玉米與水稻淀粉生產酒精的探討

溫英新 朱金奎

摘 要：玉米的深加工利用是提高其產值的重要手段，玉米栽培面積大、產量高，可作為生產燃料酒精的主要原料。玉米淀粉是玉米的深加工產品，目前國內產量最大的淀粉品種，已形成重要的工業生產行業。水稻淀粉也在酒精生產中得到了廣泛的應用，本文就玉米淀粉生產酒精展開探討。

關鍵詞：玉米淀粉;原料多元化;燃料乙醇

引言

隨著現代工業的發展，世界人口激增，能源危機日趨加劇。據專家估計，世界上已知的石油儲量大約30年內被消耗完。自20世紀發生石油危機以來，石油價格不斷上漲，各國政府和企業開始投資新能源的開發和研究，酒精燃料作為可再生能源得到各國的重視。在我國80%的酒精是利用淀粉質原料生產，10%的酒精用廢糖蜜生產，3.5%的酒精是合成，2%的酒精用其他原料生產。隨著生物酶技術的發展，糖化酶、淀粉酶和高效酵母菌的使用，使淀粉出酒率和原料利用率大大的提高，酶技術被廣泛應用在發酵行業。

1材料與方法

1.1材料

原料及耗材：玉米淀粉、水稻淀粉、諾維信XP淀粉酶、安琪高級釀酒干酵母、尿素、安菌泰、諾維信475糖化酶。儀器設備：三角瓶、快速水分測定儀、酸度計、分析天平、電子天平、可控溫電爐、恒溫培養箱、容量瓶、三角瓶等。

1.2反應機理

以淀粉質為原料生產酒精的原理是首先利用糖化酶將淀粉和糊精轉化為單糖，然后利用單糖進行厭氧發酵，通過EMP途徑將葡萄糖降解為乙醇。糖化最適溫度為60℃，最適pH4.0～4.6，酵母菌的最適溫度在30～33℃，最適生長pH為4.5～5.5，為了抑制雜菌生長，保證酵母正常發酵，常將醪液pH控制在4.0～4.5。本試驗采用復合酶（淀粉酶、纖維素酶、酒精酵母），使酶解、發酵合二為一，在發酵過程中完成了酶解過程，因此整個工藝過程采用一步發酵法，簡化了工藝，節約了生產時間，降低了生產成本，提高了生產效率。

1.3試驗方法

1.3.1檢測方法

酸度、揮發酸檢測：采用酸堿中和滴定法;酵母數、出芽率檢測：采用血球計數法;還原糖、總糖檢測：采用斐林試劑直接滴定法;成熟醪乳酸、醋酸含量：采用HPLC色譜法檢測。酒分檢測：圓底燒瓶蒸餾法。

1.3.2試驗方法

原料預處理：采用水稻清液50%回用拌料制備20%固形物含量的粉漿，以提供酵母生長所需的營養物質。液化過程：在87℃下液化2h，淀粉酶添加量為25U/g原料，DE值達到28。發酵過程：糖化酶添加160U/g原料，尿素添加1.36kg/t原料，5ppm安菌泰，發酵72h。固液分離過程：檢測相關生產指標。

2結果與分析

2.1發酵結果分析

從小試實驗結果分析，以玉米清液回用拌料，明顯優于水稻清液和安琪營養鹽及自制營養鹽，清液回用技術可減少廢水排放量，節約一次水的使用;使用水稻清液拌料原料出酒率達到43.95%，淀粉出酒率有50.04%，玉米淀粉發酵酒精的淀粉利用率達到88.07%，對比淀粉理論生產純酒精量為56.82%存在一定差距，但淀粉發酵制酒精在生產與技術成熟可行的。以清液回用拌料后會造成微生物代謝副產物的積累，如甘油、乳酸、乙酸、琥珀酸等物質成倍增長，致使廢水中的COD值、TSS值偏高。

