碳化木薯原料乙醇發(fā)酵的生產(chǎn)研究

劉曉峰，李　莉，徐　新（.中糧集團(tuán)生物能源事業(yè)部，北京0000；.廣西中糧生物質(zhì)能源有限公司，廣西北海53600）

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碳化木薯原料乙醇發(fā)酵的生產(chǎn)研究

劉曉峰1，李莉2，徐新1
（1.中糧集團(tuán)生物能源事業(yè)部，北京100020；2.廣西中糧生物質(zhì)能源有限公司，廣西北海536100）

摘要：以碳化木薯和正常木薯為原料，在相同工藝條件下，采用搖瓶發(fā)酵法，進(jìn)行酒精發(fā)酵效果的初步研究，探討了碳化木薯的酒精發(fā)酵效果。結(jié)果表明，碳化木薯干的成熟醪酒分和發(fā)酵效果與正常木薯酒精發(fā)酵差別較大，為采購(gòu)木薯和木薯儲(chǔ)存提供參考。

關(guān)鍵詞：乙醇；木薯；碳化

木薯（Manihot）是多年生植物，起源于熱帶美洲亞馬遜盆地南沿，廣泛種植于熱帶和亞熱的丘陵地帶。木薯塊根的淀粉含量為30 %，木薯干的則為70 %，是生產(chǎn)燃料乙醇很好的原料。全球種植面積大于1700萬(wàn)ha，是全球三大薯類(lèi)作物之一，木薯在我國(guó)是作為非糧作物，約有44萬(wàn)ha的種植面積，每年產(chǎn)鮮木薯911萬(wàn)t。我國(guó)兩廣、海南和云南的大部分地區(qū)，湖南、江西、福建等省南部，貴州和四川南端的河谷地盛產(chǎn)木薯。與其他作物相比，以木薯為原料生產(chǎn)燃料乙醇有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)：木薯對(duì)土質(zhì)的要求低，生長(zhǎng)適應(yīng)性強(qiáng)、耐旱、耐貧瘠，在各種土壤中都能生長(zhǎng)，是一種不與糧食爭(zhēng)地的作物。符合目前國(guó)家生物能源發(fā)展戰(zhàn)略，有利于保障國(guó)家能源安全和糧食安全[1-4]。木薯在收購(gòu)過(guò)程中，需要將鮮木薯的水分去除，通過(guò)晾干、烘干、火烤等去除鮮木薯中水分變成木薯干片。木薯收購(gòu)時(shí)水分高，或者儲(chǔ)存不當(dāng)則易碳化。本研究對(duì)碳化木薯和正常木薯酒精發(fā)酵進(jìn)行比較，可為木薯酒精收購(gòu)和儲(chǔ)存過(guò)程中提供參考。

1　材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

木薯干，來(lái)源于某工廠收購(gòu)的木薯，從中挑選出碳化木薯；干酵母，湖北安琪酵母；淀粉酶、糖化酶，諾維信中國(guó)。

主要試劑：葡萄糖、斐林甲乙液、NaOH、HCl、H2SO4。

儀器設(shè)備：分析天平，梅特勒AL204，PL-2002；粉碎機(jī)，9F-22；水浴鍋，北京永光明DZKW-S-6；pH計(jì)，上海精密PHS-3C；生物顯微鏡，上海精密XSP-8C；雙層大容量全溫?fù)u床，上海智城ZHWY-2012；恒溫培養(yǎng)箱，上海一恒LRH-150；高效液相色譜，美國(guó)戴安U-300。

1.2分析測(cè)定方法

水分含量測(cè)定：采用105℃烘箱法。

淀粉含量測(cè)定：采用酸水解法。

發(fā)酵殘?zhí)堑臏y(cè)定：采用斐林試劑法[5]。

酒度、殘?zhí)堑臋z測(cè)：HPLC法[6]。

殘淀粉、殘糊精的計(jì)算方法：殘淀粉=（殘總糖-過(guò)濾總糖）×0.9；殘糊精=（過(guò)濾總糖-還原糖）×0.9。

1.3實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.3.1工藝流程

木薯燃料乙醇生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

1.3.2工藝操作要點(diǎn)

1.3.2.1原料預(yù)處理

圖1　木薯燃料乙醇發(fā)酵工藝流程圖

木薯原料去雜，粉碎，45℃烘干約36 h，將碳化木薯粉水分控制在13 %左右，按照每份300 g稱取物料，用工藝水進(jìn)行調(diào)漿。選取正常木薯和碳化木薯，分別做平行樣，同時(shí)編號(hào)，為正常木薯1A和1B，碳化木薯2A和2B，碳化木薯3A和3B。

1.3.2.2拌料

配料后調(diào)粉漿pH5.6～5.8，加入淀粉酶。

1.3.2.3液化

樣品放入93℃水浴鍋中蒸煮液化2 h，形成液化醪。

1.3.2.4發(fā)酵

液化醪冷卻至32℃后用硫酸溶液調(diào)pH值至4.6～4.8,加入糖化酶、干酵母及各種輔料，然后置于雙層大容量全溫?fù)u床，6 h后移入恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵72 h，6 h前發(fā)酵溫度控制在31℃，6 h至成熟溫度控制在33℃。發(fā)酵結(jié)束后，取出分析酒精度、殘總糖、殘還原糖。

2　結(jié)果與分析

2.1淀粉含量（表1）

表1　淀粉含量比較

碳化的木薯原料淀粉含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常值，說(shuō)明碳化后的木薯由于水分較大，堆積過(guò)程中產(chǎn)生大量的生物熱能，不能及時(shí)排除，使木薯發(fā)生變質(zhì)和碳化，導(dǎo)致淀粉含量降低。由于碳化程度不同，淀粉含量的降幅也不同。

