玉米生料發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇工藝研究

2009No7128 Serial No 208China BrewingExperience Exchanges玉米生料發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇工藝研究盧曉霆,張太日2閆俊,賈鵬(1.長(cháng)春工業(yè)大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院,吉林長(cháng)春130012;2吉林省石油化工設計研究院,吉林長(cháng)春130021;3.吉林省輕工業(yè)設計研究院,吉林長(cháng)春13021)摘要:對玉米生料發(fā)酵生產(chǎn)燃料酒精工藝進(jìn)行了研究,通過(guò)正交試驗得到生料發(fā)酵工藝最佳條件:酵母03%,糖化酶200Ug纖維素酶015%料水比125,攪拌為140rmin,發(fā)酵溫度29℃.在此條件下,進(jìn)行10L發(fā)酵罐試驗發(fā)酵時(shí)間120h左右,最終淀粉用率為93%左右考慮到綜合技術(shù)與經(jīng)濟效益最終的最佳條件確定為:酵母0.2%,糖化酶250Ug,纖維素酶0.%,料水比125,攪拌為140rmin,發(fā)酵溫度29℃,發(fā)酵時(shí)間為85h-95h關(guān)鍵詞:玉米;生料發(fā)酵:燃料酒精:工藝中圖分類(lèi)號:TQ92文獻標識碼:B文章編號:0254-5071(2009)07-012804Fuel alcohol production technology with the fermentation of uncooked corn flotLU Xiaoting, ZHANG Tairi?, YAN Jun, JIA Peng(1. The College of Chemistry and Life Sciences, Changchun Industrial University, Changchun 130012, China;2. Jilin Province Petrochemical Industry Design and Research Institute, Changchun 130012, China3. Jilin Province Light Industry Design and Research Institute, Changchun 130012, China)Abstract: Fuel alcohol production technology with the fermentation of uncooked com flour was studied in this paper. The results were as following:through the orthogonal experiment, the optimum conditions of uncooked com fermentation were 0.3% yeast, 200 U/g saccharifying enzyme, 0.15%cellulase, the ratio of material to water 1:2.5, the stiming speed 140 r/min, and the fermentation temperature 29C. Under these conditions, the fermentation was processed in a 10 L fermenter, and through the fermentation period of 120 h, the final utilization ratio of starch is 93% or so. Takingthe comprehensive technological and economic benefit into consideration, the optimum conditions are designed as 0.2% yeast, 250 U/g saccharifyingenzyme, 0. 