(1)糖廠的副產(chǎn)物糖蜜中含有大量的糖分,不論是甘蔗糖蜜還是甜菜糖蜜中的糖類大多數(shù)為可發(fā)酵性糖經(jīng)過稀釋同時添加部分營養(yǎng)鹽,就可用酵母將它發(fā)酵,生成酒精。它的工藝過程和設(shè)備均較簡單,周期較短,與淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精比較,可以省去蒸煮、制曲、糖化等工序,是一種成本較低,工藝操作簡便的生產(chǎn)酒精方法。
盡管目前國內(nèi)外糖蜜酒精工廠早已實現(xiàn)生產(chǎn)連續(xù)化和自動化,但在本世紀的二十年代,還被認為糖蜜發(fā)酵酒精比淀粉糖化醪發(fā)酵更困難,這是由于糖室中存在著大量的非糖分,稀釋后所得的稀糖液中非糖分濃度仍很高,特別是鹽類與重金屬離子的存在抑制了酵母的繁殖與酒精的生成。后來由于發(fā)酵技術(shù)的不斷改進,特別是選育出新菌種,馴養(yǎng)了酵母,從而解決了糖蜜發(fā)酵的困難,逐步實現(xiàn)了糖蜜連續(xù)發(fā)酵。但應(yīng)該看到近年來由于制糖煮煉技術(shù)的不斷提高糖蜜中殘留蔗糖和還原糖量大大減少,如果制糖澄清過程中非糖雜質(zhì)不相應(yīng)除去,則糖蜜純度必將下降,從而影響發(fā)酵率下降。因此,如何進一步改進糖蜜酒精生產(chǎn)的發(fā)酵技術(shù),以適應(yīng)糖蜜純度下降的情況,提高發(fā)酵率,將是目前酒精發(fā)酵技術(shù)上需要不斷進行研究探討的課題。
(2)糖蜜中干物質(zhì)的濃度約在80-90Bx,合格分50%以上。在這濃度下,酵母的生長、繁殖、合成酶系以及通過細胞質(zhì)膜均難以進行,所以糖蜜首先必須稀釋才能進行酒精發(fā)酵,稀釋后的糖液濃度隨生產(chǎn)工藝流程和流加工藝條件的不同而異,在采用雙濃度流程中,酵母培養(yǎng)用稀糖液,含干物質(zhì)為12——14%,而發(fā)酵酒精用的稀糖液濃度,需根據(jù)成熟醪中酒精含量及酵母醪與所用稀糖液濃度的配合比例來計算,一般為33——35%,采用單濃度流程時稀糖液的濃度為22——25%。
(3)糖蜜中一般都污染有很多雜菌,特別是產(chǎn)酸細菌,為了保證酒精發(fā)酵的正常進行,糖蜜需要經(jīng)過滅菌或酸化處理。
(4)甜菜糖密多為堿性,pH值為7.4,不適宜酵母的發(fā)育和發(fā)酵,需要先用硫酸中和調(diào)整至微酸性pH值4——4.5才進行酒精發(fā)酵。甘蔗糖一般是微酸性,僅需添加少量硫酸調(diào)整其pH值為4——4.50
(5)糖蜜中含有5——12%的膠體物質(zhì),是由果膠質(zhì)、焦糖和黑色素等組成,這是酒精發(fā)酵時產(chǎn)生大量泡沫的主要原因,因而降低發(fā)酵罐的利用率。同時膠體物質(zhì)會吸附在酵母的表面,使酵母新陳代謝作用發(fā)生困難,特別是焦糖與黑色素對酵母的酒精發(fā)酵作用抑制較大。1976年廣東省一些糖廠曾做過糖蜜焦化對糖密酒精發(fā)酵影響的試驗,糖蜜經(jīng)加熱至140℃后,一部分可發(fā)酵性糖已被破壞,變?yōu)榻固?,使非發(fā)酵性糖顯著增加,從4.7%增到8.76%,可發(fā)酵性糖從55.6%下降到42.27%,即有13%的可發(fā)酵性糖損失了,如果在糖蜜中稍添加一點焦糖液,非發(fā)酵性糖對糖分比率就明顯增加,發(fā)酵過程中鏡檢,發(fā)現(xiàn)酵母明顯受抑制、酵母衰老、成熟醪酒精含量下降、殘?zhí)巧仙?、發(fā)酵率明顯下降。焦糖越多發(fā)酵率越低,殘?zhí)锹试礁?,如果添加?0%焦糖液的糖蜜,酒精發(fā)酵后,殘?zhí)锹试黾?.52%,發(fā)酵率下降3.35%,添加30%的焦糖液的糖蜜,酒精發(fā)酵后,殘?zhí)锹试黾?.798%,發(fā)酵率下降4.34%。
