季文波

摘要：由于石油危机而造成的国家能源安全、农民收入和环境等问题而使得生物酒精的生产日益受到重视。从现阶段发展而言，玉米原料化工方面的研究相对较少，因此在玉米生产酒精的传统工艺中出现了诸多问题，在工业转化过程中，缺乏相应的成熟技术支持。为此，必须采取一些有效措施进行改进，提升酒精发酵的效果。本文就玉米原料超高浓度酒精发酵展开探讨。

关键词：玉米；浓醪发酵；温度梯度控制；生料水解酶；酒精

引言

据酿酒协会酒精分会的统计，2004年我国酒精生产玉米原料占50.3%，经过近几年的发展，玉米现在已经占到65%。适度发展玉米燃料乙醇有益于粮食供需平衡，依然可以起到玉米供需平衡蓄水池的作用。同时玉米也是深加工链条最长、产品系列最丰富的粮食品种，因此相对于其他淀粉质原料，玉米酒精发酵的研究意义更大。

1.玉米原料超高浓度酒精发酵的历史

近些年來，全世界的石油危机问题变得越来越严重，从而给我国的能源安全带来了一定程度的影响，依赖石油进行的化工工业发展受到一定的限制，随之而来影响高浓度酒精的生产率。目前，我国整体经济增长的速度非常高，已经成为了全世界第三大酒精生产国家。目前来看，生物酒精的主要材料则是燃料乙醇，也就是说能够直接使用淀粉质原料完成生产工作。根据相关资料的统计可以得知，早在21世纪初期，我国的酒精生产，玉米原料便已经达到了50.4%。在经过了十多年的发展之后，当前玉米作为化工原料的实际占有率已经达到了66%。由于相应机械设备的革新和技术的提升，对于我国粮食的供需平衡带来诸多帮助，不仅如此，玉米是工厂中整个深加工链最常用的一类食品，因此其研究工作便变得更为重要。高浓度酒精的发酵率非常高，并且实际残糖量也很低，因此适合大面积生产。根据我国某企业的实践可以发现，如果按照酒精年产量为6t进行计算，在采用浓醪发酵之后，节水约12万t，整体资金成本节约680万元。伴随技术的发展，其已经成为了酒精行业的重点发展技术。我国对于生料酿酒工艺的研究起步于20世纪70年代，其主要研究方向则是节约能源、减少排放、提高出酒率以及高浓度发酵。近些年相关研究变得越来越多，从而使得商业化进展得到了提速。

2.超高浓酵酒精发酵优点

采用超高浓发酵（VHG）技术生产酒精，可以节约相当数量的水。当可溶性固形物含量从16g/100g，升高到31g/100g，可节水58.9%，同时采用VHG发酵技术还可以在不增加工厂生产能力的基础上增加产出。而且由于超高浓度酒精发酵过程可以提高设备利用率，减少环境污染等等，因而近年来成为各国研究者所追求的目标。采用超浓发酵技术可增加工厂的生产能力并降低成本，酒精浓度可以大于18%（v/v）；由于去除了不溶性物质，因而增加了发酵罐的工作体积，提高工厂效率；降低劳动力成本；降低能源成本：不用冷却发酵罐中的不溶性物质，不用在蒸馏中加热不溶性物质，蒸馏中用水减少，高效蒸馏的最优酒精浓度，较少的固形物（液液提取）。减少水的用量，减少发酵罐的停工期，减少清洗剂和杀菌剂的使用。其他优点：抑制酒精生产中杂菌的生长和增殖；生产食品级副产物的机会；高蛋白饲料的生产机会。超高浓醒发酵存在的问题超浓醛发酵的缺点有：发酵时间长，发酵不完全，这主要是由于产物抑制、高渗透压和营养不足等因素所造成；还有物料粘度大，输送困难等问题。

3.生料酒精产量较高的主要原因

通过相关研究可以得知，玉米内部游离糖的实际含量一般都在1.0%～3.0%，如果仍然采用早期的操作模式，这些游离糖中的一大部分会与蛋白之间产生化学副反应，亦或者基于高温条件，从而出现了其他不同程度的变化，转变为不可发酵性糖。而在采用了生料之后，正常操作过程不再会有高温出现，这些糖便不会产生反应，进而能够投入使用之中。不仅如此，由于生料工艺本身并不会有任何可溶性干物质，整个体系内部的渗透压通常都比较低，因此在实际发酵的过程中，其中的副产物会有一定程度的减少，诸如甘油和有机酸。如此一来，内部的葡萄糖基本上全部都能够转变为酒精。在采取生料的方式时，由于整个操作过程中的酵母数量相对偏少，尤其是低于传统操作中阐述的数量。由此可以判断能够合成酵母的葡萄糖数量少于传统过程中，进而使得更多的糖能够转化为酒精。

4.传统工艺和生料工艺的差别

4.1生料工艺

取一定量全磨玉米粉，全部通过40目筛（即颗粒度<0.420mm），测定水分，配制成绝对干物浓度为31%的玉米醪液，用26%H2SO4将料液pH值调整至4.5，加入颗粒淀粉水解酶STARGEN0010.785GAU/g，接入0.4%活化好的干酵母于32℃发酵，不同时间取样进行色谱分析；发酵结束时对酵母显微镜观察，用DT2000真彩色图像分析系统计数并统计大小。

4.2传统工艺

以前，工作人员普遍采用蒸煮的方式，以此对超高浓度的酒精进行发酵。由于具有黏度方面的问题，因此如果配料的浓度超过了预期，很容易造成液化不够彻底的情况发生。不仅如此，浓醪本身的换热和输送难度都将得到提高，同时对于整个体系中的传质也会带来一定程度的影响，进而降低整个操作的效率。即使不将黏度方面的问题考虑进来，基于这一条件，实际工作中必须确保酵母本身具有较强的耐高糖度以及耐高酒度。

5.建议与展望

玉米酒精生产发酵过程的优化控制是企业节流创效的重要途径，是企业不断追求的目标一没有最佳，只有更佳。因此务必要提高其对企业生产经营重要性的认识，因而就要转变观念，强化三个意识。一是要有竞争意识。对于企业在发酵过程工艺要不断开展对标，向同行企业学习，找差距，定措施，形成竞争意识，提高工序质量。二是要有效益意识。要在玉米酒精生产发酵过程中仔细寻找创效点，逐步优化，做到一点一滴降成本、一分一厘增效益，从点滴入手，抓好质量效益每一项工作，提高原料的转化率，提高产品的附加值，实现产品效益的最大化。三是要树立全员营销意识。随着国内企业竞争日趋激烈，给企业带来前所未有的挑战，下游用户的质量需求也在不断变化与提高，这就要求我们从产品生产的每一个环节开始，不断树立生产一营销意识，密切、严格把握控制产品质量，在竞争中永远立于不败之地。

6.结语

综上所述，传统酒精发酵工艺存在诸多缺陷，诸如黏度过高以及对于高耐久度酵母过于依赖的问题。而在应用生料工艺之后，这方面问题便能够得到有效处理，进而提升生产效果。

参考文献

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（作者单位：中粮生化能源（肇东）有限公司）