第一章、前言
生料发酵技术在20世纪50年代首先由日本人提出的，20世纪70年代中东战争爆发引起世界性的能源危机，各行各业为了避免今后再受到能源的影响，而积极需求各种途径，生料酿酒课题便在此背景下应运而生，而且各国专家学者争相研究这一课题。
在淀粉原料生产酒精的传统工艺中，蒸煮工段所消耗的蒸汽量占整个生产过程总能耗的30%~40%，为了节能和降低成本，无蒸煮发酵（生料发酵）酒精技术成了国内外研究的热点，虽然在这方面的研究取得了一些可喜的成果，但到目前为止，国内外真正在工业生产上采用这种技术的还是寥寥无几。
在中国，只有山东九九集团及吉林乾安酒精厂采用这个技术。而生料酿酒技术在白酒行业得到了迅速发展，年产量达到了30万吨。
第二章、生料发酵酿酒技术路线及工艺
生料发酵——指原料不用蒸煮、糊化直接将生料淀粉进行糖化和发酵，生成酒精。
生料糖化原理——淀粉分子具有一定的吸附能力,当水分子渗透到淀粉颗粒内部,淀粉粒子间隙逐渐扩大,体积膨胀,淀粉分子卷曲的螺旋结构开始呈伸展状态,羟基暴露在外面,该羟基能与酶以氢键连接,吸附糖化酶.生淀粉的羟基和糖化酶的活性位置相结合,从淀粉的非还原性末端水解α-1,4糖苷键(也能水键α-1,6糖苷键)转化为葡萄糖,水解速率与它能否被生淀粉分子吸附和吸附强度有关。
生料发酵工艺路线：
水、糖化酶、酵母等
↓
原料 → 粉碎 → 调浆→糖化、发酵
↓
蒸馏
↓
成品
生料发酵生产工艺：
１、原料出杂,浸泡,粉碎,调浆。
２、酵母菌种活化。
３、将醪浆泵入发酵罐中，加入糖化酶,营养盐及活化好的菌种，搅拌均匀，必要时加入
杀菌剂。
４、发酵温度控制，前期控制在28~32℃，后期温度可以稍高，最好不要超过35℃。
５、发酵前期进行通风，待酵母发起后，无须再通风。
６、本工艺采取了边糖化边发酵工艺，发酵时间比较长，大约需要3~5天 。随着发酵
过程的进展，醪液中还原糖迅速下降，待残糖降至0.2%以下，酒份稳定在较高水平，说明发酵已完成。
７、将成熟醪泵到蒸馏塔蒸馏成品酒精。
生料发酵技术关键：
1、原料品种与质量对生料发酵的影响。
在生料发酵中，淀粉原料被水解的速率依次为：大米〉小麦〉玉米〉高粱〉木薯〉甘薯〉马铃薯。在我国，主要用于酿酒的淀粉原料主要有高粱、玉米、大米、木薯。生木薯原料由于含有少量氢氰酸，不经过蒸煮，影响发酵及成品中甲醇的含量，所以生木薯不适宜生料发酵生产酒精,应该选用木薯干片,但是木薯生料发酵应该考虑营养盐搭配使用问题。从淀粉出酒率看，生料发酵，大米〉玉米〉木薯〉高粱。由于没有熟料发酵中高温所造成的淀粉损失，生料发酵的淀粉出酒率比熟料有所提高,做的比较好的,可以达到55%。
同时由于生料发酵没有熟料蒸煮过程中的杀菌作用，要求原料杂质少，无虫蛀和霉烂变质现象。
原料粉碎细点比粗点好，易于糖化过程的进行，同时也不存在熟料发酵中粉碎过细引起发粘和淀粉损失增加的问题。同时还应考虑粉碎设备损耗和能耗问题,一般情况下，筛孔直径≤1.6mm为宜。
2、高效复合糖化酶的应用及生淀粉分解酶选育。
生料发酵关键之一就是高效复合糖化酶的应用。一般生料发酵所需的是糖化酶活力单位是熟料发酵的2~3倍，不同原料生淀粉其水解难易程度不同，所需糖化酶的活力也不同，复合酶的应用可以提高糖化酶对生淀粉的糖化作用，减少糖化酶的用量，提高糖化速度，缩短发酵时间。同时产高活力生淀粉分解酶菌种的选育是现阶段生料发酵技术研究的重点。
3、生料发酵中杂菌污染的防治
