HACCP在木薯原料酒精生产中的应用
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作者: 杨洪元
摘要针对木薯酒精生产过程中容易出现的质量问题，包括出酒率低，甲醇、氧化值偏高，木薯原料浪费严重等现象，引入HACCP法，对木薯酒精生产全过程的每一个环节进行危害分析，确立关键控制点，并提出相应的预防措施，以提高木薯发酵生产酒精的产量和质量。
关键词HACCP；木薯原料；酒精生产；关键点；危害；预防措施
中图分类号 TS261.2；TS262.2 文献标识码A文章编号 1007-5739（2011）11-0032-03
HACCP（Hazard Analysis Critical Control Point）意为“危害分析关键控制点”，它是近年来国际上广泛推行的一种保证产品质量、提高企业产品产出比的预防控制体系。其要点包括：对生产加工过程中影响产品质量和产出比的危害进行分析，并估计出现危害的可能性，确立用于防止和控制危害的关键控制点，针对这些危害控制点制定有效的控制措施。在木薯酒精生产中引入该系统，对提高酒精产量和质量、增加企业经济效益具有重要的意义。
木薯酒精生产是一个复杂的过程，其生产技术性强，每一步工艺操作不当或控制不严都会影响产品质量[1-4]。为此，现针对木薯酒精生产过程中容易出现的质量问题，包括出酒率低，甲醇、氧化值偏高及木薯原料浪费严重等现象，引入HACCP法，对木薯酒精生产全过程的每一个环节进行危害分析，确立关键控制点，并制订相应的预防措施，以提高木薯发酵生产酒精的产量和质量。
1木薯原料酒精生产的工艺流程
木薯酒精生产工艺流程见图1。
2木薯酒精生产中关键点的确定
木薯酒精生产中关键控制点确定的原则：一是该点必须是木薯酒精生产工艺的主要控制点；二是该点控制点直接影响下工序的主要指标；三是该点对物料消耗影响大，直接影响生产成本。
2.1各关键点影响因素
（1）液化点。液化是木薯酒精生产的主要工序，木薯中大分子链淀粉的切段就是在液化工序中完成的，而液化效果的好坏直接影响到发酵醪液中酒精酵母可利用的发酵性糖含量的多少。而影响液化效果的因素又主要包括淀粉液化时的料水比、淀粉酶用量、pH值、温度等。一是淀粉粉浆浓度。料水比过大会使发酵醪中的可发酵性糖分偏低，水、电、气的消耗增加，设备利用率降低，生产能力下降；而料水比过小又会使粉浆的黏度增大、流动性差，从而造成醪液输送困难以及在液化过程中因与蒸汽接触不良而造成液化效果低。二是淀粉酶的添加。淀粉酶用量大会直接影响到成本，加量少又会使液化效果差，淀粉水解不完全。适量的淀粉酶用量最终会使发酵醪液可发酵性总糖达到一个比较理想的指标。三是粉浆pH值。pH值的高低直接影响淀粉酶的活性，从而最终影响到糖化醪液可发酵性糖的含量。四是喷射温度。淀粉质原料酒精生产中淀粉液化的温度因工艺的不同而不同，根据淀粉液化的原理过程，理论上高温可使淀粉的液化更彻底，提高液化的质量。但对于酶法液化淀粉工艺，高温不仅会造成酶的失活，还容易引起原料焦化而造成糖分损失。
（2）糖化点。糖化是指淀粉糊精在糖化酶的作用下进一步水解成酒精酵母可发酵性糖的过程，糖化醪的质量直接影响酒母质量及发酵结果。在糖化点主要控制好糖化温度、pH值、糖化酶的添加量。一是糖化温度。糖化温度高，直接影响酶的作用效果，在一定的范围内，酶反应因温度的升高而增加，但增加到一定程度后就会造成酶的大量失活，适宜的糖化温度不仅能提高糖化酶的作用效果，还会抑制杂菌的活动。二是糖化的pH值。糖化pH值也是一个影响糖化酶作用效果的指标， pH值低虽能控制杂菌的生长，但也会抑制酶的活力甚至造成酶部分失活；pH值高，酶作用强但杂菌的繁殖速度也增加。三是糖化酶的添加量。糖化酶的用量也是一个直接影响成本的问题，现在使用的是高活性的浓缩酶，只要保证糖化酶的添加稳定，DE值的瞬间波动才不会影响到发酵的最终效果。
（3）酒母点。在糖化过程稳定的条件下酒母是影响发酵水平的一个最重要的因素，酒母质量的好坏直接决定了糖化醪液的出酒率和酒精的质量。好的酒母除了生长速度要高，还必须耐高温、耐高酒分，抵抗杂菌的能力及抵抗环境的变化能力强外，在酒母培养时控制好酒母培养的温度、时间、pH值、添加适宜的营养素也是至关重要的。
