玉米与陈化水稻共发酵生产燃料乙醇的研究

第41卷第5期酿酒Vol 41. No52014年9月LIQUOR MAKINGSep.,2014文章编号:1002-8110(2014)05-0086-04玉米与陈化水稻共发酵生产燃料乙醇的研究刘劲松,宫殿良,董克芝,邵洪福[中粮生化能源(肇东)有限公司,黑龙江肇东151100摘要:以玉米和陈化水稻为复合原料进行燃料乙醇共发酵研究。试验数据显示,当干物质浓度为25%,陈化水稻添加比例为40%,淀粉酶加量为50U/g的情况下,摇瓶发酵酒份可达1312%(v/v);50L发酵罐放大试验的淀粉出酒率可达5211%关键词:玉米;陈化水稻;燃料乙醉;共发酵中图分类号:TS2622;TS2614文献标识码:BStudy on the Production of Fuel Ethanol Co-fermentation Technology WithCorn and Aging riceLIU Jing-song, GONG Dian-liang, DONG Ke-zhi, SHAO Hong-fuCoFCO Bio-energy(Zhaodong) Co. Ltd, Heilongjiang, 151100]Abstract: In this paper, the production of fuel ethanol co-fermentation technology with com and aginudied. The result showsthat, the shake flask test alcohol concentration is up to 13. 12%(w/v)and the alcohol yield of starch wfermentor is up to 52. 15%under the conditions of the dry matter concentration and aging rice added proportion and amylase dosage are 25%, 40% and 70U/gg rice; fuel ethanol; co-fermentation随着玉米价格的上升,酒精生产成本也不断上醇的条件进行了研究,为复合原料或非粮原料生产涨,以玉米为原料生产酒精的成本优势越来越小,燃料乙醇提供借鉴经验。国内外酒精行业的过度竞争也使得企业经营面临1材料与方法很大的压力,兼之国际国内上不断有“与人争粮”的1.1试验材料意见,寻找新的非粮可替代原料就成为了日益迫切苏宏GA475糖化酶(诺维信公司); COFCO专的课题12。用I代淀粉酶(诺维信公司);安琪超级酿酒高活性陈化水稻是指长期(3年以上)储藏,其有害物酵母(安琪公司);色谱标品均为色谱纯,其他试剂均质含量超标,已不能直接作为口粮的粮食,亦不能分析纯;玉米粉(取自本企业车间);陈化水稻(某直接用于畜牧养殖,必须经过特殊加工后方可进入粮库提供)脱壳后粉碎,20目过筛。动物食物链环节中。燃料乙醇对原料品质的要求12仪器与设备没有食用酒精那样严格,利用陈化水稻生产燃料乙50L全自动发酵罐(上海保兴生物设备有限公醇既可以有效控制不能食用的陈化粮流入粮食加司);摇床(zHWY-2112F);液相色谱(安捷伦1200工市场,减少国家对此进行控制的费用,更可进一型,安捷伦科技公司);离心机(3-18K, Sigma公司);步缓解酒精行业原料紧缺的情况,有效缓解玉米等超声清洗机(舒美牌KQ-800KDV,江苏省昆山超声粮食的消耗量。仪器有限公司);真空泵( WELCH2546C-02,美国威根据上述情况,本研究结合本公司现有生产工尔奇);移液枪(l德国 Brand);分析天平艺情况,对玉米和陈化水稻进行共发酵生产燃料乙( Mettler,AL204);中国煤化工);粘度计收稿日期:2014-07-28CNMHG作者简介:刘劲松(1974-),男,高级工程师,博士,主要从事谷物发酵生产酒精及生物质能源方面的研究工作。第五期刘劲松,等:玉米与陈化水稻共发酵生产燃料乙醇的研究2014(NDJ-5);水浴锅(HWS-28);pH计(PHsJ-3F);2结果与讨论液相色谱( agilent1260);离心机(3-18k);显微镜2.1陈化水稻添加比例试验(尼康50)等本试验设计了6组不同陈化水稻的添加比例13试验方法分别为0%、20%、30%、40%、60%、80%、100%,每组1.3.1摇瓶试验进行3次平行试验液化条件:1L液化罐,液化体系为800g,干物质对发酵成熟醪进行HPLC分析,结果如表1中浓度为25%,液化温度85℃,加入一定量的淀粉酶所示:当陈化水稻添加比例为40%时,乙醇的含量搅拌转速l20mi,.液化时间3h;发酵条件:1L三角最高,达到10159100;当添加比例为6%以上瓶,发酵体系为350g,酵母添加量为0.1%,温度时,乳酸含量大于0318/0omL;当添加比例为80%32℃,糖化酶加量210U/g,pH44,发酵时间72h以上时,乙酸含量大于008100mL;酸度高的原因132发酵罐试验可能是陈化水稻储存时间较长,乳酸菌和乙酸菌等发酵罐体积为50L,发酵体系为35kg;液化搅拌转速140r/min;发酵搅拌转速120r/min;其他条件同微生物大量积累所致,根据 Narendranath,Nv等人13.1中所述。