杂菌污染的防治是生料发酵成败最关键的因素。由于原料未经过蒸煮，醪液杂菌比熟料多，同时由于生料发酵时间较长，相对熟料来说更容易酸败。一般采取调酸和加杀菌剂结合的方法。调整醪液pH在合适的范围，以利于淀粉的糖化和酵母的生长，同时又能抑制杂菌的繁殖。在生料发酵中，杀菌剂的使用是非常必要的，应该选择既能杀灭杂菌，又对酵母无影响的杀菌剂。比如青霉素,克菌灵等
4、发酵温度对生料发酵的影响
与熟料发酵相比，生料发酵周期长，发酵温度宜低，如果发酵温度太高，酵母易衰老，发酵不彻底，影响原料出酒率。一般温度26~33℃，短期最高发酵温度不宜超过35℃。温度过低，发酵缓慢，发酵周期延长。
第三章、生料发酵工艺与传统工艺比较
1、生料发酵优势
①生料发酵无需蒸煮，减少了由于蒸煮对可发酵性糖的破坏，根据酒精生产测定，可发酵性糖的损失随着温度的升高和时间的延长而增加。在温度130℃，原料颗粒直径为1.5mm，蒸煮时间在30分钟条件下，总糖损失为3.8%~5.4%，可发酵性物质损失可达2.5~3.5%，而生料发酵却没有这部分损失。因此淀粉出酒率能到54%以上。
②生料发酵由于醪液未经蒸煮，淀粉分子不呈熔胀舒张状态，醪液粘度不大，渗透压不高，有利于浓醪发酵，发酵醪酒份可达到13%（v/v)以上，单罐投料量可提高33%，降低了蒸馏的能耗和生产成本,同时可以减少废醪排放量,废醪浆渣比较容易分离,降低了DDGS的生产成本。
③生料发酵原料无须经过蒸煮，节约了大量能源，经测试，原料蒸著所消耗的蒸汽量占整个生产过程总能耗的的35%，可降低煤耗30~35%左右，由于不需要蒸煮工段冷却水，节约水耗5%。因此该工艺节能效果十分显著。
④原料无须蒸煮直接进入发酵，简化了生产工艺，操作相对容易，大大地减轻了工人的劳动强度。
⑤生料发酵不需要蒸煮锅、糖化锅、蒸煮糖化冷却系统及其他的辅助设备，减少了设备投资30%以上。
⑥本工艺成品酒精的甲醇含量比较低，成品质量比较稳定。(在蒸煮过程中果胶质强烈分解，析出CH3O-基团，进而生成甲醇)。
2、生料发酵缺点
①酶使用量比较大。
②发酵容易感染杂菌。
③生料发酵要求粉碎细度比较小,粉碎设备损耗比较大,能耗也大。
3、某年产50万吨酒精的玉米生料生产工艺
该工艺采用间歇发酵工艺,发酵罐采用斜底式露天安装，每个发酵罐的容积3000M3，共26发酵罐。冷却系统采用罐外螺旋板式换热器冷却。
①工艺流程：
┎──────────┓
┃ ↓
糖化酶、营养盐 │干酵母活化 废液浓缩
↓ ↓ ↓ ↓
玉米 → 浸泡 → 湿磨 → 粉浆 → 发酵 → 蒸馏 → 醪液分离 → 干燥
↓ ↓
酒精 DOGS
②技术指标：
发酵罐容积：3000M3
克菌灵使用量：6%
总糖含量：19.5~20.5%
pH：3.8
酒份：10~11%(v/v)
挥发酸：0.015以下
发酵周期：72小时
淀粉出酒率：54%
③生产能耗：
用气量：3吨蒸汽/吨酒精
用水量：25吨水/吨酒精（其中冷却用水有85%可以回收利用）
用电量：190度左右
4、生料发酵生产技术的展望
生料发酵生产酒精工艺最大的特点是节能、节粮、降低生产成本和建设投资、简化生产过程、提高综合经济效益。利用生料发酵技术可以增强企业的竞争力和生命力，增加农产品的附加值。因此，生料发酵值得推广和应用。但生料发酵工业化大升生产的应用，仍有许多需要完善和提高的地方：一，玉米粉碎方式，采用那种粉碎方式粉碎有待进一步研究；二、产高活力分解酶菌种的选育，是现阶段生料发酵技术研究的重点;三、解决生料发酵染菌技术，是工业化生产的关键技术。随着科学技术的发展,上述问题会不断解决,并推动生料发酵推广应用的。
