CN102127569A

CN102127569A - 一种纯粮固态发酵丢糟综合利用的方法

Info

Publication number: CN102127569A
Application number: CN2010100344129A
Authority: CN
Inventors: 陈洪章; 李宏强
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2010-01-15
Publication date: 2011-07-20

Abstract

本发明公开了一种纯粮固态发酵丢糟综合利用的方法，它的基本步骤是：丢糟首先进行汽爆处理然后接种活性干酵母和糖化酶在连续固态发酵反应器中进行乙醇发酵，发酵的同时利用二氧化碳循环气提将发酵产生的乙醇和丢糟中残存的挥发性香味物质提出；从反应器出来的丢糟利用专有设备进行机械分级，将富含蛋白、淀粉的部分和稻壳部分进行分离；分离获得的稻壳部分控温燃烧用于纳米二氧化硅的生产；而分离得到的高蛋白部分直接或好氧固态发酵进一步增加蛋白含量后干燥、粉碎后作为高蛋白饲料。本发明为纯粮固态发酵丢糟综合利用提供了新路线。

Description

一种纯粮固态发酵丢糟综合利用的方法

技术领域

本发明涉及一种纯粮固态发酵丢糟的综合利用方法，特别是涉及通过对丢糟进行多步处理分别得到糟酒、高蛋白饲料和纳米二氧化硅三种高附加值产品的方法。

背景技术

我国是一个白酒产量的大国，2008年白酒产量达到了500万吨。丢糟是白酒生产的一个重要副产物，据统计酒糟的产量达到了1500万吨。面对数量如此巨大的资源，我国对此进行了大量的研究，例如，利用丢糟培养食用菌、提取复合氨基酸及微量元素，提取植酸和植酸钙，提取蛋白质、生产淀粉酶或纤维素酶，利用丢糟厌氧发酵回收沼气，生产饲料蛋白，生产γ-氨基丁酸等。尽管有这么多方法，但目前丢糟的利用率仍然不高，限制纯粮固态发酵白酒丢糟资源充分利用的限制性因素有两个：一个是鲜丢糟的pH较低，水分含量高(60％以上)，容易腐败变质，不利于保存和长途运输，二是由于白酒酿制过程中添加的大量稻壳，一般来说，酒糟中稻壳的重量在30-60％，体积占50-70％，粗纤维的含量在20％以上，用作饲料消化率低、适口性差，难于吸收利用，影响饲喂效果。目前，丢糟主要由酒厂附近农民和养殖户直接用作饲料填充物，这种利用方式，效益很低，在很大程度上是一种资源浪费。也有将丢糟烘干后去除稻壳，然后分手用作饲料，但这种方法加工的产品附加值很低，且作为饲料营养价值也不高。附加值较高的方法是将丢糟接种某些微生物菌种后发酵增加丢糟的蛋白含量后分级用作蛋白饲料，比如申请号为99111606.2的发明专利就公开了一种固态好氧发酵生产酒糟菌体蛋白饲料的工艺方法。目前国内主要用于生产菌体蛋白的微生物有曲霉属、根霉属、假丝酵母菌、乳酸杆菌、乳酸链球菌、枯草杆菌、赖氨酸产生菌、拟内孢霉、白地霉等。这种方法虽然也有一定的效果，但是对于丢糟中含量角度的稻壳往往是烧掉用作丢糟干燥的热源，总体上看来丢糟的增值幅度不大。稻壳中的灰分含量较高，并且其中主要是二氧化硅，用稻壳烧制二氧化硅有较多的研究，比如实用新型专利200520054992.2就公开了一种用稻壳烧制纳米二氧化硅的装置。但是这些技术往往是单一的，只注意了某一产品的开发，实际上只有将丢糟的各个成分都有效的实现高质化才有可能使资源及其丰富的丢糟问题得以彻底的解决。

发明内容

【发明目的】丢糟是纯粮固态发酵白酒生产的一个重要副产品。大量丢糟的产生需要有相应的手段对其进行处理。目前白酒厂对丢糟的处理基本上可以分为两种手段，其一是将其作为垃圾免费给附近的农民或饲养场用作动物的粗饲料，这种方式比较简单，工程无需投资，但是也难以从中得到收益。还有一种方式是对丢糟进行简单的干燥和筛分，将丢糟中的一部分稻壳筛出作为干燥的燃料而富含淀粉，蛋白质的一部分用作饲料。这种加工方式虽然使丢糟有了价值的提升，但是升值空间不大。为了彻底解决丢糟问题，同时也为了从丢糟的处理中获得较高的收益，还需要寻找更好的方法将丢糟中的高价值成分充分利用，本发明的目的就是要寻找一个合适的方法为丢糟的处理寻找更好的出路。

