苗春雨，張茂芬，陳光偉(.國投生物能源(雞東)有限公司，黑龍江 雞西 5800；.國投象嶼生物能源(富錦)有限公司，黑龍江 富錦 5600)

0 引言

目前將陳化水稻摻混到燃料乙醇生產(chǎn)過程中，需要嚴格控制液化、發(fā)酵過程中液化酶、糖化酶、酵母菌及氮源用量等因素，確保陳化水稻可以作為燃料乙醇生產(chǎn)的主要原材料，從根本上提升燃料乙醇生產(chǎn)期間的質(zhì)量以及效率。與普通燃料乙醇生產(chǎn)工藝相比，陳化水稻的主要應(yīng)用工藝種類更多，需要結(jié)合燃料乙醇生產(chǎn)條件以及實際生產(chǎn)需求，選擇適宜的陳化水稻摻混應(yīng)用方式，為實現(xiàn)燃料乙醇生產(chǎn)經(jīng)濟利益與生態(tài)利益最大化的目標(biāo)奠定堅實技術(shù)基礎(chǔ)。

1 陳化水稻摻混生產(chǎn)燃料乙醇的可行性分析

1.1 陳化水稻特征

陳化水稻主要就是指水稻經(jīng)過多年儲存后，出現(xiàn)黃化、變質(zhì)或存在能夠?qū)θ梭w造成危害的黃曲霉毒素。陳化水稻碳水化合物的含量極為充沛，是發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)酒精的重要原材料[1]。經(jīng)過實際調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，我國陳化水稻現(xiàn)有1.25億t，需要花費十幾年的時間才可完全消化。

由于水稻存儲量最大，其在儲存期間經(jīng)常會出現(xiàn)陳化或發(fā)霉變質(zhì)問題。通常情況下，水稻可儲存半年或一年，高溫情況下只可以儲存1～3個月。在水稻儲存約三年以上后，不可直接用作畜牧養(yǎng)殖，而是應(yīng)經(jīng)過特殊加工處理，實際處理成本巨大。

燃料乙醇生產(chǎn)是當(dāng)前全世界各地處理陳化水稻的重要方式之一，由于水稻本身屬于高成分農(nóng)作物，因此將其摻和制燃料乙醇生產(chǎn)過程中，具有更加顯著的經(jīng)濟效益，符合我國水稻產(chǎn)量巨大的國情。

1.2 陳化水稻應(yīng)用優(yōu)勢

陳化水稻內(nèi)部含有豐富的碳水化合物、蛋白質(zhì)，是發(fā)酵工業(yè)中微生物發(fā)酵的良好碳源之一[2]。用陳化水稻生產(chǎn)燃料乙醇可降低生產(chǎn)成本，生產(chǎn)效益更高，現(xiàn)已成為燃料乙醇生產(chǎn)工業(yè)發(fā)展的重要研究課題。不僅如此，陳化水稻的應(yīng)用也可防止陳化水稻流入食品加工市場，緩解燃料乙醇生產(chǎn)原材料緊缺現(xiàn)狀，控制玉米等糧食銷量。當(dāng)前我國燃料乙醇生產(chǎn)行業(yè)已經(jīng)開始嘗試摻混陳化水稻，并已研究出水稻脫殼粉碎后與玉米粉混合發(fā)酵、水稻全粉碎發(fā)酵兩種方式，使得陳化水稻在燃料乙醇生產(chǎn)中的應(yīng)用更加可行。

2 陳化水稻應(yīng)用于燃料乙醇生產(chǎn)中的主要工藝

陳化水稻由外而內(nèi)分別有稻殼(穎)、糠層(果皮、種皮、糊粉層的總稱)、胚及胚乳等部分結(jié)構(gòu)構(gòu)成。當(dāng)前在將陳化水稻摻混至燃料乙醇生產(chǎn)期間，需要對水稻進行脫殼粉碎或不脫殼粉碎兩種方式的預(yù)處理[3]。其中，脫殼粉碎需要去除陳化水稻表面的稻殼，并將此部分水稻單獨粉碎后使用。水稻脫殼粉碎后還應(yīng)經(jīng)過拌料、液化、同步糖化發(fā)酵、蒸餾脫水等環(huán)節(jié)，最后生產(chǎn)出合格的燃料乙醇。同時，陳化水稻應(yīng)用于燃料乙醇生產(chǎn)出的思路也分為兩種：第一，將陳化水稻作為第一生產(chǎn)原材料；第二，將陳化水稻與木薯或玉米混合在一起，作為燃料乙醇生產(chǎn)原材料。在實際摸索與試驗過程中，發(fā)現(xiàn)脫殼后的陳化水稻與玉米粉混合后生產(chǎn)出的燃料乙醇與水稻直接粉碎后發(fā)酵生產(chǎn)出的燃料乙醇沒有區(qū)別，但對DDGS質(zhì)量影響極大。

