玉米與水稻淀粉生產(chǎn)酒精的探討

溫英新 朱金奎

摘 要：玉米的深加工利用是提高其產(chǎn)值的重要手段，玉米栽培面積大、產(chǎn)量高，可作為生產(chǎn)燃料酒精的主要原料。玉米淀粉是玉米的深加工產(chǎn)品，目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)量最大的淀粉品種，已形成重要的工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)。水稻淀粉也在酒精生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，本文就玉米淀粉生產(chǎn)酒精展開(kāi)探討。

關(guān)鍵詞：玉米淀粉;原料多元化;燃料乙醇

引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，世界人口激增，能源危機(jī)日趨加劇。據(jù)專(zhuān)家估計(jì)，世界上已知的石油儲(chǔ)量大約30年內(nèi)被消耗完。自20世紀(jì)發(fā)生石油危機(jī)以來(lái)，石油價(jià)格不斷上漲，各國(guó)政府和企業(yè)開(kāi)始投資新能源的開(kāi)發(fā)和研究，酒精燃料作為可再生能源得到各國(guó)的重視。在我國(guó)80%的酒精是利用淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)，10%的酒精用廢糖蜜生產(chǎn)，3.5%的酒精是合成，2%的酒精用其他原料生產(chǎn)。隨著生物酶技術(shù)的發(fā)展，糖化酶、淀粉酶和高效酵母菌的使用，使淀粉出酒率和原料利用率大大的提高，酶技術(shù)被廣泛應(yīng)用在發(fā)酵行業(yè)。

1材料與方法

1.1材料

原料及耗材：玉米淀粉、水稻淀粉、諾維信XP淀粉酶、安琪高級(jí)釀酒干酵母、尿素、安菌泰、諾維信475糖化酶。儀器設(shè)備：三角瓶、快速水分測(cè)定儀、酸度計(jì)、分析天平、電子天平、可控溫電爐、恒溫培養(yǎng)箱、容量瓶、三角瓶等。

1.2反應(yīng)機(jī)理

以淀粉質(zhì)為原料生產(chǎn)酒精的原理是首先利用糖化酶將淀粉和糊精轉(zhuǎn)化為單糖，然后利用單糖進(jìn)行厭氧發(fā)酵，通過(guò)EMP途徑將葡萄糖降解為乙醇。糖化最適溫度為60℃，最適pH4.0～4.6，酵母菌的最適溫度在30～33℃，最適生長(zhǎng)pH為4.5～5.5，為了抑制雜菌生長(zhǎng)，保證酵母正常發(fā)酵，常將醪液pH控制在4.0～4.5。本試驗(yàn)采用復(fù)合酶（淀粉酶、纖維素酶、酒精酵母），使酶解、發(fā)酵合二為一，在發(fā)酵過(guò)程中完成了酶解過(guò)程，因此整個(gè)工藝過(guò)程采用一步發(fā)酵法，簡(jiǎn)化了工藝，節(jié)約了生產(chǎn)時(shí)間，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1檢測(cè)方法

酸度、揮發(fā)酸檢測(cè)：采用酸堿中和滴定法;酵母數(shù)、出芽率檢測(cè)：采用血球計(jì)數(shù)法;還原糖、總糖檢測(cè)：采用斐林試劑直接滴定法;成熟醪乳酸、醋酸含量：采用HPLC色譜法檢測(cè)。酒分檢測(cè)：圓底燒瓶蒸餾法。

1.3.2試驗(yàn)方法

原料預(yù)處理：采用水稻清液50%回用拌料制備20%固形物含量的粉漿，以提供酵母生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。液化過(guò)程：在87℃下液化2h，淀粉酶添加量為25U/g原料，DE值達(dá)到28。發(fā)酵過(guò)程：糖化酶添加160U/g原料，尿素添加1.36kg/t原料，5ppm安菌泰，發(fā)酵72h。固液分離過(guò)程：檢測(cè)相關(guān)生產(chǎn)指標(biāo)。

2結(jié)果與分析

2.1發(fā)酵結(jié)果分析

從小試實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，以玉米清液回用拌料，明顯優(yōu)于水稻清液和安琪營(yíng)養(yǎng)鹽及自制營(yíng)養(yǎng)鹽，清液回用技術(shù)可減少?gòu)U水排放量，節(jié)約一次水的使用;使用水稻清液拌料原料出酒率達(dá)到43.95%，淀粉出酒率有50.04%，玉米淀粉發(fā)酵酒精的淀粉利用率達(dá)到88.07%，對(duì)比淀粉理論生產(chǎn)純酒精量為56.82%存在一定差距，但淀粉發(fā)酵制酒精在生產(chǎn)與技術(shù)成熟可行的。以清液回用拌料后會(huì)造成微生物代謝副產(chǎn)物的積累，如甘油、乳酸、乙酸、琥珀酸等物質(zhì)成倍增長(zhǎng)，致使廢水中的COD值、TSS值偏高。

