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在传统酿酒过程中预处理方法的比较

2020-06-29 12:10:09

在传统酿酒过程中,由于谷物的淀粉通常以颗粒形式存在于细胞内,淀粉受到细胞组织保护而不易水解,因此需要对原料进行预处理以获取细胞中的淀粉颗粒。传统酿酒工艺中预处理包括对原料粉碎和蒸煮,目的是降低淀粉黏度使淀粉游离,终使淀粉水解为可发酵性糖,便于下一步的发酵。
  工业酒精发酵过程中预处理占据着重要地位,预处理方法的选择直接影响到生产酒精的成本和效率。以淀粉质为原料生产工业酒精时,预处理方法和传统酿酒类似,都需要粉碎和蒸煮,但工艺加成熟完善,机械化程度高。蒸煮工艺已逐渐从间歇蒸煮工艺发展到连续蒸煮工艺,此外还有无需蒸煮的生料发酵工艺,然而由于其液化和糖化效率较低未能得到广泛应用。为了保证生产的顺利进行,淀粉质原料在粉碎之前需要除杂,去除原料中的泥土、沙石、粗纤维、金属等杂质。经过处理的淀粉质原料不能直接发酵,还需加入糖化剂,使淀粉质原料转变为可发酵性糖,进而在酵母菌的作用下转化成乙醇。
  与淀粉质原料不同,以糖蜜为原料生产酒精时,原料中含有大量的可发酵性糖,因此无需蒸煮糖化,可以直接进行酒精发酵。然而,糖蜜原料中糖浓度高,灰分和胶质含量高,影响发酵过程中微生物的生长,因此发酵前必 须对原料进行预处理。预处理过程包括五个步骤:1)稀释:减小糖蜜浓度,降低渗透压。2)酸化:在糖蜜中加入硫酸和盐 酸等,加速灰分与胶体物质的沉淀,同时调节pH,为酵母的生长繁殖提供适宜条件。3)灭菌:对稀糖液灭菌以抑制杂菌生长。4)糖蜜澄清:去除胶体、灰分等沉淀。5)添加营养盐:补充适量的氮源、磷源、镁盐与生长素等以维持酵母菌的生长。
  以木质纤维素作为原料生产乙醇时,由于木质纤维素结构复杂,纤维素、半纤维素和木质素三者难以有 效分离,因此预处理是限制木质纤维素生物质转化为乙醇的瓶颈
  之一。木质纤维素原料的预处理方法复杂,主要包括物理法(机械粉碎、微波、辐射处理等)、化学法(酸、碱、有机溶剂、离子液体处理等)、物理-化学法(蒸汽爆破、氨纤维爆破等)和生物法(白腐菌、褐腐菌和软腐菌降解等)4种。这些方法各有优缺点,不可能适用于所有的生物质,因此需要结合原料特性和生产实践选择适宜的方法。此外,多种技术联合处理能有 效提高预处理效率,具有 大的发展潜力。目前,木质纤维素预处理技术仍是制约纤维素乙醇大规模投入生产的因素之一,开发低成本、高 效 率、环境友好的新型处理技术将是今后木质纤维素生物质预处理的一个重要研究方向。

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