CN112998131A - 提高玉米乙醇工艺副产品ddgs色泽的方法 - Google Patents

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马煜恒
何皓
许召贤
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Abstract

本发明公开了一种提高玉米乙醇工艺副产品DDGS色泽的方法。所述方法在传统玉米乙醇工艺的基础上，向玉米乙醇发酵醪蒸馏后获得的全酒糟中添加絮凝剂，通过絮凝或混凝作用减少酒糟中游离的糖分、氨基酸、蛋白质等物质，从而减弱DDGS制备过程中美拉德反应的发生，改善最终DDGS色泽，有效保留DDGS营养成分，提高DDGS品质，提高其市场竞争力和工艺经济性。

Description

提高玉米乙醇工艺副产品DDGS色泽的方法
技术领域
本发明属于可再生能源技术领域，涉及一种提高玉米乙醇工艺副产品DDGS色泽的方法。
背景技术
第一代生物燃料乙醇的生产已被公认为是解决化石燃料使用问题最有效的办法之一。将玉米转化为乙醇通常包括湿磨(Wet Grind，WG)法和干磨(Drygrind，DG)法。在干磨法生产玉米乙醇的过程中，将玉米磨碎并与酶浆混合，用于淀粉的水解，然后接入酵母发酵生产乙醇。在乙醇发酵结束时，除了乙醇外，还形成两种主要副产品，即二氧化碳和带有可溶性物质的干酒糟(DDGS)。玉米DDGS是玉米乙醇生产中剩余的发酵醪通过干燥形成的产品，主要由不可溶干酒糟(DDG)和可溶物干酒糟(DDS)混合而成。典型的干磨工艺产生1吨乙醇约伴随着0.92吨DDGS的产生(Bioresource Technology,2009,100(19):4433-4440)。
DDGS中含有丰富的能量、蛋白质、水溶性维生素和矿物质，被作为一种优良的饲料广泛应用于养殖业。DDGS的营养成分根据玉米原料的品种、玉米乙醇发酵工艺和DDGS的制备工艺不同而不同。在国内外交易市场，色泽是评价DDGS质量的一项重要指标，影响着DDGS的售价(饲料安全及品质控制，2019,5:007)。
DDGS制备过程中发生的美拉德反应是影响DDGS色泽的主要因素之一。玉米乙醇发酵醪蒸馏后获得全酒糟，全酒糟离心后，大部分可溶性还原糖和氨基酸溶解在上清液中。在上清液烘干过程中，还原糖和蛋白质及其氨基酸(特别是碱性氨基酸：赖氨酸和精氨酸)是引起美拉德反应的主要物质(现代食品科技，2010,26(5):441-445)。因此，在DDGS制备过程中上清液比例越大，干燥时发生的美拉德反应越剧烈，褐变速度越快，DDGS色泽越深。虽然从生产工艺上看，DDGS颜色和烘干温度之间具有密切联系，但是究其深层因素还是全酒糟中含有的游离蛋白质、氨基酸和糖类。
现有的工厂工艺技术中，主要通过调整干燥机的进汽温度、上清液的回混比例、蒸发浓缩液的混兑比例等技术参数来尽量降低美拉德反应的发生，也有通过优化液化与喷射温度、上清浓缩液的储存时间与方式来控制氧化的减少，工艺上对美拉德反应影响因素较多(化工管理,2019,000(008):29-30.)。因此，上清液中在生产DDGS过程中发挥重要影响。若全酒糟上清液中的还原糖、氨基酸及蛋白质含量减少，意味着美拉德反应中底物含量变少，如此在DDGS制备过程中褐变程度变低，制备的DDGS色泽变浅，进而提高玉米乙醇工艺副产品DDGS色泽及品质，增加其在市场经济性，也可有助于提高燃料乙醇工厂的整体经济性和可持续性。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高玉米乙醇工艺副产品DDGS色泽的方法。该方法在传统玉米乙醇工艺的基础上，向玉米乙醇发酵醪蒸馏后获得的全酒糟中添加絮凝剂，通过絮凝或混凝作用减少酒糟中游离的糖分、氨基酸、蛋白质等物质。最终达到减弱DDGS制备过程中美拉德反应的发生，改善最终DDGS色泽，有效保留DDGS营养成分的目标，从而提高DDGS品质，提高其市场竞争力和工艺经济性。
实现本发明目的的技术方案如下：
提高玉米乙醇工艺副产品DDGS色泽的方法，具体步骤如下：
步骤1，向玉米乙醇工艺蒸馏乙醇后获得的全酒糟中添加絮凝剂；
步骤2，搅拌使絮凝剂和全酒糟充分混合后，离心，将添加了絮凝剂的全酒糟分为可溶物上清与不可溶物固体两部分；
步骤3，将不可溶物固体干燥得到DDG，将部分可溶物上清干燥浓缩得到DDS；
