淀粉质原料的蒸煮详解
最新年产2万吨酒精厂蒸煮糖化车间设计
年产2万吨酒精厂蒸煮糖化车间设计课程设计任务书目录1 车间概况及特点 (3)1.1 生产规模 (3)1.2 产品方案 (3)2 车间组织 (4)3 工作制度 (5)4 成品的主要技术规格及技术标准 (6)5 生产流程简介 (7)6 新技术 (8)7 物料衡算 (9)7.1 蒸煮糖化车间原料计算 (9)7.2 生产1000kg酒精蒸煮醪量的计算 (9)7.3 生产1000kg酒精糖化醪量的计算 (10)7.4 年产2万吨酒精厂蒸煮糖化车间总物料衡算（以每小时计） (11)8 主要设备 (13)8.1 粉浆罐的选择 (13)8.2 预热罐的选择 (13)8.3 维持罐及后熟罐的选择 (13)8.4 气液分离器的选择 (13)8.5 真空冷却器的选择 (14)8.6 糖化罐的选择 (14)8.7 其他设备的选择 (14)8.8 蒸煮糖化车间设备一览表 (15)9 存在的问题及建议 (16)参考文献附件工艺流程图设备布置图摘要酒精在国防工业、医疗卫生、有机合成、食品工业、工农业生产中都有广泛的用途。
化学合成法生产酒精是利用炼焦炭、裂解石油的废气为原料，经化学合成反应而制成酒精。
生产方法又可分为间接水合法和直接水合法两种，目前工业上普遍采用后者。
蒸煮醪中淀粉的酶水解过程称为糖化。
糖化后得到糖化醪。
糖化的主要目的是将淀粉水解成葡萄糖等可发酵性糖。
本设计选用的蒸煮工艺为连续蒸煮，糖化工艺选用混合冷却连续糖化，将冷却工序由喷淋冷却器完成，蒸煮醪经汽液分离器和真空冷却器冷却后连续定量地流入糖化锅，蒸煮醪带入的多余热量由冷却水带走，糖化醪连续流入喷淋冷却器，冷却到28℃后再流入发酵车间。
糖化工段的几个主要工序是：将蒸煮醪冷至糖化温度，冷却好的蒸煮醪与糖化剂混合，并进行蒸煮醪的糖化，糖化醪冷却到发酵温度等。
在间歇蒸煮中，这几个工序是在一个设备中进行的，因此设备利用率低，冷却水与动力消耗大。
而连续糖化时，这几个主要工序分别在几个相应的设备中进行连续操作，实现了生产的连续化。
第1章-培养基的制备设备..教学文稿
参考书目
《生物工程设备》徐清华主编，科学出版社，2004
《生化反应动力学与反应器》戚以政、汪叔雄主编，化学工业出 版社，1996
《生化反应工程》山根桓夫著，周斌译, 西北大学出版社，1992 《生物工程设备》梁世中主编，中国轻工业出版社，2002 《发酵设备》高孔荣主编，中国轻工业出版社，1993 《生物加工过程与设备》郑裕国主编，化学工业出版社，２００
灭菌好的培养液 蒸汽
水冷
热回
加热
却段
收段
段
冷却水
生培养液
维持段
图2-6 薄板换热器连续灭菌流程
（4）冷却设备 常用喷淋冷却器和套管冷却器。 前者是将冷却水通过喷淋装置均匀的淋在水平的排管上，
以冷却管内的培养基。 后者是一种内管走热培养基，内外管间的管隙中走冷却
水的冷却器。
连续灭菌与间歇灭菌的比较
dN KN dt
t1lnN0 2.303lgN0 K Nt K Nt
式中 N0 —— 开始灭菌（t=0）时原有活菌数； Nt —— 经时间t后残存活菌数。
大肠杆菌在不同温度下的死亡曲线
在发酵罐中进行实罐灭菌，是典型的分批灭菌： 全过程包括升温、保温、降温三个过程
连续灭菌流程及设备
为了减少培养基营养成分受热损失，灭菌尽量采用高温短时的
湿热灭菌的优点
蒸汽来源容易，操作费用低，本身无毒； 蒸汽有强的穿透力，灭菌易于彻底； 蒸汽有很大的潜热； 操作方便，易管理。
灭菌程度和营养成分的破坏是灭菌工作中的主 要矛盾，恰当掌握加热温度和时间是灭菌工作的关键。
