利用甜高粱莖稈提取乙醇的實(shí)驗報告(第二報)——不同貯存時(shí)期莖稈乙醇提取量的實(shí)驗

釀酒科技2008年第9期(總第171期) LIQUOR- MAKING SCIENCE& TECHNOLOGY2008N9Tl.171)利用甜高粱莖稈提取乙醇的實(shí)驗報告(第二報)不同貯存時(shí)期莖稈乙醇提取量的實(shí)驗劉杰,張占金,宋冰,吳利興,鄭士梅,李源有,段永生,馮鐵英,丁孝營(yíng),黨擁華,張巖(吉林省吉林市農業(yè)科學(xué)院,吉林吉林132101)摘要:以九甜粱I號莖稈為試材,在2007年莖稈收獲后貯存近7個(gè)月的過(guò)程中分4個(gè)時(shí)期進(jìn)行了乙醇提取實(shí)驗。結果表明,甜高粱莖稈在貯存過(guò)程中,粗乙醇的提取率隨莖稈水分、有效糖分的減少和純度的下降而遞減,雖然較鮮稈分別下降了102%2.67%、325%,但能夠有效延長(cháng)北方地區甜高梁莖稈的加工期。為確定吉林地區的合理加工時(shí)期與最大加工時(shí)限提供了參考。關(guān)健詞:燃料乙醇;甜高粱莖稈;自然凍貯;提取量;提取率;可加工期中圖分類(lèi)號:TS2622;Ts2614;TS2612文獻標識碼:A文章編號:1001-9286(2008)090062-03Experimental Report on Ethanol Production from Sweet Sorghum Stems (I)Experiments of Ethanol Production by Sorghum Stems of Different Storage PeriodLIU jie, ZHANG Zhan-jin, SONG bing, WU Li-xing, ZHENG Shi-mei, LI Yuan-you, DUAN Yong-sheng,FENG Tie-ying, DING Xiao-ying, DANG Yong-hua and ZHANG YanJilin Academy of Agricultural Sciences, Jilin, Jilin 132101, ChinAbstract: Jiutianliang No I sweet sorghum stem (harvested in 2007)was used as testing materials. after 7 months storage, the stems were di-vided into four groups for the experiments according to different storage period. The results showed that during the storage of the stems, the extraction rate of crude ethanol dropped with the decrease of water content, efficient sugar content and sugar purity in the stems (dropped by1.02%,2.67% and 3. 25 respectively compared with the extraction rate of ethanol produced by fresh stems). However, the storage of thestems could effectively prolong its processable period in northem China. The experiments could provide reference for the determination of reasonable processing time and the maximum processing time of the stems in JilinKey words: fuel ethanol; sweet sorghum stem; natural freezing storage; extraction volume; extraction rate; processable period以甜高粱莖稈作為新型生物質(zhì)原料制取乙醇具有提取乙醇實(shí)驗已經(jīng)取得的基礎上,2007~2008年仍采較為廣闊的發(fā)展前景,符合我國“可再生能源法”的相關(guān)用簡(jiǎn)易固態(tài)發(fā)酵法進(jìn)行了甜高粱莖稈貯存過(guò)程中不同規定,同時(shí)也越來(lái)越受到全世界各國政府的高度重視。