小麦与水稻混合发酵产燃料乙醇工艺的研究.docx

          小麦与水稻混合发酵产燃料乙醇工艺的研究                    【摘 要】：以陈化小麦与陈化水稻混合进行发酵研究，采用单因素试验探究了酶制剂、不同比例小麦掺混水稻对发酵效果的影响结果表明，固形物为28%、29%、30%时使用杰能科淀粉酶与山东隆科特糖化酶进行实验，小麦与水稻掺混比为3:17（陈化小麦掺混15%）发酵效果较好，酒份达到12.38%，几种酶制剂结合其降黏酶/复合酶使用时，小麦与水稻掺混比为2：8发酵效果较好，使用雄晋酶制剂后废醪在固液分离上效果显著关键词】：小麦；水稻；酶制剂；燃料乙醇淀粉质发酵产酒精，主要采用玉米、木薯等为原料[1]关于小麦发酵产酒精的研究相当少，但由于木薯、玉米等在地域、和产量上受限，价格较高，而酒精是大宗产品价格始终在低位波动，给酒精企业带来了压力，生产燃料乙醇面临的主要障碍将出现在原料根源上，使用多原料进行发酵生产燃料乙醇已成为趋势，小麦淀粉含量高、蛋白质也比较丰富，现阶段价格比玉米便宜，适合作为生产乙醇的首选原料[2-6]对于小麦的相关研究，早在20世纪初就开始陆续对小麦综合利用出现系统性研究，如小麦清液发酵工艺，其采用洗面后发酵的工艺，先分离出面筋，再利用清液进行补料发酵产酒精。

这在工艺上摒弃了物料粘度大、传质传热导致的一系类问题，但淀粉利用率低，造成一定程度上的资源浪费[6-7]由于小麦本身特性的限制，现还无法完全实现全小麦发酵产燃料乙醇，使用传统工艺对小麦进行淀粉深加工，醪液流动性差；现阶段若能实现部分原料相互替换实现共线生产燃料乙醇减缓生产上因原料带来的压力，这将对酒精企业有较大贡献值[8-12]1实验材料和方法1.1材料陈化小麦、陈化水稻、淀粉酶（杰能科alpha-淀粉酶、雄晋生物科技有限公司、白银赛诺生物科技有限公司、广西乐酵生物科技有限公司）、糖化酶（山东隆科特、雄晋生物科技有限公司、白银赛诺生物科技有限公司）、氨水、安菌泰、安琪干酵母1.2仪器快速水分滴定仪（广州市艾安得有限公司，型号AND MF-50）、恒温水浴锅（江苏金坛市荣华仪器制造有限公司，型号XMTD-204）、搅拌器（天津华兴伟业实验仪器有限公司，型号D-8401型-WT）、精密型台式pH/电导率测量仪（梅特勒-托利多，型号S40）、电子天平（梅特勒-托利多，型号AL204）、工业天平（湘仪天平仪器设备有限公司，型号TP-20KF）、数字式粘度计（上海精天电子仪器有限公司，型号NDJ-5S）、恒温培养振荡器（上海智诚分析仪器制造有限公司，型号ZHWY-2102）、容量瓶、电子万用炉、三角瓶等。

1.3试验方法1.3.1粉浆配置按试验方案称取所需的小麦粉、水稻粉、水，于液化反应器中进行混配，搅拌均匀，添加氨水（4.8kg/t原料）后用65%硫酸将粉浆pH值调至5.4-5.6，添加淀粉酶（酶活14万U/g ，0.10kg/t原料）搅拌均匀1.3.2液化水浴锅内水加热至92℃后将液化反应器放入水浴锅中，安装搅拌器，并将转速调至260rpm，待粉浆温度达到85℃时，计时液化2.0h，检测碘试、粘度变化1.3.3发酵液化结束，采用冰水将液化醪温度冷却至室温后将液化醪pH值调至4.4左右，分装至500mL三角瓶；接着分别添加辅料（糖化酶酶活26万U/g ，0.60kg/t原料、安菌泰5ppm、安琪干酵母1‰）摇匀，用发酵栓封口，记录其重量后在30℃温度下120rpm、培养8h后调节温度至33℃，发酵至72h2 试验结果与分析2.1不同比例小麦掺混水稻发酵效果的影响2.1.1液化试验结果表1液化试验结果批次小麦-0%小麦-10%小麦-15%小麦-20%干物28%29%30%28%29%30%28%29%30%28%29%30%DE18.7418.8919.4019.2717.7616.8218.0116.7415.86　18.3817.0115.75粘度mPa.S109.2　112.48　129.36142.5184.7　201.82186.76　197.5　203.16192.78　194.7　249.44液化目标控制 DE值一般在12-20%范围内，粘度越低越好，粘度尽量控制在100mpa.s以下，使液化醪整体流动性较好保证出料不受限。

从表1可看出，随着小麦掺混比例的增加，粘度有增加的趋势粘度升高在一定程度上与淀粉酶的添加量和活性有关系，淀粉酶含量低时，而底物浓度不断增大导致水解淀粉能力减弱，淀粉分子量没有减小，最终导致粘度大试验中小麦粉与水稻粉的蛋白含量分别为15.41%、8.16%，当原料混合比例改变时，粉浆中蛋白质含量也逐渐升高2.2.2发酵试验结果 表3液相检测结果样品编号小麦-0%小麦-10%小麦-15%小麦-20%DP4+0.911.091.311.29麦芽三糖0.060.120.160.18麦芽糖0.160.240.230.25葡萄糖0.050.220.050.10果糖0.100.130.130.13阿拉伯糖0.050.060.070.07琥珀酸0.090.110.120.12乳酸0.070.060.060.06甘油0.820.840.880.89乙酸0.070.060.060.06酒精10.1910.2310.3610.18(DP1+DP2)0.310.590.420.48(DP1+DP2+DP3)0.480.840.710.78酒分(%v/v)12.1812.2212.3812.17乙醇/甘油12.4312.1811.7711.44摘选以粉浆浓度为30%的液化醪做发酵后检测糖、有机/无机酸、酒份等指标，结果如表3液相检测结果所示，麦芽糖掺混发酵时残总糖增加明显，随着小麦掺混比例增加，DP4+、麦芽糖、麦芽三糖含量也增加。

