玉米酒精糟

季景峰

[摘 要]文章围绕玉米酒精发酵与酒精槽高效利用，分析了玉米酒精槽的生产工艺以及酒精发酵技术，目的在于为今后玉米酒精发酵工作提供技术参考与理论支持。

[关键词]玉米酒精发酵；酒精糟；干玉米酒精糟

中图分类号：S816 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）31-0283-01

我国是酒精生产大国，每年产玉米酒精糟1500万t左右（固含量30%）。酒糟糟液现行的处理办法是烘干作为饲料原料，此工艺不但成本高（每吨酒糟饲料的烘干费用为300元），而且营养价值也有损失。我国干玉米酒精糟（DDGS）的产量为每年450万t，用于烘干的费用约14亿元。目前酒精行业对糟液最主要处理方式是进行了沼气生产或转化为廉价的肥料，甚至有的处理达标后直接排放，造成了极大的浪费。如果能把发酵糟液中的营养物质回收利用，进行再生产，不仅可提高原料的利用率，降低生产成本，而且还可节约水资源和能源，实现了环境效益和经济效益双丰收，下面以玉米酒精为例进行分析，

1 玉米酒精糟的生产工艺

在酒精生产中，将浓浆混入湿渣中进行烘干，生成的产物即为玉米酒精糟（又称为DDGS）。湿渣与浓浆混合后如果不进行烘干，即为湿态玉米酒精糟（又称为WDGS，是Wet Distillers Grainswith Solubles的缩写，固含量30%～40%），其含水量高（60%～70%）。玉米酒精糟的用途干、湿态玉米酒精糟的用途基本相同。在美国，2009年玉米酒精糟大约39%用于奶牛日饲料、38%用于肉牛日饲料、15%用于猪的日饲料、7%用于禽类的日饲料、1%用于其他动物的日饲料[1]。玉米酒精糟在动物日饲料中所占的比例因动物种类的不同而不同；对于肉牛，干态（含水量10%）和湿态（含水量65%）玉米酒精糟在日饲料中所占的比例分别为20%和40%；对于奶牛，干态（含水量10%）和湿态（含水量65%）玉米酒精糟在日饲料中所占的比例为10%～25%；而在猪和禽类日饲料中所占的比例不超过10%。可见，玉米酒精糟是一种营养价值很高的蛋白质饲料，主要用作奶牛和肉牛的饲料（占玉米酒精糟消费总量的75%左右），可占奶牛總喂食干物质的30%、肉牛总喂食干物质的40%。

2 玉米酒精糟液的酶水解及利用

酒精发酵是在一定浓度的糖化醪中进行，醪液浓度的高低直接影响到酒精产量和生产效率。糖化醪浓度稀，虽然有利于酵母的生长代谢，能提高出酒率，但是浓醪发酵却能提高设备利用率，节省水、电，降低生产成本，增加产量。因此，应采用浓醪发酵生产酒精。

2.1 复合酶Fhm-5的添加量

添加复合酶Fhm-5的目的为了破碎、水解糟液中酵母细胞，释放出细胞中的游离氮及生长因子，并对酒糟中的蛋白质进行水解，同时也水解残糖总糖及纤维素，达到最大量释放出酒糟中的营养物质[2]。经试验，随着复合酶Fhm-5浓度的提高，还原糖的浓度也在不断地提高，但当复合酶Fhm-5浓度添加到1%时，还原糖的浓度升高并接近稳定的0.7%左右，因此在对糟液水解时一般选择复合酶Fhm-5量为处理量的1%。

2.2 酒精糟液的回配利用

糟液的酸度通常很高，有时含有不溶性沉淀物，因此在回用前需经离心分离，然后一部分可适合于糖化醪调酸，另一部分经酶水解后重新用于配料，用于配料的部分需调pH5.0，调温度为42℃。水解液的还原糖浓度约在0.85%，1t原料玉米经酒精发酵后大约产生4t左右的糟液，经过滤和酶水解后将得到水解液4t，其含有大量的可溶性氮、生长因子等大量营养物质，水解液与原料的最佳配比为2.8∶1。