時(shí)期乙醇提取量的實(shí)驗,為確定吉林地區的合理加工時(shí)要想使甜髙粱莖稈加工乙醇的產(chǎn)業(yè)真正得到推廣應用,期與最大加工時(shí)限提供了科學(xué)的依據,也為甜高粱莖稈如何延長(cháng)甜高粱莖稈的加工期限是關(guān)鍵。僅利用收獲后加工乙醇的產(chǎn)業(yè)化推廣積累了寶貴的經(jīng)驗。實(shí)驗報告總的鮮稈進(jìn)行加工,在吉林地區只有40d左右的加工期。結如下:有的地方采取窯貯法、埋藏法及藥劑處理等方法延長(cháng)甜高粱莖稈的貯存時(shí)間來(lái)實(shí)現延長(cháng)莖稈加工期但均因效1材料與方法果差或成本過(guò)高而難以推廣。為此我們利用北方獨特11材料與儀器的自然條件—天然大冷庫進(jìn)行自然凍貯,可有效延長(cháng)原料:九甜粱1號莖稈,吉林市農科院甜高粱示范北方地區甜髙粱莖稈的加工期,即使到次年3月中旬,基地提供,2007年10月初收獲,采用天然貯存法莖稈粗乙醇(50%vo)的提取量如折算成鮮稈的提取率田間“立碼子”貯放。2007年11月中旬莖稈結凍,2008仍達到1020%可加工期約6個(gè)月年2月下旬解凍。2006年,吉林市農科院在以九甜粱1號鮮稈進(jìn)行酵母:安琪牌酒用耐高溫活性干酵母,安琪酵母股基金項目:國家發(fā)改委投資項目(20062518)收稿日期:200807-21作者簡(jiǎn)介:劉杰(963-),男大學(xué)本科研究員吉林市農科院院長(cháng)吉林市農學(xué)會(huì )理事長(cháng),利用甜高梁莖稈提取乙醇項目的主持人獲省一等獎3項“吉林省有突出貢獻的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才”“吉林市十大杰出青年”發(fā)表論文10余篇。劉杰張占金,宋冰,等11人·利用甜高粱莖稈提取乙醇的實(shí)驗報告(第二報)—一不冋貯存時(shí)期莖稈乙醇提取量的實(shí)驗份有限公司。稈重量累計下降了4056%。4月份之后隨著(zhù)外界環(huán)境實(shí)驗儀器:酒度計(沈陽(yáng)市衛生玻璃儀器廠(chǎng))、粉碎溫度的不斷升高,莖稈漸漸開(kāi)始霉變。機(9RF-50型(經(jīng)改進(jìn))河北任縣通源機械廠(chǎng))、鍘草機莖稈錘度呈快速上升→相對穩定→緩慢下降→快(zP6000型(經(jīng)改進(jìn))河北任縣通源機械廠(chǎng))、蒸酒鍋速上升的趨勢。從2007年10月15日至2008年2月(NZ-200型松原前郭中康釀酒設備廠(chǎng))。19日,莖稈錘度累計下降060Bx,至4月7日,莖稈錘1.2方法度累計上升6.00°Bx。其中10月15日至10月20日由將所貯存的莖稈自2007年10月份到2008年4月于高溫、風(fēng)速大,莖稈錘度隨莖稈重量的快速下降而快份,共分4個(gè)時(shí)期進(jìn)行乙醇提取實(shí)驗,得到不同時(shí)期粗速上升,10月21日至11月5日相對穩定,11月6日至乙醇(50%wol)的提取量,將10月份鮮稈加工的粗乙醇2月19日凍稈期內錘度下降,逐漸減慢,并趨于平穩。2提取率設為CK,再將其他3個(gè)時(shí)期的乙醇提取量統一月20日至4月7日解凍后的莖稈錘度隨莖稈重量快速換算成相對于10月份的鮮稈粗乙醇提取率進(jìn)行比較分下降而快速上升。析表1甜高粱莖稈貯存過(guò)程中重量與汁液錘度變化表1.2.1酵母液的配制與用量日期錘度(°Bx)重量(捆kg)重量下降(%)將適量的甜高粱莖桿粉碎后,放入3倍于莖稈重l0-158.749.96量的40℃溫水(經(jīng)殺菌)中浸泡30min,使之錘度達到10-2019.809.4519.199.214Bx左右,糖液經(jīng)過(guò)濾后放入酵母粉。