在小麦掺混比例为10%-15%时酒份有小幅度增长趋势，添加比例达到15%时酒份最高，当增加添加比例20%时酒份下降并与全水稻发酵时酒份相当试验中发酵产生的副产物增加量不大从乙醇/甘油比值可直观看出，添加小麦做发酵后发酵水平有所下降，下降趋势较明显这与液化发酵所使用酶制剂有关，淀粉转化为可发酵性糖的阶段受一定因素限制，导致后期发酵结束残总糖高，发酵质量有所下降2.3不同酶制剂对小麦掺混水稻发酵效果的影响陈化小麦中含有非淀粉性多糖较多，除了果聚糖以外葡聚糖、戊聚糖以及纤维素阿拉伯木聚糖居多，尤其表现在戊聚糖总量上，可溶性戊聚糖只占总含量的12.9%表4中检测结果显示酶制剂直接影响发酵效果，主要体现在淀粉酶、糖化酶将淀粉转化为酵母可利用的糖分上的差异数据显示小麦以20%比例添加发酵时效果较好，在几种酶制剂作用下，随着小麦量的添加，残还原糖、残总糖的量也在升高，说明还原糖内可能存在一定量的不可发酵糖，导致残糖含量升高在几种酶制剂中白银赛诺酶制剂的使用在提高酒份上略显优势，但是残还原糖较高表4 化学检测结果批次一(小麦-10%)二(小麦-20%)三(小麦-30%)添加的酶制剂雄晋杰能科乐酵雄晋杰能科乐酵白银赛诺雄晋杰能科乐酵白银赛诺还原糖（%）0.130.180.20.40 0.29 0.35 0.70 0.460.260.440.76过滤总糖（%）0.310.470.750.87 0.56 0.75 0.94 1.06 0.94 1.383.00残总糖（%）2.533.133.531.68 1.84 2.03 1.98 2.13 2.13 5.052.30蒸馏酒分（%）11.9711.3410.0512.34 12.26 11.72 13.10 11.70 12.20 10.7011.503 结论与展望新型小麦淀粉水解的酶制是提高掺混比例和实现全小麦生产燃料乙醇的关键，也是提高燃料乙醇经济可行性的研究方向。

小麦作为淀粉质原料在工艺上可以同水稻实现共线进行燃料乙醇的生产，采用小麦掺混水稻发酵时，固形物含量控制在30%，小麦比例15%时最佳小麦掺混比例的增加，粘度有增加的趋势，对废醪过滤有影响，建议在使用小麦与水稻混合做原料时，适当添加酸性蛋白酶水稻中掺混小麦发酵时残糖含量升高，其中还原糖增加主要在阿拉伯糖上较为明显针对性使用几种酶制剂结合其降粘酶/复合酶进行发酵相对比，数据显示小麦以20%比例添加发酵时效果较好，废醪的过滤速度有较大改善，使用雄晋酶制剂的效果在固液分离上效果显著，显然工业酶制剂进步可以改善发酵体系对生产系统造成的负荷参考文献】[1]赵银峰. 小麦酒精发酵新工艺的研究[D].郑州大学,2005.[2]于源湖,陈影,赵旭东,程明,李志军.小麦淀粉生产酒精中酵母菌所需的营养[J].酿酒科技,2012(07):90-91.[3]熊子书.小麦酿制酒精的中型生产试验[J].酿酒科技,1998(05):7-9.[4]皇甫亚柱,李景林,夏守岭,张永安.小麦原料酒精及DDGS生产工艺的探讨[J].酿酒科技,2001(04):54-55.[5]张洪涛.以小麦面粉生产谷朊粉,淀粉浆直接作为发酵原料生产酒精[J].粮油加工,2007(08):74.[6]刘娜.浅谈国内燃料乙醇未来发展的思路与方向[J].企业科技与发展,2019(11):176-177+180.[7]孙建祥.用小麦淀粉生产酒精的工艺探讨[J].酿酒科技,2002(05):91-92+94.[8]徐志坚.用小麦生产酒精[J].酿酒科技,2000(02):82.[9]许宏贤,段钢.以小麦为原料的乙醇生产方法[J].食品与发酵工业,2006(12):98-103.[10]许宏贤,段钢.小麦工业加工过程中新型酶制剂的应用[J].粮食与食品工业,2012,19(01):33-37.[11]段钢,许宏贤,孙长平,钱莹,李艳萍,周红伟,姜锡瑞,Jay Shetty,Oresto Lantero.乙醇生产的技术进步——新型酶技术给乙醇生料发酵生产带来的突破[J].食品与发酵工业,2006(07):65-70.[12]许美娟. 反复/连续韧化处理对谷类、薯类和豆类淀粉结构、理化及功能性质的影响[D].西北农林科技大学,2018.[13]李林轩,李硕,王晓芳,黄鹏.小麦麸皮理化特性与深加工技术探讨[J].粮食加工,2019,44(04):20-23.【 【基金项目】北科合202082003 《多元原料高效生产燃料乙醇关键技术与产业化应用示范》4  -全文完-。