生物化工工艺学第11章生化生产工艺实例简介

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燃料乙醇生产中碳循环
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石油与乙醇价格比较
Monthly Ethanol and Gasoline Prices, 1999-2003
1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0
Dollars per gallons
19 99
20 00
20 01
20 02
Gasoline
啤酒生产工艺
简介
啤酒是以大麦经发芽制成的大麦芽为主要原料，经糖化、添加酒花 煮沸、过滤、啤酒酵母发酵等过程，酿制成含二氧化碳、低酒精度 的酿造酒。 中国第一家现代化啤酒厂是1903年在青岛由德国酿造师建立的英德 啤酒厂（青岛啤酒厂前身）。发展至今，中国已成为世界第二啤酒 生产大国。
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一 啤酒生产原辅料
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发酵酒精生产工艺流程
淀粉质原料生产工艺:
水 蒸汽 糖化剂 酒母 蒸汽
原料
预处理
蒸煮
糖化
发酵
蒸馏
CO2
糖质原料生产工艺:
水、酸、营养盐、防腐剂 酒母
蒸汽
成品酒精 杂醇油 醛酯馏分 酒 糟 成品酒精 杂醇油 醛酯馏分 酒 糟 成品酒精 杂醇油 醛酯馏分 酒 糟
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糖蜜
预处理
发酵
CO2
蒸馏
纤维质原料生产工艺：
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生产方法与原料
5% 合成法

生产方法：
化学合成法、发酵法

生产原料：
糖蜜类、淀粉类、植物纤 维类
95% 发酵法
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目前燃料酒精生产原料
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酒精发酵原理
葡萄糖
6-磷酸葡萄糖
戊糖 磷酸戊糖
HMP循环
途 径
EMP
磷酸丙糖
C02 + H2O
丙酮酸
乙酰辅酶 A
乙醇+C02
TCA循环
C02 + H2O
Ethanol
20 03
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世界乙醇产量
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燃料乙醇主要生产国家
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世界燃料酒精工业发展状况

巴西的燃料酒精工业:
二十世纪70年代开始”国家酒精发展计划” 80年代研制出乙醇专用发动机 目前世界年产燃料酒精最多的国家 法定的车用燃料酒精浓度20%～ 24% 主要原料:甘蔗

美国的燃料酒精工业:
70年代末制订”乙醇发展计划” 1990年通过的”空气清净法” 世界上第二大酒精生产国 目前30%汽车使用汽油醇 主要是汽油中添加10%无水乙醇(E10) 生产原料:90%以上是玉米
酶或酸
酒母 蒸汽
纤维原料
预处理
水解
发酵
蒸馏
CO2
发酵制乙醇典型设备流程
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目前燃料乙醇研究热点
原料预处理
淀粉质原料:传统采取干法处理,许多成分未有效利用
现在多研究湿法浸泡工艺,燃料乙醇与其它发 酵产品相 耦合。尤其最近较为流行的超临界CO2萃取用于处理玉 原料可得到高附加值的胚芽蛋白。
※植物纤维原料： 预 物理方法：机械破碎、高能辐射及超声波、微波处理 处 化学方法：酸水解、碱水解、氨解、氧化处理等 理 方 物理化学方法：水蒸气爆破、 CO2蒸汽爆破、氨冷冻爆破 法
生物方法：木素酶、纤维素酶 在实际中对植物原料进行预处理，单一的方法很难达到预期 效果，往往采用各种组合方法，目前比较多是先采用机械破碎， 然后采用蒸汽爆破，再利用生物方法进行处理。
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目前燃料乙醇研究热点
发酵工艺:
1 发酵前处理和后处理
a蒸煮工艺: 以往淀粉原料生产酒精需在发酵前进行高温蒸煮, 需消耗大量 热能。 目前正在开发无蒸煮工艺特别是生淀粉发酵工 艺 、低温液化(80℃)与酒糟回收相结合的工艺、挤压 膨化技术。 b 精馏酒精技术: 传统酒精蒸馏和提纯耗能大，约占整个生产过程 30%。 目前多采取共沸精馏、萃取精馏，正在研究的渗透汽 化膜分离技术可降能耗50%以上。
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燃 料 乙 醇
—绿色能源革命
发展燃料乙醇原因
石油危机 环境污染 可再生能源 具有优良性能
由于经济的发展和人口的迅猛 增加,使得能源的消耗呈不断 上升趋势,而煤、石油等化石 能源的储量有限。20世纪70 年代发生的石油危机,使各国 目前全球面临的环境问题直接 政府和人们意识到寻找新的能 或间接与矿物燃料的加工有关。 源替代品的重要性. 矿物燃料燃烧时释放出大量的 C、N、S的氧化物气体，是产 燃料乙醇大都是利用来源于植 生酸雨、温室效应等地区性环 物的淀粉质和纤维原料发酵制 境问题的根源。 用乙醇代替或部分代替汽油 得，因此属于可再生能源。 作为汽车燃料可提高燃烧值， 改善防爆性能，并能缓和温 室效应和降低环境污染。
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世界燃料酒精工业发展状况

欧洲的燃料酒精工业:
主要生产国:法国、德国和意大利 燃料酒精产量：2003年是37.5万吨，预计2010年300万吨

我国的燃料酒精工业：
2001年4月国家计委宣布我国全面推广使用汽源自文库醇 2002年6月我国在河南、黑龙江、吉林、安徽部分地区开展汽油醇 试点，目前8个省开始使用汽油醇（E10） 目前原发酵酒精生产能力达450～500万吨，生产厂家1100多家 2003年改造和建成了年生产能力为102万吨的4个大型项目 吉林燃料乙醇公司：30万吨/年（一期） 河南天冠集团： 30万吨/年 安徽丰原公司：32万吨/年 黑龙江华润公司：10万吨/年 生产原料：主要是淀粉质原料（玉米、小麦、甘薯、木薯等） 糖蜜类原料（甘蔗、甜菜等）
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三 麦汁制备
麦芽汁的制备是将固态的麦芽、非发芽谷物、酒花用水调制再加工 成澄清透明的麦芽汁的过程。 制备过程包括：原辅料的粉碎、糊化、糖化、糖化醪过滤、混合麦 汁加酒花（hop）煮沸、煮沸后麦汁的澄清、冷却、通氧等一系列物 理、化学、生物化学加工过程。
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四 啤酒发酵
冷麦汁接种啤酒酵母，发酵产生酒精和CO2、高级醇、挥发酯、醛 类和酸类、连二酮类、含硫化合物等一系列代谢产物。 酵母的选择 麦汁的组成 接种量 发酵工艺控制（温度7~15℃、罐压和CO2浓度）
大麦是酿造啤酒的主要原料。 酒花是啤酒生产的香料。酒花中的酒花树脂、酒花酒和多酚物 质赋予啤酒特有的香味和爽口的苦味，酒花树脂还有防腐能力， 多酚物质中的单宁则具有澄清麦汁的作用。 水是啤酒生产的重要原料。 大米、玉米、小麦、糖。
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二 麦芽制造
将在原料大麦制成麦芽的过程称为制麦，其目的在于使大麦发芽产 生多种水解酶类，并使胚乳达到适度的溶解，便于糖化，使大分子 淀粉、蛋白质等得以分解溶出。 制麦全过程分为：原料清洗、浸麦、发芽、干燥、除根和贮存等。 ----干燥的目的在于除去多余的水分，终止酶形成和作用，产生麦 芽特有的色、香、味。