液化工藝對全玉米原料生產(chǎn)乙醇的影響

門瑞麗 曲愛民 劉亞峰 程波

摘要：不同液化溫度和時間對玉米原料生產(chǎn)乙醇的發(fā)酵質(zhì)量和糧耗

關(guān)鍵詞：液化溫度；時間；玉米原料；燃料乙醇

我們在試驗(yàn)室中進(jìn)行了不同液化條件下發(fā)酵質(zhì)量對比的試驗(yàn)，用以確定較為合適的液化溫度和液化時間，為大生產(chǎn)中的工藝調(diào)整提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉米原料采用河南天冠燃料乙醇公司生產(chǎn)線上粉碎后的玉米粉；

液化酶為江蘇省奧谷生物科技有限公司的液化酶；

糖化酶為內(nèi)蒙古神舟生物有限公司的糖化酶；

蛋白酶為江蘇博立生物有限公司的復(fù)合酶；

酵母菌種為安琪酵母有限公司的超酒干酵母；

主要試劑有斐林試劑A、斐林試劑B、NaOH等；

主要儀器有三角瓶、糖度計(jì)、酒度計(jì)、溫度計(jì)、量筒、搖床、恒溫箱、水浴鍋、燒瓶、電爐等。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 原料拌漿

拌漿干物質(zhì)濃度為30%，pH值為5.7～5.8；

1.2.2 液化

1.2.2.1液化溫度對比組：混合均勻的粉漿以15單位/g干料添加液化酶后，分別放置在三組溫度85℃、90℃、95℃水浴鍋中水浴液化2小時，液化溫度以物料中心溫度為準(zhǔn)；

1.2.2.2 液化時間對比組：混合均勻的粉漿以15單位/g干料添加液化酶后，放入85℃水浴鍋中分別液化2小時和4個小時后，分為兩份，其中一份進(jìn)行1小時 102℃滅菌處理，液化溫度以物料中心溫度為準(zhǔn)；

1.2.3 糖化

將以上液化醪降溫至60℃，加入糖化酶，添加量為160單位/g干料，搖勻，再冷卻至35℃?zhèn)溆茫?/p>

1.2.4 分裝、接種

將糖化醪分裝至三角瓶中，每瓶400克，加入干料重0.2‰的復(fù)合酶、總醪重0.25‰的尿素、0.5克干酵母，每組一個平行樣。

1.2.5 發(fā)酵

將以上分裝、接種后的試樣置于160rpm搖床上32℃溫度下培養(yǎng)16小時后，發(fā)酵溫度控制在33℃發(fā)酵至結(jié)束。

1.2.6分析方法

按常規(guī)方法測定各樣品發(fā)酵終了的外觀濃度、酸度、殘還原糖、殘總糖及酒度。

1.2.7 共進(jìn)行三批試驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同液化溫度下的發(fā)酵質(zhì)量對比

從以上試驗(yàn)結(jié)果來看，三種液化溫度下發(fā)酵終了外觀糖、殘還原糖、殘總糖結(jié)果差別不顯著，但發(fā)酵終了各指標(biāo)的變化存在一定的規(guī)律：隨著液化溫度的升高，發(fā)酵終了酸度逐漸下降，而發(fā)酵終了殘總糖在90℃后出現(xiàn)升高的趨勢，同時發(fā)酵終了酒度在液化溫度超過90℃后出現(xiàn)了下降的趨勢，可能與超過液化酶最適作用溫度后液化酶失活速度加快有關(guān)。

2.2 不同液化時間下的發(fā)酵質(zhì)量對比

從表2中的試驗(yàn)結(jié)果來看，在不同液化時間條件下發(fā)酵終了外觀濃度、酸度、殘還原糖、殘總糖指標(biāo)差別均不顯著，但在85℃液化后再進(jìn)行102℃、1小時滅菌后，發(fā)酵終了酒度升高超過0.1%，說明在102℃滅菌后玉米淀粉顆粒糊化效果更好。

3 結(jié)論

3.1 液化溫度高于90℃以后，由于已超出液化酶最適作用溫度范圍，會導(dǎo)致液化酶失活速度的加快，最終會導(dǎo)致產(chǎn)酒率降低；而85℃的液化溫度對粉漿的滅菌效果較差，容易造成發(fā)酵終了酸度的升高；從綜合情況看，90℃左右的液化溫度不僅有更好的滅菌效果也不會造成酶的過快失活，比較適合在生產(chǎn)中采用。

