木薯粉与玉米粉混合发酵产乙醇试验研究

雷宇　王应中　赵春雷等

摘要[目的]优化木薯粉与玉米粉混合发酵工艺，提高最终出酒率。[方法]研究了添加少量玉米粉以及木薯与玉米粉大比例配合对产生乙醇的影响。[结果]试验表明，添加1.0%玉米粉时效果最优，出酒提高率最大，由此说明将玉米作为助剂添加时，有利于提高木薯乙醇出酒率；当木薯与玉米粉的质量比为9∶1时，出酒率最高，同时出酒率提高最大，即木薯与玉米粉最佳配比为9∶1。[结论] 研究结果对于木薯、玉米产量都较多的国家或地区发展燃料乙醇具有重要意义。

关键词玉米；木薯；混合发酵；乙醇；出酒率

中图分类号S188+.4文献标识码

A文章编号0517-6611（2015）07-287-03

Study on Producing Ethanol by Cassava Flour and Corn Powder Mixed Fermentation

LEI Yu1，2， WANG Ying-zhong2， ZHAO Chun-lei1，2， HUANG Wen-rong1，2* et al （1. Yunnan Innovative Biological Industry Incubator Management Co. Ltd， Kunming， Yunnan 650117； 2. Yunnan Wonfine Bio-technology Co. Ltd.， Kunming， Yunnan 650117）

Abstract [Objective] To optimize cassava flour and corn flour mixed fermentation process， improve yields of ethanol. [Method] Effects of adding small amount of corn flour， and high proportion mixing of cassava flour and corn powder on ethanol were studied. [Result] The results showed that optimal effect was observed if one percent corn flour mixed with cassava flour， which indicated the additive corn can improve the yields of ethanol； the highest production occurred when cassava and corn flour were mixed at the proportion of 9∶1 （mass ratio）. Therefore， the best ratio between cassava and maize flour was 9∶1. [Conclusion] The study has significance on developing ethanol in countries and regions with high yield of cassava and corn.

Key words Corn； Cassava； Mixed fermentation； Alcohol； Ethanol production

木薯和玉米作为酒精发酵原料优势相当，想要有更广阔的发展空间，两者都还有很多问题亟待解决[1]。木薯和玉米是目前世界上酒精生产最主要的2种原料，笔者试图将两者混合发酵，避免单一发酵存在的某些问题，使之与酵母的配合达到最佳，发挥出最大优势，从而提高最终出酒率。

混合发酵可以避免单一原料发酵的某些不利因素，原料间相互促进，提高出酒率。国内外有过混合原料发酵的相关报道，易弋等对木薯粉与甘蔗糖蜜混合发酵生产柠檬酸的研究表明，混合发酵避免了甘蔗糖蜜黏度大、不适合直接用于柠檬酸发酵等缺点，使糖蜜能最大限度地用于柠檬酸发酵，最终确定了木薯粉与糖蜜混合发酵的最佳配比为9∶1[2]。陈勇等发明了一种淀粉质原料与甘蔗汁混合发酵生产酒精的工艺，研究表明，混合发酵提高了甘蔗汁糖液中的总糖浓度，降低了淀粉质原料醪液的固定物浓度，提高成熟醪的酒精浓度，节约蒸馏蒸汽用量，又减少单位吨酒精的排糟量，减少废糟的处理负荷，而且废酒糟更容易处理，使酒精生产更环保[3]。以淀粉质原料进行浓醪发酵时，存在固形物浓度偏高、容易发生沉淀等缺点，而以甘蔗汁原料发酵时，由于含糖量偏低，存在发酵所得乙醇浓度低、蒸馏能耗高、废液量大等缺点，申乃坤等对木薯粉与甘蔗汁进行混合发酵，以甘蔗汁替代自来水，有效避免了2种原料单一发酵的缺点，提高原料转化率和利用率，缩短发酵时间，提高出酒率[4]。