糖蜜中黑色素的產(chǎn)生是由于局部過熱,葡萄糖脫水生成α-羥甲基糠醛。α-羥架基糠醛與糖蜜中的氨基酸化合便生成深褐色的黑色素,它的化學反應(yīng)式如下:
糖蜜在制糖煮煉過程中常因局部過熱,使部分可發(fā)酵性糖焦化變?yōu)榻固呛秃谏?,這不僅僅損失一部分可發(fā)酵性糖,而且對酵母的酒精發(fā)酵作用抑制較大,使發(fā)酵率進一步降低。因此,發(fā)酵前將糖蜜中的焦糖、黑色素與果膠質(zhì)等膠體物質(zhì)除去,不僅可以提高發(fā)酵設(shè)備的有效容量和設(shè)備利用率,同時可大大提高發(fā)酵率。
(6)糖蜜中的灰分含量很大,由于原料種類、產(chǎn)地、制糖方法及工藝條件的不同,一般糖蜜中的灰分為5——16%,通常煉糖的糖蜜中灰分較少,純度較高。近年來由于制糖提煉技術(shù)的提高,糖蜜中的灰分比過去明顯增加。糖蜜中的灰分雜質(zhì)多,純度低、不僅使發(fā)酵率下降,同時也會使發(fā)酵罐、冷卻器、蒸餾塔等設(shè)備易產(chǎn)生積垢,因此,發(fā)酵前糖蜜中的灰分雜質(zhì)也應(yīng)盡量除去。
(7)糖蜜中的重金屬離子,例如銅離子(CU++)、鉛離子(Pb++)等,盡管一般含量不是很大,但也應(yīng)該看到糖蜜中具有相當微量的重金屬離子,特別是銅離子(CU++)5——10ppm,就能使酵母受抑制。例如1973年我國南方某工廠的甘蔗糖蜜酒精發(fā)酵時,曾出現(xiàn)從酵母培養(yǎng)階段開始,就發(fā)生異常現(xiàn)象,酵母細胞數(shù)少,細胞瘦弱,原生質(zhì)收縮,耗糖慢,發(fā)酵12小時后90%以上酵母染色,發(fā)酵基本停止。通過反復(fù)查定和試驗,才發(fā)現(xiàn)該批糖密含銅量特別大,CU++含量高達80-100ppm。原因主要是糖廠的生產(chǎn)設(shè)備如蒸發(fā)罐、煮糖罐等加熱設(shè)備及輸送管道是銅制的,由于停榨時間比較長,不可避免地由設(shè)備帶來大量的銅綠[即堿式碳酸銅CuCO3·CU(OH)2],開榨初期待別嚴重,所以造成該批糖蜜中含銅量特別高。
根據(jù)CU++對酵母生長抑制程度的試驗情況表明,Cu++含量達5ppm時,酵母開始受到抑制,含量達10ppm,酵母則停止生長。由此可見,糖蜜酒精發(fā)酵過程中,對糖蜜中含量雖微的重金屬離子,要引起足夠的注意。
(8)糖蜜中灰分膠體物質(zhì)等非糖雜質(zhì)多,雜菌也多,因此,在生產(chǎn)實踐中選育和馴養(yǎng)強壯且能耐高溫、耐高酸、耐高濃度的酵母菌種,顯得特別重要。
(9)糖蜜中含氮和含磷量,按其種類、產(chǎn)地、年份、制糖方法不同而異。因此,糖蜜酒精發(fā)酵中應(yīng)適當添加營養(yǎng)成分。
(10)糖蜜酒精發(fā)酵代謝生成酯醛頭級雜質(zhì)及雜醇油較多,對成品酒精質(zhì)量影響較大,通常采用通氣培養(yǎng)酵母的工藝。含醛類特別多,同時蒸餾過程中泡沫較多,也易產(chǎn)生積垢。根據(jù)這些特點,如果以糖蜜為原料生產(chǎn)高純度酒精或精餾乙醇,則蒸餾設(shè)備流程必須在醪塔與精餾塔中間增加一排醛塔,采用汽相或液相過塔的三塔式連續(xù)蒸餾流程。國內(nèi)糖蜜生產(chǎn)醫(yī)藥酒精的工廠,為了保證成品質(zhì)量,多采用雙塔式液相過塔蒸餾流程,蒸餾過程也要特別注意排醛、抽提醛酒及抽提雜醇油等操作。目前,糖蜜原料發(fā)酵生產(chǎn)酒精的方法已比較完善,效率也較高,國內(nèi)外一些*工廠都已實現(xiàn)連續(xù)稀釋、連續(xù)發(fā)酵和連續(xù)蒸餾等過程,進行連續(xù)化和自動化生產(chǎn)酒精。
糖蜜酒精發(fā)酵的生產(chǎn)過程可分為以下四個工序來進行:①糖蜜發(fā)酵前處理;②酒母醪的制備;③稀糖液的發(fā)酵;④成熟醪的蒸餾與精餾。