3.2 液化時間由2小時增加到4小時對發(fā)酵質(zhì)量的提高很小，但是占用設(shè)備較多、整個液化流程較長，更易產(chǎn)生雜菌污染；而在正常液化后增加1小時102℃滅菌時間，既可以將玉米淀粉顆粒煮透，又可以取得更好的殺菌效果，對提高發(fā)酵質(zhì)量和出酒率也有較明顯的作用，可在生產(chǎn)中試用。

3.3 綜合以上兩點(diǎn)，生產(chǎn)中液化溫度宜控制在90℃左右，液化時間控制在2小時以上，102℃滅菌1小時左右較為合適。

根據(jù)以上的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)論，我們在生產(chǎn)中制定了相應(yīng)的工藝控制指標(biāo)，并結(jié)合生產(chǎn)工藝進(jìn)行了部分的設(shè)備改造，摒除液化工藝中存在的設(shè)備缺陷，優(yōu)化了工藝配置，對液化工藝的控制水平起到了很好的促進(jìn)作用。

1 解決液化時間不足的問題

在實(shí)現(xiàn)日產(chǎn)800噸燃料乙醇的情況下，以原有的液化工藝計(jì)算液化時間僅有90分鐘左右，顯然不能滿足全玉米原料下的生產(chǎn)工藝需要，液化時間過短，為解決這一問題乙醇廠將現(xiàn)有兩個糖化鍋改造成后液化罐，與原有的一個后液化罐串聯(lián)使用，將液化時間延長了30分鐘以上，可將總液化時間控制在2小時以上。

2 液化溫度的控制要求

液化溫度決定了液化酶的液化能力，在與液化酶生產(chǎn)企業(yè)溝通中得知，液化酶雖為耐高溫液化酶，但是最適溫度范圍在85-90℃之間，溫度低于最適范圍液化酶不能更好的作用，溫度高于最適范圍液化酶的失活速度則會加快，再考慮到生產(chǎn)過程中醪液的滅菌需要，我們最終將液化的溫度控制在最適溫度的上限88-90℃。

3 液化酶的配制方式的改變

液化酶的配制一直以來采用了兩次稀釋的方式，雖然能滿足生產(chǎn)的基本需要，但是也暴露出了一定的問題：液化酶一次混配罐為碳鋼材質(zhì)，內(nèi)壁做了內(nèi)防腐，但由于長時間的殺菌等因素，防腐涂料脫落較多，罐內(nèi)壁腐蝕嚴(yán)重，在儲存過程中有大量的鐵銹脫落到液化酶內(nèi)，使液化酶的活力單位下降，并且凹凸不平的內(nèi)壁也增加了染菌的機(jī)會。將兩次稀釋改為了一次稀釋，減少對液化酶活力的影響。

4 液化酶的添加方式的改變

生產(chǎn)過程中液化酶的添加越早越均勻越好。由于公司制粉廠、谷朊粉廠、乙醇廠相對獨(dú)立，液化酶在乙醇廠添加到一級預(yù)液化罐，易出現(xiàn)混合不均勻現(xiàn)象，有時會造成了夾生料的情況，經(jīng)過分析，將液化酶的添加位置改在了一級預(yù)熱塔的下料管道上，保證在進(jìn)入一級預(yù)熱罐時已進(jìn)行了初步的混合，保證液化酶盡量混合均勻。

5 液化酶配制后活力單位的重新確認(rèn)

由于液化酶配制以體積作為稀釋倍數(shù)，而液化酶原酶是按噸為單位，液化酶的密度為1.2噸/m3左右，每噸液化酶體積為0.83 m3，但以前在配制過程中，均是按每噸液化酶1 m3進(jìn)行計(jì)算，沒有考慮液化酶密度的因素，這樣配制的稀釋酶的活力偏低，經(jīng)過換算后，按照16單位/克原料添加的液化酶的實(shí)際添加單位僅有13.3單位/克原料，低于液化酶添加的下限，在考慮到液化酶密度的因素后，液化酶的添加量實(shí)際增加到了16單位/克原料。

通過以上幾項(xiàng)工作的進(jìn)行，液化質(zhì)量得到了進(jìn)一步的提高，為提高發(fā)酵質(zhì)量、降低糧耗起到了良好的促進(jìn)作用，但是隨著生產(chǎn)條件的變化，影響液化質(zhì)量的因素也在不斷變化，這就要求我們在生產(chǎn)中隨時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝。

（作者單位：河南天冠燃料乙醇有限公司）