馬清榜 張建博 田 苗 鄭 彬

（河南天冠企業(yè)集團(tuán)有限公司，河南 南陽(yáng) 473000）

玉米燃料乙醇生產(chǎn)新工藝研究

馬清榜 張建博 田 苗 鄭 彬

（河南天冠企業(yè)集團(tuán)有限公司，河南 南陽(yáng) 473000）

對(duì)玉米燃料乙醇生產(chǎn)新工藝進(jìn)行研究。通過(guò)1m3發(fā)酵罐的系統(tǒng)試驗(yàn)，形成了低溫蒸煮、預(yù)處理、生淀粉直接發(fā)酵三條可行的新工藝路線，為玉米燃料乙醇生產(chǎn)提供了新的思路。

玉米；燃料乙醇；低溫蒸煮；預(yù)處理；生淀粉

由于不可再生能源石油資源的日漸減少，作為一種可再生的替代能源燃料乙醇的產(chǎn)量正在迅速增長(zhǎng)。作為中國(guó)“十五”十大重點(diǎn)工程之一，在有關(guān)方面的共同努力下，生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)取得了重大發(fā)展。以乙醇等替代能源為代表的能源供應(yīng)多元化戰(zhàn)略已成為中國(guó)能源政策的一個(gè)方向。同時(shí)，國(guó)家采取的補(bǔ)貼政策也是對(duì)企業(yè)效率和競(jìng)爭(zhēng)力、開(kāi)發(fā)新技術(shù)、降低成本方面的能力的考驗(yàn)。企業(yè)要應(yīng)對(duì)不斷變化的政策及市場(chǎng)，必須降低生產(chǎn)成本，加大新技術(shù)的開(kāi)發(fā)及儲(chǔ)備。

乙醇生產(chǎn)主要有2種途徑：發(fā)酵法與化學(xué)合成法。其中發(fā)酵法的產(chǎn)量占乙醇產(chǎn)量的絕大部分。在以淀粉類(lèi)及糖蜜類(lèi)為原料的發(fā)酵法乙醇生產(chǎn)中，又以淀粉類(lèi)原料為主，糖蜜乙醇僅占發(fā)酵乙醇總產(chǎn)量的15%～18%。玉米是發(fā)酵法制燃料乙醇的主要原料之一。

傳統(tǒng)的谷物原料酒精發(fā)酵，原料處理均為高溫蒸煮法，蒸煮溫度在130℃左右，該方法的缺點(diǎn)是能耗高、設(shè)備要求高且復(fù)雜。隨著酶工程的發(fā)展，蒸煮雙酶法逐漸替代了傳統(tǒng)高溫蒸煮法成為目前各酒精廠主流的生產(chǎn)方法，但蒸煮溫度仍在95-105℃左右：傳統(tǒng)酒精生產(chǎn)液化糖化工段工藝流程如下。

粉漿?預(yù)熱塔（預(yù)熱至64℃左右）?預(yù)液化（加熱至70℃平均停留60-90分鐘）?噴射液化泵（加壓至0.6Mpa）?噴射液化器（迅速升溫至95℃）?后熟器（保溫95℃維持40分鐘）?后液化罐（停留20分鐘后經(jīng)泵加壓到0.6Mpa）?連消器（升溫至105℃滅菌并在維持器中保溫保壓9分鐘）?一級(jí)閃蒸器（瞬間降至80℃產(chǎn)生的二次蒸汽送至預(yù)熱塔）?二級(jí)閃蒸塔（降至60℃二次蒸汽冷凝后直接排放）?糖化鍋（糖化40分鐘經(jīng)泵加壓）?泵?糖化換熱器?發(fā)酵罐

燃料乙醇生產(chǎn)中，能量消耗最大的兩個(gè)工序是蒸煮工序和蒸餾工序，蒸煮工序的蒸汽消耗占整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程蒸汽消耗的25%～30%。將這部分蒸汽消耗全部或大部分節(jié)省下來(lái)，對(duì)與降低燃料乙醇生產(chǎn)整體能耗將起到重要作用。

本研究利用1m3發(fā)酵罐的系統(tǒng)試驗(yàn)，初步摸索出了低溫蒸煮、預(yù)處理、生淀粉直接發(fā)酵三條可行的新工藝路線，為玉米燃料乙醇生產(chǎn)提供了新的思路。

1 材料與方法

1.1 材料

原料：玉米粉，市售；菌種：安琪超級(jí)釀酒活性干酵母，湖北宜昌；酶：液化酶A、糖化酶G、酸性蛋白酶P、諾維信液化酶、諾維信糖化酶；濃硫酸：工業(yè)級(jí)。

1.2 方法

1.2.1 低溫蒸煮工藝流程

拌料調(diào)pH值加入液化酶A65-75℃，維持2h降溫至58-63℃，同時(shí)調(diào)pH值加入糖化酶G，維持1 h降溫至33℃，加入干酵母、酸性蛋白酶P發(fā)酵（33-35℃）。