2.2水稻酒精與玉米淀粉酒精工藝對比

工藝比較可以看出：水稻淀粉與玉米淀粉，由于淀粉含量都高達80%以上，需要配制20%粉漿拌料液化發酵，以免液化糖化發酵時初始還原糖過高而影響酵母生長。水稻與玉米酒精發酵工藝比較，糖化酶，尿素，安菌泰等輔料添加量一致。淀粉利用率和酒分相對于玉米酒精偏低?？赡苁怯捎跉埧偺禽^玉米酒精高，同時也造成了成熟醪COD值升高，可能是由于原料不同及工藝未完全優化造成。

2.3加工成本分析

當以水稻清液拌料發酵玉米淀粉工藝，原料成本約5508元/t，輔料成本約77.8元/t，加工成本約445.1元/t。總成本共計6030.9元/t。與水稻酒精相比，共增加了740元/t。如保持玉米淀粉與水稻為原料總成本相當，以水稻價格1600元/t為基礎折算淀粉價格應為2080元/t。原料成本：玉米淀粉（12%水分）單耗約2.295t/t酒精，以2400元/t原料計算，原料成本約5508元/t酒。與水稻酒精相比2.918t/t酒精，水稻按1600元/t計算，原料成本約4668.8元/t。由此對比，玉米淀粉原料成本用量高出水稻酒精839.2元。輔料成本：現擬采用的水稻清液拌料發酵玉米淀粉工藝，玉米與水稻酒精工藝中輔料的區別僅有淀粉酶使用量增加，其他輔料無差異。淀粉酶使用量0.46kg/t酒精，與水稻酒精相比成本增加了9.1元/t酒精。

3 釀酒活性干酵母的使用方法及優勢

釀酒活性干酵母的使用方法為“復水活化”。其中，復水為取 5-10倍高于干酵母量的 38-400C 糖水，并將干酵母攪拌溶解其中，復水 10-20分鐘;活化為，將復水后的酵母溶液降溫到300C左右，中間可加入干凈的涼水進行降溫，活化1-1.5小時。從釀酒活性干酵母的優勢出發，耐高溫釀酒活性干酵母中的耐高酒分達到了 13%VO1，耐高溫的溫度高達 42℃，在 36-38℃的釀酒原料中可以進行連續性的發酵，酒精生產的過程中有效的節省了對水、電和汽油的消耗 。在 pH3.6的環境下，釀酒活性干酵母不僅可以正常的發揮發酵作用，還能對雜菌繁殖進行抑制，降低酒精生產中發酵的損失。發酵過程中，其具有使用方便和靈活的特點，并可以不在培菌室中進行生產，隨時可以對新的種子進行補充與使用，縮短了大約 24 小時的開機時間，減少了對培菌室的投資和培菌人員，方便了菌種管理的程序。同時，釀酒活性干酵母還具有酵母活性高，發酵與繁殖快、和抗雜菌能力強的優勢，在酒精的生產中有著重要的作用。酒精生產中，之所以要對酵母進行培養，其主要的目的是為了縮短酒精生產中釀酒活性干酵母發酵的時間，以到達降低生產成本的目的。釀酒活性干酵母也可以稱為是一種微生物，它通過對營養的汲取能夠繁殖，并在滿足到一定的細胞數量后通過接種繼續發酵，這樣就縮短了發酵的流程和發酵的時間。同時，酵母的培養質量決定著酵母最終的發酵效果，對酵母進行長時間的培養，不僅會導致酵母中毒素的積累，還會抑制成熟酵母酶系的合成效果，導致發酵指標的不理想。所以，在酒精的生產中，對于釀酒活性酵母的培養，一定要采取合理的培養方式和換種時間，做好發酵連續進行的程度，以培養出高質量的釀酒活性干酵母，更好的作用與酒精的生產中。

結語：

通過實驗驗證，使用玉米淀粉生產酒精是成熟的，水稻淀粉的應用是可行的，玉米淀粉與水稻淀粉的混合使用，為公司開辟了一條原料多元化的途徑。生產方面水稻與玉米淀粉可單獨使用，酒母培養可利用水稻液化醪培養。

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