大型白酒糟固態發酵生產生物飼料工藝過程控制技術

楊健 李家勇

摘要 ? ?本文介紹了利用固態發酵技術將釀酒白酒糟工業化生產成生物飼料工藝過程控制技術，主要從設備選型及生產的工藝參數控制上進行了介紹及闡述，并對工業生產過程中存在的問題進行了分析，以期為提高釀酒白酒糟的附加值提供技術參考。

關鍵詞 ? ?白酒糟;生物飼料;固態發酵;工藝控制技術

中圖分類號 ? ?TS264.22 ? ? ? ? 文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2019）20-0218-03 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

Abstract ? ?The process control technology of industrial production of bio-feed from distiller′s grains by solid-state fermentation was introduced.The selection of equipment and the control of process parameters were mainly introduced and elaborated.The existing problems in the industrial production process were explained，in order to provide technical references for improving the added value of distiller′s grains.

Key words ? ?distiller′s grain;bio-feed;solid-state fermentation;process control technology

固態發酵（Solid State Fermentation，SSF）技術是指培養基呈固態、固態基質含水率高但沒有明顯自由水流動狀態下進行的一種或多種微生物發酵的過程，微生物在固態基質上正常繁殖并利用基質作為營養或填充物，改善固體基質特性，提高固體基質利用價值，生產高附加值產品[1]。有資料顯示，中國是世界上農業廢棄物產出量最大的國家，畜禽糞便、農作物秸稈、蔬菜廢棄物總量超過50億t[2]，高含水固體廢棄物諸如餐廚垃圾、糧食加工副產物等更是不計其數，而近年來農業廢棄物的資源化利用向能源化、基質化、飼料化和材料化利用等幾個方面迅速發展[3]，廢棄物中含有的重要營養物質如淀粉、脂類、蛋白質等作為動物飼料的主要成分，可以緩解我國蛋白飼料供不應求的局面。

現以釀酒白酒糟為例，根據不完全統計，貴州省仁懷市2016年生產白酒3.3億L，產生酒糟約90萬t，目前白酒糟處理主要包括酒糟生產飼料、酒糟作燃料、酒糟生產有機肥[4]等方式。就飼料應用來講，多是直接飼喂動物（肉牛、豬等），一部分直接高溫干燥制作酒糟粉，產品附加值低、處理方式粗放、產品質量差，直接影響環境及動物健康，此種處理方式未能從根本上實現白酒糟資源的綜合利用。利用固態發酵技術，通過酵母固體高密度培養、厭氧代謝、酵母自溶水解等現代微生物技術發酵白酒糟制備生物發酵飼料，最大限度地消除酒糟中的抗營養因子，改變培養基中植物蛋白的物理特性，將不易消化的大分子物質小分子化，改善蛋白質的品質，提高小分子營養物質的含量及消化利用率，使處理后的產品具有營養和保健的雙重功效。

本文從醬香型白酒糟生產生物飼料的工業生產實踐，闡述大型白酒糟固態發酵生產飼料工藝環節的過程控制難點及措施，對固態發酵生產加工過程中仍存在的問題進行了分析，以期為固態發酵制備生物飼料工業化應用提供參考。

1 ? ?醬香型白酒糟特點及成分

仁懷市茅臺鎮各釀酒廠采用傳統釀酒工藝，于每年重陽節前后集中烤酒丟糟，將白酒糟作為生產原料的企業需在此期間囤積足夠全年生產所需的原料量。醬香型酒糟初始含水率為60%左右，其主要成分及含量見表1。

從表1可以看出，茅臺鎮醬香型酒糟粗蛋白、粗脂肪、粗淀粉等指標含量較高，營養成分豐富，含有較多的可利用物質，具有開發價值[5]，非常適合加工成飼料。

2 ? ?醬香型白酒糟固態發酵生產生物飼料工藝過程控制技術

醬香型白酒糟制生物飼料工藝采用專利技術，以新鮮的白酒糟為基料，加入復合酶，并接種枯草芽孢桿菌、釀酒酵母，經配料、混合、恒溫發酵及酶解、烘干及制成成品[6]。由工藝及醬香型酒糟原料特性共同確定了生產加工路線及特殊的設備方案，固態發酵技術和設備在飼料工業中應用的主要工藝流程涉及菌種擴大培養、原料預處理、接種發酵、干燥包裝等[7]，本文論及的生產流轉控制過程涉及原料預處理、接種、發酵、低溫烘干、粉碎包裝等環節，力求達到生產過程連續化、規模化、智能化的要求，生產富含生物活性物質的高品質飼料。

