木薯粉與玉米粉混合發(fā)酵產(chǎn)乙醇試驗研究

雷宇　王應(yīng)中　趙春雷等

摘要[目的]優(yōu)化木薯粉與玉米粉混合發(fā)酵工藝，提高最終出酒率。[方法]研究了添加少量玉米粉以及木薯與玉米粉大比例配合對產(chǎn)生乙醇的影響。[結(jié)果]試驗表明，添加1.0%玉米粉時效果最優(yōu)，出酒提高率最大，由此說明將玉米作為助劑添加時，有利于提高木薯乙醇出酒率；當(dāng)木薯與玉米粉的質(zhì)量比為9∶1時，出酒率最高，同時出酒率提高最大，即木薯與玉米粉最佳配比為9∶1。[結(jié)論] 研究結(jié)果對于木薯、玉米產(chǎn)量都較多的國家或地區(qū)發(fā)展燃料乙醇具有重要意義。

關(guān)鍵詞玉米；木薯；混合發(fā)酵；乙醇；出酒率

中圖分類號S188+.4文獻標(biāo)識碼

A文章編號0517-6611（2015）07-287-03

Study on Producing Ethanol by Cassava Flour and Corn Powder Mixed Fermentation

LEI Yu1，2， WANG Ying-zhong2， ZHAO Chun-lei1，2， HUANG Wen-rong1，2* et al （1. Yunnan Innovative Biological Industry Incubator Management Co. Ltd， Kunming， Yunnan 650117； 2. Yunnan Wonfine Bio-technology Co. Ltd.， Kunming， Yunnan 650117）

Abstract [Objective] To optimize cassava flour and corn flour mixed fermentation process， improve yields of ethanol. [Method] Effects of adding small amount of corn flour， and high proportion mixing of cassava flour and corn powder on ethanol were studied. [Result] The results showed that optimal effect was observed if one percent corn flour mixed with cassava flour， which indicated the additive corn can improve the yields of ethanol； the highest production occurred when cassava and corn flour were mixed at the proportion of 9∶1 （mass ratio）. Therefore， the best ratio between cassava and maize flour was 9∶1. [Conclusion] The study has significance on developing ethanol in countries and regions with high yield of cassava and corn.

Key words Corn； Cassava； Mixed fermentation； Alcohol； Ethanol production

木薯和玉米作為酒精發(fā)酵原料優(yōu)勢相當(dāng)，想要有更廣闊的發(fā)展空間，兩者都還有很多問題亟待解決[1]。木薯和玉米是目前世界上酒精生產(chǎn)最主要的2種原料，筆者試圖將兩者混合發(fā)酵，避免單一發(fā)酵存在的某些問題，使之與酵母的配合達到最佳，發(fā)揮出最大優(yōu)勢，從而提高最終出酒率。

混合發(fā)酵可以避免單一原料發(fā)酵的某些不利因素，原料間相互促進，提高出酒率。國內(nèi)外有過混合原料發(fā)酵的相關(guān)報道，易弋等對木薯粉與甘蔗糖蜜混合發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸的研究表明，混合發(fā)酵避免了甘蔗糖蜜黏度大、不適合直接用于檸檬酸發(fā)酵等缺點，使糖蜜能最大限度地用于檸檬酸發(fā)酵，最終確定了木薯粉與糖蜜混合發(fā)酵的最佳配比為9∶1[2]。陳勇等發(fā)明了一種淀粉質(zhì)原料與甘蔗汁混合發(fā)酵生產(chǎn)酒精的工藝，研究表明，混合發(fā)酵提高了甘蔗汁糖液中的總糖濃度，降低了淀粉質(zhì)原料醪液的固定物濃度，提高成熟醪的酒精濃度，節(jié)約蒸餾蒸汽用量，又減少單位噸酒精的排糟量，減少廢糟的處理負(fù)荷，而且廢酒糟更容易處理，使酒精生產(chǎn)更環(huán)保[3]。以淀粉質(zhì)原料進行濃醪發(fā)酵時，存在固形物濃度偏高、容易發(fā)生沉淀等缺點，而以甘蔗汁原料發(fā)酵時，由于含糖量偏低，存在發(fā)酵所得乙醇濃度低、蒸餾能耗高、廢液量大等缺點，申乃坤等對木薯粉與甘蔗汁進行混合發(fā)酵，以甘蔗汁替代自來水，有效避免了2種原料單一發(fā)酵的缺點，提高原料轉(zhuǎn)化率和利用率，縮短發(fā)酵時間，提高出酒率[4]。

