玉米高濃度酒精發(fā)酵工藝優(yōu)化研究

李博

吉林省輕工業(yè)設(shè)計(jì)研究院 吉林長(zhǎng)春 130000

1 玉米原料超高濃度酒精發(fā)酵的歷史

近年來(lái)，全球化的石油危機(jī)越來(lái)越嚴(yán)重，對(duì)中國(guó)的能源安全產(chǎn)生了一定的影響，我國(guó)依賴石油進(jìn)行化學(xué)工業(yè)的發(fā)展受到了一定程度的影響，同時(shí)限制了高濃度酒精的生產(chǎn)率。目前，中國(guó)的整體經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率很高，已成為世界第三大酒精生產(chǎn)國(guó)。目前來(lái)看，生物酒精的主要原材料是玉米，也就是說(shuō)能夠直接使用淀粉質(zhì)原料完成生產(chǎn)工作。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，可以知道，早在21世紀(jì)初，我國(guó)的酒精生產(chǎn)中的玉米原料便已經(jīng)達(dá)到了50．4%。經(jīng)過十多年的發(fā)展，目前玉米作為化學(xué)原料的實(shí)際份額已達(dá)到66%。相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備的創(chuàng)新和技術(shù)的進(jìn)步，為我國(guó)糧食供求平衡提供了很大的幫助。不僅如此，玉米是整個(gè)工廠深加工鏈中最常用的食品，因此其研究工作變得越來(lái)越重要[1]。

2 玉米酒精發(fā)酵生產(chǎn)研究

面對(duì)日益增長(zhǎng)的酒精生產(chǎn)成本，人們意識(shí)到玉米酒精發(fā)酵是一項(xiàng)重大突破。人們使用玉米秸稈為原料進(jìn)行酒精生產(chǎn)和發(fā)酵，并取得了成功。從目前的情況看，以豐富的玉米秸稈為原料大規(guī)模生產(chǎn)酒精已成為大勢(shì)所趨。這是由于中國(guó)許多地區(qū)大規(guī)模生產(chǎn)玉米。玉米酒精的生產(chǎn)和發(fā)酵具有相對(duì)廣闊的發(fā)展空間。在當(dāng)今時(shí)代，玉米酒精的產(chǎn)量已大大增加。但是，玉米酒精生產(chǎn)的發(fā)酵技術(shù)尚未成熟，迫切需要總結(jié)和提升以前的研究經(jīng)驗(yàn)，形成科學(xué)研究理論，以確保以后的工作順利進(jìn)行。

玉米是一種含有豐富淀粉的農(nóng)作物，被視為酒精生產(chǎn)的原料。以玉米為原料工業(yè)生產(chǎn)酒精的基本原理是利用玉米中豐富的淀粉，通過一系列酶的相互作用，將淀粉分解轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵性糖，這并不意味著工作結(jié)束。再依靠酵母進(jìn)行代謝，將可發(fā)酵性糖轉(zhuǎn)化為酒精。可以發(fā)現(xiàn)，這與淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)的酒精的理論基本類似。其基本理論和操作方法也是相似的。但是，由于原料不同，會(huì)有一些工藝上的差異，需要在原始基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的思考和研究。

對(duì)于玉米酒精生產(chǎn)企業(yè)而言，玉米酒精生產(chǎn)發(fā)酵過程的優(yōu)化控制是當(dāng)前和未來(lái)的重點(diǎn)，這不僅是出于酒精質(zhì)量的考慮，也是出于自身的發(fā)展。酒精的生產(chǎn)過程很復(fù)雜。在該過程中，需要許多工序，并且還需要液化酶和糖化酶的參與，乙醇的質(zhì)量和產(chǎn)率與酶的活性有關(guān)。

在現(xiàn)階段，酒精生產(chǎn)對(duì)減少環(huán)境污染和節(jié)省化學(xué)原料有新的要求。酒精生產(chǎn)過程中對(duì)生物技術(shù)的研究也達(dá)到了新的水平，生物處理方法得以應(yīng)用到酒精生產(chǎn)中[2]。

