利用甜高粱茎秆提取乙醇的实验报告(第二报)——不同贮存时期茎秆乙醇提取量的实验

酿酒科技2008年第9期(总第171期) LIQUOR- MAKING SCIENCE& TECHNOLOGY2008N9Tl.171)利用甜高粱茎秆提取乙醇的实验报告(第二报)不同贮存时期茎秆乙醇提取量的实验刘杰,张占金,宋冰,吴利兴,郑士梅,李源有,段永生,冯铁英,丁孝营,党拥华,张岩(吉林省吉林市农业科学院,吉林吉林132101)摘要:以九甜粱I号茎秆为试材,在2007年茎秆收获后贮存近7个月的过程中分4个时期进行了乙醇提取实验。结果表明,甜高粱茎秆在贮存过程中,粗乙醇的提取率随茎秆水分、有效糖分的减少和纯度的下降而递减,虽然较鲜秆分别下降了102%2.67%、325%,但能够有效延长北方地区甜高梁茎秆的加工期。为确定吉林地区的合理加工时期与最大加工时限提供了参考。关健词:燃料乙醇;甜高粱茎秆;自然冻贮;提取量;提取率;可加工期中图分类号:TS2622;Ts2614;TS2612文献标识码:A文章编号: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以甜高粱茎秆作为新型生物质原料制取乙醇具有提取乙醇实验已经取得的基础上,2007~2008年仍采较为广阔的发展前景,符合我国“可再生能源法”的相关用简易固态发酵法进行了甜高粱茎秆贮存过程中不同规定,同时也越来越受到全世界各国政府的高度重视。时期乙醇提取量的实验,为确定吉林地区的合理加工时要想使甜髙粱茎秆加工乙醇的产业真正得到推广应用,期与最大加工时限提供了科学的依据,也为甜高粱茎秆如何延长甜高粱茎秆的加工期限是关键。仅利用收获后加工乙醇的产业化推广积累了宝贵的经验。实验报告总的鲜秆进行加工,在吉林地区只有40d左右的加工期。结如下:有的地方采取窑贮法、埋藏法及药剂处理等方法延长甜高粱茎秆的贮存时间来实现延长茎秆加工期但均因效1材料与方法果差或成本过高而难以推广。为此我们利用北方独特11材料与仪器的自然条件—天然大冷库进行自然冻贮,可有效延长原料:九甜粱1号茎秆,吉林市农科院甜高粱示范北方地区甜髙粱茎秆的加工期,即使到次年3月中旬,基地提供,2007年10月初收获,采用天然贮存法茎秆粗乙醇(50%vo)的提取量如折算成鲜秆的提取率田间“立码子”贮放。2007年11月中旬茎秆结冻,2008仍达到1020%可加工期约6个月年2月下旬解冻。2006年,吉林市农科院在以九甜粱1号鲜秆进行酵母:安琪牌酒用耐高温活性干酵母,安琪酵母股基金项目:国家发改委投资项目(20062518)收稿日期:200807-21作者简介:刘杰(963-),男大学本科研究员吉林市农科院院长吉林市农学会理事长,利用甜高梁茎秆提取乙醇项目的主持人获省一等奖3项“吉林省有突出贡献的专业技术人才”“吉林市十大杰出青年”发表论文10余篇。刘杰张占金,宋冰,等11人·利用甜高粱茎秆提取乙醇的实验报告(第二报)—一不冋贮存时期茎秆乙醇提取量的实驗份有限公司。秆重量累计下降了4056%。4月份之后随着外界环境实验仪器:酒度计(沈阳市卫生玻璃仪器厂)、粉碎温度的不断升高,茎秆渐渐开始霉变。机(9RF-50型(经改进)河北任县通源机械厂)、铡草机茎秆锤度呈快速上升→相对稳定→缓慢下降→快(zP6000型(经改进)河北任县通源机械厂)、蒸酒锅速上升的趋势。从2007年10月15日至2008年2月(NZ-200型松原前郭中康酿酒设备厂)。19日,茎秆锤度累计下降060Bx,至4月7日,茎秆锤1.2方法度累计上升6.00°Bx。其中10月15日至10月20日由将所贮存的茎秆自2007年10月份到2008年4月于高温、风速大,茎秆锤度随茎秆重量的快速下降而快份,共分4个时期进行乙醇提取实验,得到不同时期粗速上升,10月21日至11月5日相对稳定,11月6日至乙醇(50%wol)的提取量,将10月份鲜秆加工的粗乙醇2月19日冻秆期内锤度下降,逐渐减慢,并趋于平稳。