高浓度清液酒精发酵技术研究

张建博 周 鹏 黄玉涛 刘 勇

（河南天冠企业集团有限公司，河南 南阳 473000）

高浓度清液酒精发酵技术研究

张建博 周 鹏 黄玉涛 刘 勇

（河南天冠企业集团有限公司，河南 南阳 473000）

本文介绍了一种高浓度清液发酵生产酒精的方法，淀粉质原料经液化后进行固液分离获得清液和固渣，清液加入糖化酶和酒母进行酒精发酵；固渣加水进行糖化处理，经再次固液分离获得含糖洗料水和废渣，含糖洗料水用于配料或酒母培养和发酵，废渣可制成饲料和肥料或用于沼气发酵。液化醪获得的清液不易染菌且在发酵过程中不会产生高糖抑制，减少发酵副产物的产生，可明显降低设备磨损，提高发酵设备利用率及蒸馏效率。发酵结果显示，成熟醪酒度超过15.4%（v/v），残总糖可低于1.05%，废渣淀粉含量低于2.82%，淀粉利用率可达96.6%以上。

淀粉质原料；清液发酵；液化醪；固液分离；淀粉利用率

酒精被广泛应用于食品、化工医药、染料、国防等行业。酒精不仅可作为一种燃料，更是一种战略物资，世界上2/3的酒精被用作燃料。发展酒精不仅可以促进农业的可持续发展，并且可以作为清洁能源代替汽油或汽油添加剂，减少工业大气污染，保护环境，同时也可缓解原油进口的压力。近年来，随着引进设备及工艺的应用和农作物结构的变化，用谷物、木薯原料制酒精的工厂发展速度较快，随着酒精产量的迅猛增长，酒精生产技术正发生日新月异的变化，快速向现代化迈进。生物工程菌构建、节能减排技术、自动化控制等高新技术的应用，已使酒精工业的面貌发生了翻天覆地的变化。

在传统酒精发酵的基础上发展出来的高浓度酒精发酵，是许多研究酒精的专家努力的方向。在传统的酒精发酵工艺中，所用的糖浓度一般在16%～25%（W/V）范围内，所用的酵母菌只能产生6%～12%（V/V）的乙醇，更高的底物浓度和以乙醇浓度对酵母菌生长和发酵会产生抑制作用；另外，高浓度的发酵液黏度高，输送困难大，易积料。而采用清液发酵，可以克服以上缺点，同时避免了原料中的沙石等杂物对换热器、阀门、泵等发酵设备的磨损，降低设备维修、维护成本，而且能够提高蒸馏效率，降低蒸馏能耗。

现有的清液发酵技术常采用深度糖化或全糖化工艺，容易在生产过程中发生染菌，而且高浓度的糖液体会对酿酒酵母产生抑制，造成发酵副产物含量增加，导致淀粉利用率降低。我们为了避免上述已有技术的不足之处，通过试验探索出一种更有效的清液发酵生产酒精的方法。该方法液化获得的清液不易染菌，且在发酵过程中不会产生高糖抑制，经固液分离获得的固渣加水进行糖化处理可明显减少淀粉损失，进一步提高了淀粉利用率。具体工艺流程见图1。

图 1 清液酒精生产新工艺流程

1 实验方法

淀粉质原料配料后调节pH、加酶进行液化，液化后固液分离，清液直接在32～35℃下糖化发酵，固渣在50～60℃下糖化后固液分离，并对分离物即含糖洗料水和固渣分别进行回收和利用。其工艺步骤包括：

1.1 取木薯与玉米3：1的混合粉300 kg，粉碎粒度50目，倒进2立方拌料罐中，加入自来水700 L，打开搅拌拌料，用NaOH调节料浆pH值为5.8，加入淀粉酶17 u/g干料，搅拌均匀后打开拌料罐夹套蒸汽加热，92℃保温液化2 h。

1.2 降至34℃后用板框过滤机过滤压榨，过滤机滤布为110目，清液泵至2T发酵罐，加入糖化酶170 u/g干料,接种干酵母（总发酵重量的0.1%），发酵前6小时通风作为酒母培养，然后停风发酵，34℃发酵25 h发酵结束，发酵结束后的成熟醪进入蒸馏工序，产出成品酒精，化验发酵成熟醪的酒精度、残总糖等发酵指标。

1.3 固渣卸下后倒回2立方拌料罐中，加水700 L，加入糖化酶60 u/g干料，62℃糖化2.5 h，用板框过滤机过滤压榨，获得的含糖洗料水先泵至1立方储罐中，500 kg用于下次拌料，剩余部分用于酒母培养（即加入干酵母后的发酵前期），废渣进入沼气系统发酵产出沼气或经烘干后产出饲料，化验废渣的水分含量和淀粉含量，用于计算淀粉损失率。

1.4 重复以上试验步骤a～c15次，第一次用自来水拌料，后14次用前一次的含糖洗料水拌料。

2 结果

对15批实验结果进行统计，计算平均：发酵成熟醪酒度15.4%（v/v），残总糖含量1.05%，废渣的水分含量56.7%，淀粉含量仅2.82%，淀粉利用率可达96.6%（见表1）。

表1 结果统计

3 技术优势分析

3.1 由于本工艺对传统的清液发酵生产酒精工艺进行了创造性的改进，采用液化后的原料固液分离、获得清液和固渣分别进行糖化处理的技术方案，液化醪获得的清液还原糖仅为4%～6%，大大低于全糖化获得清液20%～27%的还原糖含量，因而杂菌（特别是对酒精发酵危害巨大的乳酸菌、醋酸菌等）不易滋生。

3.2 清液中加入糖化酶和酒母，糖化和酒精发酵协同进行，清液中的还原糖含量可以始终维持在8%～14%的较低水平，而后持续降低至酵母菌将糖利用完全，故而发酵过程中酵母菌代谢始终比较旺盛，发酵结束后残总糖较低，发酵副产物也很少。本工艺的清液发酵生产酒精的方法，通过调整工艺和优化工艺参数，制备的发酵成熟醪酒度较高。

3.3 发酵时间大大缩短，与传统工艺比较，发酵时间由50h缩短为25h，明显提高了设备利用率；同时降低了长时间发酵生酸的可能性，减少了长时间发酵酵母自身代谢对糖分的消耗，淀粉利用率得以显著提高，由此实现了淀粉质清液酒精发酵的工业化生产的优化，同时大大提高了淀粉质原料综合利用价值，具有很大的经济和社会效益。

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TQ920.6

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1671-0037（2014）06-52-1.5

张建博（1981-），男，硕士研究生，研究方向：燃料乙醇生产技术研究。