笔者依据大量以粮食为原料的研究报道及成熟技术，在不影响粮食问题及成本效益的前提下，拟试验检验掺入少量玉米粉以保障发酵微生物营养平衡与高效产乙醇。

1材料与方法

1.1材料主要原料：木薯，取自云南龙川江生物开发有限公司；酿酒高活性干酵母，湖北省宜昌市安琪酵母股份有限公司。主要试剂药品：α-淀粉酶，糖化酶，普鲁兰酶，纤维素酶，β-葡聚糖酶，果胶酶，MgSO4，FeSO4，MnSO4，CoSO4，1 mg/ml葡萄糖标准溶液，DNS试剂，6 mol/L HCl 溶液，1 mol/L HCl 溶液，6 mol/L NaOH溶液，1 mol/L NaOH溶液，酚酞指示剂，饱和氢氧化钠，磷酸二氢钾，尿素，蒸馏水。

1.2测定方法

还原糖的测定：3，5-二硝基水杨酸（DNS）比色法，称取1 g样品，离心2次，定容于50 ml容量瓶，用蒸馏水稀释一定倍数，摇匀备用。吸1 ml样液，0.5 ml DNS试剂，沸水浴5 min，流水冷却后补加蒸馏水4.5 ml，于波长540 nm处比色，测OD值。根据标准曲线，计算还原糖含量。

1001.01.036.3436.3434.500.3434.844.31

1001.51.536.1936.1934.500.5135.013.37

1002.02.036.4736.4734.500.6835.183.67

010010033.8633.86033.8633.860

2.2木薯与玉米粉混合发酵对出酒率的影响

2.2.1总糖、还原糖含量变化曲线。

由图4可知，木薯与玉米粉混合发酵体系中，还原糖与总糖含量变化曲线较为一致，当两者质量比为6∶4时，糖含量最低；当木薯与玉米粉配合比例为5∶5时糖含量均很高，而配比为9∶1时，还原糖与总糖含量也比较高；纯玉米粉发酵时还原糖含量最高，但总糖含量较低。

图4总糖、还原糖变化曲线

2.2.2糖化率与出酒率变化曲线。

由图5可知，木薯与玉米粉混合发酵时，出酒率与糖化率的变化不一致。出酒率变化较为平缓，出酒率最高组为配比9∶1组，比纯木薯组高2.21个百分点，比纯玉米组高2.85个百分点，出酒率最高组对应的还原糖、总糖含量以及糖化率也较高；相反糖化率变化较

为剧烈，糖化率最高组为纯玉米组，但纯玉米组出酒率却最

低，这可能是因为玉米淀粉含量比木薯低的缘故。由图5可知，纯玉米组还原糖含量最高，但总糖含量比较低，为何纯玉米组还原糖含量最高还有待进一步分析。

图5糖化率与出酒率变化曲线

2.2.3出酒提高率分析。

由于木薯与玉米作为酒精发酵原料经济性、出酒率等各方面均有不同，因此单纯比较哪个配比组出酒率最高不是特别严谨，因此就需要对两者混合后的理论出酒量与实际出酒量进行比较，出酒提高率最高组即为木薯与玉米粉最佳配比。

假定发酵总原料质量为每罐100 g，下面比较实际出酒量（混合发酵后产出酒精质量）与理论总出酒量（混合发酵中2种原料如果单独发酵产出酒精质量之和），实际出酒量较理论总出酒量增加部分即为混合发酵出酒提高量，出酒提高率为出酒提高量与理论总出酒量的比值。

43卷7期

雷 宇等木薯粉与玉米粉混合发酵产乙醇试验研究

由表2分析可知，当木薯与玉米粉质量比为9∶1时，出酒率最高，同时出酒提高率最大，即木薯与玉米粉最佳质量比为9∶1。在我国由于非粮燃料乙醇政策，不可能将大量玉米用于燃料乙醇生产，如果有陈化玉米时可以考虑将木薯与陈化玉米9∶1混合后发酵产乙醇；另外，美国由于地多人稀，燃料乙醇生产主要原料是玉米，可以考虑将玉米与木薯混合发酵，实现一加一大于二的效果。

3结论

添加少量玉米粉对木薯发酵产乙醇影响的试验结果表明：当玉米粉作为助剂添加量为1.0%时，出酒提高率最大，即玉米粉最佳添加量为木薯质量的1.0%。在实际生产中，可以考虑添加1.0%的玉米粉，达到最优的出酒效果，这部分玉米可以选择陈化玉米或者玉米生产过程中的废弃物。木薯与玉米粉大比例配合试验结果表明：当木薯与玉米粉质量比为9∶1时，出酒率最高，同时出酒提高率最大，即木薯与玉米粉最佳配比为9∶1。

