玉米燃料乙醇生產新工藝研究

馬清榜 張建博 田 苗 鄭 彬

（河南天冠企業集團有限公司，河南 南陽 473000）

玉米燃料乙醇生產新工藝研究

馬清榜 張建博 田 苗 鄭 彬

（河南天冠企業集團有限公司，河南 南陽 473000）

對玉米燃料乙醇生產新工藝進行研究。通過1m3發酵罐的系統試驗，形成了低溫蒸煮、預處理、生淀粉直接發酵三條可行的新工藝路線，為玉米燃料乙醇生產提供了新的思路。

玉米；燃料乙醇；低溫蒸煮；預處理；生淀粉

由于不可再生能源石油資源的日漸減少，作為一種可再生的替代能源燃料乙醇的產量正在迅速增長。作為中國“十五”十大重點工程之一，在有關方面的共同努力下，生物燃料乙醇產業取得了重大發展。以乙醇等替代能源為代表的能源供應多元化戰略已成為中國能源政策的一個方向。同時，國家采取的補貼政策也是對企業效率和競爭力、開發新技術、降低成本方面的能力的考驗。企業要應對不斷變化的政策及市場，必須降低生產成本，加大新技術的開發及儲備。

乙醇生產主要有2種途徑：發酵法與化學合成法。其中發酵法的產量占乙醇產量的絕大部分。在以淀粉類及糖蜜類為原料的發酵法乙醇生產中，又以淀粉類原料為主，糖蜜乙醇僅占發酵乙醇總產量的15%～18%。玉米是發酵法制燃料乙醇的主要原料之一。

傳統的谷物原料酒精發酵，原料處理均為高溫蒸煮法，蒸煮溫度在130℃左右，該方法的缺點是能耗高、設備要求高且復雜。隨著酶工程的發展，蒸煮雙酶法逐漸替代了傳統高溫蒸煮法成為目前各酒精廠主流的生產方法，但蒸煮溫度仍在95-105℃左右：傳統酒精生產液化糖化工段工藝流程如下。

粉漿?預熱塔（預熱至64℃左右）?預液化（加熱至70℃平均停留60-90分鐘）?噴射液化泵（加壓至0.6Mpa）?噴射液化器（迅速升溫至95℃）?后熟器（保溫95℃維持40分鐘）?后液化罐（停留20分鐘后經泵加壓到0.6Mpa）?連消器（升溫至105℃滅菌并在維持器中保溫保壓9分鐘）?一級閃蒸器（瞬間降至80℃產生的二次蒸汽送至預熱塔）?二級閃蒸塔（降至60℃二次蒸汽冷凝后直接排放）?糖化鍋（糖化40分鐘經泵加壓）?泵?糖化換熱器?發酵罐

燃料乙醇生產中，能量消耗最大的兩個工序是蒸煮工序和蒸餾工序，蒸煮工序的蒸汽消耗占整個生產過程蒸汽消耗的25%～30%。將這部分蒸汽消耗全部或大部分節省下來，對與降低燃料乙醇生產整體能耗將起到重要作用。

本研究利用1m3發酵罐的系統試驗，初步摸索出了低溫蒸煮、預處理、生淀粉直接發酵三條可行的新工藝路線，為玉米燃料乙醇生產提供了新的思路。

1 材料與方法

1.1 材料

原料：玉米粉，市售；菌種：安琪超級釀酒活性干酵母，湖北宜昌；酶：液化酶A、糖化酶G、酸性蛋白酶P、諾維信液化酶、諾維信糖化酶；濃硫酸：工業級。

1.2 方法

1.2.1 低溫蒸煮工藝流程

拌料調pH值加入液化酶A65-75℃，維持2h降溫至58-63℃，同時調pH值加入糖化酶G，維持1 h降溫至33℃，加入干酵母、酸性蛋白酶P發酵（33-35℃）。