第四章、其他发酵新技术的介绍
1、低温蒸煮工艺
低温蒸煮工艺是指蒸煮温度在100℃以下的蒸煮工艺，对于木薯原来来说，一般是采用80~85℃，木薯原料纯淀粉糊化温度一般是70℃。为了达到机械粉碎吸水溶出温度和巴斯德灭菌温度，防止染菌酸败，将温度提高5~10℃，达到生产操作温度80~85℃。在此温度下，淀粉粒极易吸水膨胀，且液化酶的液化能力最强，使醪液的黏度降低，便于管道输送。低温蒸煮一般采用双酶法工艺。
低温蒸煮工艺流程：
木薯→粉碎→加水拌料→加淀粉酶→加温至80~85℃糊化液化→冷却至60℃→加酸调节pH至4.5→保温糖化30分钟→→冷却28℃→发酵→蒸馏
该工艺可以节省蒸煮蒸汽25%左右，淀粉利用率可达88~92%。
2、膨化技术
①膨化技术原理
膨化技术分为气流膨化和挤压膨化，其主要原理是通过物理挤压或气流膨化代替传统的高温处理方法，是淀粉颗粒在高压作用下瞬间膨化，以促使植物细胞的破裂。
②膨化工艺流程
原料→清理→适度破碎→调节水分→挤压膨化→糖化
③影响膨化的因素
影响膨化的因素主要有原料粒度、水分、膨化压力和温度。原料破碎以20目左右为宜。原料水分调整至20%左右，因淀粉膨化需依靠原料中水分的汽化，因此原料水分含量直接影响膨化机内部的升温，从而影响膨化。在上述因素中，更重要的是膨化压力和温度，膨化机压力一般控制在0.9~1.2MPa，在此压力下，水分能迅速渗入淀粉分子中，并同时定向挤压淀粉分子，为淀粉破裂准备必要条件，当原料从膨化机进口进入时，原料被加压、混合、压缩，在推进力和摩檫力的机械作用下受压变热，可达到140~150℃，将原料中的水分汽化，使原料组织成为疏松多孔的海绵体，呈蜂窝状或片状结构。淀粉链和肽链裸露在外，具有极大的作用面积，有利于酶的作用，提高原料的利用率。可省去蒸煮，简化操作，减少设备，还避免了糊化过程中可发酵性糖的损失。利用膨化工艺，可以节省能源20%以上，还可以节约用水。
3、浓醪发酵技术
3.1浓醪发酵定义
浓醪发酵的定义目前尚无统一尺度，观点不一，一般将发酵成熟后醪液的酒份达到13%（v/v）以上的发酵工艺称为浓醪。
3.2浓醪发酵技术关键
①浓醪发酵适用工艺
浓醪发酵工艺最大特点是低糖化率,也就是采用边糖化边发酵工艺.在浓醪条件下维持酵母的活性和增加酒份，必须降低渗透压对细胞膜的损害作用，高渗透压抑制了酵母产生的酒精向醪液中扩散，导致胞内累积高浓度酒精，从而使酵母的活性和发酵能力下降，副产物大量产生。
一般采用低温蒸煮和生料发酵工艺。便于减少可发酵性糖的损失，同时降低发酵醪的黏度及渗透压，以便于发酵正常进行，及醪液的输送。
②酵母选育
必须通过各种方法选育适合浓醪发酵的酵母和细菌菌种。耐高渗透压，耐高温、耐高酒份的菌种选育是制约浓醪发酵工艺的关键因素。
③复合酶制剂和营养盐的使用
复合酶制剂能使淀粉原料糖化更彻底，其中蛋白酶能水解原料中的蛋白质，增加醪液中氮的含量，改善醪液的营养状况。同时添加其他营养盐，比如磷，镁，钙等无机盐及维生素，生物素等生长因子，以促进酵母酒精发酵和酒份提高。
3.3浓醪发酵优势
①分离费用低，降低能耗
采用85℃低温蒸煮、浓醪发酵（发酵液酒份15%以上），酒糟滤液回用，湿酒糟直接用于制饲料，其能量消耗比常规工艺节省70%以上。
