俞建良 ，劉佳卉，張春雪，姜明雪，高文玉，田楊柳，曲 雪，荊友良，李吉成，熊 強(qiáng)，崔喜貴，林海龍

（1.吉林省先進(jìn)生物制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林梅河口 135000；2.吉林省博大生化有限公司，吉林梅河口 135000；3.梅河口市阜康酒精有限責(zé)任公司，吉林梅河口 135000；4.國投生物科技投資有限公司，北京 100034）

為了提高玉米綜合利用率，降低主產(chǎn)品酒精的生產(chǎn)成本，很多酒精生產(chǎn)企業(yè)選擇采用半干法提胚，胚芽經(jīng)過壓榨和浸提后生產(chǎn)玉米胚芽油，提油后的副產(chǎn)品即玉米胚芽粕作為飼料[1-3]。然而，一般酒精企業(yè)加工獲得的玉米胚芽粕（水分10%）占玉米加工量的10%左右，胚芽粕中含淀粉30%以上，即約有4.9 %的淀粉沒有被利用于生產(chǎn)酒精。因此，有的企業(yè)選擇將胚芽粕與脫胚玉米粉混合后共同進(jìn)行酒精發(fā)酵，一方面可以充分利用淀粉，提高出酒率，另一方面可以增加飼料得率，降低成本。陳世忠等[4]通過對(duì)大型玉米酒精廠半干法粉碎提胚制油后所得玉米胚芽粕再加工（粉碎后生產(chǎn)酒精和回收DDGS）與直接銷售的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行對(duì)比分析，得出如下結(jié)論：如果原有工藝不變，則玉米胚芽粕直接銷售比再加工降低成本85.8元/噸酒精，但如果通過提高出酒率并適當(dāng)增加DDGS回收裝置，從而使干物質(zhì)全部回收，則玉米胚芽粕再加工要比直接銷售降低成本54.6元/噸酒精，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

本試驗(yàn)主要研究將胚芽粕返混至脫胚玉米粉進(jìn)行酒精發(fā)酵時(shí)對(duì)裝置產(chǎn)能和飼料產(chǎn)品品質(zhì)的影響，為生產(chǎn)工藝的選擇提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

菌種：安琪濃醪釀酒高活性干酵母。

原料：脫胚玉米粉，玉米胚芽粕，均取自梅河口市阜康酒精有限責(zé)任公司，粉碎過20目篩。

酶制劑：諾維信淀粉酶（150000 U/g），諾維信糖化酶（260000 U/g）。

儀器設(shè)備：1260 IntinityⅡ型高效液相色譜儀，OMH180型烘箱，BSD-YX2600型搖床，XPR1002S型電子天平，XPE504型電子天平，HNS～26型電熱恒溫水浴鍋，IKA RW20型攪拌器，SG2型手持pH計(jì)+InLab 413 IP67電極，T-B-1型電子萬用爐，XFH-50CA型電熱式壓力蒸汽滅菌鍋，ST40型高速離心機(jī)。

1.2 分析方法

玉米水分測(cè)定：烘箱法。

淀粉含量測(cè)定：酶水解法[5]，酸水解法參考國標(biāo)GB 5006—1985。

殘?zhí)菧y(cè)定：斐林試劑法[6]。

成熟醪的測(cè)定：采用1260 IntinityⅡ型安捷倫色譜進(jìn)行測(cè)定，色譜柱：HPX-87H，300×7.8 mm；流動(dòng)相：0.005 mol/L H2SO4；泵流：0.6 mL/min；柱溫：65 ℃；RID設(shè)置溫度：50 ℃；進(jìn)樣量：15 μL；運(yùn)行時(shí)間：50 min。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 原料液化

稱取相應(yīng)物料克數(shù)至恒重的生物反應(yīng)器中，加入相應(yīng)溫度的工藝水，體系總重500 g。加入抑菌劑，調(diào)整pH5.6，加入淀粉酶。將反應(yīng)器放入為97 ℃±1 ℃的水浴鍋內(nèi)，在水浴鍋溫度升至97 ℃時(shí)開始計(jì)時(shí)，調(diào)整攪拌速度為300 r/min，2 h將醪液迅速降溫至32 ℃，試驗(yàn)配料方案見表1。

1.3.2 發(fā)酵

表1 試驗(yàn)配料方案

調(diào)整液化醪pH值至4.2，稱取一定質(zhì)量的酵母至醪液中，加入糖化酶稀釋液于發(fā)酵醪中混合均勻，加入尿素，及時(shí)記錄樣品重量。發(fā)酵溫度為32 ℃，搖床轉(zhuǎn)速為180 r/min，發(fā)酵時(shí)間為72 h，取樣滴定全分析及HPLC乙醇分析檢測(cè)。

1.4 計(jì)算公式

淀粉利用率、殘淀粉、殘糊精的計(jì)算方法：

淀粉利用率（%）=殘淀粉÷初始淀粉；

殘淀粉=（殘總糖-過濾總糖）×0.9；

殘糊精=（過濾總體-還原糖）×0.9。

2 結(jié)果與討論

2.1 胚芽粕淀粉水解性能分析

玉米胚芽粕是將玉米經(jīng)潤水后水分達(dá)到18%進(jìn)行提胚，提取胚芽為原料經(jīng)壓榨、浸出提取油后的副產(chǎn)物，玉米在提胚時(shí)并不能將胚芽中的淀粉完全提取出來，故而產(chǎn)生殘留。實(shí)驗(yàn)首先采用化學(xué)法分析了胚芽粕的淀粉含量，3次分析結(jié)果的平均值為34.40 %。由于化學(xué)法的反應(yīng)條件較為劇烈，淀粉水解相對(duì)徹底，因此，可以將化學(xué)法的分析結(jié)果設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)值。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)又采用了標(biāo)準(zhǔn)的酶法分析了胚芽粕的淀粉含量，3次分析結(jié)果的平均值為29.85%。由于酶法反應(yīng)周期長，體系濃度較低，因此，可以認(rèn)為酶法的分析結(jié)果能準(zhǔn)確反映淀粉在酒精發(fā)酵過程中的酶的水解程度。表2的結(jié)果表明，胚芽粕中的淀粉在生物酶（淀粉酶、糖化酶）的作用下，最高水解率約為86.77%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于玉米粉中淀粉水解率94%～95%。

