玉米生料发酵生产燃料乙醇工艺研究

2009No7128 Serial No 208China BrewingExperience Exchanges玉米生料发酵生产燃料乙醇工艺研究卢晓霆,张太日2闫俊,贾鹏(1.长春工业大学化学与生命科学学院,吉林长春130012;2吉林省石油化工设计研究院,吉林长春130021;3.吉林省轻工业设计研究院,吉林长春13021)摘要:对玉米生料发酵生产燃料酒精工艺进行了研究,通过正交试验得到生料发酵工艺最佳条件:酵母03%,糖化酶200Ug纤维素酶015%料水比125,搅拌为140rmin,发酵温度29℃.在此条件下,进行10L发酵罐试验发酵时间120h左右,最终淀粉用率为93%左右考虑到综合技术与经济效益最终的最佳条件确定为:酵母0.2%,糖化酶250Ug,纤维素酶0.%,料水比125,搅拌为140rmin,发酵温度29℃,发酵时间为85h-95h关键词:玉米;生料发酵:燃料酒精:工艺中图分类号:TQ92文献标识码:B文章编号:0254-5071(2009)07-012804Fuel alcohol production technology with the fermentation of uncooked corn flotLU Xiaoting, ZHANG Tairi?, YAN Jun, JIA Peng(1. The College of Chemistry and Life Sciences, Changchun Industrial University, Changchun 130012, China;2. Jilin Province Petrochemical Industry Design and Research Institute, Changchun 130012, China3. Jilin Province Light Industry Design and Research Institute, Changchun 130012, China)Abstract: Fuel alcohol production technology with the fermentation of uncooked com flour was studied in this paper. The results were as following:through the orthogonal experiment, the optimum conditions of uncooked com fermentation were 0.3% yeast, 200 U/g saccharifying enzyme, 0.15%cellulase, the ratio of material to water 1:2.5, the stiming speed 140 r/min, and the fermentation temperature 29C. Under these conditions, the fermentation was processed in a 10 L fermenter, and through the fermentation period of 120 h, the final utilization ratio of starch is 93% or so. Takingthe comprehensive technological and economic benefit into consideration, the optimum conditions are designed as 0.2% yeast, 250 U/g saccharifyingenzyme, 0. 1%cellulase, the ratio of material to water 1: 2.5, the stiring speed 140r/min, the fermentation temperature 29C, and the fermentationperiod 85 b-95hKey words: com; fermentation of uncooked com; fuel alcohol; technology“能源危机”使人们开始认识到廉价的原油是会用完111材料的,利用可再生资源(如粮食或植物纤维)发酵生产燃料酒脱脂玉米粉(黄):市售(水分(158±05)%,淀粉含量精,作为生物能源来代替或部分代替汽油是可行的。