【本发明的构思】纯粮固态发酵丢糟的主要成分是稻壳，其中稻壳的体积占丢糟的总体积的50-70％，稻壳的重量占干重的30-50％，传统的稻壳的利用是筛分后回用酿酒或燃烧后用作丢糟干燥的热源。稻壳中灰分含量较高，而其中的主要成分就是二氧化硅，且二氧化硅在其中的存在状态是无定形的，如果可以保持其存在状态，那么就可以获得纳米二氧化硅，实用新型专利200520054992.2就公开了一种用稻壳烧制纳米二氧化硅的装置，目前纳米二氧化硅的市场需求广泛，市场价格高达9000-10000元/吨。但是如果丢糟直接燃烧那么丢糟中的其他成分必将损失，这些成分中比较有价值的就包括白酒酿造过程中产生的香味物质。在酒醅中发酵产生的酒体香气成分主要是己酸乙酯，但传统的蒸馏方法对香味物质的收成率低，以浓香曲酒生产为例，其蒸馏对己酸乙酯的收成率低于10％，为了回收这些丢糟中的酒体香味物质，发明专利号200510107361.7公开了一种提取酒糟中残留的白酒香气成分的方法，采用二氧化碳超临界萃取技术来萃取酒糟中的酒体香气成分，这种方法虽然可以对酒体中香气成分有较完全的回收，但是二氧化碳超临界萃取设备投资高，每次萃取的酒糟极为有限，很难用这种技术对白酒厂所产生的大量酒糟进行完全处理。为了这些香味物质文献(吴忠会，刘清波，刘正安，白酒丢糟“零排放”的研究，食品科学，2008，29(8)：201-204)使用食用酒精去提取酒糟中的香味物质，这种方式虽然可以回收大部分丢糟中的香味物质，但是加入的使用酒精却难以完全回收，造成香味物质回收成本偏高。丢糟中除了稻壳以外，还含有8-12％的残留淀粉，对于这些残留淀粉，一般的利用方法是将其在添加一部分菌种继续好氧或厌氧发酵，生产菌体蛋白，提高丢糟中的蛋白含量，用作饲料。申请号为99111606.2的发明专利就公开了一种固态好氧发酵生产酒糟菌体蛋白饲料的工艺方法，发明人在酒糟中接种白地霉来增加酒糟中的蛋白含量，但是为了发酵效果，还需要向酒糟中添加一定比例的麦麸和硫酸铵等额外的营养物质，这就增加了处理成本，加上单一的产品，很难使丢糟的价值产生较大的增加。通过上述的分析，丢糟中实际上可以最少产生三种有价值的产品，而这些有价值产品的生产实际上对其他两者的生产不但没有负面影响，而且还会促进其他两者的生产，因此适当组合生产工艺就有可能产生较好的效果。

【本发明技术方案】本发明的目的是通过以下步骤来实现的：

1.丢糟首先进行低强度(0.6-1.2MPa，1-5min)汽爆处理，然后接种活性干酵母和糖化酶在连续固态发酵反应器中发酵、二氧化碳气提回收乙醇和丢糟中残余的酒体香味物质，同时也对丢糟进行干燥处理便于后续的操作；

2.将发酵完成提取完香味物质的丢糟用改进的纤维开松机将丢糟中的稻壳和其他残留成分进行分级，将稻壳分离出去后残余部分的蛋白含量，淀粉含量大幅上升便于后续处理；

3.分离出来的稻壳进行预处理后进行控温燃烧，然后进行活化处理，得到纳米二氧化硅；

4.分离出来的富含淀粉和蛋白部分在调节含水量，接种种子液后进行菌体蛋白发酵，发酵结束后样品进行烘干包装就得到高蛋白饲料，富含淀粉和蛋白部分也可以直接干燥后用作蛋白饲料。

