橡子发酵转化燃料乙醇的工艺研究

范洪岩，宫殿良

（中粮生化能源（肇东）有限公司，黑龙江 肇东 151100）

燃料乙醇是一种可再生的清洁能源，随着能源供应日趋紧张和生态环境不断恶化，发展燃料乙醇产业是当今各国开发替代石油的清洁能源的重中之重[1，2]。寻求廉价易得的生物质原料发酵生产燃料乙醇成为国内外的研究热点。近年来玉米原料价格持续上涨，同时“与人畜争粮”和“与粮林争地”的争议呼声也日益增高，从粮食安全和提升企业效益角度出发，应用非粮原料生产燃料乙醇的竞争已经展开[3-5]。

我国有丰富的橡子资源，每年可产60亿kg~70亿kg，东北地区的橡子资源也十分丰富，黑龙江省的柞树达246万公顷，年产橡子200万t以上。橡子中淀粉含量较高约55%~60%，还含有单宁、蛋白质、脂肪、纤维素以及一些其他矿物质，其果实常用于生产多种产品[6]。因此，橡子发酵的意义在于:通过原料多样化试验工作的进行，拟达到应用非粮农作物实现对玉米原料的部分替代，从而缓解原料压力以及提升企业效益。

1 实验部分

1.1 试验材料

1.2 仪器与设备

液相色谱（安捷伦1260型，安捷伦科技公司）；离心机（3-18K，Sigma公司）；超声清洗机（舒美牌KQ-800KDV，江苏省昆山超声仪器有限公司）；真空泵（WELCH 2546C-02，美国威尔奇）；移液枪（10mL，5mL，德国Brand）；分析天平（Mettler AL204）；分析天平（Mettler ML204）；粘度计（NDJ-5S）；水浴锅（HWS-28）；pH计（PHSJ-3F）；摇床（ZHWY-2112F）；液相色谱（Agilent1200）；离心机（3-18k）；显微镜（尼康50I）等。

1.3 检测与试验方法

1.3.1 淀粉的测定 按GB/T 5514-85《粮食、油料检验淀粉测定法》中的酸水解法测定。

1.3.2 单宁的测定[7]采用硫酸亚铁铵返滴重络酸钾法测定。

1.3.3 粗纤维的测定 按GB/T 5515-85《粮食、油料检验粗纤维素测定法》测定。

1.3.4 蛋白质的测定按GB/T 5009.5-1985《食品中蛋白质的测定方法》中的凯氏定氮法测定。

1.3.5 水分的测定按GB 5009.3-2010《食品安全国家标准》食品中水分的测定法测定。

1.3.6 灰分的测定按GB 5009.4-2010《食品安全国家标准》食品中灰分的测定法测定。

1.3.7 酒分、残糖的检测：HPLC法

华为轮值董事长徐直军近日接受采访时表示，美国此举可能会损害其本国走在下一代科技前沿的雄心。他说：“对于华为而言，作为5G技术的领导者，我们没有机会为美国消费者提供5G的解决方案和服务，这表明美国市场是一个没有充分竞争的市场，仍然在阻碍着领先企业参与该市场。现在，我不确定他们能否真正实现成为5G时代全球第一的目标。”

1.3.8 发酵条件

酵母添加量为0.1%；配料浓度为30%；液化条件：淀粉酶加量为60μ·g-1，液化温度为87℃，搅拌转速为160r·min-1，液化时间为240min；糖化酶加量为210μ·g-1；发酵条件：温度32℃，pH值4.5,发酵时间为96h。

2 结果与讨论

2.1 橡子的主要化学营养成分

橡子的淀粉含量较高，一般在50%~70%左右[8]。对本试验中橡子的主要化学营养成分进行测定，测定结果见表1。

表1 橡子中主要化学营养成分Tab.1 Main chemical nutrition in acorn

该实验结果可以看出，淀粉含量（62.07%）较高。

2.2 液相标准品色谱图

图1 标准品色谱图Tab.1 Spectrogram of standard sample

2.3 不同糖化酶对发酵结果的比较

程荷芳等人[9]在文章中提到：与玉米、木薯淀粉相比，橡子淀粉不易于糊化，有较好的粘度冷、热稳定性；总体上，其糊化特性与玉米淀粉相似。所以模拟本企业生产中的液化工艺进行液化，使用边糖化边发酵（SSF）的工艺,分别在SSF阶段添加糖化酶苏宏GA475、诺维信复合酶和复合酶Stargen002后进行发酵结果比较。