1.2.2 預(yù)處理工藝流程

拌料調(diào)pH值升溫至60℃加入糖化酶G，維持2 h降溫至33℃，加入干酵母、酸性蛋白酶P發(fā)酵（33-35℃）。

1.2.3 生淀粉直接發(fā)酵工藝流程

拌料調(diào)pH值加入糖化酶G、干酵母、酸性蛋白酶P發(fā)酵（33-35℃）。

1.2.4 蒸煮雙酶法

拌料調(diào)pH值加入諾維信液化酶100℃，維持2 h降溫至60℃，同時(shí)調(diào)pH值加入諾維信糖化酶，維持0.5 h降溫至33℃，加入干酵母發(fā)酵（33-35℃）。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫蒸煮工藝試驗(yàn)結(jié)果

表 1 低溫蒸煮工藝試驗(yàn)結(jié)果

從表1的數(shù)據(jù)來(lái)看，采用低溫蒸煮工藝進(jìn)行玉米原料酒精發(fā)酵，發(fā)酵質(zhì)量良好。在1:2.0的料水比下，發(fā)酵66小時(shí)，終了酒度達(dá)到15.17%（v／v），通過(guò)計(jì)算淀粉利用率可達(dá)90.82%。

2.2 預(yù)處理工藝試驗(yàn)結(jié)果

表 2 預(yù)處理工藝試驗(yàn)結(jié)果

從表2的數(shù)據(jù)來(lái)看，采用預(yù)處理工藝進(jìn)行玉米原料酒精發(fā)酵，發(fā)酵的總時(shí)延長(zhǎng)，發(fā)酵質(zhì)量良好，在1:2.33的料水比下，發(fā)酵64小時(shí)，終了酒度為13.10%（v／v），總糖2.40%。

2.3 生淀粉直接發(fā)酵工藝試結(jié)果

從表3的數(shù)據(jù)來(lái)看，采用生淀粉直接發(fā)酵工藝進(jìn)行玉米原料酒精發(fā)酵，發(fā)酵的總時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)，發(fā)酵質(zhì)量良好，在1:2.33的料水比下，發(fā)酵75小時(shí)，終了酒度為13.18%（v／v），總糖2.50%，通過(guò)計(jì)算淀粉利用率可達(dá)87.25%。

表 3 生淀粉直接發(fā)酵工藝試驗(yàn)結(jié)果

2.4 成熟醪液相色譜結(jié)果（單位g／100m l）

表 4 成熟醪液相色譜結(jié)果

從表4的數(shù)據(jù)來(lái)看，兩種發(fā)酵方法發(fā)酵成熟醪中的丁二酸含量基本一致，而蒸煮雙酶法成熟醪的乳酸含量是生淀粉直接發(fā)酵法的2.8倍多，甘油含量是生淀粉直接發(fā)酵法的2倍，葡萄糖和乙酸的含量也都高于生淀粉直接發(fā)酵法。

3 結(jié)論與討論

3.1 從低溫蒸煮工藝到預(yù)處理工藝，再到生淀粉直接發(fā)酵工藝，隨著在液化、糖化工段投入能量的減少，發(fā)酵總時(shí)間逐漸延長(zhǎng)。

3.2 采用三種新工藝進(jìn)行酒精發(fā)酵，接種后14—16小時(shí)，發(fā)酵醪的還原糖含量即降至1%以下，之后的整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中，發(fā)酵醪的還原糖含量一直維持在很低的水平，酵母處于饑餓狀態(tài)，代謝旺盛。同時(shí)，三種新工藝發(fā)酵醪的pH值在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中同樣維持在較低的水平（4.5以下），這兩個(gè)條件有效抑制了發(fā)酵醪中雜菌的生長(zhǎng)，防止了發(fā)酵醪生酸幅度偏高，試驗(yàn)中成熟醪生酸幅度均在3.5左右。

3.3 有機(jī)酸、甘油等副產(chǎn)物的減少，可以大大提高酒精發(fā)酵的淀粉利用率，降低糧耗。根據(jù)我們以往的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，蒸煮雙酶法的淀粉利用率一般都在85%以下，而試驗(yàn)中生淀粉直接發(fā)酵工藝的淀粉利用率已達(dá)到87.25%。

[1]謝林，呂西軍.玉米酒精生產(chǎn)新技術(shù)[M].北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社，2001.

[2]方善康，朱明田.無(wú)蒸煮生淀粉酒精發(fā)酵研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，1988（02）:13-19.

[3]黃平.生料釀酒技術(shù)[M].北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社，2001.

[4]Katsuhikdo Mikuni，Mitsuru Monma，keiji kainuma.Alco?hol fermentation of Corn stach digested by chalara paradoxa amy?lase without cooking[J].Biotechnology and Bioengineering，1987.

[5]謝曉航，蔣敬全，韓宏明，盧國(guó)偉，張家偉.酒精發(fā)酵清潔生產(chǎn)新工藝的研究[J]-釀酒科技2013（10）.

作者介紹：馬清榜（1982-），男，碩士研究生，助理工程師，研究方向：濃醪酒精發(fā)酵技術(shù)、生淀粉直接發(fā)酵酒精技術(shù)。

TQ517.4

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1671-0037（2014）06-27-1.5