1%cellulase, the ratio of material to water 1: 2.5, the stiring speed 140r/min, the fermentation temperature 29C, and the fermentationperiod 85 b-95hKey words: com; fermentation of uncooked com; fuel alcohol; technology“能源危機”使人們開(kāi)始認識到廉價(jià)的原油是會(huì )用完111材料的,利用可再生資源(如糧食或植物纖維)發(fā)酵生產(chǎn)燃料酒脫脂玉米粉(黃):市售(水分(158±05)%,淀粉含量精,作為生物能源來(lái)代替或部分代替汽油是可行的。酒精(71±1)%);安琪釀酒高活性干酵母:湖北宜昌產(chǎn);a-淀是一種具有較高辛烷值的含氧化合物,向汽油中添加粉酶(液化酶2000g:湖南省津市市新型發(fā)酵有限責任5%-10%無(wú)水酒精其辛烷值可提高2~3,發(fā)動(dòng)機不需任公司生產(chǎn);糖化酶(50000g):無(wú)錫市酶制劑廠(chǎng)生產(chǎn):纖維何改動(dòng),不會(huì )減少發(fā)動(dòng)機動(dòng)力而且還有助于汽油的充分素酶(00g0、果膠酶(3000g)、酸性蛋白酶燃燒,降低汽車(chē)尾氣中一氧化碳、碳氫化合物及硫的排放,(00oug):肇東國科北方酶制劑有限公司生產(chǎn)有利于環(huán)境保護。1.12設備傳統的酒精生產(chǎn)工藝的能耗很高,尤其是其高壓蒸煮10L全自動(dòng)發(fā)酵罐:上海保興生物設備有限公司生工段的能耗、氣耗占整個(gè)生產(chǎn)工序能量投入的30%40%產(chǎn);氣浴恒溫搖床THZ-82B:江蘇省金壇市醫療儀器廠(chǎng);左右,并且由此而產(chǎn)生的生產(chǎn)冷卻用水量猛增也使酒精電熱恒溫干燥箱湖北省黃石市醫療器械廠(chǎng)生產(chǎn);恒溫水的生產(chǎn)成本增加淀粉質(zhì)原料生料發(fā)酵生產(chǎn)酒精取消了蒸浴鍋:電子天平(精確至0000g);分析天平:托盤(pán)天平(精煮工段和冷卻糖化工段,從而大幅度降低蒸汽和水的消耗確至01g);托盤(pán)天平(最大量程8kg)及減少設備的使用,進(jìn)一步簡(jiǎn)化工藝,使勞動(dòng)強度大幅下1.2方法降降低生產(chǎn)成本岡。本試驗采用脫脂玉米粉為原料,進(jìn)行121生料發(fā)酵生產(chǎn)燃料酒精工藝流程生料發(fā)酵生產(chǎn)燃料酒精的工藝研究。1材料與方法脫胚玉米粉→調漿→加入制劑及酵母→生料發(fā)酵→蒸餾→脫1.1材料與設備水→燃料酒精收稿日期:基金項目:吉林省教育廳十一五’科研規劃項目(吉教科合字(2007第105號作者簡(jiǎn)介;:盧曉鑫(1963-),男吉林長(cháng)春人,副教授,主要從事食品生物工程產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)研究、設計與教學(xué)工作2009年第7期經(jīng)驗交流中國釀造總第208期129122操作要點(diǎn)由圖1可以看出,隨粉漿濃度增大,淀粉利用率增加搖瓶試驗:稱(chēng)取100g玉米粉置于500mL三角瓶中,隨著(zhù)糖化酶用量增加,淀粉利用率增加,這和 RASMUS D加入一定量的酵母、糖化酶和蒸餾水等將三角瓶置于恒等陶報道的結論相同。并且以瓶(3)料水比1:2.5,糖化酶用溫搖床上進(jìn)行發(fā)酵;每隔一定時(shí)間測發(fā)酵液pH值可溶量250Ug時(shí),淀粉利用率最高為918%。由此表明以生料性固形物、酒精度、酸度等指標,并計算淀粉利用率發(fā)酵生產(chǎn)酒精是完全有可能的。