玉米淀粉生產酒精的研究

羅 虎，孫振江，李永恒，梁坤國，許旺發

(廣西中糧生物質能源有限公司，廣西北海 536100）

玉米淀粉（Corn starch），俗名六谷粉，是白色微帶淡黃色的粉末。它是將玉米用0.3%亞硫酸浸泡后，通過破碎、過篩、沉淀、干燥、磨細等工序而制成，普通產品中含有少量脂肪和蛋白質等。玉米淀粉是玉米的深加工產品，目前國內產量最大的淀粉品種,已形成重要的工業生產行業[1-3]。據中國淀粉工業協會統計，2013年我國玉米淀粉總產量約為2350萬t，約占全國淀粉總產量的94%。

受到產能上升、需求下降以及國家政策等因素影響，我國玉米淀粉企業陷入長期虧損當中，尤其是東北玉米淀粉加工企業。同時，我國玉米淀粉產業的開工率呈現波動下降態勢，產能過剩現象依然較為嚴重。2016年，東北地區淀粉加工產能減少200萬t左右。而由于黃淮地區玉米價格的相對優勢，該地區玉米淀粉產能增加270萬t左右。如果加上下半年黑龍江新增產能80萬t和原有產能重啟120萬t，今年下半年我國淀粉加工產業產能擴張規模將非常巨大，淀粉價格預計將繼續低迷。而廣西由于木薯種植面積減少，木薯價格預計將維持在1500～1700元/t，如何實現低價原料是廣西公司生存的關鍵，一方面解決東北糧食主產區深加工產品——淀粉的銷售問題，另一方面解決廣西中糧日益減少的燃料乙醇生產的原料問題[4]，酒精能否在燃料工業上應用關鍵在于降低生產成本[5]，在合適的價格平衡點，適當時機以玉米淀粉為原料生產燃料乙醇是完全可行的。

史分蘭等[6]曾研究指出用純淀粉生產酒精和傳統方法生產酒精的區別是發酵過程需要氮源。張瑞斌等[7]曾做過玉米淀粉制備燃料乙醇工藝優化的研究。利用玉米淀粉大規模生產酒精還未見有報道，課題組在之前的研究基礎上，用木薯清液或玉米清液作為氮源，通過中試裝置驗證玉米淀粉發酵生產燃料乙醇的可行性，同時提出玉米淀粉大規模生產酒精的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

原料及耗材：玉米淀粉、諾維信XP淀粉酶、安琪高級釀酒干酵母、尿素、安菌泰、諾維信475糖化酶。

儀器設備：三角瓶、快速水分測定儀、酸度計、分析天平、電子天平、可控溫電爐、恒溫培養箱、容量瓶、三角瓶等。

1.2 試驗方法

1.2.1 檢測方法

酸度、揮發酸檢測：采用酸堿中和滴定法；酵母數、出芽率檢測：采用血球計數法；還原糖、總糖檢測：采用斐林試劑直接滴定法；成熟醪乳酸、醋酸含量：采用HPLC色譜法檢測。

酒分檢測：圓底燒瓶蒸餾法。

1.2.2 試驗方法（圖1）

原料預處理：采用木薯清液50%回用拌料制備20%固形物含量的粉漿，以提供酵母生長所需的營養物質。

液化過程：在87℃下液化2 h，淀粉酶添加量為25 U/g原料，DE值達到28。

發酵過程：糖化酶添加160 U/g原料，尿素添加1.36 kg/t原料，5 ppm安菌泰，發酵72 h。

固液分離過程：檢測相關生產指標。

2 結果與分析

2.1 發酵結果分析（表1、表2、表3）

表1 發酵效果對比

圖1 試驗流程

從小試實驗結果分析，以木薯清液回用拌料，明顯優于玉米清液和安琪營養鹽及自制營養鹽，清液回用技術可減少廢水排放量，節約一次水的使用；使用木薯清液拌料原料出酒率達到43.95%，淀粉出酒率有50.04%，玉米淀粉發酵酒精的淀粉利用率達到88.07%，對比淀粉理論生產純酒精量為56.82%存在一定差距，使用淀粉發酵制酒精在生產與技術方面不存在問題，技術上是可行的。以清液回用拌料后會造成微生物代謝副產物的積累，如甘油、乳酸、乙酸、琥珀酸等物質成倍增長，致使廢水中的COD值、TSS值偏高。