2提取率设为CK,再将其他3个时期的乙醇提取量统一月20日至4月7日解冻后的茎秆锤度随茎秆重量快速换算成相对于10月份的鲜秆粗乙醇提取率进行比较分下降而快速上升。析表1甜高粱茎秆贮存过程中重量与汁液锤度变化表1.2.1酵母液的配制与用量日期锤度(°Bx)重量(捆kg)重量下降(%)将适量的甜高粱茎杆粉碎后,放入3倍于茎秆重l0-158.749.96量的40℃温水(经杀菌)中浸泡30min,使之锤度达到10-2019.809.4519.199.214Bx左右,糖液经过滤后放入酵母粉。酵母的用量是所8.98238加工茎杆重量的1‰,酵母与糖液的比例为1:70,在18.5111.7528~34℃的温度下活化1~2h12-1918.048.2916.771.2.2乙醇浓度的测定与折算02-197.8521.18利用酒度计对蒸馏出的粗乙醇(原酒)进行测量,校正为20℃时的乙醇浓度(体积分数)然后按标准的公式03-1722.056.7931.18计算所需乙醇浓度的重量(折算公式略)。1.3工艺流程茎秆锤度本实验中采用的是简易固态发酵法,其中2007年25茎秆重量10月份采用鲜秆加工工艺,2008年1月份采用冻秆加工工艺,2008年3~4月份因冻贮茎秆已经解冻也采用了同鲜秆一样的加工工艺。冻秆加工较鲜秆加工增加了蒸汽预热与热料翻混2个处理环节,且发酵要改在室内进行,其工艺流程见图1。冻秆心[粉碎[抹碎一[蒸《均10.1511.112.11.12.13.11.1日期(月.日)酵母液一入酵母回图2甜高粱茎秆贮存过程中重量与汁液锤度变化图22不同贮存时期茎秆乙醇提取量粗乙k[蒸馏+圖内发耐我们在茎秆自然贮存期间分别于2007年10月30日、2008年1月17日、3月19日4月8日进行了4个图1冻秆加工工艺流程图不同时期的乙醇提取实验(见表2)。每次实验做2次2结果与分析重复,每次重复所用茎秆重量为500kg。实验结果表明:10月30日的鲜茎秆加工平均每500kg茎秆的粗2.1甜高粱茎秆贮存过程中的重量及糖分变化规律乙醇(50%vol)提取量为64.32kg,粗乙醇的提取率为甜高粱茎秆贮存过程中的重量及糖分变化规律详1287%折合纯乙醇提取率为546%;1月17日的冻秆见表1、图2。九甜粱1号茎秆重量在贮存过程中始终呈加工平均粗乙醇提取量为6669kg,粗乙醇的提取率为下降趋势。重量的日减量在1月22日之前呈递减趋势,134%,折合纯乙醇提取率为5.66%;3月19日的解冻随后日减量开始略增,2月19日之后(即茎秆解冻后)茎秆加工平均粗乙醇提取量为6943kg,粗乙醇的提取日减量开始明显加大。在1月份茎秆重量下降速度最率为13.89%,折合纯乙醇提取率为589%;4月8日的慢,也正是一年温度最低的农历“三九”、“四九”天。从解冻茎秆加工平均粗乙醇提取量为7501kg,粗乙醇的2007年10月15日至2008年2月19日共计128d,茎提取率为1500%折合纯乙醇提取率为636%。秆重量累计下降了21.18%。至4月7日共计176d,茎2.3換算成鲜秆的粗乙醇提取率及比较,酿酒科技208年第9期(总第1期) LIQUOR-MAKING SCIENCE& TECHNOLOGY200N09T7表2不同时期茎秆加工的乙醇提取量冻秆加工对乙醇提取率影响不显著,吉林地区一年加工日期茎秆乙醇提取量折纯乙醇中有3个月以上的冻秆期,在这一时期进行冻秆加T生加工类型年月日重复重量50%vol提取率产可有效延长茎秆加工期,极大地提高了设备的利用8(kg)(%)③)率。虽然物料预热额外消耗了一定数量的燃料,生产成鲜秆加工07.10.30I50063.1312.635.36鲜秆加工07.10.30Ⅱ50065.5213.105.56本要大于鲜秆加工,但冻秆加工的粉碎、揉碎更为容易平均50064.3212.875.46进行,其可操作性甚至好于鲜秆,且发酵的入料温度可冻秆加工08.01.17I50067.4413.495.72通过物料的蒸汽预热处理达到最佳控制,并使之更利于冻杆加工080.,17Ⅱ5006.9313195.60发酵进行。