發(fā)酵罐試驗:稱(chēng)取2kg玉米粉置于10L發(fā)酵罐中,加2.1.2生料較高粉漿濃度發(fā)酵罐試驗入一定量的酵母糖化酶和蒸餾水等,開(kāi)動(dòng)攪拌進(jìn)行恒溫10L發(fā)酵罐中加入玉米粉2kg,酵母0.2%,糖化酶發(fā)酵;每隔一定時(shí)間測發(fā)酵液pH值、可溶性固形物酒精250U/g,料水比1:25,140m/min攪拌無(wú)蒸煮,在29℃進(jìn)行度、酸度等指標,并計算淀粉利用率發(fā)酵罐試驗,結果見(jiàn)圖2123分析方法酒精度+淀粉利用率玉米粉水分分析:常壓烘箱干燥法玉米粉淀粉含量分析:酸水解法網(wǎng);玉米粉脂肪含量分析:索式提取法玉米粉蛋白質(zhì)含量分析:凱氏定氮法嗎發(fā)酵醪pH測定:pH6420試紙法;發(fā)酵醪可溶性固性物含量:手持糖量計法;發(fā)酵醪酒精度:密度計法:發(fā)酵醪酸度:酸堿滴定法;發(fā)酵醪殘余還原糖:直接滴定法;淀粉利用率=實(shí)際淀粉出酒率理論淀粉出酒率,理論淀粉出酒率為每100kg淀粉理論上應產(chǎn)無(wú)水酒精5678kg1020304050607080901001101202結果與分析21不同粉漿濃度、不同糖化酶派加量生料發(fā)酵試驗圖2較高粉漿濃度生料發(fā)酵曲線(xiàn)Figure 2. Fermentation curves of uncooked com slurry of由于生料發(fā)酵完全省去了蒸煮和糖化冷卻工段,因此higher concentration將節約大量的蒸氣和冷卻水,從而降低生產(chǎn)成本。2.1,1粉漿濃度、糖化酶量對發(fā)酵的影響由圖2可以看出,前44h發(fā)酵速度快,44h后發(fā)酵速每500三角瓶中加入玉米粉10g酵母02%,[(1)度緩慢,發(fā)酵8h的酒精度為135%vod,淀粉利用率為料水比1:25,糖化酶150Ug:(2)料水比125,糖化酶879%,殘余還原糖為049100mL(醪液),這時(shí)的淀粉利用200g;1)料水比125,糖化酶250Ug:(4)料水比13,率和低溫蒸煮最佳條件下6同時(shí)液化糖化60mi發(fā)糖化酶150U1g:(5)料水比13糖化酶2001g(6)料水比酵所得的最終淀粉利用率(882%)幾乎相當。說(shuō)明蒸煮過(guò)13,糖化酶250Ug;()料水比1:35糖化酶150Ug;:(8)程是完全可以省去的料水比1:3:5,糖化酶20Ug;(⑨)料水比1:3.5,糖化酶22.添加纖維素酶、果膠酶、酸性蛋白酶生料發(fā)酵試驗250U/g:]140mmin攪拌無(wú)蒸煮在29℃進(jìn)行搖瓶試驗發(fā)2.1纖維素酶、果膠酶酸性蛋白酶對發(fā)酵的影響酵84h后的結果見(jiàn)圖1。每500m三角瓶中加入玉米粉100g,酵母0.2%,糖+酒精度淀粉利用率化酶250U/g[(1)料水比1:3,纖維素酶0.1%;(2)料水比1:3,果膠酶005%;(3)料水比1:3,酸性蛋白酶005%;(4)料水比1:2.5,纖維素酶01%;(5)料水比1:2.5,果膠酶005%;(6)料水比1:25,酸性蛋白酶05%;]140m/min攪拌,無(wú)蒸煮,在29℃進(jìn)行搖瓶試驗。發(fā)酵84h后的結果見(jiàn)圖3。由圖3可以看出,生料發(fā)酵隨粉漿濃度增加,淀粉利用率增加,并且在瓶(4)料水比125纖維素酶0.1%時(shí),0可使淀粉利用率高達954%。這說(shuō)明生料較高粉漿濃度發(fā)酵時(shí),添加纖維素酶可使淀粉利用率明顯增加試驗序號222生料較高粉漿濃度添加纖維素酶發(fā)酵罐試驗田1粉漿濃度、化酶量對發(fā)酵的影響10L發(fā)酵罐中加入玉米粉2kg,酵母02%,糖化酶Figure 1. Effect of com slurry concentration and glucoamylase25Ug,纖維素酶0.1%,料水比1:2.5,140mmin攪拌,無(wú)dosage on fermentation2009No7.130 Serial No 208China BrewingExperience Exchanges+酒精度一淀粉利用率蒸煮,在29℃發(fā)酵結果見(jiàn)圖48642由圖4可以看出,前47h發(fā)酵速度快,47h-118h發(fā)酵速度緩慢在發(fā)酵76時(shí),酒精度為144%vol,淀粉利用率為887%,殘余還原糖為032g/100mL(醪液)。在發(fā)酵93h時(shí),酒精度為150%vol,淀粉利用率為924%,殘余還原糖864為026g/100mL(醪液)。在發(fā)酵118h時(shí),酒精度為152%vol,淀粉利用率為93%,殘余還原糖為0.20g/10omL(醪液)。93h后的發(fā)酵速度已經(jīng)變得極為緩慢,可以認為發(fā)酵瓶(1)瓶(2)瓶(3)瓶(4)瓶(5)瓶(693h已經(jīng)發(fā)酵完全。