2.1 ? ?酒糟原料的集中存放

醬香型酒糟丟糟期間，以酒糟為原料的生產企業必須在此期間收購、堆儲足夠用于全年飼料生產的原料量。以年產5萬t生物飼料規模的企業為例，按生產經驗考慮1%的干物質損耗，約2.5 t酒糟原料產出1 t生物飼料產品，則需收儲約13萬t酒糟，總量約為23.6萬m3。

自卸車將酒糟運至糟場卸料，再由鏟車進行歸攏、挖機堆高，在保證安全操作的情況下，挖機可實現酒糟原料堆高約3 m，堆糟場占地面積為7.87萬m2。

由于酒糟原料含水率高，富含營養物質，自然堆放時極易霉變，因而需對原糟進行壓實、表面噴藥并附膜等保鮮措施。酒糟原料在堆壓過程中，底部滲出大量的糟液，需對糟液進行收集，采用物理或生化方法及時進行處理，避免出現糟液腐敗發臭、蚊蠅滋生現象。

2.2 ? ?酒糟原料預處理

酒糟原料屬高濕高黏易結團物料，輸送特性差，為改善酒糟原料的輸送特性及物料松散特性，在發酵前采用烘干工藝進行預脫水。原料含水率越低，輸送環節卡、堵現象越少，透氣性也越好，利于后段固態發酵及低溫烘干操作。經生產試驗驗證得知，在保證菌種正常生化作用所需最低含水量的情況下原料可預脫水至45%。

原料預烘干脫水工藝段滿足發酵批次用料要求，烘干產能不低于25 t/h，烘干期間的糟料溫度不超過60 ℃、烘干強度不低于3.5 t水/h。

可采用滾筒烘干機作為預處理階段主機設備，鏟車喂料，強制下料斗與刮板輸送機配合為烘干機供料。與酒糟接觸部位的材質使用不銹鋼;主機設備內部設置防黏及自清掃裝置改善原料在主機設備內部黏附、固結現象;外排廢氣、除塵等治理按相應環保要求進行治理后達標排放。

2.3 ? ?混料及接種

摻混并接種的菌劑有復合酶0.5%～1.5%、枯草芽孢桿菌0.2‰～1.0‰、釀酒酵母0.4‰～1.0‰等，菌劑按照原料投加量的干基量比例進行投加。其中釀酒酵母需熱水活化后計量使用。原料酒糟由皮帶秤連續計量，在混料機中酒糟原料與液體菌劑、粉體菌劑連續攪拌、摻混，并連續出料。為保證摻混效果，活化后的液體菌劑宜噴灑接種;其他粉劑菌劑先預混后再與酒糟原料摻混，保證酒糟與菌劑混合均勻，混合均勻度系數≥0.85，混合均勻度變異系數CV值≤15%（CV=樣本標準差/樣本平均值）。

對于工業生產來講，混料與接種環節需計量配料，應設配料系統，自動按比例配料。粉體菌劑間歇式操作，混合機采用螺帶式或漿葉式混合機。酒糟原料與菌劑連續混合并連續進出料，混合機應兼顧均勻混合效果及物料輸送功能，可使用犁刀式混料機。

2.4 ? ?發酵

發酵是生物飼料生產中最關鍵的工藝環節，同時工控條件也最苛刻，控濕、控溫、通風補氧、避免雜菌污染等過程貫穿整個發酵階段。傳統固態發酵借鑒有機肥生產加工設備，工藝控制條件差，產品品質不穩定，雜菌及毒素極易超標。釀酒行業，薩拉丁式的麥芽發芽設備，處理量大，幾乎封閉的空間能夠高效實現控濕、控溫及補氧條件，可應用于白酒糟固態發酵生產生物飼料行業。