酵母的用量是所8.98238加工莖桿重量的1‰,酵母與糖液的比例為1:70,在18.5111.7528~34℃的溫度下活化1~2h12-1918.048.2916.771.2.2乙醇濃度的測定與折算02-197.8521.18利用酒度計對蒸餾出的粗乙醇(原酒)進(jìn)行測量,校正為20℃時(shí)的乙醇濃度(體積分數)然后按標準的公式03-1722.056.7931.18計算所需乙醇濃度的重量(折算公式略)。1.3工藝流程莖稈錘度本實(shí)驗中采用的是簡(jiǎn)易固態(tài)發(fā)酵法,其中2007年25莖稈重量10月份采用鮮稈加工工藝,2008年1月份采用凍稈加工工藝,2008年3~4月份因凍貯莖稈已經(jīng)解凍也采用了同鮮稈一樣的加工工藝。凍稈加工較鮮稈加工增加了蒸汽預熱與熱料翻混2個(gè)處理環(huán)節,且發(fā)酵要改在室內進(jìn)行,其工藝流程見(jiàn)圖1。凍稈心[粉碎[抹碎一[蒸《均10.1511.112.11.12.13.11.1日期(月.日)酵母液一入酵母回圖2甜高粱莖稈貯存過(guò)程中重量與汁液錘度變化圖22不同貯存時(shí)期莖稈乙醇提取量粗乙k[蒸餾+圖內發(fā)耐我們在莖稈自然貯存期間分別于2007年10月30日、2008年1月17日、3月19日4月8日進(jìn)行了4個(gè)圖1凍稈加工工藝流程圖不同時(shí)期的乙醇提取實(shí)驗(見(jiàn)表2)。每次實(shí)驗做2次2結果與分析重復,每次重復所用莖稈重量為500kg。實(shí)驗結果表明:10月30日的鮮莖稈加工平均每500kg莖稈的粗2.1甜高粱莖稈貯存過(guò)程中的重量及糖分變化規律乙醇(50%vol)提取量為64.32kg,粗乙醇的提取率為甜高粱莖稈貯存過(guò)程中的重量及糖分變化規律詳1287%折合純乙醇提取率為546%;1月17日的凍稈見(jiàn)表1、圖2。九甜粱1號莖稈重量在貯存過(guò)程中始終呈加工平均粗乙醇提取量為6669kg,粗乙醇的提取率為下降趨勢。重量的日減量在1月22日之前呈遞減趨勢,134%,折合純乙醇提取率為5.66%;3月19日的解凍隨后日減量開(kāi)始略增,2月19日之后(即莖稈解凍后)莖稈加工平均粗乙醇提取量為6943kg,粗乙醇的提取日減量開(kāi)始明顯加大。在1月份莖稈重量下降速度最率為13.89%,折合純乙醇提取率為589%;4月8日的慢,也正是一年溫度最低的農歷“三九”、“四九”天。從解凍莖稈加工平均粗乙醇提取量為7501kg,粗乙醇的2007年10月15日至2008年2月19日共計128d,莖提取率為1500%折合純乙醇提取率為636%。稈重量累計下降了21.18%。至4月7日共計176d,莖2.3換算成鮮稈的粗乙醇提取率及比較,釀酒科技208年第9期(總第1期) LIQUOR-MAKING SCIENCE& TECHNOLOGY200N09T7表2不同時(shí)期莖稈加工的乙醇提取量?jì)龆捈庸σ掖继崛÷视绊懖伙@著(zhù),吉林地區一年加工日期莖稈乙醇提取量折純乙醇中有3個(gè)月以上的凍稈期,在這一時(shí)期進(jìn)行凍稈加T生加工類(lèi)型年月日重復重量50%vol提取率產(chǎn)可有效延長(cháng)莖稈加工期,極大地提高了設備的利用8(kg)(%)③)率。雖然物料預熱額外消耗了一定數量的燃料,生產(chǎn)成鮮稈加工07.10.30I50063.1312.635.36鮮稈加工07.10.30Ⅱ50065.5213.105.56本要大于鮮稈加工,但凍稈加工的粉碎、揉碎更為容易平均50064.3212.875.46進(jìn)行,其可操作性甚至好于鮮稈,且發(fā)酵的入料溫度可凍稈加工08.01.17I50067.4413.495.72通過(guò)物料的蒸汽預熱處理達到最佳控制,并使之更利于凍桿加工080.,17Ⅱ5006.9313195.60發(fā)酵進(jìn)行。