酒精(71±1)%);安琪酿酒高活性干酵母:湖北宜昌产;a-淀是一种具有较高辛烷值的含氧化合物,向汽油中添加粉酶(液化酶2000g:湖南省津市市新型发酵有限责任5%-10%无水酒精其辛烷值可提高2~3,发动机不需任公司生产;糖化酶(50000g):无锡市酶制剂厂生产:纤维何改动,不会减少发动机动力而且还有助于汽油的充分素酶(00g0、果胶酶(3000g)、酸性蛋白酶燃烧,降低汽车尾气中一氧化碳、碳氢化合物及硫的排放,(00oug):肇东国科北方酶制剂有限公司生产有利于环境保护。1.12设备传统的酒精生产工艺的能耗很高,尤其是其高压蒸煮10L全自动发酵罐:上海保兴生物设备有限公司生工段的能耗、气耗占整个生产工序能量投入的30%40%产;气浴恒温摇床THZ-82B:江苏省金坛市医疗仪器厂;左右,并且由此而产生的生产冷却用水量猛增也使酒精电热恒温干燥箱湖北省黄石市医疗器械厂生产;恒温水的生产成本增加淀粉质原料生料发酵生产酒精取消了蒸浴锅:电子天平(精确至0000g);分析天平:托盘天平(精煮工段和冷却糖化工段,从而大幅度降低蒸汽和水的消耗确至01g);托盘天平(最大量程8kg)及减少设备的使用,进一步简化工艺,使劳动强度大幅下1.2方法降降低生产成本冈。本试验采用脱脂玉米粉为原料,进行121生料发酵生产燃料酒精工艺流程生料发酵生产燃料酒精的工艺研究。1材料与方法脱胚玉米粉→调浆→加入制剂及酵母→生料发酵→蒸馏→脱1.1材料与设备水→燃料酒精收稿日期:基金项目:吉林省教育厅十一五’科研规划项目(吉教科合字(2007第105号作者简介;:卢晓鑫(1963-),男吉林长春人,副教授,主要从事食品生物工程产品的开发研究、设计与教学工作2009年第7期经验交流中国酿造总第208期129122操作要点由图1可以看出,随粉浆浓度增大,淀粉利用率增加摇瓶试验:称取100g玉米粉置于500mL三角瓶中,随着糖化酶用量增加,淀粉利用率增加,这和 RASMUS D加入一定量的酵母、糖化酶和蒸馏水等将三角瓶置于恒等陶报道的结论相同。并且以瓶(3)料水比1:2.5,糖化酶用温摇床上进行发酵;每隔一定时间测发酵液pH值可溶量250Ug时,淀粉利用率最高为918%。由此表明以生料性固形物、酒精度、酸度等指标,并计算淀粉利用率发酵生产酒精是完全有可能的。发酵罐试验:称取2kg玉米粉置于10L发酵罐中,加2.1.2生料较高粉浆浓度发酵罐试验入一定量的酵母糖化酶和蒸馏水等,开动搅拌进行恒温10L发酵罐中加入玉米粉2kg,酵母0.2%,糖化酶发酵;每隔一定时间测发酵液pH值、可溶性固形物酒精250U/g,料水比1:25,140m/min搅拌无蒸煮,在29℃进行度、酸度等指标,并计算淀粉利用率发酵罐试验,结果见图2123分析方法酒精度+淀粉利用率玉米粉水分分析:常压烘箱干燥法玉米粉淀粉含量分析:酸水解法网;玉米粉脂肪含量分析:索式提取法玉米粉蛋白质含量分析:凯氏定氮法吗发酵醪pH测定:pH6420试纸法;发酵醪可溶性固性物含量:手持糖量计法;发酵醪酒精度:密度计法:发酵醪酸度:酸碱滴定法;发酵醪残余还原糖:直接滴定法;淀粉利用率=实际淀粉出酒率理论淀粉出酒率,理论淀粉出酒率为每100kg淀粉理论上应产无水酒精5678kg1020304050607080901001101202结果与分析21不同粉浆浓度、不同糖化酶派加量生料发酵试验图2较高粉浆浓度生料发酵曲线Figure 2. Fermentation curves of uncooked com slurry of由于生料发酵完全省去了蒸煮和糖化冷却工段,因此higher concentration将节约大量的蒸气和冷却水,从而降低生产成本。2.1,1粉浆浓度、糖化酶量对发酵的影响由图2可以看出,前44h发酵速度快,44h后发酵速每500三角瓶中加入玉米粉10g酵母02%,[(1)度缓慢,发酵8h的酒精度为135%vod,淀粉利用率为料水比1:25,糖化酶150Ug:(2)料水比125,糖化酶879%,残余还原糖为049100mL(醪液),这时的淀粉利用200g;1)料水比125,糖化酶250Ug:(4)料水比13,率和低温蒸煮最佳条件下6同时液化糖化60mi发糖化酶150U1g:(5)料水比13糖化酶2001g(6)料水比酵所得的最终淀粉利用率(882%)几乎相当。说明蒸煮过13,糖化酶250Ug;()料水比1:35糖化酶150Ug;:(8)程是完全可以省去的料水比1:3:5,糖化酶20Ug;(⑨)料水比1:3.5,糖化酶22.