高濃度清液酒精發(fā)酵技術(shù)研究

張建博 周 鵬 黃玉濤 劉 勇

（河南天冠企業(yè)集團(tuán)有限公司，河南 南陽 473000）

高濃度清液酒精發(fā)酵技術(shù)研究

張建博 周 鵬 黃玉濤 劉 勇

（河南天冠企業(yè)集團(tuán)有限公司，河南 南陽 473000）

本文介紹了一種高濃度清液發(fā)酵生產(chǎn)酒精的方法，淀粉質(zhì)原料經(jīng)液化后進(jìn)行固液分離獲得清液和固渣，清液加入糖化酶和酒母進(jìn)行酒精發(fā)酵；固渣加水進(jìn)行糖化處理，經(jīng)再次固液分離獲得含糖洗料水和廢渣，含糖洗料水用于配料或酒母培養(yǎng)和發(fā)酵，廢渣可制成飼料和肥料或用于沼氣發(fā)酵。液化醪獲得的清液不易染菌且在發(fā)酵過程中不會(huì)產(chǎn)生高糖抑制，減少發(fā)酵副產(chǎn)物的產(chǎn)生，可明顯降低設(shè)備磨損，提高發(fā)酵設(shè)備利用率及蒸餾效率。發(fā)酵結(jié)果顯示，成熟醪酒度超過15.4%（v/v），殘總糖可低于1.05%，廢渣淀粉含量低于2.82%，淀粉利用率可達(dá)96.6%以上。

淀粉質(zhì)原料；清液發(fā)酵；液化醪；固液分離；淀粉利用率

酒精被廣泛應(yīng)用于食品、化工醫(yī)藥、染料、國防等行業(yè)。酒精不僅可作為一種燃料，更是一種戰(zhàn)略物資，世界上2/3的酒精被用作燃料。發(fā)展酒精不僅可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，并且可以作為清潔能源代替汽油或汽油添加劑，減少工業(yè)大氣污染，保護(hù)環(huán)境，同時(shí)也可緩解原油進(jìn)口的壓力。近年來，隨著引進(jìn)設(shè)備及工藝的應(yīng)用和農(nóng)作物結(jié)構(gòu)的變化，用谷物、木薯原料制酒精的工廠發(fā)展速度較快，隨著酒精產(chǎn)量的迅猛增長，酒精生產(chǎn)技術(shù)正發(fā)生日新月異的變化，快速向現(xiàn)代化邁進(jìn)。生物工程菌構(gòu)建、節(jié)能減排技術(shù)、自動(dòng)化控制等高新技術(shù)的應(yīng)用，已使酒精工業(yè)的面貌發(fā)生了翻天覆地的變化。

在傳統(tǒng)酒精發(fā)酵的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的高濃度酒精發(fā)酵，是許多研究酒精的專家努力的方向。在傳統(tǒng)的酒精發(fā)酵工藝中，所用的糖濃度一般在16%～25%（W/V）范圍內(nèi)，所用的酵母菌只能產(chǎn)生6%～12%（V/V）的乙醇，更高的底物濃度和以乙醇濃度對(duì)酵母菌生長和發(fā)酵會(huì)產(chǎn)生抑制作用；另外，高濃度的發(fā)酵液黏度高，輸送困難大，易積料。而采用清液發(fā)酵，可以克服以上缺點(diǎn)，同時(shí)避免了原料中的沙石等雜物對(duì)換熱器、閥門、泵等發(fā)酵設(shè)備的磨損，降低設(shè)備維修、維護(hù)成本，而且能夠提高蒸餾效率，降低蒸餾能耗。

現(xiàn)有的清液發(fā)酵技術(shù)常采用深度糖化或全糖化工藝，容易在生產(chǎn)過程中發(fā)生染菌，而且高濃度的糖液體會(huì)對(duì)釀酒酵母產(chǎn)生抑制，造成發(fā)酵副產(chǎn)物含量增加，導(dǎo)致淀粉利用率降低。我們?yōu)榱吮苊馍鲜鲆延屑夹g(shù)的不足之處，通過試驗(yàn)探索出一種更有效的清液發(fā)酵生產(chǎn)酒精的方法。該方法液化獲得的清液不易染菌，且在發(fā)酵過程中不會(huì)產(chǎn)生高糖抑制，經(jīng)固液分離獲得的固渣加水進(jìn)行糖化處理可明顯減少淀粉損失，進(jìn)一步提高了淀粉利用率。具體工藝流程見圖1。

