不同返粕量對玉米混合粉發(fā)酵乙醇的影響

劉文信，劉勁松，劉 輝，金明亮

（中糧生化能源（肇東）有限公司，黑龍江肇東151100）

我國是玉米生產(chǎn)大國，隨著近年來玉米原料發(fā)酵酒精工業(yè)的發(fā)展[1]，企業(yè)生產(chǎn)乙醇的原料也在逐漸多樣化。目前，企業(yè)的玉米原料主要有兩種：全玉米粉和玉米混合粉。玉米胚芽經(jīng)榨油后的玉米粕與脫胚玉米粉構(gòu)成了玉米混合粉。在生產(chǎn)線上提取玉米胚芽油后，其營養(yǎng)成分幾乎全部殘留在胚芽粕中，粕中玉米纖維和蛋白質(zhì)的含量極高[2]。由于玉米混合粉有提油處理的過程，因此，相對于全玉米粉發(fā)酵增加了利潤，并且玉米粕對酵母的生長有一定的促進作用，是目前企業(yè)比較成熟的生產(chǎn)方式[3]。

中糧生化能源（肇東）有限公司采用半濕法脫胚，在提玉米胚芽的同時，攜帶了一定量的淀粉和纖維[4]，經(jīng)過烘干、壓榨、浸出等工序后，玉米胚芽粕回用發(fā)酵，經(jīng)提油后的玉米粕中淀粉含量較高，與脫胚玉米粉一同混合進入酒精生產(chǎn)工藝流程中。其中胚芽粕回用發(fā)酵對DDGS的蛋白含量等產(chǎn)生影響。因此采用玉米混合粉發(fā)酵工藝來進行研究。本文主要考察了不同返粕量的混合粉發(fā)酵情況的對比，目的是為大生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支持。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料和設(shè)備

1.1.1 實驗原料 一期車間混合玉米粉（中糧生化能源肇東有限公司）；安琪超級釀酒高活性干酵母（湖北安琪酵母股份有限公司生產(chǎn)）。

圖1 脫胚玉米粉的粒度分布Fig.1 Particle size distribution of degermed maize

圖2 粕的粒度分布Fig.2 Particle size distributions of dregs

1.1.2 酶制劑 諾維信II代淀粉酶（諾維信中國生物技術(shù)有限公司）；諾維信蘇宏475（諾維信中國生物技術(shù)有限公司）。

1.1.3 主要試劑 葡萄糖；斐林甲乙液；NaOH；HCl；H2SO4。

1.1.4 實驗設(shè)備 分析天平（Mettler AL204梅特勒-托利多儀器上海有限公司）；粘度計（NDJ-5S上海舜宇恒平科學儀器有限公司）；水浴鍋（HWS-28浙江金壇市榮華儀器制造有限公司）；pH計（PHS-3C上海精密科學儀器有限公司雷磁儀器廠）；搖床（ZHWY-2112F上海智城分析儀器制造有限公司）；液相色譜（Agilent1260安捷倫科技發(fā)展有限公司）；離心機（SCIGA 3-18k Sigma公司）；顯微鏡（尼康50I日本尼康）。

1.2 實驗方法

1.2.1 粘度的測定方法：醪液粘度使用粘度計NDJ -5進行測定。

1.2.2 殘?zhí)堑臏y定方法：斐林試劑法[7]。

1.2.3 成熟醪各試驗組的測定方法：高效液相色譜法。

1.2.4 淀粉出酒率、殘淀粉、殘糊精的計算方法：

1.2.5 成熟醪各實驗組的測定方法：高效液相色譜法 采用安捷倫1260型色譜進行測定，色譜柱：伯樂HPX-87H，300×7.8mm；預柱：伯樂125-0129，30*4.6mm；流動相：0.005mol·L-1H2SO4；泵流：0.6mL·min-1；柱溫：65℃；RID設(shè)置溫度：50℃；進樣量15μL；運行時間30min。

2 實驗部分

2.1 酵母活化

取8g安琪超級釀酒高活性酵母，加入100g水，35℃活化20min。

2.2 拌料液化

體系為2000g；配料濃度為31.0%；pH值為5.6；淀粉酶加量為0.2kg·t-1.Corn。

2.2.1 稱一定量底物原料至恒重的生物反應(yīng)器中，加入35%的60℃一次水（晾2h）、50%蒸發(fā)凝液、15%清液至總體系為2000g。配成返粕量分別為10%、13%、15%、17%、20%的底物。調(diào)節(jié)其pH值至5.6，并加入淀粉酶；

2.2.3 體系稱重后將反應(yīng)器放入溫度為91℃的水浴鍋，調(diào)整攪拌速度為300r·min-1。當料液溫度升至84~86℃時，調(diào)整攪拌速度為160r·min-1，并開始計時，210min液化完成；

2.2.4 液化結(jié)束后將液化醪迅速冷卻至32℃。檢測液化醪的總糖、DE值、碘試、pH值和粘度。

2.3 發(fā)酵

將冷卻后的液化醪調(diào)pH值為4.6，稱量液化醪15瓶（分裝每個試驗因素為3瓶）,每瓶含400g醪液，加入酶制劑、酵母活化液和各輔料，及時記錄每個樣品的重量，在搖床內(nèi)培養(yǎng)72h，轉(zhuǎn)速80r·min-1，發(fā)酵溫度32℃，發(fā)酵過程中24、48、72h各稱重一次。