發酵主機設備及設施參照大麥發芽行業進行針對性非標研制，每批次投料400 t酒糟原料，單個圓形發酵箱直徑達30 m，固定式通風篩板將發酵箱分隔為上下2層，篩板上原料堆高可達0.9～1.2 m，篩板下層空間作為風機等壓室對篩板上堆料進行均勻控溫及補氧。上層空間設置有繞中心軸轉動的一體機設備，一體機設備具有鋪料、出料、翻料等功能。發酵箱頂吊不銹鋼薄板頂，防止濕熱酸性氣體直接腐蝕頂部鋼梁。發酵箱及設備外形如圖1所示。

2.4.1 ? ?車間控溫。發酵周期72 h，分為2個階段，第一階段菌劑在適宜溫度下大量生長擴培，第二階段菌劑在高溫狀態下自溶。每個階段保持一段時間的規定溫度，保證菌劑充分改良酒糟原料。

本身菌劑以酒糟為基質進行生化反應放出大量的熱量，受外界冬、夏季條件影響，發酵器兩階段溫度失常現象頻繁。酒糟發酵期間對物料溫度進行測定，超溫時，鼓入自然風或冷卻風;反之，鼓入熱風，輔助其升溫;酒糟原料溫度探測系統由5支均布于半徑r=15 m處圓周處多點測溫傳感器組成，可測量不同料層高度物料的溫度，從而分析評估酒糟原料立體發酵情況，由程序控制溫度調節設備的啟停。

溫度調節設備由冷熱源供應、高壓風機、散熱器、表冷器、配套管道閥門等組成，酒糟物料溫度由冷風或熱風進行調節控制。

2.4.2 ? ?控濕、通風、補氧。發酵期間保證菌劑擴培所需要的濕度及氧氣條件，根據發酵箱內測定的空氣濕度進行自動補水。一體機機架橫梁上設有噴淋霧化器，噴淋裝置與自來水供水管道相連。就白酒糟固態發酵來講，原料自身含水率超過45%，無需額外補充水分。

補氧通過鼓入新風實現。一般來講，在發酵料溫調節時，一體機翻料設備將酒糟原料自下而上翻動，冷熱風穿透料層，與菌劑充分接觸，滿足其代謝需要。

2.4.3 ? ?一體機等設備。發酵箱采用頂部溜管下料，底部設中心出料裝置，而酒糟原料進入發酵箱后的圓形攤鋪及歸攏出料則是由一體機設備實現。一體機繞中心支撐裝置順著發酵箱圈梁上的軌道作圓周運動，一體機上橫螺旋正轉或反轉實現酒糟原料徑向攤鋪或收攏，而橫梁上均布的豎向螺旋將原料自下而上攪拌翻動起到補氧、控溫效果。

一體機設備的強弱電線纜及信號氣從等壓室接入中心支撐裝置中的電滑環，這種做法可以實現一體機連續順時針或逆時針旋轉，避免了動力等明線纜因一體機旋轉而發生纏繞使一體機反轉歸位的弊端，提高了工藝效率及操控難度。

一體機設備中與酒糟原料接觸的設備材質宜采用不銹鋼，橫螺旋、豎螺旋的葉片、轉軸、軸承等采用不銹鋼。篩板材質不銹鋼，沖長圓形孔，漏料少同時風阻低。

篩板支撐、一體機橫梁等與酒糟原料非直接接觸部分材質可使用性價比較高的碳鋼熱浸鋅。

2.5 ? ?濕料緩存

酒糟原料發酵結束后，其含水率仍在43%左右，通常含水率超過30%、流動性差的物料不宜采用筒倉方案來匹配前后工藝段的產能差異，高濕高黏原料極易受自身重力擠壓結拱并架橋而難以下料，對工業生產線來講，原料供應不暢，是制約生產控制的最大障礙。

發酵出料量60～90 t/h，而目前路德生物公司在用的國內最大臥式沸騰流化床烘干設備處理量為8～10 t/h，按年產5 萬t產品設計規模，共配備沸騰流化床2臺，總處理量為16～20 t，前后工段產能懸殊。實際生產時，設置褲衩形暫存斗，斗容50～60 m3，斗下設變頻調速螺旋輸送機，配合發酵箱出料，為低溫烘干工段穩定并定量給料。

