全水稻發(fā)酵生產(chǎn)食用酒精工藝研究

徐樹峰 李秀榮 吳楊

摘要：水稻儲(chǔ)量巨大，可是其特性之一卻是不易保存，極易產(chǎn)生米質(zhì)“陳化”和發(fā)霉變質(zhì)。目前在我國(guó)燃料乙醇工廠已經(jīng)開始嘗試用陳化水稻生產(chǎn)燃料乙醇，并取得了一定進(jìn)展，主要開發(fā)出了水稻脫殼粉碎后與玉米粉混合發(fā)酵和水稻全粉碎發(fā)酵兩種工藝。另外，近年來(lái)也有一些其他水稻制備燃料乙醇工藝方法不斷地被提出并進(jìn)行基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與小試實(shí)驗(yàn)。本文就全水稻發(fā)酵生產(chǎn)食用酒精工藝展開探討。

關(guān)鍵詞：全水稻;食用酒精;同步糖化發(fā)酵

1燃料乙醇發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展于“十五”初期，經(jīng)歷了初步試點(diǎn)、穩(wěn)步發(fā)展和非糧乙醇發(fā)展階段。主要政策是指定幾個(gè)省以封閉的方式使用E10乙醇汽油（即添加10%乙醇的汽油）。截至目前，中國(guó)生物燃料乙醇年消費(fèi)量接近260萬(wàn)噸，日前，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局、財(cái)政部等15個(gè)部門聯(lián)合發(fā)布了《擴(kuò)大生物燃料乙醇生產(chǎn)、推廣車用乙醇汽油實(shí)施方案》。根據(jù)計(jì)劃，到2020年，中國(guó)將在全國(guó)范圍內(nèi)推廣車用乙醇汽油，基本實(shí)現(xiàn)全覆蓋;到2025年，纖維素乙醇將大規(guī)模生產(chǎn)，先進(jìn)的生物液體燃料技術(shù)、設(shè)備和產(chǎn)業(yè)整體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。研究表明，乙醇汽油能有效減少碳?xì)浠衔?、碳氧化物、苯和顆粒物對(duì)環(huán)境的污染。E10乙醇汽油可減少9.7%的甲烷排放、36%的一氧化碳排放、39%的苯污染物排放和39%的氣溶膠排放。在全國(guó)推廣使用燃料乙醇是大勢(shì)所趨。

2材料與方法

2.1材料與試劑

陳化水稻：來(lái)自中央儲(chǔ)備糧惠州直屬庫(kù);玉米：來(lái)自國(guó)家臨儲(chǔ)庫(kù);液化酶（15萬(wàn)U/g）：山東隆科特酶制劑有限公司;糖化酶（26萬(wàn)U/g）：杰能科（中國(guó)）生物工程有限公司;尿素：陜西渭河重化工有限責(zé)任公司;酸性蛋白酶（10萬(wàn)U/g）：山東隆大生物工程有限公司;安菌泰：柳州龍?zhí)┛萍加邢薰?超級(jí)釀酒高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司。葡萄糖：天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司;鹽酸：西隴科學(xué)股份有限公司;硫酸：成都市科龍化工試劑廠;氫氧化鈉、次甲基藍(lán)指示劑、酚酞指示劑：天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司;斐林試劑：天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司。所有試劑均為分析純。