2.4 檢測

斐林試劑法發(fā)酵后殘還原糖、殘總糖、過濾總糖；液相色譜法檢測麥芽三糖、麥芽糖、葡萄糖、果糖、琥珀酸、乳酸、甘油、乙酸、乙醇等。

2.5 數(shù)據(jù)分析

發(fā)酵期間稱重，發(fā)酵72h后，取樣滴定全分析及HPLC分析檢測。

3 結(jié)果與討論

3.1 發(fā)酵過程的失重及成熟醪酒分對比

表1 失重情況對比Tab.1 Comparison ofweightlessness

發(fā)酵失重主要是CO2的逸出，也包括少量酒精和水分的揮發(fā)損失。發(fā)酵失重率高和低，速度快和慢均可體現(xiàn)出發(fā)酵醪質(zhì)量的優(yōu)劣和動態(tài)變化[5]。

從表1可以看出，各試驗組的發(fā)酵失重情況差別不大；發(fā)酵24h：返粕10%的試驗組的失重量最低，隨著返粕量的增加，失重量依次增加；發(fā)酵48h至72h：返粕10%的試驗組的失重量最高，隨著返粕量的增加，失重量依次減少。返粕13%的試驗組的酒分最高，為16.74，隨著返粕量的增高，成熟醪的酒分逐漸降低。

3.2 成熟醪淀粉出酒率及蛋白含量對比

圖3 不同返粕率的成熟醪的酒份Fig.3 Wine contentof different rate of returnmeal rice wine

圖4 不同返粕率的成熟醪的淀粉出酒率Fig.4 The output rate of liquor of starch of different rate of returnmeal rice wine

目前的工藝是：玉米原料經(jīng)過預處理，液化后加入酵母菌和酶發(fā)酵，進入蒸餾工段。蒸餾后的糟液經(jīng)過分離、干燥等制得DDGS成品。因此，除了考慮成熟醪酒分外，DDGS的蛋白含量也是衡量最佳返粕量的標準[6]。從圖4可以看出：返粕量為13%的試驗組的淀粉出酒率最高為51.38%，而10%返粕量試驗組的淀粉出酒率最低。返粕量為13%的試驗組DDGS的粗蛋白含量最高，為31.25%。

3.3 成熟醪殘?zhí)菍Ρ?/h3>

殘?zhí)窃诰凭l(fā)酵工藝中是一個重要的指標，隨著發(fā)酵過程的進行，糖分含量不斷下降，在發(fā)酵結(jié)束后殘余的糖分越少說明發(fā)酵效果越好[7]。實驗結(jié)果見表2。

表2 DDGS的粗蛋白含量Tab.2 Crude protein contentof DDGS

從表2可以看出，返粕量為10%的發(fā)酵殘總糖和殘淀粉含量最低，分別為2.88%和1.48%，其次是13%返粕量的試驗組較低；在5個試驗組中，隨著返粕量的增加，殘總糖和殘淀粉有逐漸升高的趨勢。

3.4 不同返粕量成熟醪的HPLC分析

表3 發(fā)酵終點的殘?zhí)菍Ρ萒ab.3 Residual sugar comprison of fermentation

從表3可以看出，對于發(fā)酵主產(chǎn)物乙醇的產(chǎn)量，13%返粕量最高，較10%返粕量高出0.11g/100mL；其乙醇/甘油值也最高，為9.34；返粕20%的試驗組的酒分最低，為16.23；DP1+DP2+DP3+果糖的趨勢，從高到低依次為10%返粕→13%返粕→15%返粕→17%返粕→20%返粕；各個試驗因素間的琥珀酸、乳酸含量相差不大。

表4 成熟醪的HPLC檢測結(jié)果Tab.4 HPLC result of rice wine

4 結(jié)果與展望

本文使用中糧生化能源（肇東）有限公司生產(chǎn)線上的混合粉進行發(fā)酵試驗，經(jīng)過初步研究，13%返粕量的成熟醪酒分、淀粉出酒率及蛋白含量最高。根據(jù)目前顯示的試驗數(shù)據(jù)，結(jié)合物料發(fā)酵效果及粗蛋白含量等因素，建議生產(chǎn)線上保持13%左右的均勻返粕率，這對于在不改變工藝條件下的酒精發(fā)酵具有良好的經(jīng)濟效益。

［1］馮少嶺.玉米提胚榨油在發(fā)酵行業(yè)中的應(yīng)用［J］.糧油加工，2004（1）:43.

［2］ 楊麗.玉米胚芽粕資源的綜合利用及展望［J］.食品研究與開發(fā)，2012，（11）:205.

［3］ 張秋琴，葉義杰，張敏，等.玉米胚芽油的生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展前景［J］.工藝探討，2008，54-56.

［4］ 曹喜煥，奚菊芬，陳霞，等.不同原料對酵母生長及發(fā)酵酒精結(jié)果的影響［J］.食品與發(fā)酵科技，2009,45（5）：6-8.

［5］王福榮.釀酒份析與檢測［M］.北京:化學工業(yè)出版社,2005.

［6］呂明斌.DDGS的質(zhì)量控制要點［J］.中國家禽,2007,（10）:45-46.

［7］W.M.Ingledew,D.R.Kelsall,G.D.Austin.The Alcohol Textbook Fifth Edition［M］.Nottingham:Nottinghamuniversitypress,2009.413-415.