1.2.2 預處理工藝流程

拌料調pH值升溫至60℃加入糖化酶G，維持2 h降溫至33℃，加入干酵母、酸性蛋白酶P發酵（33-35℃）。

1.2.3 生淀粉直接發酵工藝流程

拌料調pH值加入糖化酶G、干酵母、酸性蛋白酶P發酵（33-35℃）。

1.2.4 蒸煮雙酶法

拌料調pH值加入諾維信液化酶100℃，維持2 h降溫至60℃，同時調pH值加入諾維信糖化酶，維持0.5 h降溫至33℃，加入干酵母發酵（33-35℃）。

2 結果與分析

2.1 低溫蒸煮工藝試驗結果

表 1 低溫蒸煮工藝試驗結果

從表1的數據來看，采用低溫蒸煮工藝進行玉米原料酒精發酵，發酵質量良好。在1:2.0的料水比下，發酵66小時，終了酒度達到15.17%（v／v），通過計算淀粉利用率可達90.82%。

2.2 預處理工藝試驗結果

表 2 預處理工藝試驗結果

從表2的數據來看，采用預處理工藝進行玉米原料酒精發酵，發酵的總時延長，發酵質量良好，在1:2.33的料水比下，發酵64小時，終了酒度為13.10%（v／v），總糖2.40%。

2.3 生淀粉直接發酵工藝試結果

從表3的數據來看，采用生淀粉直接發酵工藝進行玉米原料酒精發酵，發酵的總時間進一步延長，發酵質量良好，在1:2.33的料水比下，發酵75小時，終了酒度為13.18%（v／v），總糖2.50%，通過計算淀粉利用率可達87.25%。

表 3 生淀粉直接發酵工藝試驗結果

2.4 成熟醪液相色譜結果（單位g／100m l）

表 4 成熟醪液相色譜結果

從表4的數據來看，兩種發酵方法發酵成熟醪中的丁二酸含量基本一致，而蒸煮雙酶法成熟醪的乳酸含量是生淀粉直接發酵法的2.8倍多，甘油含量是生淀粉直接發酵法的2倍，葡萄糖和乙酸的含量也都高于生淀粉直接發酵法。

3 結論與討論

3.1 從低溫蒸煮工藝到預處理工藝，再到生淀粉直接發酵工藝，隨著在液化、糖化工段投入能量的減少，發酵總時間逐漸延長。

3.2 采用三種新工藝進行酒精發酵，接種后14—16小時，發酵醪的還原糖含量即降至1%以下，之后的整個發酵過程中，發酵醪的還原糖含量一直維持在很低的水平，酵母處于饑餓狀態，代謝旺盛。同時，三種新工藝發酵醪的pH值在整個發酵過程中同樣維持在較低的水平（4.5以下），這兩個條件有效抑制了發酵醪中雜菌的生長，防止了發酵醪生酸幅度偏高，試驗中成熟醪生酸幅度均在3.5左右。

3.3 有機酸、甘油等副產物的減少，可以大大提高酒精發酵的淀粉利用率，降低糧耗。根據我們以往的試驗數據，蒸煮雙酶法的淀粉利用率一般都在85%以下，而試驗中生淀粉直接發酵工藝的淀粉利用率已達到87.25%。

[1]謝林，呂西軍.玉米酒精生產新技術[M].北京:中國輕工業出版社，2001.

[2]方善康，朱明田.無蒸煮生淀粉酒精發酵研究[J].食品與發酵工業，1988（02）:13-19.

[3]黃平.生料釀酒技術[M].北京:中國輕工業出版社，2001.

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[5]謝曉航，蔣敬全，韓宏明，盧國偉，張家偉.酒精發酵清潔生產新工藝的研究[J]-釀酒科技2013（10）.

作者介紹：馬清榜（1982-），男，碩士研究生，助理工程師，研究方向：濃醪酒精發酵技術、生淀粉直接發酵酒精技術。

TQ517.4

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1671-0037（2014）06-27-1.5