针对目前我国“不与人争粮，不与粮争地”的燃料乙醇政策，可以考虑将木薯与陈化玉米或者玉米加工副产物进行混合发酵，一举多得。

依据大量以粮食为原料的研究报道及成熟技术，在不影响粮食问题及成本效益的前提下，拟试验检

验掺入少量玉米或其他粮食以保障发酵微生物营养平衡与

足高炉冶炼要求。复合粘结剂成球效果好于单独使用，球团的抗压强度明显高于单独使用时，复合粘结剂在成球过程中能互相促进胶粘，提高球团的抗压强度。随着膨润土和羟丙基羧甲基马铃薯淀粉F用量的增加，球团的抗压强度也相应增大，有机物含量的增加对抗压强度的提高影响更大。

表3 膨润土和CMC复合对球团质量的影响

试验序号膨润土用量∥%F用量%落下强度N/m2抗压强度N爆裂温度℃

10.50.21311800

20.42372800

30.61420800

41.00.22367800

50.42420800

60.62523800

71.50.22386800

80.42476800

90.62610800

2.3.3

膨润土+羟丙基羧甲基马铃薯淀粉+无机助剂的成球效果。

由以上试验可以看出，膨润土和羟丙基羧甲基马铃薯淀粉的复合粘结剂成球效果较好，当膨润土用量达到1.5%，羟丙基羧甲基马铃薯淀粉（F）用量达到0.6%时，成品球抗压强度达到610 N，同时考察了常见无机物助剂在成球中的效果，与有机-无机粘结剂复配使用，从中筛选出有效组分碳酸钙、氧化镁和粉煤灰。

以下是几种典型的粘结剂配方及成球效果。

配方一：

铁粉100 g、膨润土1.5 g、F淀粉0.6 g、粉煤灰0.2 g、氧化镁0.3 g、碳酸钙0.3 g、水分：6%。成品球抗压强度976 N，抗爆裂温度大于800 ℃。

配方二：

铁粉100 g、膨润土1.0 g、F淀粉0.8 g、粉煤灰0.2 g、氧化镁0.3 g、碳酸钙0.3 g、水分6%。成品球抗压强度1 012 N，抗爆裂温度大于800 ℃。

3 结论

对马铃薯淀粉[1]进行化学变性，得到一种羟丙基羧甲基马铃薯淀粉，确定了最佳工艺条件。羟丙基化[2]的最佳反应条件为：反应温度50 ℃，反应时间12 h，淀粉乳浓度30%，硫酸钠质量分数6%，氢氧化钠质量分数1.2%，环氧丙烷质量分数12%。羧甲基化[3]的最佳反应条件为：羟丙基淀粉（原料）

∶碱用量∶氯乙酸=1∶0.8∶1.2，碱化时间60 min，醚化时间120 min，醚化温度70 ℃。产品的粘度达到5 791 mPa·s，羟丙基强度0.423。

利用羟丙基羧甲基马铃薯淀粉（F），采用复配技术，大大减少了传统球团矿粘结剂中膨润土的用量，得到了一种由膨润土、F淀粉、粉煤灰、碳酸钙和氧化镁组成的新型粘结剂[4]，成品球抗压强度高、有害杂质少、且生球无须烘干，自然晾干固化，工艺节能环保，具有较好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]

钟振声，钟艳萍，孙昂.马铃薯交联-羧甲基淀粉的结构与性能[J].华南理工大学学报：自然科学版，2011（3）：22-27.

[2] 刘青松，杨婉身，张祖民，等.马铃薯羟丙基淀粉的制备及理化特性研究[J].食品科技，2008（2）：132-135.

[3] 徐忠.马铃薯羧甲基淀粉的理化性质及结构分析研究[J].黑龙江商学院学报：自然科学版，2000（4）：7-13.

[4] 黄桂香.应用新型有机粘结剂制备氧化球团的研究[D].长沙：中南大学，2007.