添加纤维素酶、果胶酶、酸性蛋白酶生料发酵试验250U/g:]140mmin搅拌无蒸煮在29℃进行摇瓶试验发2.1纤维素酶、果胶酶酸性蛋白酶对发酵的影响酵84h后的结果见图1。每500m三角瓶中加入玉米粉100g,酵母0.2%,糖+酒精度淀粉利用率化酶250U/g[(1)料水比1:3,纤维素酶0.1%;(2)料水比1:3,果胶酶005%;(3)料水比1:3,酸性蛋白酶005%;(4)料水比1:2.5,纤维素酶01%;(5)料水比1:2.5,果胶酶005%;(6)料水比1:25,酸性蛋白酶05%;]140m/min搅拌,无蒸煮,在29℃进行摇瓶试验。发酵84h后的结果见图3。由图3可以看出,生料发酵随粉浆浓度增加,淀粉利用率增加,并且在瓶(4)料水比125纤维素酶0.1%时,0可使淀粉利用率高达954%。这说明生料较高粉浆浓度发酵时,添加纤维素酶可使淀粉利用率明显增加试验序号222生料较高粉浆浓度添加纤维素酶发酵罐试验田1粉浆浓度、化酶量对发酵的影响10L发酵罐中加入玉米粉2kg,酵母02%,糖化酶Figure 1. Effect of com slurry concentration and glucoamylase25Ug,纤维素酶0.1%,料水比1:2.5,140mmin搅拌,无dosage on fermentation2009No7.130 Serial No 208China BrewingExperience Exchanges+酒精度一淀粉利用率蒸煮,在29℃发酵结果见图48642由图4可以看出,前47h发酵速度快,47h-118h发酵速度缓慢在发酵76时,酒精度为144%vol,淀粉利用率为887%,残余还原糖为032g/100mL(醪液)。在发酵93h时,酒精度为150%vol,淀粉利用率为924%,残余还原糖864为026g/100mL(醪液)。在发酵118h时,酒精度为152%vol,淀粉利用率为93%,残余还原糖为0.20g/10omL(醪液)。93h后的发酵速度已经变得极为缓慢,可以认为发酵瓶(1)瓶(2)瓶(3)瓶(4)瓶(5)瓶(693h已经发酵完全。由该试验进一步看出添加纤维素酶可试验序号使淀粉利用率明显增加图3纤维素、果胶酶、酸性蛋白酶对发酵的影响23正交试验对生料发酵条件优化Figure 3. Effect of cellulase, pectase and acid protease为了研究进一步提高淀粉利用率,降低酵母、糖化酶、纤维素酶用量和增大粉浆浓度进行发酵的可能性,以酒精度—淀粉利用率酵母添加量、糖化酶添加量、纤维素酶添加量、料水比为4因素做L43正交试验,以淀粉利用率为指标,对生料发酵条件进行优化23.1正交试验摇瓶试验表1优化生料发酵条件的正交试验因素与水平Table 1. Factors and Levels table of the orthogonal test,,,D料010203040506070809010oI0120水平添加量%添加量/(UL)添加量水比时间/h21:25图4添加纤维素酶生料发酵曲线Figure 4. Fermentation curves of uncooked com slurry with cellulose表2优化生料发酵条件的正交试验结果Table 2. Results of the orthogonal test测定项目号pH值可溶性固形物酒精度酸度淀粉利用率14.70.15400.22814.60.15170K12810284.1283.8K2283.288.12820K,2874280.294.682中国酿造2009年第7期经验交流总第208期131每500mL三角瓶中加入玉米粉100g,发酵温度为+酒精度+淀粉利用率29℃,搅拌为140m/min,发酵时间96h。正交试验因素水平见表1,正交试验摇瓶试验结果见表2由正交试验结果的极差分析可知,各影响因素指标的卯86主次顺序为D>B>A>C:从平均值上分析正交试验的最佳工艺条件为ABCD2,即酵母添加量0.3%糖化酶添加量200Ug,纤维素酶添加量0.15%,料水比1:2.52.32正交试验结果发酵罐验证试验760L发酵罐中加入玉米粉2kg,酵母0.3%,糖化酶102030405060708090100110120200U/g,纤维素酶0.15%,料水比1:25,140mmin搅拌,无时间h6降低糖化酶用量生料发酵曲线蒸煮,在29℃发酵结果见图5。