圖 1 清液酒精生產(chǎn)新工藝流程

1 實(shí)驗(yàn)方法

淀粉質(zhì)原料配料后調(diào)節(jié)pH、加酶進(jìn)行液化，液化后固液分離，清液直接在32～35℃下糖化發(fā)酵，固渣在50～60℃下糖化后固液分離，并對(duì)分離物即含糖洗料水和固渣分別進(jìn)行回收和利用。其工藝步驟包括：

1.1 取木薯與玉米3：1的混合粉300 kg，粉碎粒度50目，倒進(jìn)2立方拌料罐中，加入自來水700 L，打開攪拌拌料，用NaOH調(diào)節(jié)料漿pH值為5.8，加入淀粉酶17 u/g干料，攪拌均勻后打開拌料罐夾套蒸汽加熱，92℃保溫液化2 h。

1.2 降至34℃后用板框過濾機(jī)過濾壓榨，過濾機(jī)濾布為110目，清液泵至2T發(fā)酵罐，加入糖化酶170 u/g干料,接種干酵母（總發(fā)酵重量的0.1%），發(fā)酵前6小時(shí)通風(fēng)作為酒母培養(yǎng)，然后停風(fēng)發(fā)酵，34℃發(fā)酵25 h發(fā)酵結(jié)束，發(fā)酵結(jié)束后的成熟醪進(jìn)入蒸餾工序，產(chǎn)出成品酒精，化驗(yàn)發(fā)酵成熟醪的酒精度、殘總糖等發(fā)酵指標(biāo)。

1.3 固渣卸下后倒回2立方拌料罐中，加水700 L，加入糖化酶60 u/g干料，62℃糖化2.5 h，用板框過濾機(jī)過濾壓榨，獲得的含糖洗料水先泵至1立方儲(chǔ)罐中，500 kg用于下次拌料，剩余部分用于酒母培養(yǎng)（即加入干酵母后的發(fā)酵前期），廢渣進(jìn)入沼氣系統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)出沼氣或經(jīng)烘干后產(chǎn)出飼料，化驗(yàn)廢渣的水分含量和淀粉含量，用于計(jì)算淀粉損失率。

1.4 重復(fù)以上試驗(yàn)步驟a～c15次，第一次用自來水拌料，后14次用前一次的含糖洗料水拌料。

2 結(jié)果

對(duì)15批實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算平均：發(fā)酵成熟醪酒度15.4%（v/v），殘總糖含量1.05%，廢渣的水分含量56.7%，淀粉含量僅2.82%，淀粉利用率可達(dá)96.6%（見表1）。

表1 結(jié)果統(tǒng)計(jì)

3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析

3.1 由于本工藝對(duì)傳統(tǒng)的清液發(fā)酵生產(chǎn)酒精工藝進(jìn)行了創(chuàng)造性的改進(jìn)，采用液化后的原料固液分離、獲得清液和固渣分別進(jìn)行糖化處理的技術(shù)方案，液化醪獲得的清液還原糖僅為4%～6%，大大低于全糖化獲得清液20%～27%的還原糖含量，因而雜菌（特別是對(duì)酒精發(fā)酵危害巨大的乳酸菌、醋酸菌等）不易滋生。

3.2 清液中加入糖化酶和酒母，糖化和酒精發(fā)酵協(xié)同進(jìn)行，清液中的還原糖含量可以始終維持在8%～14%的較低水平，而后持續(xù)降低至酵母菌將糖利用完全，故而發(fā)酵過程中酵母菌代謝始終比較旺盛，發(fā)酵結(jié)束后殘總糖較低，發(fā)酵副產(chǎn)物也很少。本工藝的清液發(fā)酵生產(chǎn)酒精的方法，通過調(diào)整工藝和優(yōu)化工藝參數(shù)，制備的發(fā)酵成熟醪酒度較高。

3.3 發(fā)酵時(shí)間大大縮短，與傳統(tǒng)工藝比較，發(fā)酵時(shí)間由50h縮短為25h，明顯提高了設(shè)備利用率；同時(shí)降低了長時(shí)間發(fā)酵生酸的可能性，減少了長時(shí)間發(fā)酵酵母自身代謝對(duì)糖分的消耗，淀粉利用率得以顯著提高，由此實(shí)現(xiàn)了淀粉質(zhì)清液酒精發(fā)酵的工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)化，同時(shí)大大提高了淀粉質(zhì)原料綜合利用價(jià)值，具有很大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

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TQ920.6

A

1671-0037（2014）06-52-1.5

張建博（1981-），男，碩士研究生，研究方向：燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)研究。