（4）发酵点。在发酵工序中的关键控制点主要包括发酵的温度、酵母增殖的数量和质量、抑制杂菌等。一是发酵温度。在发酵阶段主要是控制各阶段的发酵温度，发酵初期的温度升高得非常快，如果控制不住，酵母衰老也快，容易感染杂菌，温度过低不利于酵母的生长。适宜的发酵过程控制可以得到质量优良的成熟醪，可以增加酒精含量、降低成本。二是酵母增殖的数量和质量。在酒精发酵时一定数量和质量的酵母菌是维持发酵罐发酵状态相对稳定和保持发酵醪液高出酒率的基础，同时较高浓度和生活力旺盛的酵母还可大大减少杂菌污染的可能性。三是杂菌污染的控制。杂菌的污染对酒精的危害表现为2个方面：一方面，杂菌的生命活动直接消耗了可发酵性物质，造成了酒精出产率的下降；另一方面，杂菌生命活动的代谢产物对酵母生命活动和酶系的抑制，也会造成发酵的出酒率下降以及其代谢产物对环境的污染。
（5）蒸馏点。在蒸馏工序中主要控制的是成品的质量和蒸馏铝；提高酒精的质量就要降低杂醇油的含量，杂醇油是发酵过程中产生的副产物，其化学成分是高级醇，包括丙醇、异丙醇、丁醇等，其含量和成分随原料及发酵条件的不同差别很大，一般淀粉原料（木薯及谷物）所产生的杂醇油比废糖蜜的高，均占酒精的产量的0.4%～0.7%。随着周期的延长，发酵醪中将会大量积聚高级醇，或者操作不稳，蒸馏塔中部温度偏高，酒精中杂醇油含量是影响酒精质量的主要项目之一。蒸馏工序是酒精生产的最后一道工序。酒精收率方面的问题可能会对产量造成损失。优良的质量可以让产品在市场上更有竞争力。
2.2各关键点危害的控制措施
（1）液化点。一是α-淀粉酶的使用。首先将α-淀粉酶用自来水进行一定量的稀释，根据投料的多少来控制酶的用量。为了确保所加的α-淀粉酶是否足量，操作员可以用手指粘料，看料是否黏，如果不黏表示加的α-淀粉酶已足够，反之则还需要补加。二是温度控制。液化设备通常有2个连通并具有搅拌功能的罐组成，1号罐是滴加α-淀粉酶和预热的设备，温度一般控制在61～64 ℃。而2号罐是将温度提高到并保持α-淀粉酶所适合的温度范围（75～83 ℃）。温度一般是通过蒸汽通入量来控制的，如果入料大时可适当加大蒸汽通入量。
（2）糖化点。一是蒸煮不宜过长。在蒸煮的过程中温度过高过低都不利于生产，提高蒸煮的温度和延长蒸煮时间可降低成熟醪中不溶性淀粉的含量，但糖分分解造成的损失却因此增加。经研究表明，过高压蒸煮可使发酵性物质损失高达2.5%～4.0%。这种现象发生在蒸煮40 min的情况下。如果温度过低，料煮不透，会降低糖化酶的糖化速率；同时可能会造成发酵的污染。二是糖化时间不宜过长。糖化时间延长，不仅糖含量增加较慢，而且糖化酶失活量增加，这会造成发酵过程中边发酵边糖化作用的削弱，综合效果反而恶化。另外，糖化时间过长会降低糖化设备的利用率。三是糖化醪的pH值控制。糖化醪中，因为乳酸菌大量繁殖造成的污染是阻碍连续发酵广泛应用的主要原因。降低醪液中的pH值，是防止杂菌污染的有效措施之一。其pH值控制在4.0～4.5为宜。发酵在上述pH值范围内，较接近于糖化酶作用的最适pH值。pH值的控制，可用H2SO4来调节。在调节pH值时，应严格掌握。如果pH值太低，不但会抑制杂菌的繁殖，同时也会抑制酵母菌的繁殖和代谢，还会使糖化酶钝化，影响发酵成果。
（3）发酵点。一是糖化醪的浓度。酒精发酵是在一定浓度的糖化醪中进行的，糖化醪浓度高，所得发酵醪的酒精含量高，设备利用率也就提高，水电气等单耗则相应降低，酒精的生产成本就低。但醪液过浓会对酵母的繁殖有一定的抑制作用。一般糖化醪浓度为13～15 °BX，其发酵成熟醪酒精含量为8%～9%（v）。还要提高糖化剂质量，采用耐酒精酵母，特别是严格清洁卫生和消毒灭菌等措施，才能保证浓醪发酵的正常进行。二是发酵温度。温度对微生物生命活动影响很大，酒精发酵的好坏与温度的控制有密切的关系。酒母酵母繁殖温度为32～34 ℃，发酵温度34 ℃左右，入料温度为28～32 ℃。当罐内温度高过34 ℃或天气炎热有太阳照射都需要进行冷喷淋。温度过高，不仅酵母生命活动受抑制，而且杂菌繁殖增强，易造成污染。三是发酵醪pH值。