玉米生料发酵生产乙醇工艺研究

酿酒科技2013年第11期(总第233期)· LIQUOR- MAKING SCIENCE& TECHNOLOGY2013 No lITol233)玉米生料发酵生产乙醇工艺研究陶磊,王芳',张伟民l,张娜娜2(1.安徽中粮生化燃料酒精有限公司,安徽蚌埠233010;2.中粮生物化学(安徽)股份有限公司,安徽蚌埠233010)摘要:对玉米生料发酵生产乙醇工艺进行了研究,进行了100L发酵罐试验。试验条件为:颗粒度30目通过率100%,酵母0.02%,GC626酶0.15gkg玉米粉, FERMGEN酶0.10gkg玉米粉, STARGEN002酶2.0gkg玉米粉,液化时间2h,料水比1:2.35,发酵温度32℃,搅拌转速为100rmin,发酵时间80~90h。结果表明,无蒸煮生料发酵工艺是可行的,可节省发酵法生产酒精过程中的能源消耗。关键词:玉米;生料发酵;乙醇;工艺中图分类号:TS2622;TS2614;TS261.3文献标识码:A文章编号:1001-9286(2013)11-0059-03Study on the Fermentation of Uncooked Corn Flour to Produce AlcoholTAO Lei, WANG Fang, ZHANG Weimin' and ZHANG Nana(1. Anhui COFCO Biochemical Fuel Ethanol Co Ltd, Bengbu, Anhui 233010: 2. COFCO Biochemistry(Anhui)Co. Ltd.Bengbu, Anhui 233010, ChinaAbstract: In order to study the fermentation of uncooked com flour to produce alcohol, 10oL fermenting pot test was carried out and the experi-mental conditions were as follows: granule size (30 mesh, 100 pass rate), 0.02 yeast used, the use level of GC626 and FERMGEN andSTARGENo02 were 0. 15 g and 0. 10g and 2.0 g respectively per kg com flour, liquefaction time was 2 h, the ratio of raw materials and water was1:2.35, fermenting temperature was at 32 C, stirring speed was 100 r/min, and fermenting time was 80-90 h. The experimental results showedthat the fermentation of uncooked com flour to produce alcohol was feasible and it could save energy consumption in practiceKey words: com; fermentation of uncooked com; alcohol; technology当前全世界正面临日益严重的石油能源危机,能源源;改善劳动条件,降低劳动强度30%左右;由于降低了瓶颈一直制约着经济发展。由于石油等化石燃料日趋枯高温蒸煮过程中游离糖的损耗,淀粉出酒率大大提高。本竭,酒精已成为最具潜力的替代品,因此,燃料酒精的生试验采用脱胚玉米粉为原料,进行生料发酵生产燃料乙产越来越受到人们的重视,它已成为世界上许多国家研醇的工艺研究。究的重要领域之。1材料与方法传统的酒精生产工艺是将淀粉质原料通过蒸煮液化、糖化工段预制成葡萄糖,利用酵母发酵而转化为含酒1材料、试剂及仪器精混合物,再通过精馏分离制得乙醇的过程。其中蒸煮脱胚玉米粉:安徽中粮生化燃料酒精有限公司粉碎液化糖化工段的蒸汽耗量占整个酒精生产能耗的30%车间提供,水分1263%,淀粉含量72.93%;安琪酿酒高40%,能耗较高。生料发酵,是指原料无需先经过蒸活性干酵母:湖北宜昌产;耐高温a-淀粉酶(7000煮液化糖化而直接加水拌料使糖化发酵同时进行。该AAUg)、ASP糖化酶(580 TGAU/g):杰能科生物工程有工艺蒸汽和冷却水用量最少,酒精含量也高,与普遍采用限公司生产;其他试剂为国产分析纯;实验中所用酶制剂的酒精生产工艺相比,综合能耗下降8%,节约大量能见表1。