在灭菌过程中，活菌数逐渐减少，其减少量随活菌数 的减少而递减，即微生物的死亡速率与任一瞬时残留 的活菌数成正比，称之为对数残留定律，也即反映为 一级化学反应动力学为：
生物工程设备知识点考点整理
生物工程设备知识考点整理●一、物料粉碎和液体培养基制备●1. 简述锤式粉碎机工作原理及优点。
●工作原理：●1、作用力主要为冲击力●2 、物料从料斗进入机内，受到高速旋转锤刀的强大冲击力而被击碎●3、小于弧形筛面筛孔直径的微粒，逐步被筛面筛分，落入出料口●4、大于筛孔直径的颗粒，在受到锤刀冲击后，由于惯性力的作用而高速四散、散落，有的撞击到棘板上被撞成碎块，小的逐渐被筛分，稍大颗粒再次弹起，又被高速旋转的下排锤刀所冲击，逐步使大颗粒变小●5、没有撞击到棘板上的颗粒，也会遇到后排锤刀的冲击●6、如此反复，直至将大块物料撞碎成细小颗粒后从筛孔落下进入出料口●优点：●构造简单、紧凑，物料适应性强，粉碎度大（粗、细粉碎皆可），生产能力高，运转可靠●2. 简述辊式粉碎机的工作原理、工作过程及适应何种性质物料的粉碎？●原理：●1、挤压、剪切（当两辊速不同时）●2、由2个直径相同的钢辊相向转动，把放在钢辊间的物料夹住啮入两辊之间，物料受到挤压力而被压碎●工作过程：●1、两辊的圆周速度一般在2.5~6m/s之间●2、许多粉碎机，将两个辊子的转速安排成有一定的转速差，一般可达2.5：1，或者是两只辊子的表面线速度具有5％~30％的速差，提高对物料的剪切力，增加破碎度●3、两个辊子中，一个是固定的，一个是可以前后移动的，用以调节两辊筒的间距，控制粉碎粒度●适用范围：●脆性、硬度较小物料的粉碎，如：麦芽、大米等●3.简述酒精厂淀粉质原料蒸煮糖化过程及目的。
●目的：●1、原料吸水后，借助于蒸煮时的高温高压作用，将原料的淀粉细胞膜和植物组织破裂，使其内容物流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉●2、借助蒸汽的高温高压作用，把存在于原料中的大量微生物杀死，以保证发酵过程中原料无杂菌污染●3、部分糖化（组织破裂、糊化、灭菌、部分糖化）●流程：罐式、柱式、管道式●蒸煮（加热）、后熟（保温、最后一罐气液分离出二次蒸汽并使之降温）、冷却、糊化、冷却●4.以淀粉质原料为培养基时，多采用罐式连续蒸煮糖化流程来处理这些原料，该糖化流程中的蒸煮设备有那些，简述它们各自的作用及特征？●蒸煮罐●作用：●1、原料吸水后，借助于蒸煮时的高温高压作用，将淀粉细胞膜和植物组织破裂，使其内容物流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉●2、借助蒸汽的高温高压作用，把存在于原料中的大量微生物杀死，以保证发酵过程中原料无杂菌污染●特征●1、长圆筒与球形或蝶形封头焊接而成●2、罐顶装有安全阀和压力表，顶部中心的加热醪出口管应伸入罐内300~400 mm，使罐顶部留有一定的自由空间●3、罐下侧有人孔，用于焊接罐体内部焊缝（该罐应采用双面焊接）和检修内部零件●4、在靠近加热位置的上方有温度计插口，以测试醪液加热温度●5、为避免过多的热量散失，蒸煮罐须包有保温层●6、直径不宜太大，直径过大，醪液从罐底中心进入后会发生返混，不能保证进罐醪液的先进先出，致使受热时间不均而造成部分醪液蒸煮不透就过早排出，而另有局部醪液过热而焦化●加热器：●作用：●器汽液接触均匀，加热比较全面，在很短的时间内可使粉浆达到规定的蒸煮温度●特征：●1、由三层直径不同的套管组成●2、内层和中层管壁上都钻有许多小孔，各层套管用法兰连接●3、粉浆流经中层管，高压加热蒸汽从内、外两层进入，穿过小孔向粉浆液流中喷射●后熟罐：●作用：●增加蒸煮时间，使过程连续。
