發酵原處理；2酒母醪的制備；3稀糖液的發酵；4成熟醪的蒸餾與精餾；

36、甘蔗糖蜜和甜菜甜蜜的區別：

甜菜糖蜜 甘蔗糖蜜 轉化糖含量 極少 較多

酸堿性 PH7.4，微堿性 PH6.2，微酸性 氮含量 1.68-2.3% 0.5%

37、酸化的目的：防止雜菌繁殖，加速糖蜜中灰分與明膠物質的沉淀，調整酸度，適于酵母的生長；

38、澄清的方法：1加酸通風沉淀法（冷酸通風）；2熱酸處理法；3機械分離法

39、糖蜜發酵方法：分為間接法與連續法；

第四篇：酒精銷售

營銷總監：姜麗燕

市場營銷本科在讀，現任激揚辯論社社長，思路清晰，創意較多，能夠冷靜的看待和分析問題，有良好的溝通能力，工作認真。有很好的團隊精神，符合營銷工作的需求。

第五篇：醫用酒精管理制度

東莊醫院醫用酒精管理制度

第一條 倉庫管理人員必須樹立為臨床服務、為患者服務的思想，忠于職守，熱愛本職工作，不斷提高自己的業務水平和工作水平，遵守各項規章制度。

?? 第二條 倉管員要憑計算機打印出來的領料單準確地發放酒精，核對規格、數量。

?? 第三條 加強管理，精確計量和記錄，定期進行查核。

?? 第四條 倉庫進貨必須由倉管員嚴格按發票的內容進行驗收，認真核對進庫醫用酒精的數量、規格型號，檢查質量是否完好，完全相符后在發票上填入相應的物品代碼并在發票上簽名，以示認可，然后將發票交給微機操作員入賬。入賬后及時將物品入庫上架，如有差異或殘損，立即通知供貨商處理。

?? 第五條 領用醫用酒精時，由領取人寫領取申請，由分管院長簽字同意。藥庫主管負責人根據領取申請核發，使用單位必須兩人一起到倉庫領取。對醫用酒精使用過程應進行嚴格控制和監督，醫用酒精的空容器、過期、破損品應妥善處理，嚴禁隨意拋棄。

?? 第六條 倉庫每年必須進行2次全面盤點；帳、物逐相符；凡發生盤盈盤虧情況，有關倉管員要寫出書面報告，說明原因，經批準后方可進行帳務處理。

?? 第七條 放置醫用酒精的倉庫必須經常做好安全防患工作，防止危險品泄漏、失竊、火災等事故發生。

第八條 醫院保衛部門應經常予以檢查指導。