表1实验所用酶制剂新型酶制剂名称性能优势用量生产厂家GC626淀粉酶可与糖化酶协同作用水解未糊化或液化的颗粒淀粉FERMGEN酸性蛋白酶10058杰能科生物工TME0粉水解酶可与淀粉酶协同作用水解未糊化或液化的颗粒淀粉产生葱,5706Ma程有限公司中国煤化工收稿日期:2013-01-09;修回日期:2013-03-18CNMHG优先数字出版时间:2013-08-07;地址htp/www.cnki.net/kcms/detai7521051T5.20130807,5w/stm酿酒科技2013年第11期(总第233期) LIQUOR- MAKING SCIENCE& TECHNOLOGY2013No.l(Tol233仪器设备:恒温摇床,上海博翎仪器设备有限公司生表2颗粒度对玉米生料发酵的影响(g100m)产;100L全自动发酵罐,上海国强生化工程装备有限公项目组别司生产;恒温水浴锅,江苏省金坛市医疗仪器厂生产;电未过筛过30目筛过40目筛三糖0.04热鼓风干燥箱,湖北省黄石市医疗器械厂生产;高效液相0.020.02色谱, Warters e2695;分析天平, Mettler toledo XP6002葡萄糖0.010.010.01SDR、AL204;显微镜, Olympus BX5l;实验室pH计,果糖0.020.020.02Mettler Toledo FE20;全自动还原糖测定仪,SGDN。乳酸0.040.05酸0.070.070.081.2实验方法丁二酸0.130.130.13121颗粒度对玉米生料发酵的影响甘油0.610.65分别称取未过筛、过30目筛和过40目筛的玉米粉50g于250mL三角烧瓶中,加入蒸馏水125g水浴加料发酵过程中,由于玉米生料发酵采用边糖化边发酵工热至64℃,调pH45,加入GC626酶(015gkg玉米艺,液化效果的好坏直接影响到发酵结果的好坏。延长液粉)、 FERMGEN酶(010gkg玉米粉),液化2h。降温至化时间,有利于物料的充分浸润,有利于糖化酶的作用。32℃,加入0.02%的活性干酵母和 STARGEN002酶液化时间对玉米生料发酵的影响结果见表3。(20gkg),以恒温摇床转速120rmin,发酵65h,后对发表3液化时间对玉米生料发酵的影响(g/100mL)酵成熟醪进行HPLC检测。项目液化时间(h)12,2液化时间对玉米生料发酵的影响2.5称取过30目筛的玉米粉50g于250mL三角烧瓶三糖0.0404中,加入蒸馏水125g。水浴加热至64℃,调pH4.5,加入二糖0.020.02葡萄糖GC626酶(0.15g/kg玉米粉)、 FERMGEN酶(0.10g/kg果糖0.020.02玉米粉),分别液化2h、25h和3h。降温至32℃,加入乳酸0.040.040.02%的活性干酵母和 STARGEN002酶(20g/kg),以乙酸0.070.130.13恒温摇床转速120r/min,发酵65h,发酵成熟醪进行甘油0.610.6HPLC检测。乙醇8.698.728.841.2.3生料较高粉浆浓度发酵罐试验称取25kg过30目筛玉米粉和5875kg自来水置由表3可以看出,随着液化时间的延长,淀粉出酒率于100L发酵罐内,以150rmin搅拌,升温至63~65℃,逐渐提升但液化时间越长,维持温度需要的电耗和汽耗调pH4.5,搅拌均匀后分别加入GC626酶(015gkg玉越高,故本试验以2h作为液化时间。米粉) FERMGEN酶(010gkg玉米粉),以63~65℃23生料较高粉浆浓度发酵罐试验维持2h。拌料结束后降温至32℃,分别加入STAR生料较高粉浆浓度发酵罐试验结果见表4和表5。GEN002酶(2.0gkg玉米粉)、0.02%的活化干酵母,发表4发酵罐试验化学检测结果酵过程中温度控制为30~32℃,搅拌转速100r/min,发项目时间(h)酵过程中每隔一段时间取样检测。024486570758090pH值4.543.623.63.683.683.693.713.75结果与分析酒度(%vol8.511.912.413.213.213.514挥发酸(%)0.110.130.110.110.110.110.112.1颗粒度对玉米生料发酵的影响残糖(%)4.020.380.10.070.060.060.060.06颗粒度对玉米生料发酵的影响结果见表2。总酸度(°)1.623.254.334.064.64.64.714.714.53.232.742.562.522.33由表2可以看出,乙醇含量随粉碎粒度目数的增大滤前总糖(%)滤后总糖(%)0.520.360.240.30.30.26而升高。物料粉碎越细,物料的液化效果越好,有利于淀细胞数(×10°个)0.14.73.52.62.92.853.13.1粉水解酶与物料的充分接触和作用,因此淀粉利用率逐死亡率()2001.410.613812.3194304渐增大。但是粉碎越细,粉碎时电耗越高,因此实际生产中需考虑综合成本。由表4和表5可以看出,前48h内发酵速度快,48h中国煤化工为13.5%vol,淀22液化时间对玉米生料发酵的影响后发酵速度缓玉米生料发酵过程分为液化与糖化两个过程,在生粉出酒率为CNMHG00m(醪液),升酸差和挥发酸浓度也较低,远远优于传统工艺。