高濃度清液酒精發酵技術研究

張建博 周 鵬 黃玉濤 劉 勇

（河南天冠企業集團有限公司，河南 南陽 473000）

高濃度清液酒精發酵技術研究

張建博 周 鵬 黃玉濤 劉 勇

（河南天冠企業集團有限公司，河南 南陽 473000）

本文介紹了一種高濃度清液發酵生產酒精的方法，淀粉質原料經液化后進行固液分離獲得清液和固渣，清液加入糖化酶和酒母進行酒精發酵；固渣加水進行糖化處理，經再次固液分離獲得含糖洗料水和廢渣，含糖洗料水用于配料或酒母培養和發酵，廢渣可制成飼料和肥料或用于沼氣發酵。液化醪獲得的清液不易染菌且在發酵過程中不會產生高糖抑制，減少發酵副產物的產生，可明顯降低設備磨損，提高發酵設備利用率及蒸餾效率。發酵結果顯示，成熟醪酒度超過15.4%（v/v），殘總糖可低于1.05%，廢渣淀粉含量低于2.82%，淀粉利用率可達96.6%以上。

淀粉質原料；清液發酵；液化醪；固液分離；淀粉利用率

酒精被廣泛應用于食品、化工醫藥、染料、國防等行業。酒精不僅可作為一種燃料，更是一種戰略物資，世界上2/3的酒精被用作燃料。發展酒精不僅可以促進農業的可持續發展，并且可以作為清潔能源代替汽油或汽油添加劑，減少工業大氣污染，保護環境，同時也可緩解原油進口的壓力。近年來，隨著引進設備及工藝的應用和農作物結構的變化，用谷物、木薯原料制酒精的工廠發展速度較快，隨著酒精產量的迅猛增長，酒精生產技術正發生日新月異的變化，快速向現代化邁進。生物工程菌構建、節能減排技術、自動化控制等高新技術的應用，已使酒精工業的面貌發生了翻天覆地的變化。

在傳統酒精發酵的基礎上發展出來的高濃度酒精發酵，是許多研究酒精的專家努力的方向。在傳統的酒精發酵工藝中，所用的糖濃度一般在16%～25%（W/V）范圍內，所用的酵母菌只能產生6%～12%（V/V）的乙醇，更高的底物濃度和以乙醇濃度對酵母菌生長和發酵會產生抑制作用；另外，高濃度的發酵液黏度高，輸送困難大，易積料。而采用清液發酵，可以克服以上缺點，同時避免了原料中的沙石等雜物對換熱器、閥門、泵等發酵設備的磨損，降低設備維修、維護成本，而且能夠提高蒸餾效率，降低蒸餾能耗。

現有的清液發酵技術常采用深度糖化或全糖化工藝，容易在生產過程中發生染菌，而且高濃度的糖液體會對釀酒酵母產生抑制，造成發酵副產物含量增加，導致淀粉利用率降低。我們為了避免上述已有技術的不足之處，通過試驗探索出一種更有效的清液發酵生產酒精的方法。該方法液化獲得的清液不易染菌，且在發酵過程中不會產生高糖抑制，經固液分離獲得的固渣加水進行糖化處理可明顯減少淀粉損失，進一步提高了淀粉利用率。具體工藝流程見圖1。

圖 1 清液酒精生產新工藝流程

1 實驗方法

淀粉質原料配料后調節pH、加酶進行液化，液化后固液分離，清液直接在32～35℃下糖化發酵，固渣在50～60℃下糖化后固液分離，并對分離物即含糖洗料水和固渣分別進行回收和利用。其工藝步驟包括：

1.1 取木薯與玉米3：1的混合粉300 kg，粉碎粒度50目，倒進2立方拌料罐中，加入自來水700 L，打開攪拌拌料，用NaOH調節料漿pH值為5.8，加入淀粉酶17 u/g干料，攪拌均勻后打開拌料罐夾套蒸汽加熱，92℃保溫液化2 h。

1.2 降至34℃后用板框過濾機過濾壓榨，過濾機濾布為110目，清液泵至2T發酵罐，加入糖化酶170 u/g干料,接種干酵母（總發酵重量的0.1%），發酵前6小時通風作為酒母培養，然后停風發酵，34℃發酵25 h發酵結束，發酵結束后的成熟醪進入蒸餾工序，產出成品酒精，化驗發酵成熟醪的酒精度、殘總糖等發酵指標。

1.3 固渣卸下后倒回2立方拌料罐中，加水700 L，加入糖化酶60 u/g干料，62℃糖化2.5 h，用板框過濾機過濾壓榨，獲得的含糖洗料水先泵至1立方儲罐中，500 kg用于下次拌料，剩余部分用于酒母培養（即加入干酵母后的發酵前期），廢渣進入沼氣系統發酵產出沼氣或經烘干后產出飼料，化驗廢渣的水分含量和淀粉含量，用于計算淀粉損失率。

1.4 重復以上試驗步驟a～c15次，第一次用自來水拌料，后14次用前一次的含糖洗料水拌料。

2 結果

對15批實驗結果進行統計，計算平均：發酵成熟醪酒度15.4%（v/v），殘總糖含量1.05%，廢渣的水分含量56.7%，淀粉含量僅2.82%，淀粉利用率可達96.6%（見表1）。

表1 結果統計

3 技術優勢分析

3.1 由于本工藝對傳統的清液發酵生產酒精工藝進行了創造性的改進，采用液化后的原料固液分離、獲得清液和固渣分別進行糖化處理的技術方案，液化醪獲得的清液還原糖僅為4%～6%，大大低于全糖化獲得清液20%～27%的還原糖含量，因而雜菌（特別是對酒精發酵危害巨大的乳酸菌、醋酸菌等）不易滋生。

3.2 清液中加入糖化酶和酒母，糖化和酒精發酵協同進行，清液中的還原糖含量可以始終維持在8%～14%的較低水平，而后持續降低至酵母菌將糖利用完全，故而發酵過程中酵母菌代謝始終比較旺盛，發酵結束后殘總糖較低，發酵副產物也很少。本工藝的清液發酵生產酒精的方法，通過調整工藝和優化工藝參數，制備的發酵成熟醪酒度較高。

3.3 發酵時間大大縮短，與傳統工藝比較，發酵時間由50h縮短為25h，明顯提高了設備利用率；同時降低了長時間發酵生酸的可能性，減少了長時間發酵酵母自身代謝對糖分的消耗，淀粉利用率得以顯著提高，由此實現了淀粉質清液酒精發酵的工業化生產的優化，同時大大提高了淀粉質原料綜合利用價值，具有很大的經濟和社會效益。

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TQ920.6

A

1671-0037（2014）06-52-1.5

張建博（1981-），男，碩士研究生，研究方向：燃料乙醇生產技術研究。