淀粉质原料的蒸煮
淀粉质原料的蒸煮一、蒸煮的目的1、使淀粉由颗粒变成溶解状态的糊液，目的是使它易受淀粉酶的作用，把淀粉水解成可发酵性糖。
2、灭菌。
3、降低原料醪液的黏度。
4、排除原料中含有的低沸点有害物质，如甲醇、氰化物等。
二、蒸煮的理论基础1、淀粉粒的结构•淀粉是由直链淀粉、支链淀粉与少量的矿物质和脂肪酸等混合形成颗粒状的淀粉颗粒。
•淀粉是白色的微小颗粒，不溶于冷水和有机溶剂。
淀粉颗粒的形状可分为圆形、椭圆形和多角形三种。
一般含水分高、蛋白质少的植物颗粒比较大些，形状比较整齐些，大多数呈圆形或卵形，如马铃薯、木薯的淀粉。
淀粉颗粒具有的抵抗外力作用较强的外膜，其化学成分与内部淀粉相同，但由于外层水分损失和胶粒结构更加紧密，因而其物理性能和内部淀粉不同。
三、淀粉的分子结构淀粉是由葡萄糖基组成的高分子物质。
根据淀粉分子链结构的不同可以分为直链淀粉和支链淀粉两类。
直链淀粉是通过α1,4-葡萄糖苷键连接的无分支的长链组成。
直链淀粉平均含有200～980个葡萄糖单元，分子量相当于32000～160000。
支链淀粉分子结构较直链淀粉复杂，除α-1，4键缩合的葡萄糖链以外，还以α-1，6键使葡萄糖单元缩合，成树枝分枝结构，支链淀粉分子量较大，平均含有600～6000个葡萄糖单元，分子量大约为100000～1000000 。
四．淀粉的膨化和糊化（1）膨化作用淀粉是一种亲水胶体，当淀粉与水接触，水就渗透薄膜而进入到淀粉颗粒里面，淀粉颗粒吸水分后能发生膨涨现象，使淀粉的巨大分子链发生扩张，因体积膨大，重量增加，这种现象称为膨化作用。
（2）糊化作用在淀粉质原料蒸煮的过程中，当温度升至糊化温度60～80℃时，淀粉颗粒体积已膨胀到50～100倍，此时，各分子之间的联系削弱，使淀粉颗粒之间分开，此现象在工艺上叫做淀粉糊化。
使淀粉颗粒解体成为溶解状态的温度，称为糊化温度。
（3）淀粉的液化糊化后，温度继续上升，当达到130℃左右时，支链淀粉也几乎全部溶解，网状组织被彻底破坏，淀粉溶液变成黏度较低的流动性醪液，这种现象称为液化。
第五章 淀粉质原料的蒸煮
5-1 高温高压蒸煮 5-1-1 蒸煮过程中的物理变化 淀粉为亲水胶体，具有吸水性。吸水量 与温度成正比。 可逆吸水膨胀：40℃以下，吸收20~25% 的水分； 不可逆吸水膨胀：40℃以上，膨胀50~100 倍
1
5-1-1 蒸煮过程中的物理变化 糊化温度—淀粉颗粒吸水膨胀失去结晶过程 的温度； 蒸煮温度—使淀粉颗粒解体成为溶解状态的 温度； 淀粉名称 淀粉颗粒(μm) 糊化温度(℃) 甘薯淀粉 35~50 53~64
12
5-2 低温低压蒸煮
5-2-3 蒸煮醪质量的确定方法 1.感官确定：色泽、味道、手感。 2.测糊化率：糊化率=糊精×100%÷总糖 正常值：80~85%
13
第五章
小
结
淀粉质原料的蒸煮分为：高温高压蒸煮 （间歇、连续）、低温低压蒸煮、无蒸煮。 蒸煮可分为： 高温蒸煮—间歇蒸煮、连续蒸煮 （锅式、柱式、管道式） 低温蒸煮— <100℃ 无蒸煮—采用生料糖化酶
大米淀粉 玉米淀粉
小麦淀粉
5 15
20~22
82~83 65~73
64~71
2
5-1-2 蒸煮过程中原料的化学变化
（一）纤维素和半纤维素 纤维素(C6H10O5) n —有膨胀，无变化； 半纤维素(C5H8O4) n —部分水解，脱水 成醛； （二）果胶质 (RCOOCH3)n+nH2O →(RCOOH)n +nCH3OH
7
5-1-3 高温高压蒸煮方法