由該試驗進(jìn)一步看出添加纖維素酶可試驗序號使淀粉利用率明顯增加圖3纖維素、果膠酶、酸性蛋白酶對發(fā)酵的影響23正交試驗對生料發(fā)酵條件優(yōu)化Figure 3. Effect of cellulase, pectase and acid protease為了研究進(jìn)一步提高淀粉利用率,降低酵母、糖化酶、纖維素酶用量和增大粉漿濃度進(jìn)行發(fā)酵的可能性,以酒精度—淀粉利用率酵母添加量、糖化酶添加量、纖維素酶添加量、料水比為4因素做L43正交試驗,以淀粉利用率為指標,對生料發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化23.1正交試驗搖瓶試驗表1優(yōu)化生料發(fā)酵條件的正交試驗因素與水平Table 1. Factors and Levels table of the orthogonal test,,,D料010203040506070809010oI0120水平添加量%添加量/(UL)添加量水比時(shí)間/h21:25圖4添加纖維素酶生料發(fā)酵曲線(xiàn)Figure 4. Fermentation curves of uncooked com slurry with cellulose表2優(yōu)化生料發(fā)酵條件的正交試驗結果Table 2. Results of the orthogonal test測定項目號pH值可溶性固形物酒精度酸度淀粉利用率14.70.15400.22814.60.15170K12810284.1283.8K2283.288.12820K,2874280.294.682中國釀造2009年第7期經(jīng)驗交流總第208期131每500mL三角瓶中加入玉米粉100g,發(fā)酵溫度為+酒精度+淀粉利用率29℃,攪拌為140m/min,發(fā)酵時(shí)間96h。正交試驗因素水平見(jiàn)表1,正交試驗搖瓶試驗結果見(jiàn)表2由正交試驗結果的極差分析可知,各影響因素指標的卯86主次順序為D>B>A>C:從平均值上分析正交試驗的最佳工藝條件為ABCD2,即酵母添加量0.3%糖化酶添加量200Ug,纖維素酶添加量0.15%,料水比1:2.52.32正交試驗結果發(fā)酵罐驗證試驗760L發(fā)酵罐中加入玉米粉2kg,酵母0.3%,糖化酶102030405060708090100110120200U/g,纖維素酶0.15%,料水比1:25,140mmin攪拌,無(wú)時(shí)間h6降低糖化酶用量生料發(fā)酵曲線(xiàn)蒸煮,在29℃發(fā)酵結果見(jiàn)圖5。Figure 6. Fermentation curves of uncooked com flour slurrywith reduced glucoamylase dosage酒精度淀粉利用率24生料發(fā)酵工藝與傳統工藝的蒸氣、水消耗情況的比較節省蒸氣和水是生料發(fā)酵工藝的一個(gè)顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)。為了185表現出這一優(yōu)點(diǎn),下面將對生料發(fā)酵工藝與傳統工藝的蒸汽、水消耗情況作一比較m結果見(jiàn)表3。表3生料發(fā)酵工藝與傳統工藝的蒸氣、水消耗情況的比較Table 3 Comparison on steam and water consumption of uncookedcom flour slumy fermentation technology and conventional102030405060708090l001l0120fermentation technolog時(shí)向/h圖5驗證試驗生料發(fā)酵曲線(xiàn)生產(chǎn)1t酒精生料發(fā)酵工藝節省量Figure 5, Proof test of uncooked com fiour slurry(96%vo的消耗項目名稱(chēng)tation curve生料發(fā)傳統節省節省酵工藝工藝脤氣/g水/kg由圖5可以看出,前47h發(fā)酵速度快,47h后發(fā)酵速度緩慢。發(fā)酵至95h時(shí)酒精度為14.5%vol,淀粉利用率為料水比92.0%,殘余還原糖為038g100mL(醪液)。