筆者依據(jù)大量以糧食為原料的研究報道及成熟技術(shù)，在不影響糧食問題及成本效益的前提下，擬試驗檢驗摻入少量玉米粉以保障發(fā)酵微生物營養(yǎng)平衡與高效產(chǎn)乙醇。

1材料與方法

1.1材料主要原料：木薯，取自云南龍川江生物開發(fā)有限公司；釀酒高活性干酵母，湖北省宜昌市安琪酵母股份有限公司。主要試劑藥品：α-淀粉酶，糖化酶，普魯蘭酶，纖維素酶，β-葡聚糖酶，果膠酶，MgSO4，F(xiàn)eSO4，MnSO4，CoSO4，1 mg/ml葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液，DNS試劑，6 mol/L HCl 溶液，1 mol/L HCl 溶液，6 mol/L NaOH溶液，1 mol/L NaOH溶液，酚酞指示劑，飽和氫氧化鈉，磷酸二氫鉀，尿素，蒸餾水。

1.2測定方法

還原糖的測定：3，5-二硝基水楊酸（DNS）比色法，稱取1 g樣品，離心2次，定容于50 ml容量瓶，用蒸餾水稀釋一定倍數(shù)，搖勻備用。吸1 ml樣液，0.5 ml DNS試劑，沸水浴5 min，流水冷卻后補加蒸餾水4.5 ml，于波長540 nm處比色，測OD值。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，計算還原糖含量。

1001.01.036.3436.3434.500.3434.844.31

1001.51.536.1936.1934.500.5135.013.37

1002.02.036.4736.4734.500.6835.183.67

010010033.8633.86033.8633.860

2.2木薯與玉米粉混合發(fā)酵對出酒率的影響

2.2.1總糖、還原糖含量變化曲線。

由圖4可知，木薯與玉米粉混合發(fā)酵體系中，還原糖與總糖含量變化曲線較為一致，當(dāng)兩者質(zhì)量比為6∶4時，糖含量最低；當(dāng)木薯與玉米粉配合比例為5∶5時糖含量均很高，而配比為9∶1時，還原糖與總糖含量也比較高；純玉米粉發(fā)酵時還原糖含量最高，但總糖含量較低。

圖4總糖、還原糖變化曲線

2.2.2糖化率與出酒率變化曲線。

由圖5可知，木薯與玉米粉混合發(fā)酵時，出酒率與糖化率的變化不一致。出酒率變化較為平緩，出酒率最高組為配比9∶1組，比純木薯組高2.21個百分點，比純玉米組高2.85個百分點，出酒率最高組對應(yīng)的還原糖、總糖含量以及糖化率也較高；相反糖化率變化較

為劇烈，糖化率最高組為純玉米組，但純玉米組出酒率卻最

低，這可能是因為玉米淀粉含量比木薯低的緣故。由圖5可知，純玉米組還原糖含量最高，但總糖含量比較低，為何純玉米組還原糖含量最高還有待進一步分析。

圖5糖化率與出酒率變化曲線

2.2.3出酒提高率分析。

由于木薯與玉米作為酒精發(fā)酵原料經(jīng)濟性、出酒率等各方面均有不同，因此單純比較哪個配比組出酒率最高不是特別嚴(yán)謹(jǐn)，因此就需要對兩者混合后的理論出酒量與實際出酒量進行比較，出酒提高率最高組即為木薯與玉米粉最佳配比。

假定發(fā)酵總原料質(zhì)量為每罐100 g，下面比較實際出酒量（混合發(fā)酵后產(chǎn)出酒精質(zhì)量）與理論總出酒量（混合發(fā)酵中2種原料如果單獨發(fā)酵產(chǎn)出酒精質(zhì)量之和），實際出酒量較理論總出酒量增加部分即為混合發(fā)酵出酒提高量，出酒提高率為出酒提高量與理論總出酒量的比值。

43卷7期

雷 宇等木薯粉與玉米粉混合發(fā)酵產(chǎn)乙醇試驗研究

由表2分析可知，當(dāng)木薯與玉米粉質(zhì)量比為9∶1時，出酒率最高，同時出酒提高率最大，即木薯與玉米粉最佳質(zhì)量比為9∶1。在我國由于非糧燃料乙醇政策，不可能將大量玉米用于燃料乙醇生產(chǎn)，如果有陳化玉米時可以考慮將木薯與陳化玉米9∶1混合后發(fā)酵產(chǎn)乙醇；另外，美國由于地多人稀，燃料乙醇生產(chǎn)主要原料是玉米，可以考慮將玉米與木薯混合發(fā)酵，實現(xiàn)一加一大于二的效果。