2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備

分析天平：梅特勒AL204，PL-2002pH計(jì)：上海精密PHS-3C生物顯微鏡：上海精密XSP-8C高效液相色譜：美國(guó)戴安U-300

2.3方法

（1）水稻發(fā)酵生產(chǎn)食用酒精的工藝流程及操作要點(diǎn)。

操作要點(diǎn)：粉碎拌漿：水稻原料用篩網(wǎng)孔徑為1.8mm的粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，水稻粉和一次工藝水按1∶2.0（g∶mL）的料水比拌漿，控制粉漿干物質(zhì)含量28%～30%。液化：調(diào)節(jié)粉漿pH為5.60左右，添加液化酶（0.10kg/t水稻粉），在粉漿罐預(yù)熱至82～84℃，然后進(jìn)行噴射液化（95～97℃），再經(jīng)過(guò)液化閃蒸后進(jìn)入液化罐（87～89℃，2h），取樣做碘試，醪液呈棕紅色即液化結(jié)束，液化結(jié)束經(jīng)換熱器降溫至28～32℃，得到水稻液化醪。同步糖化發(fā)酵：液化醪調(diào)節(jié)pH至4.40～4.60，添加糖化酶（1.10kg/t水稻粉）、尿素（1.30kg/t水稻粉）、酸性蛋白酶[10-13]（0.05kg/t水稻粉）和安菌泰殺菌劑（5mg/kg），最后按20%接種量添加酒母醪（水稻液化醪用一次工藝水稀釋至16～20°Bx，pH調(diào)節(jié)值3.8～4.0，添加糖化酶（1.10kg/t水稻粉）、尿素（1.30kg/t水稻粉）、安菌泰殺菌劑（5mg/kg）和2‰超級(jí)釀酒高活性干酵母，在29℃條件下培養(yǎng)至酵母數(shù)≥2億/mL）后進(jìn)入發(fā)酵罐，發(fā)酵0～8h控制溫度28.0～30.0℃，8h后溫度控制32.5～33.5℃，發(fā)酵至60h結(jié)束，得到水稻發(fā)酵成熟醪。精餾：成熟醪經(jīng)預(yù)熱后（55～62℃）進(jìn)入粗塔蒸餾（塔底溫度75～85℃，塔頂溫度60～70℃），然后進(jìn)入精餾塔（塔底溫度112～124℃，塔頂溫度86～95℃），再經(jīng)過(guò)脫甲醇、雜醇油萃取后即可得到成品食用酒精。精餾提取酒精產(chǎn)品后，得到水稻廢醪液，經(jīng)板框壓濾機(jī)分離（進(jìn)料時(shí)間1.0～1.5h，壓榨時(shí)間20～30min），得到清液和濕糟，清液經(jīng)蒸發(fā)濃縮塔得到濃縮物濕糟經(jīng)滾筒干燥后再與清液濃縮物混合進(jìn)入管束干燥機(jī)干燥，即可得到水稻干全酒精糟（distillersdriedgrainswithsoluble，DDGS）成品。（2）分析檢測(cè)。淀粉含量測(cè)定：按照GB/T5009.9—2016《食品中淀粉的測(cè)定》中的方法;水分、粗脂肪、粗纖維、蛋白質(zhì)含量測(cè)定：按照GB/T18868—2002《飼料中水分、粗蛋白質(zhì)、粗纖維、粗脂肪、賴氨酸、蛋氨酸快速測(cè)定》中的方法;殘?zhí)呛繙y(cè)定：按照斐林試劑法;外觀糖度、酒精度、揮發(fā)酸、酸度等指標(biāo)測(cè)定按照酒精廠常規(guī)分析測(cè)定方法。

殘淀粉含量=（殘總糖-過(guò)濾總糖）×0.9

殘糊精含量=（過(guò)濾總糖-還原糖）×0.9

3水稻生產(chǎn)燃料乙醇優(yōu)化建議

具體內(nèi)容如下：（1）米漿固體含量高，粘度低于玉米漿，沉降速度快。如果按照傳統(tǒng)的玉米燃料乙醇工藝進(jìn)行螺旋離心機(jī)的卸料，離心機(jī)將被堵塞。轉(zhuǎn)速應(yīng)逐步調(diào)整以適應(yīng)水稻生產(chǎn)過(guò)程。（2）酒糟飼料中粗纖維和灰分含量高，對(duì)管道和設(shè)備造成很大磨損。有必要加強(qiáng)原材料的預(yù)處理，以去除雜質(zhì)水平，加強(qiáng)管道易磨損點(diǎn)或采用其他高強(qiáng)度材料制成的管道。（3）稻殼富含纖維素、木質(zhì)素和二氧化硅，其中脂肪和蛋白質(zhì)含量相對(duì)較低。如何利用大米將成為未來(lái)陳米生產(chǎn)燃料乙醇的突破口。目前，已經(jīng)嘗試通過(guò)米粉的水解和發(fā)酵來(lái)制備燃料乙醇。（4）脫殼后大米與玉米粉混合時(shí)，隨著大米混合比例的增加，發(fā)酵液含量不斷降低。如何馴化使大米發(fā)酵成高酒精度的酵母將是技術(shù)重點(diǎn)。

結(jié)論

本文通過(guò)以陳化水稻全粉碎生產(chǎn)乙醇，發(fā)酵罐放大試驗(yàn)，說(shuō)明陳化水稻全粉碎發(fā)酵生產(chǎn)乙醇是可行的，相對(duì)于其他原料，純大米淀粉含量高，蛋白含量也高，容易破碎，適合發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。

參考文獻(xiàn)：

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