表2 對(duì)比酶法水解與酸法水解(醋酸-氯化鈣法)的淀粉含量

2.2 胚芽粕返混脫胚玉米粉對(duì)酒精發(fā)酵的影響

試驗(yàn)組1的原料是脫胚玉米粉，發(fā)酵結(jié)束時(shí)，其淀粉的利用率為94.1 %，乙醇濃度為12.657 %vol。試驗(yàn)組2的原料是在試驗(yàn)組1的原料基礎(chǔ)上增加了15.24 g的胚芽粕，發(fā)酵結(jié)束時(shí)，其淀粉的利用率僅為91.8%，乙醇濃度為13.164%vol。試驗(yàn)組3與試驗(yàn)組2的原料干重相同，全部為脫胚玉米粉，發(fā)酵結(jié)束時(shí)，淀粉利用率為93.0 %，乙醇濃度為13.862 %vol。假設(shè)試驗(yàn)組2中的脫胚玉米粉的淀粉水解率與試驗(yàn)組1中的脫胚玉米粉中的淀粉水解率一樣，則胚芽粕中淀粉水解率僅為46.7 %；假設(shè)試驗(yàn)組2中的脫胚玉米粉的淀粉水解率與試驗(yàn)組3中的脫胚玉米粉中的淀粉水解率一樣，則胚芽粕中淀粉水解率僅為67.6%。因此，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以判斷，胚芽粕中的淀粉在實(shí)際同步糖化發(fā)酵過程中的水解利用率僅為46.7 %～67.6 %。通過對(duì)比分析試驗(yàn)組2和試驗(yàn)組3的乙醇濃度，可以判斷，在相同配料干物質(zhì)濃度下，當(dāng)胚芽粕添加比例為9%左右時(shí)，乙醇產(chǎn)量下降4%～6%，胚芽粕添加比例越高，產(chǎn)量下降將越大。另外，試驗(yàn)組2的殘總糖、殘糊精、殘淀粉濃度均高于試驗(yàn)組1和試驗(yàn)組3，可見，添加胚芽粕導(dǎo)致了發(fā)酵成熟醪中殘?zhí)?、殘淀粉水平的明顯增大，進(jìn)而會(huì)給整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)帶來物料黏度上升、離心清液固形物含量升高、發(fā)酵液升酸上升、泵送困難、蒸發(fā)濃縮能力受限、能耗增加等一系列問題。殘?zhí)撬教岣咦钪庇^的反映就是DDGS飼料色澤的變化，將發(fā)酵成熟醪放置在80 ℃的烘箱中加熱至恒重，粉碎過20目篩，結(jié)果見表3、圖1。顯然，試驗(yàn)組2的DDGS飼料色澤最深。

表3 發(fā)酵成熟醪成分分析

2.3 結(jié)果分析

很多研究表明，直鏈淀粉與脂肪或其他物質(zhì)可以形成螺旋狀復(fù)合體，比如，直鏈淀粉與碘可以互相結(jié)合并顯藍(lán)色[7]。直鏈淀粉在外加條件（熱處理、溶劑處理等）的作用下，由于分子內(nèi)氫鍵發(fā)生相互作用，使得直鏈淀粉的鏈狀結(jié)構(gòu)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，平均每六個(gè)葡萄糖單元形成一個(gè)螺旋體，脂質(zhì)分子的非極性部分在疏水作用力的推動(dòng)下進(jìn)入直鏈淀粉的螺旋空腔，最終形成了直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物[8]。AI等[9]將不同來源的油脂與淀粉混合加熱，然后再進(jìn)行酶水解，與純淀粉的酶水解相比，經(jīng)過油脂作用后的樣品的酶水解率平均下降了14.3 %。在玉米胚芽高溫壓榨-溶劑浸泡提油過程中，玉米粉中的直鏈淀粉與胚芽中的脂肪酸復(fù)合形成淀粉-脂質(zhì)包合物，導(dǎo)致淀粉水解效率降低了13%以上，出酒率也下降。這與上述文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果是一致的。

3 結(jié)論與建議

胚芽粕中的淀粉在發(fā)酵過程中的利用率不足70%，遠(yuǎn)低于正常玉米粉中的淀粉利用率（95%～98%）。將玉米胚芽粕添加至脫胚玉米粉進(jìn)入發(fā)酵后，不僅會(huì)導(dǎo)致DDGS飼料顏色變深，而且由于混合粉的淀粉含量低，發(fā)酵系統(tǒng)酒精產(chǎn)量會(huì)下降，玉米油產(chǎn)量也將下降，整體盈利能力下降。而且，添加胚芽粕還會(huì)導(dǎo)致物料黏度增大、離心清液固形物含量升高、發(fā)酵液升酸增大、泵送困難、蒸發(fā)濃縮能力受限、能耗增加、食用酒精口感變差等一系列生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量問題，因此，不建議將胚芽粕返混進(jìn)入發(fā)酵系統(tǒng)。