表2 成熟醪組分HPLC檢測結果對比

2.2 木薯酒精與玉米淀粉酒精工藝對比（表4）

工藝比較可以看出：玉米淀粉酒精由于已經制成粉狀，相對于木薯酒精可以免去粉碎工段環節。玉米淀粉由于淀粉含量高達99%，需要配制20%粉漿拌料液化發酵，以免液化糖化發酵時初始還原糖過高而影響酵母生長。與現有木薯酒精發酵工藝比較，糖化酶，尿素，安菌泰等輔料添加量一致。淀粉利用率和酒分相對于木薯酒精偏低。可能是由于殘總糖較木薯酒精高，同時也造成了玉米淀粉酒精COD值升高，可能是由于原料不同及工藝未完全優化造成。

2.3 加工成本分析（表5）

如表5所示，當以木薯清液拌料發酵玉米淀粉工藝，原料成本約5508元/t，輔料成本約77.8元/t，加工成本約445.1元/t。總成本共計6030.9元/t。與木薯酒精相比，共增加了740元/t。如保持玉米淀粉與木薯為原料總成本相當，以木薯價格1600元/t為基礎折算淀粉價格應為2080元/t。

表3 廢醪、廢水檢測結果

表4 工藝比較

原料成本：玉米淀粉（12%水分）單耗約2.295 t/t酒精，以2400元/t原料計算，原料成本約5508元/t酒。與木薯酒精相比2.918 t/t酒精，木薯按1600元/t計算，原料成本約4668.8元/t。由此對比，玉米淀粉原料成本用量高出木薯酒精839.2元。

表5 成本測算表

輔料成本：現擬采用的木薯清液拌料發酵玉米淀粉工藝，與原有木薯酒精工藝中輔料的區別僅有淀粉酶使用量增加，其他輔料無差異。淀粉酶使用量0.46 kg/t酒精，與木薯酒精相比成本增加了9.1元/t酒精。

動力能源成本：與木薯酒精相比，玉米淀粉發酵工藝無需粉碎工段，且減少一次水及電的用量，液化發酵工段與木薯酒精基本一致，與木薯酒精相比成本降低了25.9元/t酒精。

廢醪處理成本：與木薯酒精相比，廢醪直接進入全糟厭氧處理分離干燥成本降低，木薯清液50%回用于拌料，可降低水處理費用，與木薯酒精相比成本降低了82.3元/t酒精。

3 結論

通過實驗驗證，使用玉米淀粉生產酒精在成本上處于平衡點時是可行的。玉米淀粉的使用，為廣西公司開辟了一條原料多元化的途徑。使用淀粉生產酒精，不需要粉碎，但需要與水拌料均勻，拌料能力按8萬t/年酒精考慮，需要增加計量稱和拌料罐，如玉米淀粉與木薯同時使用建議增加液化裝置。生產方面木薯與玉米淀粉可單獨使用，酒母培養可利用木薯液化醪培養。

[1]蔡同一,趙文娟.玉米深加工及其綜合利用[J].食品科學,2000(1)：6-8.

[2]顧正彪.我國淀粉及其深加工工業現狀和發展趨勢[J].糧食與飼料工業,2002(8)：7-9.

[3]李鳳英.玉米淀粉廠副產品及廢液的綜合利用[J].食品科技,1995(1)：36.

[4]李臣支,許旺發,李永恒.玉米酒糟清液用于全淀粉發酵制備乙醇的研究[J].輕工科技,2017,33(10)：14-15.

[5]章克昌.發展“燃料酒精”的建議[J].中國工程科學,2000(6)：89-93.

[6]史分蘭,葉其英,呂松雩.用純淀粉生產酒精的探討[J].釀酒科技,1987(2)：8-10.

[7]張瑞斌,劉磊,楊永錄,等.玉米淀粉制備燃料酒精的工藝優化[J].應用化工,2008(1)：109-111.