酒精发酵产物(酒精发酵产物分离技术)-星空体育app下载官网
1. 酒精发酵产物分离技术
酒精蒸馏
蒸馏的原理其实很简单,简而言之一句话:通过各种物质沸点的 不同进行物质分离。酒精,学名乙醇,容易挥发,沸点 78℃,在加 热的过程中很容易气化跑出醪液(水的沸点 100℃)而与醪渣分离开 来。
在蒸馏过程中低沸点的物质先蒸出，高沸点的物质后蒸出。利用加热容器对酒进行蒸煮，将酒气冷凝，这一个过程称为简单蒸馏。
2. 发酵产物的分离提取方法
发酵过程中采用的灭菌方法、原理和条件采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施，成为灭菌。灭菌常用的方法有化学试剂灭菌、射线灭菌、干热灭菌、湿热灭菌和过滤除菌等。可根据不同的需求，采用不同的方法，如培养基灭菌一般采用湿热灭菌，空气则采用过滤除菌 。灭菌的彻底程度受灭菌时间与灭菌剂强度的制约。
微生物对灭菌剂的抵抗力取决于原始存在的群体密度、菌种或环境赋予菌种的抵抗力。灭菌是获得纯培养的必要条件，也是食品工业和医药领域中必需的技术。方法概述灭菌常用的方法有化学试剂灭菌、射线灭菌、干热灭菌、湿热灭菌和过滤除菌等。
可根据不同的需求，采用不同的方法，如培养基灭菌一般采用湿热灭菌，空气则采用过滤除菌。
热灭菌法热灭菌法利用高温使微生物细胞内的一切蛋白质变性，酶活性消失，致使细胞死亡。通常有干热、湿热和间歇加热灭菌等法。
干热灭菌火焰灼烧法或烘箱内热空气灭菌法称为干热灭菌法(dryheatsterilization)。
把金属器械或洗净的玻璃器皿放入电热烘箱内，在150～170℃下维持1～2小时后，可达到彻底灭菌(包括细菌的芽孢)的目的。
灼烧(incineration或combustion)是一种最彻底的干热灭菌法，应用范围仅限于接种环、接种针的灭菌或带病原菌的材料、动物尸体的烧毁等。
湿热灭菌以沸水、蒸气和蒸气加压灭菌。
巴氏消毒法：因最早由法国微生物学家巴斯德用于果酒消毒，故名。
这是一种专用于牛奶、啤酒、果酒或酱油等不宜进行高温灭菌的液态风味食品或调料的低温消毒方法[1] 。巴氏灭菌法就是湿热灭菌，此法有两种方式[1] ，①经典的低温维持法(lowtemperatureholdingmethod，lth)：在61.7～62.8℃下处理30分钟;②较现代的高温瞬时法(hightemperatureshorttime或flushpoint，htst)：在71.6℃或略高温度下处理15分钟。在上述诸法中，以蒸气加压灭菌效果最好，可用常压蒸气灭菌，也可在高压蒸气锅中(一般使用1千克/厘米2)灭菌,其蒸气温度可达121℃,能将耐热的芽孢在30分钟内全部杀死。
但对某些易被高压破坏的物质，如某些糖或有机含氮化合物，宜在0.6千克/厘米2压力下(110℃)灭菌15～30分钟。
煮沸消毒法：采用在100℃下煮沸数分钟的方法，一般用于饮用水的消毒[1] 。
间歇灭菌间歇灭菌连续3天,每天进行一次蒸气灭菌的方法。
此法适用于不能耐 100℃以上温度的物质和一些糖类或蛋白质类物质。
一般是在正常大气压下用蒸气灭菌 1小时。灭菌温度不超过100℃,不致造成糖类等物质的破坏，而可将间歇培养期间萌发的孢子杀死，从而达到彻底灭菌的目的。