2.2水稻酒精與玉米淀粉酒精工藝對(duì)比

工藝比較可以看出：水稻淀粉與玉米淀粉，由于淀粉含量都高達(dá)80%以上，需要配制20%粉漿拌料液化發(fā)酵，以免液化糖化發(fā)酵時(shí)初始還原糖過(guò)高而影響酵母生長(zhǎng)。水稻與玉米酒精發(fā)酵工藝比較，糖化酶，尿素，安菌泰等輔料添加量一致。淀粉利用率和酒分相對(duì)于玉米酒精偏低?？赡苁怯捎跉埧偺禽^玉米酒精高，同時(shí)也造成了成熟醪COD值升高，可能是由于原料不同及工藝未完全優(yōu)化造成。

2.3加工成本分析

當(dāng)以水稻清液拌料發(fā)酵玉米淀粉工藝，原料成本約5508元/t，輔料成本約77.8元/t，加工成本約445.1元/t。總成本共計(jì)6030.9元/t。與水稻酒精相比，共增加了740元/t。如保持玉米淀粉與水稻為原料總成本相當(dāng)，以水稻價(jià)格1600元/t為基礎(chǔ)折算淀粉價(jià)格應(yīng)為2080元/t。原料成本：玉米淀粉（12%水分）單耗約2.295t/t酒精，以2400元/t原料計(jì)算，原料成本約5508元/t酒。與水稻酒精相比2.918t/t酒精，水稻按1600元/t計(jì)算，原料成本約4668.8元/t。由此對(duì)比，玉米淀粉原料成本用量高出水稻酒精839.2元。輔料成本：現(xiàn)擬采用的水稻清液拌料發(fā)酵玉米淀粉工藝，玉米與水稻酒精工藝中輔料的區(qū)別僅有淀粉酶使用量增加，其他輔料無(wú)差異。淀粉酶使用量0.46kg/t酒精，與水稻酒精相比成本增加了9.1元/t酒精。

3 釀酒活性干酵母的使用方法及優(yōu)勢(shì)

釀酒活性干酵母的使用方法為“復(fù)水活化”。其中，復(fù)水為取 5-10倍高于干酵母量的 38-400C 糖水，并將干酵母攪拌溶解其中，復(fù)水 10-20分鐘;活化為，將復(fù)水后的酵母溶液降溫到300C左右，中間可加入干凈的涼水進(jìn)行降溫，活化1-1.5小時(shí)。從釀酒活性干酵母的優(yōu)勢(shì)出發(fā)，耐高溫釀酒活性干酵母中的耐高酒分達(dá)到了 13%VO1，耐高溫的溫度高達(dá) 42℃，在 36-38℃的釀酒原料中可以進(jìn)行連續(xù)性的發(fā)酵，酒精生產(chǎn)的過(guò)程中有效的節(jié)省了對(duì)水、電和汽油的消耗 。在 pH3.6的環(huán)境下，釀酒活性干酵母不僅可以正常的發(fā)揮發(fā)酵作用，還能對(duì)雜菌繁殖進(jìn)行抑制，降低酒精生產(chǎn)中發(fā)酵的損失。發(fā)酵過(guò)程中，其具有使用方便和靈活的特點(diǎn)，并可以不在培菌室中進(jìn)行生產(chǎn)，隨時(shí)可以對(duì)新的種子進(jìn)行補(bǔ)充與使用，縮短了大約 24 小時(shí)的開(kāi)機(jī)時(shí)間，減少了對(duì)培菌室的投資和培菌人員，方便了菌種管理的程序。同時(shí)，釀酒活性干酵母還具有酵母活性高，發(fā)酵與繁殖快、和抗雜菌能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，在酒精的生產(chǎn)中有著重要的作用。酒精生產(chǎn)中，之所以要對(duì)酵母進(jìn)行培養(yǎng)，其主要的目的是為了縮短酒精生產(chǎn)中釀酒活性干酵母發(fā)酵的時(shí)間，以到達(dá)降低生產(chǎn)成本的目的。釀酒活性干酵母也可以稱(chēng)為是一種微生物，它通過(guò)對(duì)營(yíng)養(yǎng)的汲取能夠繁殖，并在滿(mǎn)足到一定的細(xì)胞數(shù)量后通過(guò)接種繼續(xù)發(fā)酵，這樣就縮短了發(fā)酵的流程和發(fā)酵的時(shí)間。同時(shí)，酵母的培養(yǎng)質(zhì)量決定著酵母最終的發(fā)酵效果，對(duì)酵母進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的培養(yǎng)，不僅會(huì)導(dǎo)致酵母中毒素的積累，還會(huì)抑制成熟酵母酶系的合成效果，導(dǎo)致發(fā)酵指標(biāo)的不理想。所以，在酒精的生產(chǎn)中，對(duì)于釀酒活性酵母的培養(yǎng)，一定要采取合理的培養(yǎng)方式和換種時(shí)間，做好發(fā)酵連續(xù)進(jìn)行的程度，以培養(yǎng)出高質(zhì)量的釀酒活性干酵母，更好的作用與酒精的生產(chǎn)中。

結(jié)語(yǔ)：

通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，使用玉米淀粉生產(chǎn)酒精是成熟的，水稻淀粉的應(yīng)用是可行的，玉米淀粉與水稻淀粉的混合使用，為公司開(kāi)辟了一條原料多元化的途徑。生產(chǎn)方面水稻與玉米淀粉可單獨(dú)使用，酒母培養(yǎng)可利用水稻液化醪培養(yǎng)。

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