2.管道式连续蒸煮 原料 粉碎 调浆罐 往复泵 加热器 管道式蒸煮器蒸煮 后熟器 气液分离器 a. 料:水=1:3±；水温60~70 ℃； 调浆时间30min b. 蒸煮:(165~180)~(145~165)；2~3min c. 后熟：115~120 ℃；60min
淀粉质原料连续蒸煮糖化工艺流程
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1. 原料制备，将淀粉质原料（如玉米、小麦、大米）粉碎成小颗粒。
淀粉质原料的蒸煮
蒸煮过度或不足
02
蒸煮时间过长或过短可能导致淀粉质原料糊化过度或不足，影
响产品的口感和品质。
营养成分损失
03
高温蒸煮可能导致淀粉质原料中的营养成分流失，影响产品的
营养价值。
问题解决方案与改进措施
控制蒸煮温度和时间
通过精确控制蒸煮温度和时间，确保淀粉质原料糊化均匀，避免 过度或不足。
选用合适的蒸煮设备
蒸煮的原理
温度
蒸煮过程中需要将原料加热至特 定的温度范围，使淀粉充分糊化。 不同原料所需的蒸煮温度和时间
不同。
压力
适当的压力有助于提高蒸煮效果， 缩短蒸煮时间，同时使原料更加
均匀受热。
时间
蒸煮时间对淀粉糊化和原料的口 感、质地都有影响，需要根据原
料种类和蒸煮设备进行调整。
蒸煮的技术与方法
浸泡
在蒸煮前先将原料浸泡在适量的水中，有助于原料吸水膨 胀，提高糊化程度。
淀粉质原料的来源
天然植物
如谷物、薯类等，是淀粉质原料 的主要来源。
加工副产品
如米糠、麦麸等，也含有一定量的 淀粉。
工业生产
部分淀粉质原料也可以通过工业生 产获得。
淀粉质原料的应用
01
02
03
制作淀粉 糖、果冻、糖果等。
酿造工业
淀粉质原料也是酿造工业 中常用的原料，如制作酒 精、啤酒等。
蒸煮过程中的安全注意事项
确保蒸煮设备在使用过程中始 终保持密闭状态，防止蒸汽泄 漏。
在操作过程中，应定期检查蒸 煮设备的压力表、安全阀等安 全附件，确保其正常工作。
避免在蒸煮过程中离开岗位， 如需离开应先关闭设备并确保 安全。
蒸煮设备的维护与保养
定期对蒸煮设备进行清洗，保持 设备内部的清洁卫生。
调味品术语
调味品术语1范围本标准规定了调味品工业常用的基本术语。
本标准适用于调味品工业生产、销售、科研、教学及其他有关领域。
2一般术语2.1调味品在饮食、烹饪和食品加工中广泛应用的，用于调和滋味和气味并具有去腥、除膻、解腻、增香、增鲜等作用的产品。
同义词：调味料。
2.2天然调味品自然生成的调味品。
如食盐、香辛料（葱、姜、花椒、桂皮等）、蜂蜜等。
2.3发酵调味品利用发酵技术生产的调味品。
如酱油、食醋、腐乳、料酒、味精等。
2.4水产调味品以水产品为主要原料生产的调味品。
如虾酱、蚝油、鱼露等。
2.5西餐调味品西方（主要指欧美）餐饮习惯使用的调味品。
如沙拉酱、蛋黄酱等。
2.6发酵泛指利用微生物制造工业原料或工业产品的过程，即利用微生物所产生的酶使有机物发生分解、合成反应，大量生成特定的代谢产物的现象，称之为发酵。
2.7酿造利用发酵作用制造食品称为酿造，如酱油、食醋的制造。
2.8主料在生产原料中，占比重较大，生产产品主要成分的原料。
2.9辅料在生产原料中，占比重较少的辅助原料。
2.10蛋白质原料以蛋白质为主要成分的原料。
如大豆、豆粕、花生饼粕等。
2.11蛋白质变性蛋白质在一些物理或化学因素作用下。
其分子内部结构的副键（次级键）裂开、结构变为松懈、理化性质改变，这种现象称为蛋白质变性。
2.12适度变性蛋白质原料蒸煮时，其分子内部结构变化达到易被酶分解的程度，称为适度变性。
2.13过度变性蛋白质原料蒸煮时，在高温长时间的作用下，其分子内部结构达到不易被酶分解的程度，称为过度变性。
