| 木薯渣残余淀粉提取和酒精浓醪发酵工艺研究 |
| 作者：广西工学院 容元平 出处：广西木薯产业协会 更新时间： 2010年04月28日 |
广西工学院生物与化学工程系副教授、高级工程师 容元平
1、木薯加工概述
木薯是广西特有经济作物，每年的种植面积达35-40万公顷。年产鲜木薯约700-800万吨。约占全国总产量的70%。木薯是生产淀粉及其衍生品如变性淀粉、葡萄糖、果糖、赖氨酸、谷氨酸、山梨醇或粗原料发酵产品如：酒精、柠檬酸等工业产品的重要原料。
从其加工特点来说，大致可以分为两大类：
（1）先将其粉碎，加工成淀粉，再加工成其他产品。
（2）直接利用木薯粉碎后进行发酵得到产品，如酒精、赖氨酸、柠檬酸。
在第一类加工过程中存在的最大的问题是：在淀粉加工后产生的木薯渣，难以得到充分利用。其次是在加工过程中产生的废水中含有较多的有机物，这些有机物中主要包括淀粉降解物，蛋白质、可溶性灰分等。这些废水如果直接进入废水处理系统，不仅增加处理费用，而且浪费很多资源。如果在产品设计时，只考虑淀粉类产品，而没有发酵产品配套，则流程中产生的废渣、废水很难得到有效利用。
在第二类加工过程中，是直接利用木薯粗原料粉碎后进行发酵，这个工艺过程主要应考虑原料利用率、设备利用率、能源利用率和劳动生产率。如浓醪发酵、差压蒸馏等。
2、木薯加工产业链清洁生产设计
3、本流程的特点：
最主要的是把淀粉和酒精生产有机的结合起来。
(1)生产淀粉产生的木薯渣经过预处理后完全用于木薯酒精的生产，不仅将木薯渣中的残余淀粉几乎都提取出来，使淀粉资源得到充分利用，而且在原有生产基础上提高发酵初始醪液总糖含量，最终提高发酵成熟醪的酒度，达到浓醪发酵的效果，这样就可以大大提高生产线的原料利用率、设备利用率、能源利用率和劳动生产率。
(2)在这个流程中，把废醪液用于沼气发酵，得到的沼气用于锅炉燃料，既清洁，又环保。
(3)锅炉产生的高压蒸汽先用于发电，蒸汽压力降低后再用于车间供热，进一步提高能源利用率。
(4)处理后的废水回用到木薯洗涤，提高水的利用率。
(5)在该流程中，对木薯渣中残余淀粉的提取，采用淀粉酶对其进行反复液化过滤增浓，可以大大降低提取能耗。
(6)将黄浆水用于发酵，可以提高原料的利用率。
(7)在整个流程中，还可以利用换热技术，差压蒸馏技术等来进一步降低能耗。
4、木薯渣残余淀粉提取和酒精浓醪发酵
目前，广西木薯淀粉加工企业每年淀粉的生产总量约50万吨，在生产淀粉的同时，产生约100多万吨湿木薯渣（约10万吨折干木薯渣），流失约4万吨淀粉，并对环境造成很大影响。
据调查，一个年产3万吨淀粉的加工厂，每年约产生6万吨的湿木薯渣，约需要配套一个占地15亩的渣池。高峰时可能需要堆积3万吨的湿渣。一般从每年11月榨季开始，渣池就开始存放木薯渣，有些企业将木薯渣卖给农民做饲料，但因饲养效果不佳，用量不大。也有些企业是给人承包处理，只能收取少量费用，但处理速度也不理想，一般在榨季结束后很长时间，渣池里都还存放着木薯渣，由于长期存放，导致木薯渣发酵腐败，臭气弥漫，这使得木薯原料利用率低下，还占用宝贵的土地资源，并给周边环境造成恶劣影响。
为了解决木薯渣的有效利用和提高木薯酒精的发酵成熟醪的酒精度，广西工学院发酵工程研究室进行了多年的研究，主要研究内容是:
（1）实验室研究
1）木薯渣残余淀粉高效回收技术攻关
对于木薯渣在酒精发酵生产中的应用，前人做了很多工作，有将木薯渣直接进行发酵生产酒精的，这样得到的发酵成熟醪的酒度很低。
也有直接将木薯渣加到木薯粉中混合调浆，用于发酵酒精，但其发酵后得到的发酵醪酒精含量低，导致生产能耗大，生产成本高，排污量大，经济效益不理想。