辐射灭菌辐射灭菌在一定条件下利用射线进行灭菌的方法。较常用的有紫外线，其他还有电离辐射(射线加快中子等)。
波长在25000～80000纳米之间的激光也有强烈的杀菌能力,以波长26500纳米最有效。
辐射灭菌法仅限于某一定材料，因所需设备复杂，难于广泛使用。渗透压灭菌渗透压灭菌利用高渗透压溶液进行灭菌的方法。
在高浓度的食盐或糖溶液中细胞因脱水而发生质壁分离，不能进行正常的新陈代谢，结果导致微生物的死亡。化学试剂灭菌大多数化学药剂在低浓度下起抑菌作用,高浓度下起杀菌作用。
常用5%石炭酸、70%乙醇和乙二醇等。化学灭菌剂必须有挥发性，以便清除灭菌后材料上残余的药物。化学灭菌常用的试剂有表面消毒剂、抗代谢药物(磺胺类等)、抗生素、生物药物素抗生素是一类有微生物或其他生物生命活动过程中的合成的次生代谢产物或人工衍生物，他们在很低浓度时就能抑制或感染它种生物(包括病原菌，病毒，癌细胞等)的生命活动，因而可用作优良的化学治疗剂。
3. 酒精发酵产物分离技术原理
酒的种类，按其性质基本上可分为三大类，即发酵酒、蒸馏酒与配制酒。 1、发酵酒 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。 发酵酒是指用谷物、果汁等为原料，经发酵而得的低度酒。酒精发酵是在无氧条件下，利用酵母菌或其它微生物将葡萄糖或果糖加以分解，产生酒精和二氧化碳等代谢产物，并释放少量能量的过程。不论是葡萄酒，还是烈酒，都需要利用发酵原理，将酿酒原料放置于密闭环境中，然后添加酵母将原料中的糖分转化为乙醇。这类酒主要包括啤酒、葡萄酒和米酒。 啤酒是用麦芽、啤酒花、水和酵母发酵而产生的含酒精的饮品的总称。啤酒按发酵工艺分为底部发酵啤酒和顶部发酵啤酒。底部发酵啤酒包括黑啤酒、干啤酒、淡啤酒、窖啤酒和慕尼黑啤酒等十几种，顶部发酵啤酒包括淡色啤酒、苦啤酒、黑麦啤酒、苏格兰淡啤酒等十几类。 葡萄酒主要以新鲜的葡萄为原料所酿制而成的。依据制造过程的不同，可分成一般葡萄酒、气泡葡萄酒、酒精强化葡萄酒和混合葡萄酒等四种。一般葡萄酒就是我们平常饮用的红葡萄酒、白葡萄酒和桃红葡萄酒。 酒精强化葡萄酒的代表是雪利酒和波特酒。 米酒主要以大米、糯米为原料，与酒曲混合发酵而制成的。其代表为我国的黄酒和日本的清酒。 2、蒸馏酒 蒸馏酒是将发酵而成的酒精溶液，利用酒精的沸点（78.5℃）和水的沸点（100℃）不同，将原发酵液加热至两者沸点之间，就可从中收集到高浓度的酒精和芳香成分。 蒸馏酒的制造过程一般包括原材料的粉碎、发酵、蒸馏及陈酿四个过程，这类酒因经过蒸馏提纯，故酒精含量较高。按制酒原材料的不同，大约分为中国的白酒、法国的白兰地、威士忌、伏特加、龙舌兰、朗姆酒等。 中国白酒一般以小麦、高梁、玉米等原料经发酵、蒸馏、陈酿制成。中国白酒品种繁多，有多种分类方法。 白兰地酒是以水果为原材料制成的蒸馏酒。白兰地特指以葡萄为原材料制成的蒸馏酒。其他白兰地酒还有苹果白兰地、樱桃白兰地等。 ? 威士忌酒是用预处理过的谷物制造的蒸馏酒。这些谷物以大麦、玉米、黑麦、小麦为主，或加以其他谷物。发酵和陈酿过程的特殊工艺造就了威士忌酒的独特风味。