我们认为冻秆加工是延长北方甜高粱茎秆加解冻茎秆加工08.03.19150071.1914.246.04工期最有效的办法之解冻茎秆加工08.03.19Ⅱ50067613.5357434解冻后的茎秆加工仍有实际推广价值平均500694313.895.892月下旬茎秆开始解冻,利用解冻后的茎秆进行粗解冻茎秆加工08.04.08150073.3514676.22乙醇加工,折算成鲜秆的粗乙醇提取率下降极显著但解冻茎秆加工08.04.08Ⅱ50076.6715.336.50平均50075.011506.36在次年的3月中下旬仍达10.20%,从甜高粱茎秆加工乙醇的产业化推广角度来看,延长25d左右的加工期根据表1表2可换算出冻秆或解冻后的茎秆相对所起的作用要大于乙醇提取率下降所造成的损失,仍具于2007年10月30日鲜秆的粗乙醇提取率,即粗乙醇的折算提取率(见表3),同时将200年10月30日的最大限度的可加工时间为3月10日之前,一年中大约粗乙醇提取率1287%设为CK。200年1月17日的2有6个月的甜高粱茎秆可加工期。次冻杆加工实验的粗乙醇折算提取率平均为1.85%,3.5可加工期的长短随当地的气候条件不同而不同较CK下降了1.02%,经变量分析及差异显著性测定与以上结果是针对吉林地区而言,不同地区可加工期CK差异不显著:2008年3月19日的2次解冻后茎秆的长短会随当地的气候条件不同而不同,在吉林地区以加工实验的粗乙醇折算提取率平均为10.20%,较CK南,为年平均温度相对较高的地区,可实现茎秆提早收下降了267%,与CK差异极显著:2008年4月8日的获,鲜秆加工期延长,但因茎秆解冻过早冻秆加工期明最后2次解冻后茎秆加工实验的粗乙醇的折算提取率显缩短;在吉林地区以北其年平均温度相对较低的地平均为962%较CK下降了325%,与CK差异极显区却与之相反,不利于鲜秆加工,而冻秆加工期会相对著延长。36存在问题3结论尽管利用自然冻贮可有效延长甜高粱茎秆的加工31乙醇提取率的变化规律期,但茎秆贮放的技术及冻秆的加工工艺还有待于更科从上述结果中可以得出,冻秆加工及解冻后茎秆加学的改进与提高减小茎秆贮放过程中的糖分、水分损工的粗乙醇折算提取率,随茎秆在贮存过程中茎秆重量失提高乙酶的提取率这是我们今后共同的努力方向。与有效糖分的减少和纯度的下降而递减。如果在实际生参考文献产上甜高粱茎杆贮存过程中尽量减少茎杆的水分损失,1黎大爵,廖馥荪甜高粱及其应用M北京:北京科学出版杜就能够在一定程度上提高粗乙醇的产量。1992.1-5.3.2鲜秆加工是最主要的加工时期[2]刘荣厚等燃料乙醉的制取工艺与实例M北京:化学工业鲜秆加工的乙醇提取率最高,鲜秆加工对甜高粱茎出版社,2007秆制取乙醇来说是最主要的时期。在实际甜高粱的栽培3]刘杰郑士梅李原有等利用甜高梁茎杆提取乙醇的实验报生产中应通过分期播种或早、晚熟品种搭配,在吉林地告第I报[酸酒科技,2007,(5):55-53区就能够使甜高粱的加工生产从9月上旬开始进行,直郑土梅李原有吴利兴,刘水莉利用甜高粱茎秆加工粗乙醇到10月末,共有50d左右的鲜秆加工期。这一期间内(原酒)技术之一印酿酒,2007,(4):45-46尽可能抢时加工、提高作业效率、全负荷生产。[5]吴天祥关于白酒酒度的换算和勾兑的计算方法门]酿酒科技,1998,(4):37-38.33冻秆加工可有效延长北方茎秆的加工期不同时期的茎秆加工乙醇提取量折算对比表茎秆类型据表1折算与10月鮮秆重量折算成鲜秆的粗乙醇提取量粗乙醇折算提取率与鲜秆比下降日期30日鲜秆重量比(kg)%)(%)鲜秆(CK)10-30冻秆0l-170.88811.851.02解冻茎秆030.734