3結(jié)論

添加少量玉米粉對木薯發(fā)酵產(chǎn)乙醇影響的試驗結(jié)果表明：當(dāng)玉米粉作為助劑添加量為1.0%時，出酒提高率最大，即玉米粉最佳添加量為木薯質(zhì)量的1.0%。在實際生產(chǎn)中，可以考慮添加1.0%的玉米粉，達到最優(yōu)的出酒效果，這部分玉米可以選擇陳化玉米或者玉米生產(chǎn)過程中的廢棄物。木薯與玉米粉大比例配合試驗結(jié)果表明：當(dāng)木薯與玉米粉質(zhì)量比為9∶1時，出酒率最高，同時出酒提高率最大，即木薯與玉米粉最佳配比為9∶1。

針對目前我國“不與人爭糧，不與糧爭地”的燃料乙醇政策，可以考慮將木薯與陳化玉米或者玉米加工副產(chǎn)物進行混合發(fā)酵，一舉多得。

依據(jù)大量以糧食為原料的研究報道及成熟技術(shù)，在不影響糧食問題及成本效益的前提下，擬試驗檢

驗摻入少量玉米或其他糧食以保障發(fā)酵微生物營養(yǎng)平衡與

足高爐冶煉要求。復(fù)合粘結(jié)劑成球效果好于單獨使用，球團的抗壓強度明顯高于單獨使用時，復(fù)合粘結(jié)劑在成球過程中能互相促進膠粘，提高球團的抗壓強度。隨著膨潤土和羥丙基羧甲基馬鈴薯淀粉F用量的增加，球團的抗壓強度也相應(yīng)增大，有機物含量的增加對抗壓強度的提高影響更大。

表3 膨潤土和CMC復(fù)合對球團質(zhì)量的影響

試驗序號膨潤土用量∥%F用量%落下強度N/m2抗壓強度N爆裂溫度℃

10.50.21311800

20.42372800

30.61420800

41.00.22367800

50.42420800

60.62523800

71.50.22386800

80.42476800

90.62610800

2.3.3

膨潤土+羥丙基羧甲基馬鈴薯淀粉+無機助劑的成球效果。

由以上試驗可以看出，膨潤土和羥丙基羧甲基馬鈴薯淀粉的復(fù)合粘結(jié)劑成球效果較好，當(dāng)膨潤土用量達到1.5%，羥丙基羧甲基馬鈴薯淀粉（F）用量達到0.6%時，成品球抗壓強度達到610 N，同時考察了常見無機物助劑在成球中的效果，與有機-無機粘結(jié)劑復(fù)配使用，從中篩選出有效組分碳酸鈣、氧化鎂和粉煤灰。

以下是幾種典型的粘結(jié)劑配方及成球效果。

配方一：

鐵粉100 g、膨潤土1.5 g、F淀粉0.6 g、粉煤灰0.2 g、氧化鎂0.3 g、碳酸鈣0.3 g、水分：6%。成品球抗壓強度976 N，抗爆裂溫度大于800 ℃。

配方二：

鐵粉100 g、膨潤土1.0 g、F淀粉0.8 g、粉煤灰0.2 g、氧化鎂0.3 g、碳酸鈣0.3 g、水分6%。成品球抗壓強度1 012 N，抗爆裂溫度大于800 ℃。

3 結(jié)論

對馬鈴薯淀粉[1]進行化學(xué)變性，得到一種羥丙基羧甲基馬鈴薯淀粉，確定了最佳工藝條件。羥丙基化[2]的最佳反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度50 ℃，反應(yīng)時間12 h，淀粉乳濃度30%，硫酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%，氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.2%，環(huán)氧丙烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%。羧甲基化[3]的最佳反應(yīng)條件為：羥丙基淀粉（原料）

∶堿用量∶氯乙酸=1∶0.8∶1.2，堿化時間60 min，醚化時間120 min，醚化溫度70 ℃。產(chǎn)品的粘度達到5 791 mPa·s，羥丙基強度0.423。

利用羥丙基羧甲基馬鈴薯淀粉（F），采用復(fù)配技術(shù)，大大減少了傳統(tǒng)球團礦粘結(jié)劑中膨潤土的用量，得到了一種由膨潤土、F淀粉、粉煤灰、碳酸鈣和氧化鎂組成的新型粘結(jié)劑[4]，成品球抗壓強度高、有害雜質(zhì)少、且生球無須烘干，自然晾干固化，工藝節(jié)能環(huán)保，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻

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