陈化水稻掺混生产燃料乙醇的工艺

苗春雨，张茂芬，陈光伟(.国投生物能源(鸡东)有限公司，黑龙江 鸡西 5800；.国投象屿生物能源(富锦)有限公司，黑龙江 富锦 5600)

0 引言

目前将陈化水稻掺混到燃料乙醇生产过程中，需要严格控制液化、发酵过程中液化酶、糖化酶、酵母菌及氮源用量等因素，确保陈化水稻可以作为燃料乙醇生产的主要原材料，从根本上提升燃料乙醇生产期间的质量以及效率。与普通燃料乙醇生产工艺相比，陈化水稻的主要应用工艺种类更多，需要结合燃料乙醇生产条件以及实际生产需求，选择适宜的陈化水稻掺混应用方式，为实现燃料乙醇生产经济利益与生态利益最大化的目标奠定坚实技术基础。

1 陈化水稻掺混生产燃料乙醇的可行性分析

1.1 陈化水稻特征

陈化水稻主要就是指水稻经过多年储存后，出现黄化、变质或存在能够对人体造成危害的黄曲霉毒素。陈化水稻碳水化合物的含量极为充沛，是发酵工业生产酒精的重要原材料[1]。经过实际调查研究发现，我国陈化水稻现有1.25亿t，需要花费十几年的时间才可完全消化。

由于水稻存储量最大，其在储存期间经常会出现陈化或发霉变质问题。通常情况下，水稻可储存半年或一年，高温情况下只可以储存1～3个月。在水稻储存约三年以上后，不可直接用作畜牧养殖，而是应经过特殊加工处理，实际处理成本巨大。

燃料乙醇生产是当前全世界各地处理陈化水稻的重要方式之一，由于水稻本身属于高成分农作物，因此将其掺和制燃料乙醇生产过程中，具有更加显著的经济效益，符合我国水稻产量巨大的国情。

1.2 陈化水稻应用优势

陈化水稻内部含有丰富的碳水化合物、蛋白质，是发酵工业中微生物发酵的良好碳源之一[2]。用陈化水稻生产燃料乙醇可降低生产成本，生产效益更高，现已成为燃料乙醇生产工业发展的重要研究课题。不仅如此，陈化水稻的应用也可防止陈化水稻流入食品加工市场，缓解燃料乙醇生产原材料紧缺现状，控制玉米等粮食销量。当前我国燃料乙醇生产行业已经开始尝试掺混陈化水稻，并已研究出水稻脱壳粉碎后与玉米粉混合发酵、水稻全粉碎发酵两种方式，使得陈化水稻在燃料乙醇生产中的应用更加可行。

2 陈化水稻应用于燃料乙醇生产中的主要工艺

陈化水稻由外而内分别有稻壳(颖)、糠层(果皮、种皮、糊粉层的总称)、胚及胚乳等部分结构构成。当前在将陈化水稻掺混至燃料乙醇生产期间，需要对水稻进行脱壳粉碎或不脱壳粉碎两种方式的预处理[3]。其中，脱壳粉碎需要去除陈化水稻表面的稻壳，并将此部分水稻单独粉碎后使用。水稻脱壳粉碎后还应经过拌料、液化、同步糖化发酵、蒸馏脱水等环节，最后生产出合格的燃料乙醇。同时，陈化水稻应用于燃料乙醇生产出的思路也分为两种：第一，将陈化水稻作为第一生产原材料；第二，将陈化水稻与木薯或玉米混合在一起，作为燃料乙醇生产原材料。在实际摸索与试验过程中，发现脱壳后的陈化水稻与玉米粉混合后生产出的燃料乙醇与水稻直接粉碎后发酵生产出的燃料乙醇没有区别，但对DDGS质量影响极大。

2.1 水稻与玉米混合发酵工艺

当前燃料乙醇生产多数使用陈化水稻脱壳粉碎后与玉米粉混合发酵的方式。利用砻谷机将陈化水稻去壳，将获得到的糙米进行粉碎处理，最后通过20目筛，保障水稻粉通过率为85%[4]。粉碎后的水稻应当与全粉碎玉米粉按照一定比例混合配置成淀粉浆液，注重控制粉料与水的比例(料水比)、粉浆液pH值。在酸碱值内掺入适宜剂量的耐高温淀粉酶，确保液化温度控制在90 ℃，液化时间维持在3 h左右。在液化后的液化醪冷却后，将pH值调节在合理范围内，加入适当剂量的酵母、糖化酶，并于30～33 ℃环境下发酵72 h。

通过对玉米粉及脱壳水稻粉混合发酵出的成熟醪进行液相色谱分析，发现在陈化水稻添加比例为40%的情况下，燃料乙醇出酒率最高；在陈化水稻添加比例为60%的情况下，发酵液体中的乳酸含量大于标准值；在陈化水稻添加比例为80%的情况下，发酵液体内部乙酸含量最高，导致燃料乙醇淀粉出酒率降低。在燃料乙醇生产过程中，玉米酒精糟DDGS也是重要产物。其中，高蛋白饲料主要就是原料与酵母混合发酵，生产出燃料乙醇及二氧化碳后剩余的发酵产物，可用于畜牧业养殖，也是当前燃料乙醇工厂重要的经济来源。陈化水稻的掺混比例高低直接影响玉米酒精糟品质，进而影响整体效益。

