摘要：本文研究了发酵法制备燃料酒精的工艺流程，针对传统的工艺中发酵醪液浓度偏低、能耗高、原料利用率低等问题进行了探讨。通过在不同的条件下改变糖化酶加入量、发酵温度、发酵时间、酵母添加量等实验参数，得出发酵制备燃料酒精的最佳工艺条件。结论为：糖化酶加入量为150u/g，发酵温度为40℃，发酵时间为60h，酵母添加量为1‰。
关键词：玉米淀粉；发酵；酿酒高活性干酵母；燃料酒精；糖化酶；工艺优化
本文以玉米淀粉为原料，利用淀粉酶和糖化酶将淀粉转化为可发酵性糖；向发酵罐中添加酵母菌，在厌氧条件下，酵母菌将可发酵性糖转化为酒精；然后对成熟醪液进行蒸馏，最后进行脱水，得到无水燃料酒精。酒精能否在燃料工业上应用关键在于降低生产成本。因此，要实现酒精在能源领域应用，必须通过技术手段优化生产工艺，以提高燃料酒精的产率。
1 实验操作
1.1 试剂与仪器
糖化醪过滤液（50ml），发酵成熟醪，发酵成熟醪过滤液，耐高温酒精活性干酵母为化学纯；标准葡萄糖溶液，糖化酶（100000 μ/ml），α-淀粉酶（4000μ/ml），斐林氏甲、乙液，10%酚酞指示剂，亚甲基蓝指示剂，蒸馏水为分析纯。
CS501型超级恒温器，JJ-2型增力电动搅拌器，M22型有机制备仪，RA-410型数字式糖度计，DF型可调式万能电炉，HS6882型酒精测量仪，WAY型阿贝折射仪，标准筛40目，盘式天平，25ml酸度滴定管，25ml碱式滴定管，普通平底锅
1.2 实验步骤
1.2.1 糊化：
100g玉米面按比例1:3.5加水，逐渐升温到90℃～100℃，不断搅拌，维持1h。
1.2.2 液化：
降温到60℃～165℃，调节pH 6.2～6.4，加入耐高温α-淀粉酶0.04g，液化1h。
1.2.3 糖化：:
降温到58℃左右，加入糖化酶0.4g，糖化20min。
1.2.4 发酵：
将耐高温酒精活性干酵母用25～30℃水活化15min，加入降温到30℃的玉米糖化液中，并调节pH，进行发酵。
1.2.5 蒸馏：
取100mL发酵液加入100mL蒸馏水，蒸馏，测酒精浓度。
1.2.6 脱水：
向蒸馏得到的酒精中添加共沸剂环己烷，环己烷与酒精溶液中的乙醇、水形成三元恒沸物，沸点与纯组分酒精、水之间沸点差较大，从而可通过精馏得到无水酒精。
1.3 检验方法
1.3.1 粉碎原料的检验
在取样口分次留样，混合均匀，用四分法缩样称取混合物均匀试样100克，置于40目筛中进行筛分，取筛上物称重。粉碎度（%）＝（筛下物/100）*100%
1.3.2 液体发酵糖化醪的分析
取糖化后的已冷却到可以输往发酵罐的糖化醪为试样，取后立即过滤，进行酸度与糖度的测定。测定还原糖和总糖时，试样不可过滤。
1.3.2.1 糖度的测定
取糖化醪过滤液50ml于量筒中，用糖度计测定。同时测定温度，查《糖液糖锤度温度更正表》换算出实际糖度。
1.3.3 发酵成熟熟醪的分析
在发酵醪蒸馏前1-2小时，用取样器在发酵罐中，按上、中、下取等量醪液混合均匀备用。
1.3.3.1 酒精度的测定
准确量取发酵醪100ml，注入500ml圆底烧瓶中，加入100ml蒸馏水。将圆底烧瓶和冷凝器连接好，注意勿漏气。在电炉上加热蒸馏，馏出液收集于100ml 量筒中，待馏出液达到刻度时立即取出量筒摇匀，用酒度计和温度计同时测得其酒度和温度，查《酒精度校正表》换算出实际酒度。
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1.3.3.2 挥发酸的分析
准确吸出测定酒度的酒液10ml注入100ml锥型瓶中。加入2滴10%酚酞指示剂，以0.1mol NaOH 溶液滴定至微红色为终点，微红色应保持30S。以10ml酒样消耗0.1 mol NaOH 溶液1ml为一个酒度。
1.3.3.3 总酸的分析
糖化醪中含有多种有机酸，皆为弱酸，故用中和法以强碱滴定弱酸来测定。