威士忌酒的陈酿过程通常是在经烤焦过的橡木桶中完成的。不同国家和地区有不同的生产工艺，威士忌酒以苏格兰、爱尔兰、加拿大和美国等四个地区的产品最具知名度。 伏特加可以用任何可发酵的原料酿造，如马铃薯、大麦、黑麦、小麦、玉米、甜菜、葡萄甚至甘蔗。其最大的特点是不具有明显的特性、香气和味道。 龙舌兰酒是以植物龙舌兰为原料酿制的蒸馏酒。 朗姆酒是主要以甘蔗为原料，经发酵蒸馏制成的。一般分为淡色朗姆酒、深色朗姆酒和芳香型朗姆酒。 3、配制酒 配制酒是以酿造酒、蒸馏酒或食用酒精为酒基，加入各种天然或人造的原料，经特定的工艺处理后形成的具有特殊色、香、味、型的调配酒。 中国有许多著名的配制酒，如虎骨酒、参茸酒、竹叶青等。 您想免费学习纯粮酿酒，自己酿酒开酒坊，更多酿酒资讯，白酒、果酒、花酒、药酒、可关注“唐三镜白酒酿酒设备”微信公众号：hcy2232415194.联系/微信：18613189565。
4. 发酵制取酒精
乙醇工业生产方法分为发酵法和合成法两大类。
发酵法
就是人们熟知的酿酒，几千年以前人类已学会酿酒。发酵法可采用各种含糖、淀粉或纤维素的农产品、林产品、工业副产、农业副产及野生植物为原料，整个生产过程分为原料蒸煮、糖化剂制备、糖化(水解)、酵母制备、发酵及蒸馏等工序。每吨乙醇需消耗3吨多粮食或5吨多白薯干。在一些农副产品丰富的国家，发酵法至今仍是生产乙醇的主要方法。
合成法
是以乙烯为原料生产乙醇。1825年俄国人发现乙烯和硫酸经酯化、水解可合成乙醇，1930年该法首次在美国实现工业化。随着石油化工的迅速发展，合成法生产的乙醇产量越来越大，但该法生产的乙醇中夹杂着异构高碳醇，对人有麻痹作用，不宜作食品、饮料、医药和香料等。所以，即使在石油化工发达的国家，发酵法乙醇仍占有一定比例。
目前工业上采用的合成法主要是乙烯直接水合法，即将乙烯在浸渍有磷酸的固体催化剂上进行水合反应。所得稀乙醇溶液需经过精馏提纯以除去部分水和副产物。用普通的精馏法得到的乙醇浓度最高只有95.6%，工业上可进一步加工最后制得纯度为99.5%的无水乙醇。
还有你说的，此外还有
利用合成气（氢气、一氧化碳）制取法，卤代乙烷水解法等方法。
5. 酒精发酵装置
304不锈钢桶能做酒吗？
304孔不能用来做酒，因为酒精与金属会产生化学反应的。所以要做酒的话，最好是用玻璃器皿，或者是陶瓷器皿来做酒。因为用304桶坐久，他需要泡很长时间酒精泡的时间长了，就把桶腐蚀了。对酒的口感是会有很大影响的，对人的身体也会造成伤害。
6. 发酵产物的提取与精制
、发酵生产流程三个阶段：
上游、中游和下游。
（1）先进行高性能生产菌株的选育；
（2）然后在人工或计算机控制的生化反应器中进行大规模培养，生产目的代谢产物；
（3）最后收集目的产物并进行分离纯化，最终获得所需要的产品。
2、现代意义上的发酵工程是一个由多学科交叉、融合而形成的技术性和应用性较强的开放性的学科。发酵工程经历了“农产手工加工——近代发酵工程——现代发酵工程”三个发展阶段。
1、手工加工
发酵工程发源于家庭或作坊式的发酵制作（农产手工加工），后来借鉴于化学工程实现了工业化生产（近代发酵工程），最后返璞归真以微生物生命活动为中心研究、设计和指导工业发酵生产（现代发酵工程），跨入生物工程的行列。