我们的研究方案是：利用酶解技术经对木薯渣进行压榨、调浆、液化、过滤等工序的集成运用回收木薯渣中残余淀粉，不经蒸发浓缩工艺，可使木薯渣残余淀粉提取率达到90%，提取液中总糖含量达到130g/L以上。
2）利用木薯渣残余淀粉提取液的酒精发酵工艺试验以木薯渣残余淀粉提取液为原料进行了三角瓶和5L发酵罐酒精发酵工艺试验，发酵成熟醪酒度达到6%（v/v）以上；
3）研究用木薯渣残余淀粉提取液对木薯粉调浆进行液化糖化及发酵工艺试验，成熟醪酒度达到13%（v/v）以上。再与纯木薯粉进行对比试验，结果表明，两种原料发酵的原料利用率相差不大，而用木薯渣残余淀粉提取液对木薯粉调浆的醪液在整个发酵过程中的流动性明显增加，特别有利于采用酒精浓醪发酵。
4）当我们用鲜木薯进行粉碎试验时，当料水比小于1：0.8时，粉碎很困难，并且得到的浆料流动性很差。但利用木薯渣残余淀粉提取液对鲜木薯进行粉碎，可以明显提高浆料的总糖浓度，并且流动性很好。
5）菌种选育与液化糖化工艺研究 通过多年选育，实验室已筛选出木薯酒精发酵高浓菌株。同时，通过对液化糖化工艺研究已得到实验室发酵优化工艺条件。
目前，针对木薯渣残余淀粉高效回收和利用木薯渣残余淀粉提取液进行酒精发酵的研究，已基本完成实验室的工作，下一步是需要到企业进行试验。
据测算，从木薯渣中提取残余淀粉的成本折干糖计,每吨在1000元以内，提取液中总糖浓度130g/L。
（2）生产试验：
1）对应用本技术进行试验的企业的基本要求：
生产线：同时拥有木薯淀粉加工和酒精生产线。
规模：一般淀粉生产在10000吨/年，酒精在5000吨/年以上，且规模越大效益越佳。
2）生产试验步骤
先进行木薯渣残余淀粉的提取试验，然后利用提取液对木薯进行粉碎，以提高发酵醪初始总糖浓度，再进行发酵试验。
试验要求：现有生产线设备基本满足生产试验的要求。进行生产性试验时，主要需要蒸煮和压滤设备，这些设备企业都有，试验阶段不需增加新设备。可用现有设备进行。试验完成后，根据生产规模再进行生产线技术改造。
人员：利用现有生产技术人员即可。
其他：没有其他特别要求。
5、本课题研究的创新点
首次提出利用木薯渣残余淀粉提取液对木薯粉调浆实现低粘浓醪酒精发酵的方法。通过对木薯渣进行压榨、调浆、液化、过滤等工序进行集成运用，避免采用高耗能的蒸发浓缩工艺，而采用低耗能的无相变增浓措施，使提取液总糖浓度达到130g/L以上，折干计每吨提取液消耗蒸汽低于2吨。利用木薯渣残余淀粉提取液对木薯粉调浆，既是对废弃物的利用，又能提高发酵醪初始总糖浓度，还能保持发酵醪具有较好的流动性和传质效率，从而保证浓醪酒精发酵的正常进行，使废弃物利用与节能减排得到集成应用。
6、广西工学院发酵工程研究室简介
负责人是广西工学院科技处处长、发酵工程博士伍时华教授。另外还有多名博士、硕士、副教授、高级工程师、高级实验师等专业人员，另有约10名在读研究生。
本研究室实验室面积约400m2，近三年来主要进行酒精发酵工艺技术研究，获得了5项共计114万元的纵向科研经费资助，取得了较好的科研成果。公开发表论文30余篇，其中被SCI收录2篇。2009年申请国家发明专利3项。 拥有包括B. Braun 5L全自动控制发酵罐、10L-100L两级全自动控制发酵罐（上海产）、30L-300L两级全自动控制发酵罐（上海产）、岛津液相色谱仪、岛津CS-9301PC双波长飞点扫描分析仪、生物传感分析仪（快速测定葡萄糖和燃料酒精含量）、Motic数码显微系统、菌种冷冻真空干燥机、微生物厌氧培养系统、双层特大容量全温度恒温振荡器、全自动新型生化培养箱、90L高压蒸气灭菌器、生物超净工作台等设备在内的从事微生物育种与发酵研究的仪器设备。
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