全水稻發酵生產食用酒精工藝研究

徐樹峰 李秀榮 吳楊

摘要：水稻儲量巨大，可是其特性之一卻是不易保存，極易產生米質“陳化”和發霉變質。目前在我國燃料乙醇工廠已經開始嘗試用陳化水稻生產燃料乙醇，并取得了一定進展，主要開發出了水稻脫殼粉碎后與玉米粉混合發酵和水稻全粉碎發酵兩種工藝。另外，近年來也有一些其他水稻制備燃料乙醇工藝方法不斷地被提出并進行基礎實驗與小試實驗。本文就全水稻發酵生產食用酒精工藝展開探討。

關鍵詞：全水稻;食用酒精;同步糖化發酵

1燃料乙醇發展現狀

我國生物燃料乙醇產業發展于“十五”初期，經歷了初步試點、穩步發展和非糧乙醇發展階段。主要政策是指定幾個省以封閉的方式使用E10乙醇汽油（即添加10%乙醇的汽油）。截至目前，中國生物燃料乙醇年消費量接近260萬噸，日前，國家發展改革委、國家能源局、財政部等15個部門聯合發布了《擴大生物燃料乙醇生產、推廣車用乙醇汽油實施方案》。根據計劃，到2020年，中國將在全國范圍內推廣車用乙醇汽油，基本實現全覆蓋;到2025年，纖維素乙醇將大規模生產，先進的生物液體燃料技術、設備和產業整體達到國際先進水平。研究表明，乙醇汽油能有效減少碳氫化合物、碳氧化物、苯和顆粒物對環境的污染。E10乙醇汽油可減少9.7%的甲烷排放、36%的一氧化碳排放、39%的苯污染物排放和39%的氣溶膠排放。在全國推廣使用燃料乙醇是大勢所趨。

2材料與方法

2.1材料與試劑

陳化水稻：來自中央儲備糧惠州直屬庫;玉米：來自國家臨儲庫;液化酶（15萬U/g）：山東隆科特酶制劑有限公司;糖化酶（26萬U/g）：杰能科（中國）生物工程有限公司;尿素：陜西渭河重化工有限責任公司;酸性蛋白酶（10萬U/g）：山東隆大生物工程有限公司;安菌泰：柳州龍泰科技有限公司;超級釀酒高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司。葡萄糖：天津市致遠化學試劑有限公司;鹽酸：西隴科學股份有限公司;硫酸：成都市科龍化工試劑廠;氫氧化鈉、次甲基藍指示劑、酚酞指示劑：天津市光復科技發展有限公司;斐林試劑：天津市恒興化學試劑制造有限公司。所有試劑均為分析純。

2.2實驗設備

分析天平：梅特勒AL204，PL-2002pH計：上海精密PHS-3C生物顯微鏡：上海精密XSP-8C高效液相色譜：美國戴安U-300

2.3方法

（1）水稻發酵生產食用酒精的工藝流程及操作要點。

操作要點：粉碎拌漿：水稻原料用篩網孔徑為1.8mm的粉碎機進行粉碎，水稻粉和一次工藝水按1∶2.0（g∶mL）的料水比拌漿，控制粉漿干物質含量28%～30%。液化：調節粉漿pH為5.60左右，添加液化酶（0.10kg/t水稻粉），在粉漿罐預熱至82～84℃，然后進行噴射液化（95～97℃），再經過液化閃蒸后進入液化罐（87～89℃，2h），取樣做碘試，醪液呈棕紅色即液化結束，液化結束經換熱器降溫至28～32℃，得到水稻液化醪。同步糖化發酵：液化醪調節pH至4.40～4.60，添加糖化酶（1.10kg/t水稻粉）、尿素（1.30kg/t水稻粉）、酸性蛋白酶[10-13]（0.05kg/t水稻粉）和安菌泰殺菌劑（5mg/kg），最后按20%接種量添加酒母醪（水稻液化醪用一次工藝水稀釋至16～20°Bx，pH調節值3.8～4.0，添加糖化酶（1.10kg/t水稻粉）、尿素（1.30kg/t水稻粉）、安菌泰殺菌劑（5mg/kg）和2‰超級釀酒高活性干酵母，在29℃條件下培養至酵母數≥2億/mL）后進入發酵罐，發酵0～8h控制溫度28.0～30.0℃，8h后溫度控制32.5～33.5℃，發酵至60h結束，得到水稻發酵成熟醪。精餾：成熟醪經預熱后（55～62℃）進入粗塔蒸餾（塔底溫度75～85℃，塔頂溫度60～70℃），然后進入精餾塔（塔底溫度112～124℃，塔頂溫度86～95℃），再經過脫甲醇、雜醇油萃取后即可得到成品食用酒精。精餾提取酒精產品后，得到水稻廢醪液，經板框壓濾機分離（進料時間1.0～1.5h，壓榨時間20～30min），得到清液和濕糟，清液經蒸發濃縮塔得到濃縮物濕糟經滾筒干燥后再與清液濃縮物混合進入管束干燥機干燥，即可得到水稻干全酒精糟（distillersdriedgrainswithsoluble，DDGS）成品。（2）分析檢測。淀粉含量測定：按照GB/T5009.9—2016《食品中淀粉的測定》中的方法;水分、粗脂肪、粗纖維、蛋白質含量測定：按照GB/T18868—2002《飼料中水分、粗蛋白質、粗纖維、粗脂肪、賴氨酸、蛋氨酸快速測定》中的方法;殘糖含量測定：按照斐林試劑法;外觀糖度、酒精度、揮發酸、酸度等指標測定按照酒精廠常規分析測定方法。

殘淀粉含量=（殘總糖-過濾總糖）×0.9

殘糊精含量=（過濾總糖-還原糖）×0.9

3水稻生產燃料乙醇優化建議

具體內容如下：（1）米漿固體含量高，粘度低于玉米漿，沉降速度快。如果按照傳統的玉米燃料乙醇工藝進行螺旋離心機的卸料，離心機將被堵塞。轉速應逐步調整以適應水稻生產過程。（2）酒糟飼料中粗纖維和灰分含量高，對管道和設備造成很大磨損。有必要加強原材料的預處理，以去除雜質水平，加強管道易磨損點或采用其他高強度材料制成的管道。（3）稻殼富含纖維素、木質素和二氧化硅，其中脂肪和蛋白質含量相對較低。如何利用大米將成為未來陳米生產燃料乙醇的突破口。目前，已經嘗試通過米粉的水解和發酵來制備燃料乙醇。（4）脫殼后大米與玉米粉混合時，隨著大米混合比例的增加，發酵液含量不斷降低。如何馴化使大米發酵成高酒精度的酵母將是技術重點。

結論

本文通過以陳化水稻全粉碎生產乙醇，發酵罐放大試驗，說明陳化水稻全粉碎發酵生產乙醇是可行的，相對于其他原料，純大米淀粉含量高，蛋白含量也高，容易破碎，適合發酵生產乙醇。

參考文獻：

[1]劉勁松.玉米與陳化水稻共發酵生產燃料乙醇的研究[J].釀酒，2015.

[2]劉珍環.近30年中國水稻種植區域與產量時空變化分析[J].地理學報，2016，68（5）.