在淀粉质原料生产酒精过程中，还伴随着有各种糖化酶的糖化作用，所以连续发酵中发酵醪的pH值控制，既要考虑到要适宜于酵母菌的繁殖和代谢，又要考虑适宜于各种糖化酶的作用。由于连续发酵无菌条件要求较严，其pH值控制在4.0～4.5为宜。间歇发酵pH值可控制在4.7～5.0。在上述pH值范围内，较接近于糖化酶作用的最适pH值。pH值的控制，可用H2SO4来调节。四是酵母接种量和发酵时间。酵母接种量和发酵时间之间存在一定关系，酵母接种量大，前发酵期短，甚至消失，总发酵时间就短。因为淀粉质原料发酵时间的限制因素不是糖被发酵母转化成酒精过程，而是残余淀粉和糊精被糖化酶转化成糖的过程，所以加大酒母接种量可在一定程度上缩短发酵时间，但要进一步加快酒精发酵，则要在糖化剂上下功夫。酒母接种量为10%，如果接种量太少，则不仅使前发酵期延长，而且由于酵母较长时间不能在醪液中占绝对优势，使得杂菌乘机繁殖，因而引起杂菌污染。五是杂菌污染的控制。发酵罐应设计成容易彻底排空的罐形发酵罐或角度合理的斜底发酵罐，其连接相关管路尽可能简短畅通，以避免死角，几个发酵罐绝不能公用一个热交换器，发酵罐要定期清洗并清除污垢。因为罐臂的垢物是最容易积存杂菌的地方，必要时应适宜地使用抑垢剂。如有可能取消液化后的糖化工艺，因为60 ℃的糖化罐中有耐高温的乳酸菌生存扩繁的可能。这样糖化罐就成了感染源；设计的预发酵罐要及时为主发酵罐提供足够的优势酵母群，以促进酒精发酵尽快完成。
（4）蒸馏点。酒精蒸馏的流程不多，同一流程时控制点、控制参数都近似。操作上都必须严格控制进料、供气、冷却水的供应，以及取成品和杂酵油的量，使它们相互成为一定的平衡关系。如果在操作上任意调整一个方面或操作条件中有一个变化，就会破坏这种平衡，造成生产过程混乱，甚至导致生产事故。因此，操作上要求达到“三稳”，即：塔底压力稳、控制点温度稳、出酒量稳，才能达到产量及质量的稳定。
3预防措施
3.1抓好操作人员的的培训
生产中的关键都是由操作人员直接进行操作，只有操作人员对关键点有了足够的认识，才能准确及时地进行调整操作。因此，抓好操作人员的培训是防止和控制关键点危害的首要措施。在木薯酒精生产中，人员应加强以下几方面的培训和管理：一是将木薯原料酒精生产的各岗位工艺原理及操作规程形成较详细的资料，并将每个岗位人员的任职资格、技能要求、工作内容、发展目标制作详细的岗位说明书。二是由专业技术人员根据书面资料进行集中理论培训，并结合生产过程中常见的失误操作及易发生的工艺事故进行有针对性的培训。三是员工培训管理部门定期对岗位员进行理论及操作能力的考核，所有上岗员工必须符合岗位任职资格和操作能力要求的才能够继续上岗。
3.2抓好指标的落实
一是先进一步确定关键点的最佳指标，确定小指标控制范围，使指标的波动区域更小，变化曲线更平稳。二是每个可控制指标都应有直接负责人，该负责人直接对车间组长负责，以此做到分工明确，避免工作中出现相互依赖、互相推诿责任等问题。
3.3抓好对关键点指标的在线检测
一是根据关键点的性质制定检测周期，由化验员进行跟踪检测，根据检测出的数据对操作进行调整，出现异常的数据，立即向相关领导反映，并再次检测确认。二是给岗位操作工人创造条件，使其在工作时可以自己进行初测，以使一些检测性指标的控制更稳定。三是设立查定室，由查定员对化验员进行监督，由工艺管理人员对查定员及化验员进行监督。四是根据生产情况不定时进行微生物检查，成立培菌室，对生产过程的原辅材料进行定期采菌分析，不定期对一些异常情况进行微生物培养分析，这对及时生产的染菌是非常有利的。五是及时对指标进行调整。酒精的生产工艺比较成熟，指标的调整也只是微有不同，在变化前应先研究可能出现的生化等指标的变化，并提前进行预防。
4结语
综上所述，引起木薯酒精生产过程中出酒率低，甲醇、氧化值偏高、木薯原料浪费严重等现象的原因是多方面的。运用HACCP法，确立木薯酒精生产质量关键控制点，加强木薯酒精生产制度和岗位人员的管理，采用科学的工艺流程和先进的生产技术，则必然有利于木薯产量和质量的提高。
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