玉米淀粉是酒精發(fā)酵的重要基礎(chǔ)，但是完全靠純玉米淀粉作為材料缺少一定的影響元素。如果不添加任何后續(xù)物質(zhì)，酒精發(fā)酵將無(wú)法正常進(jìn)行。制造商通常在發(fā)酵過程中添加甘蔗糖蜜，以提供酵母生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)。應(yīng)該注意的是，甘蔗糖蜜的濃度太高，不能直接使用。應(yīng)按比例稀釋和酸化，以確保玉米淀粉正常發(fā)酵。

3 玉米淀粉生產(chǎn)酒精的工藝流程

我們大家都知道淀粉的生產(chǎn)流程，并且我們知道整個(gè)玉米顆粒最終將以粉末形式出現(xiàn)。當(dāng)然，酒精的生產(chǎn)與早期的準(zhǔn)備工作是分不開的，也與后續(xù)的工作是分不開的，它們是相輔相成的。下面我們將重點(diǎn)介紹由玉米淀粉生產(chǎn)酒精的方法。

分離淀粉后，可將其用水預(yù)熱并加熱。觀察到淀粉易于溶解并持續(xù)加熱一段時(shí)間使其成糊狀。蒸煮并糊化后，添加曲霉菌將原料中的淀粉轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性糖，供酵母菌利用。通過這種方式要特別注意空氣控制，并為曲霉菌的繁殖創(chuàng)造良好條件。眾所周知，酵母發(fā)酵、酒精發(fā)酵屬于厭氧性發(fā)酵。為此，我們必須確保它可以進(jìn)行無(wú)氧呼吸，為生物化學(xué)變化的產(chǎn)生提供條件。我們可以觀察到化學(xué)反應(yīng)不是單一的。在此期間，不僅淀粉可以被淀粉酶水解以產(chǎn)生糖，而且蛋白質(zhì)也可以被曲霉菌成功水解以產(chǎn)生肽和氨基酸。一些產(chǎn)生的物質(zhì)將繼續(xù)參與化學(xué)變化，而另一些會(huì)產(chǎn)生二氧化碳和酒精。酒精生產(chǎn)后，要進(jìn)行提取工作，但是有大量的雜質(zhì)，純度不夠。為了獲得符合規(guī)格的醇，必須進(jìn)行蒸餾工作。通常，首先進(jìn)行粗蒸餾以除去一些雜質(zhì)，然后進(jìn)行精蒸餾以提高醇的純度[3]。

4 發(fā)酵過程

4.1 連續(xù)發(fā)酵

連續(xù)發(fā)酵過程分為三種類型：循環(huán)連續(xù)發(fā)酵法、多級(jí)連續(xù)發(fā)酵法、雙流糖化和連續(xù)發(fā)酵。制造商會(huì)結(jié)合連續(xù)發(fā)酵工藝和淀粉利用率各自的優(yōu)勢(shì)，來(lái)選擇合適的類型。

4.2 半連續(xù)發(fā)酵

我們將在主發(fā)酵階段采用連續(xù)發(fā)酵、后發(fā)酵采用間歇發(fā)酵的方法稱之為半連續(xù)發(fā)酵，藝和方法的應(yīng)用與發(fā)展得益于主體的需要。為了滿足操作需要，需要一定數(shù)量的發(fā)酵罐。這些發(fā)酵罐必須相互連接，以確保發(fā)酵狀態(tài)一直連續(xù)。一般來(lái)說(shuō)，物料的發(fā)酵是在經(jīng)過四個(gè)或五個(gè)發(fā)酵罐后完成的。此時(shí)，將輸出送至蒸餾，然后重復(fù)上述操作，以滿足需要。

蒸餾與發(fā)酵工序處理不可能同時(shí)進(jìn)行，這會(huì)增加玉米酒精生產(chǎn)時(shí)間，當(dāng)玉米酒精生產(chǎn)的效率有效提高時(shí)廠家的經(jīng)濟(jì)效益也能夠得到相應(yīng)保障。半連續(xù)發(fā)酵法也有一定的缺陷，因此，需要在這方面應(yīng)進(jìn)行大量的實(shí)踐研究，以使該方法趨于完善和合理。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于任何工作，流程和方法只有與需求和利益一致時(shí)才是正確和合理的。在此階段，目標(biāo)是提高原料玉米的轉(zhuǎn)化率。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)酒精生產(chǎn)和發(fā)酵過程的優(yōu)化和控制，并采用科學(xué)和實(shí)用的方法尋求新的過程和技術(shù)，以幫助提高公司的產(chǎn)品生產(chǎn)效率。