本发明具有以下特点：

1.首先对丢糟进行汽爆处理使丢糟中难以利用的淀粉适当分解、糊化，有利于增加丢糟的出酒率；

2.对纯粮固态发酵丢糟进行组合处理将现有的丢糟组分高值化技术充分进行了利用，摆脱了只对丢糟中的某一组分进行利用或整体利用的传统思路，将丢糟转化为酒体香味物质、纳米二氧化硅和高蛋白饲料三种高价值产品；

3.对丢糟中酒体香味物质的提取借用了发明专利200810114776.0提出的连续固态发酵与产物气提热泵耦合分离的方法及设备，该设备将乙醇发酵生产和丢糟中酒体香味物质的回收和丢糟的干燥三者进行了有效的耦合，由于本设备为连续生产所以处理效率较高，同时设备中引入了热泵系统，所以本工艺又是非常节能的工艺；

4.对于丢糟的利用一般均采用分级的方式，将稻壳分离出来后利用，本工艺将丢糟的分离放在酒体香味物质分离之后，既利用了酒体香味物质又照顾到丢糟的后续利用；

附图说明

图1丢糟综合利用的流程和关键设备，1，丢糟；2，提取酒体香味物质的丢糟；3，酒及酒体香味物质；4，高蛋白饲料；5，纳米二氧化硅；6，连续固态发酵塔；7，白酒回收系统的热泵蒸发器；8，白酒回收系统的热泵冷凝器；9，罗茨风机；10，热泵系统的介质压缩机；11，稻壳控温燃烧反应器；12，丢糟机械分级装置；13，固态发酵罐。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

取自四川某名白酒厂的丢糟，首先对其组分进行了测定。测定结果显示，这种丢糟的含水量为61.71％，用酶酸联合水解法测定的丢糟的残留的淀粉含量为9.8％，用凯氏定氮法测定的丢糟的粗蛋白的含量为12.5％，稻壳的质量比例为63％。

取200kg上述丢糟，首先利用0.5立方米的汽爆罐对丢糟进行处理，汽爆条件为0.8MPa，3min，然后利用120L的连续固态发酵与产物气提热泵耦合分离的设备对丢糟中的残留淀粉进行酵母乙醇发酵，同时提取丢糟中残留的酒体香气物质。按照干重重量的0.15‰和0.5‰一边进料，一边均匀接种活化过的安琪高活性干酵母和糖化酶，通过调节进料和出料螺旋输送器的转速，将丢糟在连续固态发酵反应器6中的停留时间控制在24h，通过罗茨风机的转速将二氧化碳的循环量调节在100L/min，通过调节热泵系统将二氧化碳气体进入连续固态发酵反应器的温度调节为65-80℃，将热泵系统的蒸发器温度调节为4-8℃，通过这些参数的调节将连续固态发酵反应器中发酵区的温度调节为35℃左右，而使出来的物料的含水量保持在30％左右。丢糟在反应器中进行发酵和香味物质的提取同时进行，发酵产生的乙醇和香味物质在白酒回收系统的热泵蒸发器7中得到冷凝，得到浓度为11％左右的酒糟酒，酒糟酒中除了乙醇还包含了己酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯和乳酸乙酯等白酒中的主要香味成分。采用GC6890-MS5973N型气相色谱-质谱联用仪，色谱条件：HP-INNOWAX色谱柱(30m×250μm×0.25μm)，采用程序升温：初温45℃，恒温5min，以每分钟5℃升至195℃，保持2min，以每分钟7℃升到220℃，保持8min结束。进样口温度220℃；载气为高纯氦，流速1.0ml/min；进样量1.0μL；分流比10∶1。质谱条件：电离方式为电子轰击，电子能量70eV，接口温度220℃，电子倍增器电压1.89KV；扫描范围35-500u，采用全扫描工作方式。根据色谱含量测定，丢糟中的香味物质的回收率为76.3％。乙醇的产量为丢糟的2.3％，淀粉的含量由9.8％降低到5.1％。

从连续固态发酵反应器6中出来的丢糟其含水量由最初的61.71％降低到了31％左右。使用丢糟机械分级装置12对其进行分级，这个分级装置是将SX1560-A7H型纤维开松机底部的孔板用10目的不锈钢丝网替换后改造成的。利用这种装置，调节分级轮的转数为2000转/min，可以很方便地将丢糟中的绝大部分稻壳分离出来，分离的效果是稻壳部分的占总重量的55％，稻壳部分的稻壳比例高达85％。而富含蛋白部分中的几乎看不见完整的稻壳。