Figure 6. Fermentation curves of uncooked com flour slurrywith reduced glucoamylase dosage酒精度淀粉利用率24生料发酵工艺与传统工艺的蒸气、水消耗情况的比较节省蒸气和水是生料发酵工艺的一个显著优点。为了185表现出这一优点,下面将对生料发酵工艺与传统工艺的蒸汽、水消耗情况作一比较m结果见表3。表3生料发酵工艺与传统工艺的蒸气、水消耗情况的比较Table 3 Comparison on steam and water consumption of uncookedcom flour slumy fermentation technology and conventional102030405060708090l001l0120fermentation technolog时向/h图5验证试验生料发酵曲线生产1t酒精生料发酵工艺节省量Figure 5, Proof test of uncooked com fiour slurry(96%vo的消耗项目名称tation curve生料发传统节省节省酵工艺工艺脤气/g水/kg由图5可以看出,前47h发酵速度快,47h后发酵速度缓慢。发酵至95h时酒精度为14.5%vol,淀粉利用率为料水比92.0%,残余还原糖为038g100mL(醪液)。其最终淀粉利拌料水/g1641蒸煮工段蒸汽用率930%比在酵母0.2%,糖化酶250U/g,纤维素酶1436143601%,料水比1:25的条件下进行发酵所得最终淀粉利用糖化冷却工段冷却水率936%稍低,在该条件下的发酵速度也比在酵母02%,消耗/kg45124糖化酶250U/g纤维素酶01%,料水比125的条件下进酒母发酵工段冷却水6245消耗kg333337088行发酵的速度相对要慢,并且其酵母和纤维素酶用量也相蒸馏工段腰塔加热对要多一些,虽然糖化酶用量相对稍少,但其综合成本要蒸气消耗kg高一些,因此其经济效益要差一些淀粉出酒率%5755.32.3降低糖化酶用量发酵罐试验节省蒸气、节省水量205153853降低糖化酶用量可进一步降低生产成本,故进行此试总计/g验。10L发酵罐中加入玉米粉2kg,酵母0.2%,糖化酶200U/g纤维素酶01%料水比12.5,140rmin搅拌,无蒸通过生料发酵工艺与传统工艺的蒸气、水消耗情况的煮,在29℃发酵结果见图6。比较可看出,生料发酵工艺每生产lt酒精(96%v可节由图6可以看出,将糖化酶用量由250U/g减少至省蒸气205kg,节省水5353kg虽然这只是估算出的数200g后,发酵至92h时酒精度为14.%vo,淀粉利用率字,具体的节省蒸气、节省水的量还需通过实际试验和生为898%,残余还原糖为0.397g100mL(醪液)。其最终酒产比较才能得到但是可以看出生料发酵工艺可明显节约是最终淀粉利用率都低于糖化酶为250U1g时,故糖化酶《次精度为143%vol,淀粉利用率904%,不论是发酵速度还森气和用量以250Ug为宜。3.1淀粉利用率随着糖化酶添加量增加而增加,随着粉浆132.2009N7Serial No 208China Brewing高浓发酵后稀释啤酒质量的改善武斌,黄盟盟2,薄文飞2,周广田2(1.济南市质量技术监督局,山东济南250002;2.山东轻工业学院食品与生物工程学院,山东济南250353)摘要:近年来高浓发酵后稀释工艺被越来越多的啤酒厂所采用,市场涌现出大量低浓度啤酒。高浓发酵后稀释工艺与常规酿造相比,具有可在不增加糖化、发酵设备的基础上大幅度提高啤酒产量的优势。但高浓发酵后稀释工艺也存在明显缺陷,如稀释后的低浓度啤酒泡持性较差、口味较淡、风味不协调等。该文分析了上述缺陷的形成原因,并提出了后修饰等改善关键词:低度啤酒高浓发酵;后稀释:后修饰中图分类号:Ts2625文献标识码:B文章编号:0254-5071(2009)07-0132-03Improvement on the quality of diluted beer after high gravity fermentationWU Bin, HUANG Mengmeng, BO Wenfei, ZHOU Guangtian(1. Jinan Bureau of Quality and Technical Supervision, Jinan 250002, China;2. College of Food and Biological