2.1 水稻與玉米混合發(fā)酵工藝

當(dāng)前燃料乙醇生產(chǎn)多數(shù)使用陳化水稻脫殼粉碎后與玉米粉混合發(fā)酵的方式。利用礱谷機將陳化水稻去殼，將獲得到的糙米進行粉碎處理，最后通過20目篩，保障水稻粉通過率為85%[4]。粉碎后的水稻應(yīng)當(dāng)與全粉碎玉米粉按照一定比例混合配置成淀粉漿液，注重控制粉料與水的比例(料水比)、粉漿液pH值。在酸堿值內(nèi)摻入適宜劑量的耐高溫淀粉酶，確保液化溫度控制在90 ℃，液化時間維持在3 h左右。在液化后的液化醪冷卻后，將pH值調(diào)節(jié)在合理范圍內(nèi)，加入適當(dāng)劑量的酵母、糖化酶，并于30～33 ℃環(huán)境下發(fā)酵72 h。

通過對玉米粉及脫殼水稻粉混合發(fā)酵出的成熟醪進行液相色譜分析，發(fā)現(xiàn)在陳化水稻添加比例為40%的情況下，燃料乙醇出酒率最高；在陳化水稻添加比例為60%的情況下，發(fā)酵液體中的乳酸含量大于標(biāo)準值；在陳化水稻添加比例為80%的情況下，發(fā)酵液體內(nèi)部乙酸含量最高，導(dǎo)致燃料乙醇淀粉出酒率降低。在燃料乙醇生產(chǎn)過程中，玉米酒精糟DDGS也是重要產(chǎn)物。其中，高蛋白飼料主要就是原料與酵母混合發(fā)酵，生產(chǎn)出燃料乙醇及二氧化碳后剩余的發(fā)酵產(chǎn)物，可用于畜牧業(yè)養(yǎng)殖，也是當(dāng)前燃料乙醇工廠重要的經(jīng)濟來源。陳化水稻的摻混比例高低直接影響玉米酒精糟品質(zhì)，進而影響整體效益。

2.2 陳化水稻全粉碎發(fā)酵工藝

當(dāng)前陳化水稻全粉碎發(fā)酵工藝也被廣泛應(yīng)用在燃料乙醇生產(chǎn)過程中。在陳化水稻不脫殼粉碎后，加入適當(dāng)?shù)乃渲瞥蓾{液，調(diào)節(jié)漿液內(nèi)部酸堿值。在漿液內(nèi)加入適量比例的耐高溫淀粉酶，確保漿液能夠在85～90 ℃條件下液化2.5 h。配置冷卻后的漿液應(yīng)當(dāng)適當(dāng)加入糖化酶、尿素以及干酵母，在30～33 ℃環(huán)境下發(fā)酵成熟的醪液。發(fā)酵后的醪液需要經(jīng)過蒸餾與分子篩脫水，生產(chǎn)燃料乙醇。陳化水稻全粉碎發(fā)酵工藝在實際應(yīng)用期間，不僅會耗費大量的電力資源，粉碎后的稻殼進入系統(tǒng)內(nèi)，對管道及設(shè)備磨損極大，會縮短設(shè)備壽命周期。同時，該種發(fā)酵工藝生產(chǎn)出的干酒糟飼料使用效果欠佳，牛羊等牲畜難以接受酒糟飼料內(nèi)的稻殼物質(zhì)，但雞鴨等家禽對于酒糟飼料內(nèi)的纖維、蛋白質(zhì)以及稻殼接受度極高，因此需要細致分析地區(qū)畜牧業(yè)養(yǎng)殖需求，選擇適宜的陳化水稻應(yīng)用工藝。

2.3 陳化水稻去殼后單獨發(fā)酵工藝

現(xiàn)階段，我國燃料乙醇生產(chǎn)多數(shù)以玉米、水稻、木薯為原材料，由于各地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展不同，陳化水稻也可使用去殼后單獨發(fā)酵工藝。具體來說，對脫殼后的陳化水稻進行粉碎處理，將粉碎后的水稻粉與水配制成漿液，將漿液酸堿度控制在5.6左右。加入適宜的淀粉酶，并在85～90 ℃條件下進行液化處理。在漿液冷卻后，需要將酸堿值控制在4.5左右，適當(dāng)加入糖化酶、尿素、干酵母。此種方式獲得的發(fā)酵效果較好，但是陳化水稻前期預(yù)處理的成本較高，后期燃料乙醇廢醪分離難度較大。