我們認為凍稈加工是延長(cháng)北方甜高粱莖稈加解凍莖稈加工08.03.19150071.1914.246.04工期最有效的辦法之解凍莖稈加工08.03.19Ⅱ50067613.5357434解凍后的莖稈加工仍有實(shí)際推廣價(jià)值平均500694313.895.892月下旬莖稈開(kāi)始解凍,利用解凍后的莖稈進(jìn)行粗解凍莖稈加工08.04.08150073.3514676.22乙醇加工,折算成鮮稈的粗乙醇提取率下降極顯著(zhù)但解凍莖稈加工08.04.08Ⅱ50076.6715.336.50平均50075.011506.36在次年的3月中下旬仍達10.20%,從甜高粱莖稈加工乙醇的產(chǎn)業(yè)化推廣角度來(lái)看,延長(cháng)25d左右的加工期根據表1表2可換算出凍稈或解凍后的莖稈相對所起的作用要大于乙醇提取率下降所造成的損失,仍具于2007年10月30日鮮稈的粗乙醇提取率,即粗乙醇的折算提取率(見(jiàn)表3),同時(shí)將200年10月30日的最大限度的可加工時(shí)間為3月10日之前,一年中大約粗乙醇提取率1287%設為CK。200年1月17日的2有6個(gè)月的甜高粱莖稈可加工期。次凍桿加工實(shí)驗的粗乙醇折算提取率平均為1.85%,3.5可加工期的長(cháng)短隨當地的氣候條件不同而不同較CK下降了1.02%,經(jīng)變量分析及差異顯著(zhù)性測定與以上結果是針對吉林地區而言,不同地區可加工期CK差異不顯著(zhù):2008年3月19日的2次解凍后莖稈的長(cháng)短會(huì )隨當地的氣候條件不同而不同,在吉林地區以加工實(shí)驗的粗乙醇折算提取率平均為10.20%,較CK南,為年平均溫度相對較高的地區,可實(shí)現莖稈提早收下降了267%,與CK差異極顯著(zhù):2008年4月8日的獲,鮮稈加工期延長(cháng),但因莖稈解凍過(guò)早凍稈加工期明最后2次解凍后莖稈加工實(shí)驗的粗乙醇的折算提取率顯縮短;在吉林地區以北其年平均溫度相對較低的地平均為962%較CK下降了325%,與CK差異極顯區卻與之相反,不利于鮮稈加工,而凍稈加工期會(huì )相對著(zhù)延長(cháng)。36存在問(wèn)題3結論盡管利用自然凍貯可有效延長(cháng)甜高粱莖稈的加工31乙醇提取率的變化規律期,但莖稈貯放的技術(shù)及凍稈的加工工藝還有待于更科從上述結果中可以得出,凍稈加工及解凍后莖稈加學(xué)的改進(jìn)與提高減小莖稈貯放過(guò)程中的糖分、水分損工的粗乙醇折算提取率,隨莖稈在貯存過(guò)程中莖稈重量失提高乙酶的提取率這是我們今后共同的努力方向。與有效糖分的減少和純度的下降而遞減。如果在實(shí)際生參考文獻產(chǎn)上甜高粱莖桿貯存過(guò)程中盡量減少莖桿的水分損失,1黎大爵,廖馥蓀甜高粱及其應用M北京:北京科學(xué)出版杜就能夠在一定程度上提高粗乙醇的產(chǎn)量。1992.1-5.3.2鮮稈加工是最主要的加工時(shí)期[2]劉榮厚等燃料乙醉的制取工藝與實(shí)例M北京:化學(xué)工業(yè)鮮稈加工的乙醇提取率最高,鮮稈加工對甜高粱莖出版社,2007稈制取乙醇來(lái)說(shuō)是最主要的時(shí)期。在實(shí)際甜高粱的栽培3]劉杰鄭士梅李原有等利用甜高梁莖桿提取乙醇的實(shí)驗報生產(chǎn)中應通過(guò)分期播種或早、晚熟品種搭配,在吉林地告第I報[酸酒科技,2007,(5):55-53區就能夠使甜高粱的加工生產(chǎn)從9月上旬開(kāi)始進(jìn)行,直鄭土梅李原有吳利興,劉水莉利用甜高粱莖稈加工粗乙醇到10月末,共有50d左右的鮮稈加工期。這一期間內(原酒)技術(shù)之一印釀酒,2007,(4):45-46盡可能搶時(shí)加工、提高作業(yè)效率、全負荷生產(chǎn)。[5]吳天祥關(guān)于白酒酒度的換算和勾兌的計算方法門(mén)]釀酒科技,1998,(4):37-38.33凍稈加工可有效延長(cháng)北方莖稈的加工期不同時(shí)期的莖稈加工乙醇提取量折算對比表莖稈類(lèi)型據表1折算與10月鮮稈重量折算成鮮稈的粗乙醇提取量粗乙醇折算提取率與鮮稈比下降日期30日鮮稈重量比(kg)%)(%)鮮稈(CK)10-30凍稈0l-170.88811.851.02解凍莖稈030.734