其最終淀粉利拌料水/g1641蒸煮工段蒸汽用率930%比在酵母0.2%,糖化酶250U/g,纖維素酶1436143601%,料水比1:25的條件下進(jìn)行發(fā)酵所得最終淀粉利用糖化冷卻工段冷卻水率936%稍低,在該條件下的發(fā)酵速度也比在酵母02%,消耗/kg45124糖化酶250U/g纖維素酶01%,料水比125的條件下進(jìn)酒母發(fā)酵工段冷卻水6245消耗kg333337088行發(fā)酵的速度相對要慢,并且其酵母和纖維素酶用量也相蒸餾工段腰塔加熱對要多一些,雖然糖化酶用量相對稍少,但其綜合成本要蒸氣消耗kg高一些,因此其經(jīng)濟效益要差一些淀粉出酒率%5755.32.3降低糖化酶用量發(fā)酵罐試驗節省蒸氣、節省水量205153853降低糖化酶用量可進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本,故進(jìn)行此試總計/g驗。10L發(fā)酵罐中加入玉米粉2kg,酵母0.2%,糖化酶200U/g纖維素酶01%料水比12.5,140rmin攪拌,無(wú)蒸通過(guò)生料發(fā)酵工藝與傳統工藝的蒸氣、水消耗情況的煮,在29℃發(fā)酵結果見(jiàn)圖6。比較可看出,生料發(fā)酵工藝每生產(chǎn)lt酒精(96%v可節由圖6可以看出,將糖化酶用量由250U/g減少至省蒸氣205kg,節省水5353kg雖然這只是估算出的數200g后,發(fā)酵至92h時(shí)酒精度為14.%vo,淀粉利用率字,具體的節省蒸氣、節省水的量還需通過(guò)實(shí)際試驗和生為898%,殘余還原糖為0.397g100mL(醪液)。其最終酒產(chǎn)比較才能得到但是可以看出生料發(fā)酵工藝可明顯節約是最終淀粉利用率都低于糖化酶為250U1g時(shí),故糖化酶《次精度為143%vol,淀粉利用率904%,不論是發(fā)酵速度還森氣和用量以250Ug為宜。3.1淀粉利用率隨著(zhù)糖化酶添加量增加而增加,隨著(zhù)粉漿132.2009N7Serial No 208China Brewing高濃發(fā)酵后稀釋啤酒質(zhì)量的改善武斌,黃盟盟2,薄文飛2,周廣田2(1.濟南市質(zhì)量技術(shù)監督局,山東濟南250002;2.山東輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院,山東濟南250353)摘要:近年來(lái)高濃發(fā)酵后稀釋工藝被越來(lái)越多的啤酒廠(chǎng)所采用,市場(chǎng)涌現出大量低濃度啤酒。高濃發(fā)酵后稀釋工藝與常規釀造相比,具有可在不增加糖化、發(fā)酵設備的基礎上大幅度提高啤酒產(chǎn)量的優(yōu)勢。但高濃發(fā)酵后稀釋工藝也存在明顯缺陷,如稀釋后的低濃度啤酒泡持性較差、口味較淡、風(fēng)味不協(xié)調等。該文分析了上述缺陷的形成原因,并提出了后修飾等改善關(guān)鍵詞:低度啤酒高濃發(fā)酵;后稀釋:后修飾中圖分類(lèi)號:Ts2625文獻標識碼:B文章編號:0254-5071(2009)07-0132-03Improvement on the quality of diluted beer after high gravity fermentationWU Bin, HUANG Mengmeng, BO Wenfei, ZHOU Guangtian(1. Jinan Bureau of Quality and Technical Supervision, Jinan 250002, China;2. College of Food and Biological Engineering, Shandong Institute of Light Industry, Jinan 250353, China)Abstract: Recently, in the wake of using high gravity fermentation technology in brewery, more and more beer brands of low concentration appearCompared with conventional technology, breweries which use high gravity fermentation technology could increase the beer production considerablywithout