陶磊,王芳,张伟民,张娜娜·玉米生料发酵生产乙醇工艺研究表5发酵罐试验HPC检测结果(100n)淀粉水解酶水解的,二糖和葡萄糖的含量在整个发酵过时间(h)项目02448606570758090程中一直维持很低水平,也就是说整个过程中没有糖的累积,酵母始终处于一种饥饿并代谢旺盛的状态,生料酶三糖0.70.050.030.030.030.030.030.030.03二糖2910.240.170.070.070.160.070.070.06水解出来的葡萄糖完全被酵母利用。由于生料工艺不会葡萄糖5.760.190.010.010.010.010.010.010.0产生可溶性干物质体系中的渗透压很低,发酵过程的副果糖0.160.020.10.10.10.10.10.10.1产物如甘油、有机酸减少,能使更多的葡萄糖转化成酒乳酸0.020.050.090.090.090.090.090.090.1乙酸0.010.010.020.020.020.020.020.020.03精。玉米中的游离糖含量为1.0%~3.0%,如果采用传丁二酸0.020.060.080.080.090.090.090.090.1统蒸煮过程,这些游离糖有相当的量会与蛋白质发生反甘油0.10.550.710.730.730.730.730.740.77应,或在高温下发生其他变化而变为不可发酵性糖,生料乙醇79.9710.6210.7410.9611.0711.211.34过程由于避免了高温,使这部分糖得以利用叨3结论总之,无蒸煮生料发酵工艺大大节省了发酵法生产酒精过程中的能源消耗。如果使这一工艺进一步趋于成31行业研究认为杂菌污染引起升酸是制约生料发酵熟,并在酒精工业化生产中得以应用,这将具有极其重要的瓶颈之一,但无论用三角瓶还是发酵罐,发酵醪的乳酸的现实意义。和乙酸含量都较低,发酵液的颜色、气味、状态都很正常说明杂菌得到了有效的抑制。之所以能够达到这样的结参考文献:果,一方面是由于所用的玉米原料质量好,无霉变,杂菌]郑辉陶磊玉米秸秆发酵生产燃料乙醇的研究进展广西轻工业,2010(12):14-15含量少;另一方面是由于采用生料工艺使发酵醪中还原(2]岳国君,等现代酒精工艺学[M北京:化学工业出版社,201糖含量始终处于低水平,不利于杂菌繁殖与。因此,可以[3]方善康,朱明田瓜干原料无蒸煮酒精发酵中试研究[食品与认为要使生料发酵酒精顺利进行,各因素的控制并辅助发酵工业,1990(4):35-39添加适当抑菌剂,发酵是可行的。另外,如发酵周期长、糖4]卢晓霞,张太日,闫俊,贾鹏玉米生料发酵生产燃料乙醇工艺化酶用量大,受杂菌污染的危险性较大,以及如何进行连研究[中国酿造,2009(7):128-132.续化生产等问题,需要做深入的研究,以证明其工业应用5]马文超,石贵阳,章克昌玉米原料无蒸煮发酵酒精工艺的研的可行性。究[酿酒科技,2005(2):50-532生料工艺的酒精产量明显高于传统工艺。因为对生6] Karel K. Handbook of Cereal Science and Technology Secon料工艺来讲,在整个发酵过程中,三糖以上的含量几乎没Editon[M). CRC Press, 2000有变化,这表明淀粉是在颗粒状态下(完全没有溶出)被许数跃,段钢以小麦为原料的乙醇生产方法门食品与发酵工业,2006(12):98-103第二届国陈领袖产区葡萄酒大赛获奖名单出炉本刊讯:据《华夏酒报·中国酒业新闻网》报道,2013年8月28日,中国食品工业协会葡萄酒果酒专家委员会下发通知,公布十了不久前举行的第二届国际领袖产区葡萄酒(中国)质量大赛获奖产品名单,69款产品从近40款参赛酒样中脱颍而出,分获金质奖、优秀奖和特别奖。本届大賽,由来自全球各地的16名专业评委通过盲品的方式,经初賽、决赛,从近400款酒样中择优选出了69款具有产区代表性的产品,按分数从高到低的方式,评选出14款金质奖产品、19款优质奖产品、36款特别奖产品。值得一提的是,来自中国的华十夏长城的干红(A区)、张裕的顶级蓝钻冰酒、王朝的XO白兰地(1996)获得了此次大赛的最高奖项——全质奖。大赛组委会负责人、中国食品工业协会葡萄酒果酒专家委员会秘书长杨强表示,和去年相比,今年的大赛无论是在送样的数量和质量上,还是在比賽的组织方面,都有了长足的进步,近400款酒样涵盖了全球主要产酒国的主要产区,这表明大赛的影响力正逐年提升。杨强认为,大賽的权威性和公正性是今年企业参賽积极性提高的一个重要原因。以“国际领袖产区”概念并通过赛事形式,对↑于在中国市场上销售的国内外葡萄酒产品进行质量评比,确实是一个新颖的尝试动我国葡茹酒产业岁展具有重要意义。↑国际领袖产区葡萄酒(中国)质量大賽的举办,其目的是为树立葡萄酒产品中国煤化工际领袖产区的深入交流,提升中国产区和国际领袖产区葡萄酒产品在广大消费者中的认知度和美誉CNMHG来源:华夏酒报·中国酒业新闻网2013-09-24