玉米与水稻淀粉生产酒精的探讨

温英新 朱金奎

摘 要：玉米的深加工利用是提高其产值的重要手段，玉米栽培面积大、产量高，可作为生产燃料酒精的主要原料。玉米淀粉是玉米的深加工产品，目前国内产量最大的淀粉品种，已形成重要的工业生产行业。水稻淀粉也在酒精生产中得到了广泛的应用，本文就玉米淀粉生产酒精展开探讨。

关键词：玉米淀粉;原料多元化;燃料乙醇

引言

随着现代工业的发展，世界人口激增，能源危机日趋加剧。据专家估计，世界上已知的石油储量大约30年内被消耗完。自20世纪发生石油危机以来，石油价格不断上涨，各国政府和企业开始投资新能源的开发和研究，酒精燃料作为可再生能源得到各国的重视。在我国80%的酒精是利用淀粉质原料生产，10%的酒精用废糖蜜生产，3.5%的酒精是合成，2%的酒精用其他原料生产。随着生物酶技术的发展，糖化酶、淀粉酶和高效酵母菌的使用，使淀粉出酒率和原料利用率大大的提高，酶技术被广泛应用在发酵行业。

1材料与方法

1.1材料

原料及耗材：玉米淀粉、水稻淀粉、诺维信XP淀粉酶、安琪高级酿酒干酵母、尿素、安菌泰、诺维信475糖化酶。仪器设备：三角瓶、快速水分测定仪、酸度计、分析天平、电子天平、可控温电炉、恒温培养箱、容量瓶、三角瓶等。

1.2反应机理

以淀粉质为原料生产酒精的原理是首先利用糖化酶将淀粉和糊精转化为单糖，然后利用单糖进行厌氧发酵，通过EMP途径将葡萄糖降解为乙醇。糖化最适温度为60℃，最适pH4.0～4.6，酵母菌的最适温度在30～33℃，最适生长pH为4.5～5.5，为了抑制杂菌生长，保证酵母正常发酵，常将醪液pH控制在4.0～4.5。本试验采用复合酶（淀粉酶、纤维素酶、酒精酵母），使酶解、发酵合二为一，在发酵过程中完成了酶解过程，因此整个工艺过程采用一步发酵法，简化了工艺，节约了生产时间，降低了生产成本，提高了生产效率。

1.3试验方法

1.3.1检测方法

酸度、挥发酸检测：采用酸碱中和滴定法;酵母数、出芽率检测：采用血球计数法;还原糖、总糖检测：采用斐林试剂直接滴定法;成熟醪乳酸、醋酸含量：采用HPLC色谱法检测。酒分检测：圆底烧瓶蒸馏法。

1.3.2试验方法

原料预处理：采用水稻清液50%回用拌料制备20%固形物含量的粉浆，以提供酵母生长所需的营养物质。液化过程：在87℃下液化2h，淀粉酶添加量为25U/g原料，DE值达到28。发酵过程：糖化酶添加160U/g原料，尿素添加1.36kg/t原料，5ppm安菌泰，发酵72h。固液分离过程：检测相关生产指标。

2结果与分析

2.1发酵结果分析

从小试实验结果分析，以玉米清液回用拌料，明显优于水稻清液和安琪营养盐及自制营养盐，清液回用技术可减少废水排放量，节约一次水的使用;使用水稻清液拌料原料出酒率达到43.95%，淀粉出酒率有50.04%，玉米淀粉发酵酒精的淀粉利用率达到88.07%，对比淀粉理论生产纯酒精量为56.82%存在一定差距，但淀粉发酵制酒精在生产与技术成熟可行的。以清液回用拌料后会造成微生物代谢副产物的积累，如甘油、乳酸、乙酸、琥珀酸等物质成倍增长，致使废水中的COD值、TSS值偏高。