saccharification and fermentation equipments addition. This technology also has some shortage, such as low foam stability, thin flavor, raggedaroma and so on. In the paper, the reason of shortage of diluted beer was discussed and modification also was presented.Key words: low concentration beer, high gravity fermentation technic; dilution; modification1高濃稀釋啤酒的質(zhì)量缺陷和20P麥汁使用100%大麥麥芽糖化,發(fā)酵和后熟階段11泡持性較差都在正常條件下進(jìn)行,最后均稀釋到酒精度5%vol,測定高濃釀造一個(gè)明顯缺陷是啤酒泡持性較差。如12P啤酒泡持性HRV結果20啤酒的HRⅤ值比12P啤酒收稿日期:2009-0303作者簡(jiǎn)介:武斌(1966-),男山東濟南人,主要從事貪品質(zhì)量檢驗和分析技術(shù)的研究工作;周廣田副教授,通訊作者。濃度增大而增加,在料水比1:25,糖化酶添加量250Uυ/g3.4通過(guò)純生料發(fā)酵工藝與傳統工藝的蒸氣、水消耗情況時(shí),淀粉利用率相對較高;并且在較高粉漿濃度生的比較,可看出純生料發(fā)酵工藝可以大大減少蒸氣和水的料發(fā)酵時(shí),添加纖維素酶可明顯提高淀粉利用率。用量,這樣將大大降低酒精生產(chǎn)成本。32通過(guò)正交試驗對生料發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化得到的最佳條35玉米生料發(fā)酵工藝還需進(jìn)行更大規模的試驗,以證明其件為酵母03%糖化酶200U1g纖維素酶05%料水比工業(yè)應用的可能性。另外發(fā)酵時(shí)間長(cháng)糖化酶用量大并且需1:2.5,140m/min攪拌,發(fā)酵溫度29℃。在此條件下,進(jìn)行要添加其他輔助酶制劑,受雜菌污染的危險性較大,還有如10L發(fā)酵罐試驗,發(fā)酵時(shí)間120h左右,最終淀粉利用率為何進(jìn)行連續化生產(chǎn)等問(wèn)題,需要進(jìn)一步研究解決。93%左右。通過(guò)試驗可知發(fā)酵95h以后發(fā)酵速度已經(jīng)變得極為緩慢可以認為發(fā)酵95h已經(jīng)發(fā)酵完全所以發(fā)酵時(shí)參考文獻:間85h-95h已經(jīng)足夠[1]賈樹(shù)彪李盛賢吳國峰新編酒精工藝學(xué)M]北京:化學(xué)工業(yè)出版杜33由正交試驗所得的最佳條件下的糖化酶消耗量雖然相以]薛正蓮玉米生粉酒精發(fā)醇的研究叮安囊機電學(xué)院學(xué)報,9119)對較小,但是纖維素酶和酵母消耗量相對較大,而且其發(fā)68-71酵速度相對較慢(相對于酵母02%,糖化酶250Ulg,纖維3】汪江波,薛海燕,鄒玉玲,等酶制劑的添加對早秈稻谷生料發(fā)酵生產(chǎn)素酶0.1%,料水比125,140mmin攪拌,發(fā)酵溫度29℃的酒精的影響門(mén)中國酸造,2005(4):1-17條件下)。[4]王福榮釀酒分析與檢測M]北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005所以根據各影響因素主次順序綜合技術(shù)與經(jīng)濟效益(5]章克昌酒精與蒸餾酒工藝學(xué)M北京:中國輕工業(yè)出版社19[6]RASMUS D, SVEN P, LSBETH O. Characterization of very high gravit得出最終的最佳工藝條件為;酵母02%糖化酶250Ug,ethanol fermentation of com mash, effect of glucoamylase dosage.pr纖維素酶01%,料水比1:2.5,140mmin攪拌,發(fā)酵溫度 saccharification and yeas畋 in [J]. Applied Microbiol Bi2068929℃C,發(fā)酵時(shí)間為85h95h