2.6 ? ?低溫烘干設備

烘干是白酒糟生產飼料的關鍵工藝環節，可起到原料體積減量、長時間存放的效果，同時酒糟原料發酵后，微生物菌劑擴培及工藝自溶，使飼料原料中富含多肽、甘露聚糖、細胞內容物等生物活性成分。因此，發酵酒糟烘干時應選擇合適的烘干設備及烘干方式。

2.6.1 ? ?主機設備。兼顧烘干產能及生物活性保留，可選用多段進風并控溫的臥室沸騰流化床作為烘干主機。流化床分下床體、中床體、上床體三部分，下床體與中床體由通風篩板隔開，下床體設多個布風椎體，椎體外聯鼓風供熱系統，中床體用于酒糟原料流化脫水空間，上床體設計成擴大段，分離出粒徑超過設計值的物料顆粒。

沸騰流化床采用鼓引風系統，鼓風系統考慮沿程壓力損失、局部壓力損失、篩板壓力損失及酒糟原料沸騰壓力損失。引風系統考慮收塵系統阻力、沿程及局部壓力損失，并保證工況下，床內處于-15 00～0 Pa的負壓狀態。流化床進料端設置打散器，改善初始濕料流化沸騰效果差的問題。

2.6.2 ? ?除塵系統。低溫烘干系統的除塵工藝由重力沉降方式與離心分離方式構成，具體是由流化床擴大段、旋風除塵器組、沉降室等部分組成，系統除塵工藝實現外排廢氣含塵量≤30 mg/Nm3。

2.6.3 ? ?低溫操作。流化床設多個分區分別送風并控溫，利用酒糟原料烘干操作時含水率、物料溫度、烘干時間三者之間的變化規律，保證酒糟原料在烘干脫水期間物料溫度不超過60 ℃。烘干后的原料應冷卻至35 ℃以下。具體流化床分區及風溫設置如表2所示。

2.7 ? ?粉碎及包裝

酒糟原料烘干后，經粉碎后包裝成成品，該工藝段設待粉碎料倉及待包裝料倉，工藝段上單體設備均采用機械輸送設備銜接。烘干料流動性差，在待粉碎料倉及待包裝料倉上設置空氣炮。

粉碎及包裝設備宜一用一備，粉碎機選用錘片式，錘片宜采用碳化鎢材質，以提高耐磨性及硬度。

成品粉料粒徑分布廣，堆積密度小，包裝設備采用有斗秤提高包裝速度及包裝精度。

3 ? ?醬香型白酒糟固態發酵制生物飼料仍存在的問題

醬香型白酒糟制生物飼料雖已實現了工業級轉化，但仍存在以下問題：一是醬香型酒糟原料種類及性狀不穩定，有捆沙糟、不同烤制次數的碎沙糟等，工藝設備需提高其適應性;二是酒糟原材料堆場必不可少，同時占地面積過大，酒糟堆碼、保鮮成本大，在有限土地資源條件下，著力提高酒糟堆碼高度及堆碼效率;三是酒糟場大量糟液需處置，COD值高達200 g/L，應有經濟合理的糟液處理措施;四是流化床旋風除塵器殼體離心分離段磨損穿孔，旋風除塵器更換難度極大;五是發酵白酒糟產品附加值低，工藝線設備及控制冗長，降生產成本壓力大。

4 ? ?展望

利用固態發酵技術將醬香型酒糟處理生成生物飼料，實現了工業化、規模化生產，作為釀酒廢棄物資源化利用的有效手段，在減少了環境污染的同時，將酒糟作為新的原材料進行資源化利用，變廢為寶，其經濟效益和社會效益顯著。本文從工業應用出發闡述了酒糟固態發酵工藝控制過程，為酒糟飼料化利用提供了技術參考。接下來，應進一步優化生產線，解決酒糟利用出現的新問題，并著力降低生產運營成本，提高酒糟原料產品附加值，提高酒糟飼料的市場競爭力。

5 ? ?參考文獻

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