3 玉米酒精发酵工艺

3.1 水解工艺

玉米秸秆进行预处理后，纤维素水解只有在催化剂存在的情况下才能显著进行。常用催化剂是无机酸和酶，由此分别形成了酸水解工艺和酶水解工艺，酸水解工艺又分为稀酸水解和浓酸水解。水解主要是破坏纤维素、半纤维素的氢键，使之转化为发酵的单糖[3]。

3.1.1 浓酸水解

用70%的硫酸50℃下在反应器中反应2～6h，半纤维素首先被降解，溶解在水里的物质经过几次浓缩沥干后得到糖，半纤维素水解后的固体残渣经过脱水后，在30%～40%的硫酸中浸泡1～4h。溶液再经脱水和干燥后，在70%的硫酸下反应1～4h，回收的糖和酸溶液经过离子交换，分离出的酸在高效蒸发器中重新浓缩，剩余的固体残渣则再循环利用到下一次的水解中。浓酸水解过程的主要优点是糖的回收率高，大约有90%的半纤维素和纤维素转化的糖被回收。但浓硫酸腐蚀性强，而且从经济方面考虑必须回收浓硫酸，增加了工艺的复杂程度。

3.1.2 稀酸水解

为了解决浓酸水解法存在的问题，一般采用稀硫酸（0.2%～0.5%），在较温和条件下进行。此时水解一般分2个阶段：第1阶段为低温操作，从半纤维素获得最大糖产量；第2阶段采用高温操作使纤维素水解为六碳糖，糖的转化率一般为50%左右。但稀酸水解容易产生大量副产物。

3.1.3 酶水解

酶水解是利用产纤维素酶的微生物或者纤维素酶制品，直接将半纤维素、纤维素水解成可发酵糖。与酸水解相比，它可在常压下进行，反应条件温和、效率高、能耗低、选择性强、环保效果好，显示出良好的应用价值和前景。水解后可形成单一产物，产率较高（>95%）[4]。匈牙利Eniko等人采用NovoYm188等水解经湿氧化处理的玉米秸秆，酶解纤维素转化率（ECC）高达85%。该法的关键在于纤维素酶的获得和利用，同时要考虑纤维素酶的成本。丹麦诺维信公司曾经宣布其纤维素酶生产成本已比当初降低了12倍，现在该公司又取得了重大进展，纤维素酶生产成本已比最初降低了20倍，生产lL燃料级乙醇所需纤维素酶的成本已低于6.6美分。这极大地推进了燃料乙醇的商业化进程。

3.2 发酵工艺

3.2.1 直接发酵法

直接发酵法是基于纤维分解细菌直接发酵纤维素生产乙醇，不需要经过酸水解或酶水解前处理过程。一般利用混合菌直接发酵，例如热纤梭菌（Clostridi umthermoceUum）能分解纤维素，但乙醇产率较低（50%），热硫化氢梭菌（Col-stridiumthermohydz）不能利用纤维素，但乙醇产率相当高，如果进行混合发酵，产率可达70%。吕福英介绍了热纤梭菌的生理生化特性及发酵生产的研究进展，并对热纤梭菌发酵生产乙醇的因素以及乙醇等发酵产物对热纤梭菌的抑制作用作了概述。但热纤梭菌产生乙醇也存在以下问题：发酵不完全、发酵速度慢、终产物乙醇和有机酸对细胞有相当大的毒性，需要进一步改进。

结束语

综上所述，玉米酒精糟有非常高的营养价值，是一种蛋白质饲料，可以当做奶牛以及肉牛饲料。玉米酒精发酵以及酒精糟用量目前我国得到了广泛的应用，也将玉米酒精糟本身所带有的营养价值充分发挥出来。

参考文献

[1] 杨连玉，秦贵信.干玉米酒精糟对不同畜禽的营养价值和饲喂效果[J].饲料工业，2016（02）：16-18.

[2] 吴晨光，马艳华，武振久.蛋鸡饲料配方中使用玉米酒精糟试验报告[J].农业与技术，2017（04）：36-38.

[3] 陈鹏，高中起，秦贵信，王严，王芝君.玉米酒精糟作生长肉猪蛋白质饲料的研究[J].养猪，2016（02）：8-11.

[4] 玉米酒精糟及可溶物（DDGS）对猪的饲用价值[J].养猪，2017（05）：28.