2.4 陳化水稻與木薯粉混合發(fā)酵工藝

在陳化水稻脫殼粉碎處理后，將水稻粉與木薯粉按照一定比例配合成漿液。要求漿液酸堿度控制在5.6。在漿液內(nèi)添加適當(dāng)?shù)牡矸勖?，獲得漿液。在漿液冷卻到適宜溫度，酸堿值調(diào)節(jié)到4.4時，可加入適量的安菌泰、糖化酶、尿素以及干酵母。經(jīng)過實際研究發(fā)現(xiàn)，將水稻粉與木薯粉混合，并不會直接影響到醪液實際發(fā)酵效果。水稻粉添加比例適宜控制在25%左右。在添加比例越高的情況下，發(fā)酵殘留物的糖值就越低，發(fā)酵期間的酒份高。但由于添加陳化水稻份，導(dǎo)致燃料乙醇后期過濾難度較大，生產(chǎn)出了更多的廢水，需要在生產(chǎn)期間有效控制廢水內(nèi)部的總懸浮物固體。與其他陳化水稻應(yīng)用工藝相比，將木薯粉與陳化水稻份相結(jié)合的方式能夠切實提升發(fā)酵期間的總糖量，使發(fā)酵后的酒糟副產(chǎn)品蛋白質(zhì)含量達20%，對提升實際生產(chǎn)效益具有重要意義。

3 陳化水稻摻混生產(chǎn)燃料乙醇工藝的注意事項

3.1 控制醪殘總糖

醪殘的總糖含量也是評估陳化水稻摻混燃料乙醇生產(chǎn)工藝效果的重要標(biāo)準，可直觀展現(xiàn)出燃料乙醇發(fā)酵完全程度。隨著發(fā)酵過程不斷推進，醪液內(nèi)部糖分含量下降，發(fā)酵后的殘余糖分越少，是提高燃料乙醇生產(chǎn)期間經(jīng)濟效益的重要保障。因此在將陳化水稻應(yīng)用在燃料乙醇生產(chǎn)過程中，需要選擇合理的應(yīng)用工藝，確保醪殘總糖含量能夠被控制在最低范圍之內(nèi)，使燃料乙醇發(fā)酵效果符合預(yù)期目標(biāo)。

3.2 選擇適宜的酵母菌株

在燃料乙醇實際發(fā)酵過程中，添加不同種類的酵母菌株也會對燃料乙醇生產(chǎn)環(huán)節(jié)造成極大影響。要求在菌株選擇過程中，應(yīng)當(dāng)將燃料乙醇得率、酸度、還原糖等數(shù)值作為參考依據(jù)，確保燃料乙醇生產(chǎn)質(zhì)量與效率能夠達到最佳效果。

3.3 調(diào)整不同酵母的用量

在將陳化水稻應(yīng)用在燃料乙醇生產(chǎn)過程中，需注重控制酵母的用量。 經(jīng)過試驗驗證，發(fā)酵液中酵母用量為0.5%，燃料乙醇得率最高，總脂含量最低，實際生產(chǎn)期間的經(jīng)濟效益十分顯著。

3.4 嚴格控制發(fā)酵溫度標(biāo)準

在明確糖化酶用量，選擇適宜酵母菌株以及酵母用量后，需要嚴格遵循發(fā)酵過程中及溫度控制標(biāo)準。具體而言，不同發(fā)酵溫度會對燃料乙醇生產(chǎn)質(zhì)量及效率造成不同程度影響。經(jīng)試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在溫度過低的情況下，酵母活性降低，燃料乙醇得率含量也將降低；溫度過高的情況下，發(fā)酵液體中的酸度、還原糖以及總脂率隨之升高，燃料乙醇得率也會下降，因此需要將溫度控制在30～33 ℃左右。

4 結(jié)語

總而言之，將陳化水稻摻混至燃料乙醇生產(chǎn)中的工藝均已成熟，生產(chǎn)出的燃料乙醇產(chǎn)品與其他原料生產(chǎn)出的燃料乙醇產(chǎn)品質(zhì)量相當(dāng)。為充分發(fā)揮出陳化水稻實際應(yīng)用期間的經(jīng)濟價值，還需要細致考慮當(dāng)?shù)仫暳鲜袌鲂枨?，選擇適宜的陳化水稻生產(chǎn)方式?，F(xiàn)階段國家及有關(guān)部門就燃料乙醇生產(chǎn)實施方案提出了更高要求，強調(diào)酒精燃料乙醇生產(chǎn)工作需要結(jié)合我國水稻儲存量巨大的國情，使酒精燃料乙醇生產(chǎn)成為去除陳化水稻庫存的重要手段，從根本上提升農(nóng)業(yè)資源利用率，促進地區(qū)可持續(xù)發(fā)展。