2.2成熟醪酒分對(duì)比

通過(guò)對(duì)不同碳化木薯與正常木薯進(jìn)行發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，每個(gè)因素做平行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，碳化木薯原料發(fā)酵成熟醪酒精度為8.5 %vol～10.47 %vol，低于正常木薯酒精發(fā)酵實(shí)驗(yàn)組，說(shuō)明其發(fā)酵水平較低（見(jiàn)圖2）。

圖2　碳化木薯與正常木薯發(fā)酵酒精度對(duì)比

2.3成熟醪殘總糖結(jié)果對(duì)比（表2）

成熟醪殘總糖在酒精發(fā)酵工藝中是一個(gè)重要的指標(biāo)，是衡量酒精發(fā)酵完全程度的重要指標(biāo)之一，隨著發(fā)酵過(guò)程的進(jìn)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(shuō)明發(fā)酵效果越好，意味著產(chǎn)酒率越高。控制殘總糖水平是酒精企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵[7]。由表2可知，碳化木薯發(fā)酵殘總糖高于正常木薯發(fā)酵殘總糖，同時(shí)殘還原糖和殘糊精也遠(yuǎn)高于正常值。

表2　發(fā)酵成熟終點(diǎn)的指標(biāo)對(duì)比　(%)

2.4成熟醪的HPLC分析結(jié)果

對(duì)碳化木薯和正常木薯發(fā)酵醪的指標(biāo)進(jìn)行分析，其HPLC數(shù)據(jù)對(duì)比分析結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可以看出，碳化木薯的乙醇產(chǎn)量較低，低于正常木薯乙醇產(chǎn)量。碳化木薯變質(zhì)后產(chǎn)生不可發(fā)酵性物質(zhì)，對(duì)酵母造成抑制作用，淀粉轉(zhuǎn)化乙醇能力偏低，造成乙醇產(chǎn)量降低。同時(shí)碳化木薯發(fā)酵成熟醪顏色較重，蒸餾廢醪液過(guò)濾困難，造成后續(xù)污水處理難度加大。

表3　成熟醪的HPLC檢測(cè)結(jié)果

3　結(jié)論

以碳化木薯和正常木薯在相同的生產(chǎn)工藝條件下進(jìn)行發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，木薯碳化后，酵母生產(chǎn)速度較慢，對(duì)酵母產(chǎn)生抑制作用，碳化木薯的發(fā)酵效果與正常木薯發(fā)酵效果有很大差距，乙醇濃度較低，殘?zhí)窍鄬?duì)也較高，并且其蒸餾廢醪液過(guò)濾困難，此結(jié)果可以為實(shí)際生產(chǎn)提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

建議企業(yè)在收購(gòu)木薯時(shí)檢測(cè)區(qū)分碳化木薯，水分較

大的木薯不易儲(chǔ)存，應(yīng)盡快進(jìn)入生產(chǎn)線使用，同時(shí)在儲(chǔ)存保管過(guò)程中避免雨淋，合理調(diào)度不同質(zhì)量的木薯使用。

參考文獻(xiàn)：

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枝江酒業(yè)2015年銷(xiāo)售總產(chǎn)值143.89億元

本刊訊：據(jù)《佳釀網(wǎng)》報(bào)道，2016年2月16日，湖北枝江酒業(yè)2015年度總結(jié)表彰大會(huì)暨新春文藝匯演在枝江酒業(yè)公司大禮堂舉辦。在大會(huì)上，枝江酒業(yè)總裁曹榮開(kāi)做了枝江酒業(yè)2015年度工作報(bào)告：2015年，枝江酒業(yè)集團(tuán)實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售總產(chǎn)值143.89億元，實(shí)現(xiàn)利稅11.6億元。在銷(xiāo)售上建立了新的營(yíng)銷(xiāo)體系，確立了新的產(chǎn)品體系。企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力進(jìn)一步增強(qiáng)，內(nèi)部實(shí)施的精細(xì)化管理上穩(wěn)步推進(jìn)。同時(shí)，借力互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)營(yíng)銷(xiāo)到體驗(yàn)營(yíng)銷(xiāo)的轉(zhuǎn)型。2016年，枝江酒業(yè)計(jì)劃實(shí)現(xiàn)集團(tuán)銷(xiāo)售160億元，實(shí)現(xiàn)利稅13.5億元，分公司建設(shè)達(dá)到100家。（江源薦，黃筱鸝編輯）

來(lái)源：佳釀網(wǎng)2016-02-18

Ethanol Production by Carbonated Cassava

LIU Xiaofeng1, LI Li2and XU Xin1
(1. Bio-resource Department of COFCO, Beijing 100020; 2. Guangxi COFCO Biomass Energy Co.Ltd., Beihai,Guangxi 536100, China)

Abstract:Carbonated cassava and normal cassava were used respectively for ethanol production under the same technical conditions (flask shaking fermentation adopted). Their ethanol production results were compared. The results suggested that, there were great difference in ripened mash and ethanol production between carbonated cassava and normal cassava. This study provided useful reference for the purchase and the storage of cassava. (Trans. by YUE Yang)

Key words:ethanol; cassava; carbonated

作者簡(jiǎn)介：劉曉峰（1976-），男，黑龍江人，本科，高級(jí)工程師，主要從事生物化工和燃料乙醇工藝技術(shù)方面的研究和管理工作,發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇。

收稿日期：2015-11-25

DOI：10.13746/j.njkj.2015444

中圖分類(lèi)號(hào)：TS262.2；TS261.4；TS261.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-9286（2016）03-0065-02

優(yōu)先數(shù)字出版時(shí)間：2016-01-22；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20160122.1002.004.html。