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目前,制约乙醇生产工业发展的主要问题是能耗大和成本偏高,因此,有关乙醇生产的研究也主要集中在这两方面。以淀粉质原料进行发酵生产乙醇,传统工艺需要先通过高温高压蒸煮工序,而仅蒸煮工序消耗的能量就占到了整个生产过程总能耗的30%-40%。为了有效地提高产酒精发酵罐的生产能力以及节能降耗,提高发酵中酒精浓度,进行浓醪发酵是首选方案。浓醪发酵是发酵酒精领域的一个研究热点,具有提高设备利用率和劳动生产率、降低管理费用、降低能耗和减轻酒糟处理负荷等优点,因此具有广阔的应用前景。本文针对宁夏丰富的马铃薯资源优势,以马铃薯为原料,对其浓醪发酵进行了研究,主要有四个方面研究内容和研究成果。
⑴研究并优化了马铃薯浓醪发酵生产乙醇的液化工艺参数,通过单因素实验与正交实验得到的液化工艺参数为:马铃薯粉过40目筛,料水比为1∶2.2,液化酶加入量为10u/g,配料水温为60℃,预热时间为30min,液化温度和时间分别为90℃、1h。在此液化条件下,液化醪黏度下降,经过30min糖化后的还原糖含量达14.71%。
⑵研究和优化了马铃薯浓醪发酵生产乙醇的糖化工艺参数,以糖化率和乙醇含量为指标,通过单因素实验和正交实验得到的马铃薯浓醪酒精发酵中糖化工艺参数为:在液化醪降温到60℃时,调pH4.5,加糖化酶量为150u/g马铃薯粉,降温到35℃,并控制加入糖化酶剑接种前的总糖化时间在30min左右。
⑶对马铃薯浓醪发酵工艺参数进行了研究与优化,得到的发酵条件为:发酵温度为35℃,发酵初始pH4.5,接种量为0.1%,发酵时间为48h。优化后发酵培养基中营养盐的组成为:MgSO4·7H2O(0.45g/L),KH2PO4(1.0g/L),尿素(0.25g/100g马铃薯粉),CaCl2(0.2g/L)。在优化后的条件下进行浓醪发酵,500mL三角瓶发酵成熟醪乙醇浓度15.67%(v/v),淀粉利用率在92%以上。
⑷综合考虑利用马铃薯生产燃料乙醇的技术、经济和环境可行性得出结论:利用马铃薯生产燃料乙醇有着可预见的良好经济前景,对开发自治区马铃薯资源优势和开拓马铃薯产品深加工空间具有重要战略意义。