甜高粱秸秆汁发酵实验研究

摘要：主要对甜高粱秸秆汁的酒精发酵、原汁的保存期进行了实验室条件下的研究。结果表明:在适当的条件下, 糖汁可以实现正常的酒精发酵,原汁的保存期可以延长至 3d。
甜高粱秸秆汁营养丰富, 以质量分数计: 含糖量可达 17 % ~ 24 %、干物质 28.2 %、粗蛋白9.5 %、粗脂肪 2.76 %、粗纤维 29.5 %, 并富含 18种必需氨基酸。其含有的糖分主要为果糖等可发酵性糖。因此, 进行酒精发酵可以节省蒸煮、糖化工序及设备, 具有节约能源消耗, 降低成本, 减少环境的优点。
燃料乙醇是目前可替代石油的一种清洁的、可再生的能源, 如何降低燃料乙醇的成本, 是制约燃料乙醇发展的主要障碍。利用含糖量高的甜高粱秸秆汁发酵生产乙醇, 既具有成本低效益高的特点, 其榨渣还可以作为饲料发展畜牧业, 种植食用菌发展种植业, 压制复合板材、造纸、发酵生产沼气、有机肥等。基于甜高粱秸秆的功效广泛, 我们进行了实验室阶段的研究。

1 实验材料与方法
1.1 实验材料
甜高粱秸秆汁；发酵剂: 耐高温活性干酵母 ( 烟台马利酵母有限公司) ;质量分数 98 %浓硫酸;0.958 mol / LNaOH 溶液;3000 mL 三角瓶;恒温箱。
1.2 实验方法
1.2.1 调整酸度对发酵醪的影响试验
a) 量取糖汁 A 各 1500 mL, 装入经过灭菌处理的 3000 mL 三角瓶 A1#、A2# 中, 调整酸度至0.7 g/ 100 mL。
b) 量取糖汁 B各 1500mL, 装入经过灭菌处理的3000mL三角瓶 B1#、B2#, 调整酸度至 0.7g/100mL。
c) 称取活性干酵母 6 g, 于 38 ℃ ~ 40 ℃温水中活化30 min, 平量取 4 份, 分别加入 A1#、A2#、B1#、B2# 三角瓶。
1.2.2 调整酸度对原汁的保存期的影响试验
a) 分别量取糖汁 A、B 各 1500 mL, 装入经灭菌的 3000 mL 三角瓶 A3#、B3#, 加酸调至酸度0.7 g/ 100 mL。
b) 分别量取糖汁 A、B 各 1500 mL, 装入经灭菌的 3000 mL 三角瓶 A4#、B4#, 保持原酸度。
c) 将装有发酵醪及原汁的三角瓶放入恒温 29℃的恒温箱中。

2 发酵醪的发酵现象、原汁的保存变化与分析
2.1 发酵醪的发酵现象与分析
a) A1#、A2# 发酵醪至 8 h 达到主酵期, B1#、B2# 发酵醪至 10 h 达到主酵期, 滞后 2 h。可能是由于 B1#、B2# 糖度低, 酵母在增殖阶段已消耗部分糖, 至主酵期时发酵不强烈, 因此, 现象不明显。
b) A1#、A2# 发酵醪至 22 h 进入后发酵期,B1#、B2# 发酵醪至 28 h 基本停止发酵。说明榨汁中主要含有可发酵性糖, 能够被酵母直接利用, 可以缩短发酵时间。
2.2 原汁的保存变化与分析
a) A3#、B3# 原汁保存至 22 h, 观察低任何变化, 至 26 h 有发酵现象, 至 70 h, 原汁表面浮有薄的泡盖, 但化验酸度基本低变化。由此分析, 糖汁中含有野生酵母及其他微生物, 在存放过程中会自然发酵, 引起变质, 影响原汁的保存期。加酸调整酸度, 可以抑制产酸菌的滋生, 延长原汁的保存期。
b) A4# 原汁在保持原酸度、29 ℃恒温的条件下, 至 22 h 开始有发酵现象。B4# 原汁在保持原酸度、29 ℃恒温的条件下, 存放至 8 h 即有发酵现象。说明适当高的糖度, 由于渗透压的作用, 也能够抑制部分产酸菌的繁殖, 起到延长原汁保存期的作用。而低糖度原汁, 比较适宜杂菌的滋生, 容易造成原汁的酸败, 不宜存放。
2.3 发酵醪及原汁的酸度变化

3 发酵成熟醪化验结果
3.1 发酵醪发酵 28 h 的化验结果
成熟发酵醪在 28 h 基本停止发酵, 随着发酵时间的延长, 酒精度、残糖利用率没有大的变化。

4 试验结论与讨论
4.1 试验结论
a) 调整原汁的酸度, 能够起到防止杂菌的作用。从本实验结果看, 在 29 ℃恒温条件下,可以延长甜高粱榨汁的保存期至 2 d ~ 3 d。
b) 活性干酵母的加入量为 0.1 g / 100 mL。发酵结果表明, 用耐高温活性干酵母做发酵剂, 可以实现甜高粱秸秆榨汁的浓醪发酵。
c) 甜高粱秸秆固有的气味会影响产品的质量,不宜作为饮料酒的基酒。
d) 未经处理的原汁, 在常温下不宜存放。
e) 发酵时间建议控制在 28 h 左右。发酵时间长, 不仅会降低设备利用率, 而且酒精得率不会有明显的提高, 从而造成浪费。
f) 在本实验中 , 高糖度发酵醪含糖量为20.6 g / 100 mL, 成熟醪酒精度达 12.8 mL / 100 mL,按此计算, 除去损失及设备利用率的影响, 每立方米糖汁后可产低水酒精 97.3 kg。
g) 文中数据为实验室条件下测得, 如需投入生产, 尚需进一步扩大试验。
4.2 实验讨论
a) 甜高粱秸秆产业化生产生物能源, 主要是利用秸秆中的可发酵性糖, 实现甜高粱秸秆生产乙醇的产业化技术, 技术瓶颈是秸秆汁的保存期。据报道, 湖北海邦农业能源科技发展有限公司完成的“甜高粱秸秆可发酵性糖保质存贮技术”已经过省级鉴定, 可使秸秆的有效物质保存期达 180 d 以上, 可发酵性糖总量增加 10 %以上。此
技术如推广使用, 将是我国能源领域的重大突破。
b) 利用甜高粱秸秆汁发酵酒精, 可以省去糊化、糖化工序, 具有工艺简单、设备少、成本低的优点, 是一种经济和社会效益高的再生性能源。
c) 甜高粱秸秆汁营养丰富, 能够满足酵母发酵所需碳源、氮源及微量元素, 不需添加任何其他营养物质。

来源：惠合发酵罐厂家

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