2.3.1 成熟醪HPLC检测结果的比较 色谱检测条件：伯乐HPX-87H色谱柱，300×7.8mm；伯乐125-0129预柱，30×4.6mm；流动相0.005mol·L-1H2SO4；泵流速0.6mL·L-1；柱温箱设置温度为65℃；RID设置温度为50℃；进样量为15μL；运行时间为30min。

表2 成熟醪HPLC的检测结果（g·100mL-1）Tab.2 HPLC results ofmature fermented mash

从表2可以看出，对于发酵主产物乙醇的产量，相比苏宏GA475和诺维信复合酶，使用复合酶Stargen002后，乙醇的得率最高，为9.20g·100mL-1。乙醇与甘油比值是反应酒精发酵水平的一个重要指标，乙醇相对于副产物甘油的比值越高说明发酵水平越高，相比而言，复合酶Stargen002的发酵效果最好。

2.3.2 不同糖化酶在发酵过程中的失重比较 发酵失重主要是CO2的逸出，也包括少量酒精和水分的挥发损失。发酵失重率高低，速度快慢均可体现出发酵醪质量的优劣和动态变化[10]。

图2 不同糖化酶在发酵过程的失重比较Fig.2 Weight losses compare of different saccharifying enzyme during ferment

图2结果显示,使用复合酶Stargen002后，失重最高，其发酵终点的酒分也最高。图3结果显示，在发酵前24h，橡子发酵失重较快，考虑与前期酶作用的速度较快有关，随着酶量的减少，橡子中的单宁对其产生了相应的抑制作用。

2.3.3 不同糖化酶成熟醪的酒份比较

图3 不同糖化酶成熟醪的酒份Fig.3 Component ofmature fermented mash by differentsaccharifying enzyme

从图3中可以看出，使用复合酶Stargen002的酒分最高，为11.0%（V/V），明显高于其他两种糖化酶的发酵结果。苏宏GA475和诺维信复合酶的酒精得率基本相同。

3 结论

以橡子为原料,模拟中粮生化能源（肇东）有限公司二期液化条件发酵生产燃料乙醇；采用30%的干物浓度；淀粉酶采用诺维信公司生产的II代淀粉酶；糖化酶为复合酶Stargen002，添加量为210U·g-1，最终发酵酒份高达11.0%（V/V）。

通过对橡子的系列试验分析，我们可以初步看出橡子发酵生产酒精具有一定的可行性。本次试验亦初步确定了橡子发酵生产酒精工艺条件，为后续的系列试验提供了数据支持。

［1］韦永贡.我国燃料乙醇的发展与对策［J］.轻工科技，2012，（7）: 145.

［2］ 李翠哲.燃料乙醇行业发展任重道远［J］.食品与发酵科技，2012，（3）:42-43.

［3］张国红.我国和世界酒精工业现状［J］.酒精，2010，（4）:1-9.

［4］ 田玉峰.橡实淀粉生料发酵产酒精的研究［J］.中南林业科技大学,2011，8-9.

［5］ 张志健,王勇.我国橡子资源开发利用现状与对策［J］.氨基酸和生物资源，2009,31（3）:10-14.

［6］ 瑞国,汪康民,王玉莲,等.野生经济植物资源橡籽仁可利用价值的研究［J］.应用生态学报，2000,11（2）:196-198

［7］ 王立峰,鞠兴荣,袁建,等.菜籽壳中单宁提取技术研究［J］.食品科学,2006,27（12）:364-371.

［8］ 魏练平,毛非鸿,蒋立科,等.橡子营养成分及其加工利用的初步研究［J］.安徽农学通报,2007,13（9）:137-138

［9］ 程荷芳,卫民,蒋剑春,等.橡子与玉米、木薯的淀粉成分物理性质比较研究［J］.林产化学与工业,2009,29:183-186.

［10］W.M.Ingledew,D.R.Kelsall,G.D.Austin.The Alcohol Textbook Fifth Edition［M］.Nottingham:Nottingham university press,2009，413-415.