2、近代发酵
原始的手工作坊式的发酵制作凭借祖先传下来的技巧和经验生产发酵产品，体力劳动繁重，生产规模受到限制，难以实现工业化的生产。
于是，发酵界的前人首先求教于化学和化学工程，向农业化学和化学工程学习，对发酵生产工艺进行了规范，用泵和管道等输送方式替代了肩挑手提的人力搬运，以机器生产代替了手工操作，把作坊式的发酵生产成功地推上了工业化生产的水平。发酵生产与化学和化学工程的结合促成了发酵生产的第一次飞跃。
3、现代发酵
通过发酵工业化生产的几十年实践，人们逐步认识到发酵工业过程是一个随着时间变化的（时变的）、非线性的、多变量输入和输出的动态的生物学过程，按照化学工程的模式来处理发酵工业生产（特别是大规模生产）的问题，往往难以收到预期的效果。
从化学工程的角度来看，发酵罐也就是生产原料发酵的反应器，发酵罐中培养的微生物细胞只是一种催化剂，按化学工程的正统思维，微生物当然难以发挥其生命特有的生产潜力。于是，追溯到作坊式的发酵生产技术的生物学内核（微生物），返璞归真而对发酵工程的属性有了新的认识。发酵工程的生物学属性的认定，使发酵工程的发展有了明确的方向，发酵工程进入了生物工程的范畴。
7. 酒精发酵产物分离技术要求
1、无氧条件下，葡萄糖经糖酵解生成丙酮酸，然后经乳酸发酵生成乳酸（植物经乙醇发酵生成乙醇）。
2、有氧条件下，葡萄糖经糖酵解生成丙酮酸，丙酮酸在线粒体内生成乙酰辅酶a，乙酰辅酶a再经过tca循环（或乙醛酸循环,只有植物有）最终生成二氧化碳和水。
3、葡萄糖也可以经磷酸戊糖途径,最终生二氧化碳和水。 葡萄糖是糖在血液中的运输形式，在机体糖代谢中占据主要地位；糖原是葡萄糖的多聚体，包括肝糖原、肌糖原和肾糖原等，是糖在体内的储存形式。
8. 酒精发酵生产工艺
果酒的制作过程离不开酵母菌。酵母菌营兼性厌氧型生活，在有氧情况下，酵母菌可以进行有氧呼吸而大量繁殖，产生水和二氧化碳，反应式为:c6h1206 6o2-6c02 6h20;在无氧的条件下，酵母菌进行无氧呼吸而产生酒精，反应式为：c6h1206-2c2h50h 2c02。
在制作果酒的时候，温度控制也是必不可少的。因为温度是酵母菌生长和发酵的重要条件。20°c左右最适合酵母菌繁殖，酒精发酵时一般将温度控制在18～25°℃。在葡萄酒的自然发酵过程中，起主要作用的是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌。
在发酵过程中，随着酒精度数的提高，红葡萄皮的色素也进入发酵液，使葡萄酒呈现深红色。在缺氧、呈酸性的发酵液中，酵母菌可以生长繁殖，而绝数其他微生物都因无法适应这一环境而受制。
9. 发酵生产酒精的产物
蒸馏酒是经过发酵的水果或谷物等酿酒原料加以提纯酿制而成的含有酒精的饮料。
蒸馏酒是乙醇浓度高于原发酵产物的各种酒精饮料。白兰地、威士忌、朗姆酒、伏特加、金酒、龙舌兰和中国的白酒都属于蒸馏酒，大多是度数较高的烈性酒。制作过程为先经过酿造，后进行蒸馏后冷却，最终得到高度数的酒精溶液饮品。
10. 酒精发酵研究进展与新技术应用
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。