2.2水稻酒精与玉米淀粉酒精工艺对比

工艺比较可以看出：水稻淀粉与玉米淀粉，由于淀粉含量都高达80%以上，需要配制20%粉浆拌料液化发酵，以免液化糖化发酵时初始还原糖过高而影响酵母生长。水稻与玉米酒精发酵工艺比较，糖化酶，尿素，安菌泰等辅料添加量一致。淀粉利用率和酒分相对于玉米酒精偏低。可能是由于残总糖较玉米酒精高，同时也造成了成熟醪COD值升高，可能是由于原料不同及工艺未完全优化造成。

2.3加工成本分析

当以水稻清液拌料发酵玉米淀粉工艺，原料成本约5508元/t，辅料成本约77.8元/t，加工成本约445.1元/t。总成本共计6030.9元/t。与水稻酒精相比，共增加了740元/t。如保持玉米淀粉与水稻为原料总成本相当，以水稻价格1600元/t为基础折算淀粉价格应为2080元/t。原料成本：玉米淀粉（12%水分）单耗约2.295t/t酒精，以2400元/t原料计算，原料成本约5508元/t酒。与水稻酒精相比2.918t/t酒精，水稻按1600元/t计算，原料成本约4668.8元/t。由此对比，玉米淀粉原料成本用量高出水稻酒精839.2元。辅料成本：现拟采用的水稻清液拌料发酵玉米淀粉工艺，玉米与水稻酒精工艺中辅料的区别仅有淀粉酶使用量增加，其他辅料无差异。淀粉酶使用量0.46kg/t酒精，与水稻酒精相比成本增加了9.1元/t酒精。

3 酿酒活性干酵母的使用方法及优势

酿酒活性干酵母的使用方法为“复水活化”。其中，复水为取 5-10倍高于干酵母量的 38-400C 糖水，并将干酵母搅拌溶解其中，复水 10-20分钟;活化为，将复水后的酵母溶液降温到300C左右，中间可加入干净的凉水进行降温，活化1-1.5小时。从酿酒活性干酵母的优势出发，耐高温酿酒活性干酵母中的耐高酒分达到了 13%VO1，耐高温的温度高达 42℃，在 36-38℃的酿酒原料中可以进行连续性的发酵，酒精生产的过程中有效的节省了对水、电和汽油的消耗 。在 pH3.6的环境下，酿酒活性干酵母不仅可以正常的发挥发酵作用，还能对杂菌繁殖进行抑制，降低酒精生产中发酵的损失。发酵过程中，其具有使用方便和灵活的特点，并可以不在培菌室中进行生产，随时可以对新的种子进行补充与使用，缩短了大约 24 小時的开机时间，减少了对培菌室的投资和培菌人员，方便了菌种管理的程序。同时，酿酒活性干酵母还具有酵母活性高，发酵与繁殖快、和抗杂菌能力强的优势，在酒精的生产中有着重要的作用。酒精生产中，之所以要对酵母进行培养，其主要的目的是为了缩短酒精生产中酿酒活性干酵母发酵的时间，以到达降低生产成本的目的。酿酒活性干酵母也可以称为是一种微生物，它通过对营养的汲取能够繁殖，并在满足到一定的细胞数量后通过接种继续发酵，这样就缩短了发酵的流程和发酵的时间。同时，酵母的培养质量决定着酵母最终的发酵效果，对酵母进行长时间的培养，不仅会导致酵母中毒素的积累，还会抑制成熟酵母酶系的合成效果，导致发酵指标的不理想。所以，在酒精的生产中，对于酿酒活性酵母的培养，一定要采取合理的培养方式和换种时间，做好发酵连续进行的程度，以培养出高质量的酿酒活性干酵母，更好的作用与酒精的生产中。

结语：

通过实验验证，使用玉米淀粉生产酒精是成熟的，水稻淀粉的应用是可行的，玉米淀粉与水稻淀粉的混合使用，为公司开辟了一条原料多元化的途径。生产方面水稻与玉米淀粉可单独使用，酒母培养可利用水稻液化醪培养。

参考文献：

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[3]史分兰，叶其英，吕松雩.用纯淀粉生产酒精的探讨[J].酿酒科技，2015（2）：8-10.