稻壳部分在烧制前用5倍质量的10％的HCl溶液煮沸60min用于除去稻壳中的金属离子和杂质，酸处理结束后用水洗去残留的盐酸，干燥后放入稻壳控温燃烧反应器11中进行控温燃烧，燃烧过程用反应器夹套中的循环水控制燃烧的温度在450-600℃之间，燃烧时间为55min，燃烧结束后收取灰分用高能球磨粉碎后即为颗粒直径在50nm左右，纯度在99.4％的高纯度纳米二氧化硅。

丢糟分离得到的富含蛋白部分在固态发酵罐13中进一步接种微生物进行好氧发酵提高其蛋白的含量。具体方法是，调节物料的含水量为60％，将斜卧青霉进行两级液体种子培养，种子液按照物料干重的10％进行接种，接种后拌匀后放入固态发酵罐13中进行好氧发酵，发酵过程通过通风控制料层的温度在28-32℃左右，发酵时间为72h，发酵结束后培养物料长满均匀的菌丝体。将培养好的发酵料在120℃下干燥，粉碎即得到粗蛋白含量在39.4％的高蛋白饲料。

实施例2

取自四川某酒厂的丢糟，首先对其组分进行了测定。测定结果显示，这种丢糟的含水量为65.7％，用酶酸联合水解法测定的丢糟的残留的淀粉含量为11.2％，用凯氏定氮法测定的丢糟的粗蛋白的含量为13.4％，稻壳的质量比例为65％。

取150kg丢糟，首先利用0.5立方米汽爆罐进行处理，汽爆条件为0.75MPa，3.5min，然后利用120L的连续固态发酵与产物气提热泵耦合分离的设备对丢糟中的残留淀粉进行酵母乙醇发酵，同时提取丢糟中残留的酒体香气物质。按照干重重量的0.2‰和0.4‰一边进料，一边均匀接种活化过的安琪高活性干酵母和糖化酶，通过调节进料和出料螺旋输送器的转速，将丢糟在连续固态发酵反应器6中的停留时间控制在24h，通过罗茨风机的转速将二氧化碳的循环量调节在120L/min，通过调节热泵系统将二氧化碳气体进入连续固态发酵反应器的温度调节为60-80℃，将热泵系统的蒸发器温度调节为5-8℃，通过这些参数的调节将连续固态发酵反应器中发酵区的温度调节为35℃左右，而使出来的物料的含水量保持在31％左右。丢糟在反应器中进行发酵和香味物质的提取同时进行，发酵产生的乙醇和香味物质在白酒回收系统的热泵蒸发器7中得到冷凝，得到浓度为10％左右的酒糟酒，酒糟酒中除了乙醇还包含了己酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯和乳酸乙酯等白酒中的主要香味成分。采用GC6890-MS5973N型气相色谱-质谱联用仪，含量测定，丢糟中的香味物质的回收率为75.3％。乙醇产量为丢糟的2.5％，淀粉的含量由11.2％降低到5.8％。

从连续固态发酵反应器6中出来的丢糟其含水量由最初的65.7％降低到了31％左右。使用丢糟机械分级装置12对其进行分级，这个分级装置是将SX1560-A7H型纤维开松机底部的孔板用12目的不锈钢丝网替换后改造成的。利用这种装置，调节分级轮的转数为2200转/min，可以很方便地将丢糟中的绝大部分稻壳分离出来，分离的效果是稻壳部分的占总重量的57％，稻壳部分的稻壳比例高达86％。而富含蛋白部分中的几乎看不见完整的稻壳。

稻壳部分在烧制前用5倍质量的10％的硫酸溶液煮沸60min用于除去稻壳中的金属离子和杂质，酸处理结束后用水洗去残留的酸，干燥后放入稻壳控温燃烧反应器11中进行控温燃烧，燃烧过程用反应器夹套中的循环水控制燃烧的温度在500-600℃之间，燃烧时间为55min，燃烧结束后收取灰分用高能球磨粉碎后即为颗粒直径在55nm左右，纯度在99.5％的高纯度纳米二氧化硅。

