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木薯生产酒精原理图

木薯生产酒精的原理主要基于淀粉转化为糖,糖再发酵为酒精的生物化学过程。以下是关键步骤的分解和原理示意图:

1. 原料预处理

目的:将木薯中的淀粉释放出来,便于后续转化。

木薯生产酒精原理图-图1
(图片来源网络,侵删)

过程

  • 清洗:去除泥土、杂质。
  • 粉碎:将木薯块茎破碎成小颗粒,增大表面积。
  • 蒸煮(糊化):高温(80-100℃)处理,破坏细胞结构,使淀粉颗粒吸水膨胀并糊化。
  • 2. 糖化(液化与糖化)

    目的:将淀粉分解为可发酵的葡萄糖

    过程

    木薯生产酒精原理图-图2
    (图片来源网络,侵删)
  • 液化:加入α-淀粉酶(耐高温酶),在高温(90-100℃)下将淀粉分解为短链糊精。
  • 糖化:降温至60℃左右,加入糖化酶(葡萄糖淀粉酶),将糊精进一步水解为葡萄糖。
  • 反应式

    [ (C_6H_{10}O_5)_n + H_2O xrightarrow{

    ext{酶}} nC_6H_{12}O_6 ]

    木薯生产酒精原理图-图3
    (图片来源网络,侵删)

    (淀粉 → 葡萄糖)

    3. 发酵

    目的:利用酵母菌将葡萄糖转化为乙醇

    过程

  • 接种酵母:加入酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)。
  • 厌氧发酵:在30-35℃、无氧条件下,酵母通过EMP途径代谢葡萄糖生成乙醇和CO₂。
  • 反应式

    [ C_6H_{12}O_6 xrightarrow{

    ext{酵母}} 2C_2H_5OH + 2CO_2↑ ]

    (葡萄糖 → 乙醇 + 二氧化碳)

    4. 蒸馏与脱水

    目的:从发酵液中分离和提纯乙醇。

    过程

    1. 粗蒸馏:通过蒸馏塔分离乙醇和水分,得到95%左右的乙醇(共沸混合物)。

    2. 脱水:采用分子筛吸附或渗透汽化膜技术,去除剩余水分,得到燃料级无水乙醇(≥99.5%)。

    5. 副产物与废渣处理

  • 酒糟(发酵残渣):可作为饲料或有机肥。
  • CO₂:可回收用于食品工业或碳酸饮料。
  • 废水:需经厌氧/好氧处理后排放或再利用。
  • 原理示意图

    plaintext

    木薯块茎

    清洗 → 废渣

    粉碎

    蒸煮(糊化)

    液化(α-淀粉酶) → 高温处理

    糖化(糖化酶) → 葡萄糖液

    发酵(酵母) → CO₂

    发酵液(含乙醇8-12%)

    蒸馏 → 酒糟

    脱水 → 无水乙醇(成品)

    关键影响因素

    1. 酶活性:温度、pH需适配酶的最佳条件。

    2. 发酵效率:酵母菌种选择、营养盐(氮、磷)补充。

    3. 抑菌控制:避免杂菌污染导致酸败。

    通过以上步骤,木薯中的淀粉最终转化为乙醇,这一工艺广泛应用于燃料乙醇和工业酒精的生产。

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