②节约工艺用水
采用浓醪工艺，料水比为1：1.8~2.1，生产1吨酒精可节约用水2吨以上。
③减少废水处理费用及DDGS生产成本
④提高设备利用率。在1000m3发酵罐中，采用传统工艺，成熟醪酒份为12.5%(v/v)，发酵罐中的 酒精的量为：1000×11%×0.7893t/m=86.82t，如果采用浓醪发酵,发酵成熟醪中酒份达到13%(v/v)，则最终酒精量可以达到102.61t。可以提高设备利用率20%。
3.4浓醪发酵缺点
①浓醪发酵对管道输送系统影响比较大，容易引起管道堵塞。
②发酵冷却问题不容易解决。
③现有的酵母菌种不能适应浓醪发酵，制约了浓醪发酵发展。
4、清液发酵技术
4.1清液发酵技术定义
清液发酵技术是指原料经粉碎蒸煮，糖化，糖化工艺采用全糖化，然后过滤，清液发酵生产酒精，废渣做饲料。
4.2清液发酵工艺流程
饲料← 淀粉渣 酵母
↑ ↑
原料→粉碎→液化糖化→过滤→发酵→酵母分离→蒸馏→酒精
4.3清液发酵技术的优势
①清液发酵利于发酵新技术的应用，清液发酵采用絮凝酵母连续发酵新技术，可以提高生产强度5~8倍，缩短发酵时间为20小时。
②清液发酵便于酒精提纯操作单元的合理配置。由于发酵液无固形物，不存在堵塔问题，醪塔可以选用更高效塔板，有的厂甚至采用了一塔蒸馏生产酒精。
③清液发酵改善了系统的运行状况。从糖化到精馏，设备的堵塞情况大大减少，操作更稳定，设备的磨损减轻，使用寿命延长。带渣发酵时所用的调速往复泵可以用普通泵来代替。
④清液发酵污染小于带渣发酵。传统工艺酒精精馏废液COD值在30000mg/L左右，BOD在20000mg/L左右。清液发酵采用絮凝酵母连续发酵技术，酵母不断絮凝回用，，发液的COD只有13000 mg/L左右。
⑤清液发酵便于生产线实现不同产品之间的调整。目前，与酒精生产相近的行业，如酵母、氨基酸、有机酸、甘油、饴糖等均为清液发酵，可以随时按市场调整产品。
4.4清夜发酵缺点
①淀粉原料在液化或糖化后即进行糟渣分离，用清液发酵生产酒精，部分糊化液或糖化液及未转化的淀粉或糊精会随糟渣带走，糖损失在5%以上，导致原料出酒率降低。
②糖化时间过长，糖化时间到8~10小时，容易感染染菌。
③发酵浓度较低，蒸馏能耗比较高。
④成品酒精的质量不稳定。
下面某厂清液发酵生产酒精的工艺：
环保工段
二级粉碎 → 一级粉碎 ← 除杂 ← 原料 ↑
│ 酒精 废渣
↓ →种 母 ↑ ↑
调浆→预热→液化→糖化→过滤→发 酵→上清液→蒸馏→废液→离心分离
↑ │ ↑ │ ↑ │
│ ↓ │ │ │ │
│ 料渣 │ │ │ ↓
│ │ ←───────────────── 清液
│ │ │ │ │
│ │ │ 沉淀层 │
│ ↓ │ ↓ │
┕──── 冲洗水 洗滤 │ 离心分离 → 清发酵液
↓ │ ↓
渣 ┕─ 酵母泥
↓ ↓
饲料或肥料 干酵母
该工艺采用的酵母为絮凝酵母
技术指标
1、糖化醪：16-18%,糖化率90-95%。
2、发酵醪：酒份8-9%， 酵母数4亿以上/mL,升酸差1.0以下，发酵周期10小时左右，残还原糖0.2以下。
3、淀粉出酒率：53~54%。
4、硫酸用量减少80%以上，有利于厌氧处理。
随着社会的进步，能源危机及环保问题的日益突出，大力推广低能耗轻污染的生产工艺，实现工业生产的可持续发展，是我们今后工业生产的发展方向。因此研究上述工艺产业化的研究也是我们今后的目标。