丢糟分离得到的富含蛋白部分在固态发酵罐13中进一步接种微生物进行好氧发酵提高其蛋白的含量。具体方法是，调节物料的含水量为60％，将白地霉进行两级液体种子培养，种子液按照物料干重的10％进行接种，接种后拌匀后放入固态发酵罐13中进行好氧发酵，发酵过程通过通风控制料层的温度在28-32℃左右，发酵时间为48h，发酵结束后培养物料长满均匀的菌丝体。将培养好的发酵料在120℃下干燥，粉碎即得到粗蛋白含量在38.5％的高蛋白饲料。

实施例3

取200kg上述丢糟，首先利用0.5立方米汽爆罐对丢糟进行处理，汽爆条件为0.8MPa，4min，然后利用120L的连续固态发酵与产物气提热泵耦合分离的设备对丢糟中的残留淀粉进行酵母乙醇发酵，同时提取丢糟中残留的酒体香气物质。按照干重重量的0.2‰和0.5‰一边进料，一边均匀接种活化过的安琪高活性干酵母和糖化酶，通过调节进料和出料螺旋输送器的转速，将丢糟在连续固态发酵反应器6中的停留时间控制在24h，通过罗茨风机的转速将二氧化碳的循环量调节在120L/min，通过调节热泵系统将二氧化碳气体进入连续固态发酵反应器的温度调节为60-80℃，将热泵系统的蒸发器温度调节为5-8℃，通过这些参数的调节将连续固态发酵反应器中发酵区的温度调节为35℃左右，而使出来的物料的含水量保持在31％左右。丢糟在反应器中进行发酵和香味物质的提取同时进行，发酵产生的乙醇和香味物质在白酒回收系统的热泵蒸发器7中得到冷凝，得到浓度为10％左右的酒糟酒，酒糟酒中除了乙醇还包含了己酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯和乳酸乙酯等白酒中的主要香味成分。采用GC6890-MS5973N型气相色谱-质谱联用仪，含量测定，丢糟中的香味物质的回收率为75.3％。乙醇产量为2.5％，淀粉的含量由11.2％降低到5.8％。

稻壳部分在烧制前用5倍质量的10％的硫酸溶液煮沸60min用于除去稻壳中的金属离子和杂质，酸处理结束后用水洗去残留的酸，干燥后放入稻壳控温燃烧反应器11中进行控温燃烧，燃烧过程用反应器夹套中的循环水控制燃烧的温度在500-600℃之间，燃烧时间为55min，燃烧结束后收取灰分用高能球磨粉碎后即为颗粒直径在55nm左右，纯度在99.5％的高纯度纳米二氧化硅。丢糟分离得到的富含蛋白部分在120℃下干燥，粉碎即得到粗蛋白含量在28.5％的高蛋白饲料。

Claims

1.一种纯粮固态发酵丢糟综合利用的方法，其特征在于，其实现方法如下：(1)丢糟首先进行低强度汽爆处理，然后接种活性干酵母和糖化酶在连续固态发酵反应器中进行乙醇发酵，发酵的同时利用二氧化碳循环气提将发酵产生的乙醇和丢糟中残存的挥发性香味物质提出；(2)从反应器出来的丢糟利用专有设备进行机械分级，将富含蛋白、淀粉的部分和稻壳部分进行分离；(3)分离获得的稻壳部分控温燃烧用于纳米二氧化硅的生产；(4)而分离得到的高蛋白部分直接或好氧固态发酵进一步增加蛋白含量后干燥、粉碎后作为高蛋白饲料。

2.如权利要求1所述一种丢糟综合利用的方法，其特征在于，所述的汽爆条件是压力0.6-1.2MPa，时间是1-5min。

3.如权利要求1所述一种丢糟综合利用的方法，其特征在于，所述的活性干酵母的接种量为0.1‰-0.2‰，糖化酶的添加量为0.2‰-1‰。

4.如权利要求1所述的一种丢糟综合利用的方法，其特征在于，所述的丢糟分级专用设备是基于SX1560-A7H型纤维开松机，并将纤维分梳机底部的孔板替换为8目-12目的筛网。

5.如权利要求1所述的一种丢糟综合利用的方法，其特征在于，所述的控温温度为350-650℃。

6.如权利要求1所述的一种丢糟综合利用的方法，其特征在于，所述的混菌为斜卧青霉、绿色木霉、康氏木霉、白腐菌、白地霉、黑曲霉、诺卡氏菌等中的一种或几种。