2.2 陈化水稻全粉碎发酵工艺

当前陈化水稻全粉碎发酵工艺也被广泛应用在燃料乙醇生产过程中。在陈化水稻不脱壳粉碎后，加入适当的水配制成浆液，调节浆液内部酸碱值。在浆液内加入适量比例的耐高温淀粉酶，确保浆液能够在85～90 ℃条件下液化2.5 h。配置冷却后的浆液应当适当加入糖化酶、尿素以及干酵母，在30～33 ℃环境下发酵成熟的醪液。发酵后的醪液需要经过蒸馏与分子筛脱水，生产燃料乙醇。陈化水稻全粉碎发酵工艺在实际应用期间，不仅会耗费大量的电力资源，粉碎后的稻壳进入系统内，对管道及设备磨损极大，会缩短设备寿命周期。同时，该种发酵工艺生产出的干酒糟饲料使用效果欠佳，牛羊等牲畜难以接受酒糟饲料内的稻壳物质，但鸡鸭等家禽对于酒糟饲料内的纤维、蛋白质以及稻壳接受度极高，因此需要细致分析地区畜牧业养殖需求，选择适宜的陈化水稻应用工艺。

2.3 陈化水稻去壳后单独发酵工艺

现阶段，我国燃料乙醇生产多数以玉米、水稻、木薯为原材料，由于各地区经济发展不同，陈化水稻也可使用去壳后单独发酵工艺。具体来说，对脱壳后的陈化水稻进行粉碎处理，将粉碎后的水稻粉与水配制成浆液，将浆液酸碱度控制在5.6左右。加入适宜的淀粉酶，并在85～90 ℃条件下进行液化处理。在浆液冷却后，需要将酸碱值控制在4.5左右，适当加入糖化酶、尿素、干酵母。此种方式获得的发酵效果较好，但是陈化水稻前期预处理的成本较高，后期燃料乙醇废醪分离难度较大。

2.4 陈化水稻与木薯粉混合发酵工艺

在陈化水稻脱壳粉碎处理后，将水稻粉与木薯粉按照一定比例配合成浆液。要求浆液酸碱度控制在5.6。在浆液内添加适当的淀粉酶，获得浆液。在浆液冷却到适宜温度，酸碱值调节到4.4时，可加入适量的安菌泰、糖化酶、尿素以及干酵母。经过实际研究发现，将水稻粉与木薯粉混合，并不会直接影响到醪液实际发酵效果。水稻粉添加比例适宜控制在25%左右。在添加比例越高的情况下，发酵残留物的糖值就越低，发酵期间的酒份高。但由于添加陈化水稻份，导致燃料乙醇后期过滤难度较大，生产出了更多的废水，需要在生产期间有效控制废水内部的总悬浮物固体。与其他陈化水稻应用工艺相比，将木薯粉与陈化水稻份相结合的方式能够切实提升发酵期间的总糖量，使发酵后的酒糟副产品蛋白质含量达20%，对提升实际生产效益具有重要意义。

3 陈化水稻掺混生产燃料乙醇工艺的注意事项

3.1 控制醪残总糖

醪残的总糖含量也是评估陈化水稻掺混燃料乙醇生产工艺效果的重要标准，可直观展现出燃料乙醇发酵完全程度。随着发酵过程不断推进，醪液内部糖分含量下降，发酵后的残余糖分越少，是提高燃料乙醇生产期间经济效益的重要保障。因此在将陈化水稻应用在燃料乙醇生产过程中，需要选择合理的应用工艺，确保醪残总糖含量能够被控制在最低范围之内，使燃料乙醇发酵效果符合预期目标。

3.2 选择适宜的酵母菌株

在燃料乙醇实际发酵过程中，添加不同种类的酵母菌株也会对燃料乙醇生产环节造成极大影响。要求在菌株选择过程中，应当将燃料乙醇得率、酸度、还原糖等数值作为参考依据，确保燃料乙醇生产质量与效率能够达到最佳效果。

3.3 调整不同酵母的用量

在将陈化水稻应用在燃料乙醇生产过程中，需注重控制酵母的用量。 经过试验验证，发酵液中酵母用量为0.5%，燃料乙醇得率最高，总脂含量最低，实际生产期间的经济效益十分显著。

3.4 严格控制发酵温度标准

在明确糖化酶用量，选择适宜酵母菌株以及酵母用量后，需要严格遵循发酵过程中及温度控制标准。具体而言，不同发酵温度会对燃料乙醇生产质量及效率造成不同程度影响。经试验结果发现，在温度过低的情况下，酵母活性降低，燃料乙醇得率含量也将降低；温度过高的情况下，发酵液体中的酸度、还原糖以及总脂率随之升高，燃料乙醇得率也会下降，因此需要将温度控制在30～33 ℃左右。

4 结语

总而言之，将陈化水稻掺混至燃料乙醇生产中的工艺均已成熟，生产出的燃料乙醇产品与其他原料生产出的燃料乙醇产品质量相当。为充分发挥出陈化水稻实际应用期间的经济价值，还需要细致考虑当地饲料市场需求，选择适宜的陈化水稻生产方式。现阶段国家及有关部门就燃料乙醇生产实施方案提出了更高要求，强调酒精燃料乙醇生产工作需要结合我国水稻储存量巨大的国情，使酒精燃料乙醇生产成为去除陈化水稻库存的重要手段，从根本上提升农业资源利用率，促进地区可持续发展。