2.14 N性蛋白亦称未变性蛋白。
原料的蛋白质未经变性即转移到产品中，造成产品加水稀释或加热后产生混浊物或沉淀物，此类蛋白质称为N性蛋白。
2.15淀粉质原料以淀粉质为主要成分的原料。
如大米、小麦、面粉、蚕豆等。
淀粉颗粒不溶于水，但在热水中能大大膨胀，开始时晶体结构消失，继续加热到一定温度，淀粉颗粒被解体，形成胶体性淀粉糊，称为糊化。
2.17液化淀粉糊化后，由于受α-淀粉酶的作用，迅速降解成分子量较小的能溶于水的糊精。
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第二章 酒精生产工艺与设备
3.2 罐式连续蒸煮法
3.2.1 主要设备 粉浆泵、预煮锅、蒸煮罐、后熟 器、蒸汽分离器、真空冷却器等
第二章 酒精生产工艺与设备
3.2.2 蒸汽分离器作用 a.蒸汽二次利用
b.进一步后熟
c.醪液储存
第二章 酒精生产工艺与设备
甲醇，对淀粉发酵不利。 2.2.3 在预煮时（50-60℃），淀粉酶活力 最强，容易造成淀粉中可发酵糖的流失；
第二章 酒精生产工艺与设备
2.2.4 含氮物质
主要指蛋白质， 100 ℃ 之前蛋白质凝结、变 性，可溶性蛋白减少； 温度继续升高，在胶 溶作用下凝结蛋白分 离，可溶性蛋白增加 。
第二章 酒精生产工艺与设备
第二章 酒精生产工艺与设备
4.2 无蒸煮法（生淀粉发酵工艺）
定义：淀粉不经预先蒸煮，直接加黑曲霉 产出的淀粉酶，利用生淀粉直接进行酒精 发酵。 局限性：高效生淀粉糖化酶的研制；
杂菌污染。
附加目的：灭菌，利于发酵。
第二章 酒精生产工艺与设备
2.蒸煮过程中的物理及化学变化 2.1 物理变化
2.1.1淀粉的膨胀与溶解
淀粉吸水膨胀（ 40-70 ℃），加 热糊化后淀粉颗粒解体（60℃）， 温度继续上升（ 100 ℃）支链淀 粉溶于水形成粘滞液体，温度达 到 120 ℃时，分子动能增大，淀 粉完全溶解，淀粉分子网状结构 被破坏，黏度下降。
第二章 酒精生产工艺与设备
2.1.2 淀粉的糊化 定义：已预煮好的淀粉料浆进入蒸煮设备
后，在高温高压条件下，植物组织和细胞
壁破裂，使淀粉完全溶解出来，这一过程
称为淀粉的糊化。
此时淀粉浆液称为糊化醪，俗称蒸煮醪。
第二章 酒精生产工艺与设备
2.2 化学变化
2.2.1 纤维、脂肪无明显变化；
2.2.2 半纤维素分解为糠醛，果胶分解为
3.2.3 工艺条件的控制
工艺条件因原料种类不同而有所差异。
第二章 酒精生产工艺与设备
3.3 柱式连续蒸煮法（作业）
要求：画出柱式连续蒸煮法设备流程； 叙述柱式连续蒸发法的过程。
第二章 酒精生产工艺与设备
4 低温蒸煮和无蒸煮工艺
4.1 低温蒸煮法 特征：T糊化< T℃ <100℃+α-淀粉酶液化剂 无锡轻工学院，80-85℃糊化液化工艺。 工艺特点：P20
2.2.5 酸度 糖分解为甲酸，果胶分解成果胶酸，含磷
物质变为磷酸进入醪液，酸度上升。
酸度指水中能与 强碱发生中和作用的 物质的总量，包括无 机酸、有机酸、强酸 弱碱盐等。 酸度的数值越大说明 溶液酸性越强。
第二章 酒精生产工艺与设备
3.罐式和柱式连续蒸煮工艺 3.1 工艺路线
3.1.1 传统蒸煮糖化工艺
第二章 酒精生产工艺与设备
第三节 淀粉质原料的蒸煮
1.蒸煮的目的
2.蒸煮过程中的物理及化学变化
3.罐式连续蒸煮工艺 4.低温和无蒸煮工艺
第二章 酒精生产工艺与设备
1.蒸煮的目的
使原料细胞壁破裂，内含的淀粉得以
充分的糊化和液化，整个醪（lao）液变为
均一的整体，以便于糖化剂的作用水解成 可发酵性糖；