RCOOH+NaOH = RCOONa+H2O
吸取滤液1ml于锥型瓶中，加入20～30ml蒸馏水，再加入2滴酚酞指示剂。用0.1 mol NaOH 滴定至微红色为止。（微红色应保持30S不腿色）
1.3.3.4 外观糖的测定
取发酵醪过滤液注入100ml量筒中，用糖度计和温度计测其糖度与温度，查表即得。
1.3.3.5 还原糖的测定
1糖液准备
量取发酵醪液50ml 定容至250ml，用漏斗过滤备用。
2预备试验（定糖）
吸取发酵醪过滤液10ml，加入盛有斐林氏甲、乙液各5ml，蒸馏水20ml的锥型瓶中，置于石棉网上，用电炉加热待沸腾后，用滴定管逐滴加入标准葡萄糖溶液，滴定时应保持沸腾，待蓝色即将消失时，滴入0.5% 次甲基蓝指示剂2滴，继续滴定至蓝色消失呈现鲜红透亮时为终点，以上滴定过程应于4分钟内滴定完。
3正式实验
吸取发酵醪过滤液10ml，加入盛有斐林氏甲、乙液各5ml，蒸馏水20ml的锥型瓶中，加入少于预备试验所消耗糖液量约1ml的标准葡萄糖溶液。滴定至蓝色消失置于石棉网上，用电炉加热待沸腾后，令其在2-3分钟内达到沸腾，立即加入2滴次甲基蓝指示剂。继续保持沸腾2分钟，再以0.25% 葡萄糖溶液滴定至蓝色消失。呈现鲜红透亮时为终点。
1.3.3.6 总糖的测定
量取发酵醪50ml加入250ml锥型瓶中，加40ml蒸馏水，10ml 20% HCl 溶液，塞上1m长玻璃管的橡皮塞，并在沸水中转化1小时；取出冷却，以20%氢氧化钠溶液中和至微酸性，转入250ml容量瓶中加水至刻度，摇匀后过滤吸出滤液10ml，加入盛有斐林氏甲、乙液各5ml、水20ml的锥型瓶中，用标准葡萄糖溶液滴定。
2 结果与分析
2.1 糖化酶添加量对玉米淀粉酒精发酵的影响
糖化酶在玉米淀粉酒精发酵中有很大的作用，它将玉米中的淀粉分解成可发酵性糖，以利于酵母酒精发酵。糖化酶的用量对酒精发酵有很大的影响，糖化酶的用量太少，会造成发酵不彻底；糖化酶太多，则增加了生产成本。
2.2 发酵温度对耐高温酒精活性干酵母酒精发酵的影响
酒精酵母的发酵温度范围在30℃～42℃，在实验中选择发酵温度分别为30℃、33℃、36℃、37℃、40℃、42℃，酵母量为0.75‰，pH值为4.5，发酵60h测酒精浓度。随着温度的升高，酒精浓度逐渐升高，当温度达到40℃以后酒精浓度开始下降，所以最适温度为40℃。
2.3 酵母添加量对耐高温酒精活性干酵母酒精发酵的影响
耐高温酒精活性干酵母添加量在0.5‰～1.2‰，在实验中选择添加量为0.5‰、0.65‰、0.75‰、1‰、1.2‰，温度为40℃，pH=5.0，发酵60h时测酒精浓度。随着酵母量的增加，酒精浓度逐渐升高。当达到1‰时，酒精浓度最大。所以酵母添加量为1‰。
2.4 发酵时间对耐高温酒精活性干酵母酒精发酵的影响
酒精酵母的发酵时间为48～60h，在实验时选择24h、36h、48h、60h、72h，温度为40℃，pH=5.0，酵母量为1‰时测酒精浓度。随着发酵时间的延长，酒精浓度逐渐升高。当发酵60h，酒精浓度最高，随后开始降低。所以最佳发酵时间应为60h。
3 结论
综上所述，不同的条件下通过改变糖化酶加入量、发酵温度、发酵时间、酵母添加量等实验参数，我们得出发酵制备燃料酒精的最佳工艺条件为：糖化酶的加入量为150u/g，发酵温度为40℃，发酵时间为60h，酵母添加量为1‰。
参考文献：
[1] 章克昌.发展燃料酒精的建议.中国工程科学，2002.2（6）:89～93.
[2] 马赞华.酒精高效清洁生产新工艺.北京：化学工业出版社，2003.248～251.
论文作者:刘磊
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/23
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