报道乳酸和乙酸的含量分别大于025g/00mL和14检测方法0.06g/100mL时,对酵母发酵有明显的有抑制作用,还原糖的检测按CBT50097-2008食品中还不利于后续的生产四。原糖的测定》;干物质的检测:按CB50093-2010乙醇与甘油比值是反应酒精发酵水平的一个重《食品中水分的测定》;DE值的检测:DE值=还原要指标,乙醇相对于副产物甘油的比值越高说明发糖/干物质x10%;淀粉酒分残糖的检测按照文酵水平越高,应该控制在合理的范围内,当添加比献方法操作阿。例大于60%时,乙醇甘油比值下降比较明显。表1成熟馨HPLC分析/100mL陈化水稻比例麦芽三糖麦芽糖葡萄糖果糖琥珀酸乳酸甘油乙酸乙醇DP4+乙醇/甘油0.220030020080250810.0610.112.1912.50.020080.250.8100610.112200.070.230.020.080.260.8100710.122190070.230030.020.090.310.8300710.112.200.00020090330.8300810.062.20100%0070.240.000020090.33083008989221119淀粉出酒率是酒精质量(以95%vol计)与原料从图1可以看出,当陈化水稻添加比例为40%中的淀粉质量的百分比,可以充分考察不同淀粉含时,淀粉出酒率最高,可以达到5215%,当添加比例量原料生产乙醇的效率,是酒精行业衡量整个酒精逐渐增加后,淀粉出酒率不断下降。结合HPLC分析生产过程中的综合指标之一。由于两种物料按照不结果,综合考虑陈化水稻添加比例为40%较为合同比例混合以后,淀粉含量不同,所以用淀粉出酒率理为基准,考察发酵指标较为合理和准确,结果如下。2.2淀粉酶优化试验5220妍3215321153209玉米和水稻中直链淀粉含量不同,分别约为52.0520%~36%和8~37%。据苏俊烽等人报道,随着玉妄52.00米添加量的提高,混合物的峰值粘度、低谷粘度、最51.905188终粘度都逐渐增加,而糊化温度却逐渐降低,说明5180混合原料与单一原料的糊化液化条件有所不同。根据这些特点对V凵中国煤化工当陈化水稻00陈化水稻添加比例%添加比例为4 CNMHG量分别为图1不同陈化水稻添加量淀粉出酒率20U/g30U/g、40U/g、50/g、60Ug、70U/g,考察液化第五期2014粘度和成熟醪酒份,每组进行3次平行试验是由于陈化水稻淀粉颗粒较小,液化容易,更利于结果如图2所示,随着淀粉酶加量的增大,液后续微生物发酵。在发酵24h之后,失重速度又低化粘度不断降低。当添加量为20~40U/g区间时,粘于全玉米粉结合表1数据中乳酸和乙酸含量随着度降低幅度较大;当添加量为50~70Ug时降低幅陈化水稻含量增加而增大的结果,分析可能是由于度较小;另外,随着淀粉酶添加量的不断增大,酒份陈化水稻杂菌较多,染菌情况较为严重,没有全玉也有上升趋势。当淀粉酶加量在20U/g、30Ug时,酒米发酵温和,结果并不理想。份都比较低,可能是液化作用不彻底,没有更多地以淀粉出酒率情况考察发酵情况,结果如图4转化为后续发酵的糖当淀粉酶加量大于40U/g时,所示,当陈化水稻添加比例为40%时,淀粉出酒率酒份有所提高当达到70U/g时提高不明显。优化试最高为5211%,全陈化水稻结果最低。验数据,并结合成本等因素,选取糖化酶添加量为521552.150U/g,作为后续放大研究条件。下13.30450521015207428合燃5205E13.1040035032551.9531112701259290300陈化水稻添加比例%图4不同陈化水稻添加量淀粉出酒率淀粉酶添加量/U·g图2不同淀粉酶添加量粘度和酒份3总结与展望2.3发酵罐放大试验本文通过摇瓶试验以及发酵罐放大试验,以玉利用50L发酵罐,对上述试验结果进行发酵放米粉和陈化水稻粉为复合原料发酵生产燃料乙醇,大试验试验条件陈化水稻添加比例为40%,淀粉采用25%的干物浓度,陈化水稻添加比例为40%,酶加量为50U/g,其他条件同132中所述。试验以淀粉酶加量为50Ug的情况下,摇瓶发酵酒份高可0%(全玉米)和100%(全陈化水稻)的陈化水稻添加达13.12%(w),50L发酵罐放大试验,淀粉出酒率比例作为空白对照。可达5211%。本文以陈化水稻粉与玉米粉以适当比例混合45使用,形成复合淀粉质原料,在保证淀粉出酒率的前提下,既要使陈化水稻的投入量尽可能大,得到0%陈化水稻预期的成本收益,同时还要使副产物回收及废液处4m陈化水稻理更容易。在实际生产中,染菌是陈化水稻长期储150%陈化水稻存的一大难题。此外,由于水稻淀粉颗粒较小且易10碎等特点,添加比例过高,会影响后续副产物DDGS5的分离。尚有一系列的问题需要解决,这些问题的81624324048566成功解决将会给酒精行业带来巨大收益。