Engineering, Shandong Institute of Light Industry, Jinan 250353, China)Abstract: Recently, in the wake of using high gravity fermentation technology in brewery, more and more beer brands of low concentration appearCompared with conventional technology, breweries which use high gravity fermentation technology could increase the beer production considerablywithout saccharification and fermentation equipments addition. This technology also has some shortage, such as low foam stability, thin flavor, raggedaroma and so on. In the paper, the reason of shortage of diluted beer was discussed and modification also was presented.Key words: low concentration beer, high gravity fermentation technic; dilution; modification1高浓稀释啤酒的质量缺陷和20P麦汁使用100%大麦麦芽糖化,发酵和后熟阶段11泡持性较差都在正常条件下进行,最后均稀释到酒精度5%vol,测定高浓酿造一个明显缺陷是啤酒泡持性较差。如12P啤酒泡持性HRV结果20啤酒的HRⅤ值比12P啤酒收稿日期:2009-0303作者简介:武斌(1966-),男山东济南人,主要从事贪品质量检验和分析技术的研究工作;周广田副教授,通讯作者。浓度增大而增加,在料水比1:25,糖化酶添加量250Uυ/g3.4通过纯生料发酵工艺与传统工艺的蒸气、水消耗情况时,淀粉利用率相对较高;并且在较高粉浆浓度生的比较,可看出纯生料发酵工艺可以大大减少蒸气和水的料发酵时,添加纤维素酶可明显提高淀粉利用率。用量,这样将大大降低酒精生产成本。32通过正交试验对生料发酵工艺进行优化得到的最佳条35玉米生料发酵工艺还需进行更大规模的试验,以证明其件为酵母03%糖化酶200U1g纤维素酶05%料水比工业应用的可能性。另外发酵时间长糖化酶用量大并且需1:2.5,140m/min搅拌,发酵温度29℃。在此条件下,进行要添加其他辅助酶制剂,受杂菌污染的危险性较大,还有如10L发酵罐试验,发酵时间120h左右,最终淀粉利用率为何进行连续化生产等问题,需要进一步研究解决。93%左右。通过试验可知发酵95h以后发酵速度已经变得极为缓慢可以认为发酵95h已经发酵完全所以发酵时参考文献:间85h-95h已经足够[1]贾树彪李盛贤吴国峰新编酒精工艺学M]北京:化学工业出版杜33由正交试验所得的最佳条件下的糖化酶消耗量虽然相以]薛正莲玉米生粉酒精发醇的研究叮安囊机电学院学报,9119)对较小,但是纤维素酶和酵母消耗量相对较大,而且其发68-71酵速度相对较慢(相对于酵母02%,糖化酶250Ulg,纤维3】汪江波,薛海燕,邹玉玲,等酶制剂的添加对早籼稻谷生料发酵生产素酶0.1%,料水比125,140mmin搅拌,发酵温度29℃的酒精的影响门中国酸造,2005(4):1-17条件下)。[4]王福荣酿酒分析与检测M]北京:化学工业出版社,2005所以根据各影响因素主次顺序综合技术与经济效益(5]章克昌酒精与蒸馏酒工艺学M北京:中国轻工业出版社19[6]RASMUS D, SVEN P, LSBETH O. Characterization of very high gravit得出最终的最佳工艺条件为;酵母02%糖化酶250Ug,ethanol fermentation of com mash, effect of glucoamylase dosage.pr纤维素酶01%,料水比1:2.5,140mmin搅拌,发酵温度 saccharification and yeas畋 in [J]. Applied Microbiol Bi2068929℃C,发酵时间为85h95h