[参考文献]图3不同陈化水稻添加量发酵失重[]李翠哲燃料乙醇行业发展任重道远门食品与发酵科技,2012(3)二氧化碳失重结果如图3所示,当陈化水稻添加比例在40%时,发酵失重速度整体都大于对照②质根材工最工程,2014(5)中国煤化工组;全陈化水稻添加时,发酵失重最低,但是在发酵军霞,张岩,黄CNMHG方法研究进展24h之前,失重速度明显高于全玉米发酵,分析可能天津农业科学,2012,5395-39第41卷第5期酿酒Ⅴd.41№.52014年9月LIQUOR MAKINGSep.,2014新工艺·新设备新技术本栏目由安徽飘轮独家协办文章编号:1002-8110(2014)05-0089-03HPLC快速检测芝麻香型白酒中四甲基吡嗪司冠儒’,张温清',张显2,史书俊',王永军1,唐莹l,周萍1(1安徽宣酒集团股份有限公司科研实验室,检测中心,江南小窖酿造工艺研究所,安徽宣城242002江南大学生物工程学院,工业生物技术教育部重点实验室,江苏无锡214122)摘要:首次利用高效液相色谱技术建立了一种芝麻香型白酒中健康功能因子四甲基吡嗪的快速检测方法,并对本厂酒样进行了检测。以甲醇:水Ⅳ/V=35:65作为流动相选用 phenomenex Gemini C18柱,在278m波长下检测。该方法样品回收率为9467~100.3%,相对标准偏差为329-17%。此方法操作简便,具有较好的准确性和重复性。关键词:高效液相色谱法;白酒;健康功能因子;四甲基吡嗪中图分类号:TS2623;TS2073文献标识码:BRapid Detection of Tetramethylpyrazine in Sesame-flavor Liquor by HPLCSI Guan-ru, ZHANG Wen-qing, ZHANG Xian, SHI Shu-jun, WANG Yong-jun, TANG Ying, ZHOU Ping'(1. The Research Lab and Testing Center of Xuanjiu Group Co. Ltd, Research Institute of Jiangnan Small Pit BrewingTechnology, Anhui Province Xuancheng 242000, China; 2. The Key Laboratory of Industrial Biotechnology, Ministry of Education,School of Biotechnology, Jiangnan University, Jiangsu Province Wuxi 214122, China)Abstract Using high performance liquid chromatography (HPLC), a rapid method for measuring tetramethylpyrazine (TMP)insesame-lavor liquor was developed for the first time and used to detect the TMP in Xuanjiu liquor. The HPLC conditions were as followflowing phase methanol: water (35: 65), phenomenex Gemini C18 column and 278 nm. The recovery and the relative standard deviationwere 94.67-100.33% and 3.29-1.77%, respectively. The method was precise, accurate and convenient.Key words: HPLC; Liquor; Health function factor: TMP吡嗪类化合物是一类含1,4-二氮杂苯母环化其它香味有显著的烘托和叠加作用。四甲基吡嗪,又合物的总称,广泛存在于自然和发酵食品中,具有名川芎嗪是一种重要的吡嗪化合物,该物质作为中类似于炒坚果、烤肉的怡人香气,香气透散性好,对药材川穹根茎的主要活性生物碱成分,具有特殊的收稿日期:2014-07-10作者简介:司冠儒,男,硕士研究生,主要从事酿酒微生物与白酒凤味物质研究,发表论文多篇,申请专利多项。*责任作者:周萍,女,工程师,高级检验师,省白酒评委,安徽宣酒集因食品安全总监4罗秋水,周志娥,闵嗣番,等用陈化粮发酵生产燃料酒精的工艺7] Narendranath,NV.K.C. Thomas and W.M. glede. Effects of湖北农业科学,200847(1).9697acetic acid and lactic acid on the growth of Saccharomyces cerevisiae5王年忠,赵二永,王芳,等.陈化小麦生料酒精发酵的中试食品in a minimalV凵中国煤化工whnoL.2001.2与发酵工业2013,394:81-8571-177CNMHG6刘辉宫殿良有机酸在玉米防霉中的应用以及对酒精发酵影响8苏俊烽程建军,甲本泙,学王不粉与稻米粉混合物的糊化特门酿酒科技,2013,9:65-67性J食品科技,2010,35(9):187-193