步骤4，DDS与DDG混合后继续干燥，制得玉米乙醇副产品DDGS。
步骤1中，所述的絮凝剂为常见的各类絮凝剂，所述的絮凝剂能够通过絮凝或混凝作用减少酒糟中游离的糖分、氨基酸、蛋白质等物质，包括无机或有机絮凝剂。
步骤1中，所述的无机絮凝剂选自聚合氯化铝或氯化铝等。
步骤1中，所述的有机絮凝剂选自阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵等。
步骤1中，所述的絮凝剂添加量以最大限度减少全酒糟中游离的糖分、氨基酸、蛋白质等物质为宜，根据全酒糟中糖分、氨基酸、蛋白质等物质的含量适应调节，可以为全酒糟总质量的0.01％～1％，优选为全酒糟总质量的0.01％～0.1％。
步骤2中，离心条件以较好地分离可溶物上清与不可溶物固体为宜，可以为3000～10000rpm、0.5～30min，优选为4000rpm、10min。
步骤3和4中，干燥条件基本为传统玉米乙醇工艺下制备DDGS的条件。
具体地，步骤3中，不可溶物固体的干燥温度为20～180℃，干燥至水分10％～90％，得到DDG；优选为干燥温度为90～100℃、干燥至水分30％～70％。
具体地，步骤3中，所述的部分可溶物上清为步骤2中离心获得的可溶物上清液总质量的1％～100％，干燥温度为20～180℃，干燥浓缩至干重比例为10％～90％，得到DDS；优选为部分可溶物上清为步骤2中离心获得的可溶物上清液总质量的60％～80％，干燥温度为90～100℃、干燥浓缩至干重比例为40％～50％。
具体地，步骤4中，干燥温度为60～180℃，干燥至水分含量为5％～20％，制得DDGS；优选为干燥温度90～100℃，干燥至水分含量为8％～12％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过向蒸馏过乙醇的全酒糟中添加絮凝剂，通过絮凝或混凝作用有效地降低DDS中的蛋白质和氨基酸含量，从而降低美拉德反应的速率与程度，改善了DDGS的颜色，提高了其品质。
附图说明
图1为传统制备DDGS工艺流程图(a)与本发明制备DDGS工艺流程图(b)。
图2为向全酒糟添加絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺和不添加絮凝剂制得DDGS的L*值差异。
图3为向全酒糟添加絮凝剂聚合氯化铝和不添加絮凝剂制得DDGS的L*值差异。
图4为向全酒糟添加絮凝剂甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和不添加絮凝剂制得DDGS的L*值差异。
图5为向全酒糟添加絮凝剂氯化铝和不添加絮凝剂制得DDGS的L*值差异。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图将对本发明做进一步的说明，但并不因此而限制本发明。
实施例1
对全酒糟直接添加絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺制备DDGS。
(1)将玉米乙醇工艺蒸馏乙醇后的全酒糟中添加酒糟总质量的0.05％阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，设不加入絮凝剂为对照组，振荡涡旋5min，静置10min。4000rpm，10min条件下离心分为可溶物上清与不可溶物固体两部分；
(2)将可溶物固体于烘箱95℃干燥至水分约30％得到DDG，取70％可溶物上清放95℃烘箱干燥浓缩至45％干重得到DDS；
(3)DDS与DDG混合后于烘箱在95℃下进一步烘干至水分约10％左右，最终制得玉米乙醇副产物DDGS；
(4)取DDGS于研钵中研碎过60目网筛，使用色差仪对DDGS色泽进行测量。
本实施例中，添加量为全酒糟质量的0.05％，对照组DDGS的L*值为64.57，实验组添加阳离子聚丙烯酰胺L*值为64.96，相比对照组提高0.39个数值，说明此絮凝剂的添加有效。
实施例2
对全酒糟直接添加絮凝剂聚合氯化铝制备DDGS。
(1)将玉米乙醇工艺蒸馏乙醇后的全酒糟中添加酒糟总质量的0.05％聚合氯化铝絮凝剂，设不加入絮凝剂为对照组，振荡涡旋5min，静置10min。4000rpm，10min条件下离心分为可溶物上清与不可溶物固体两部分；
(2)将可溶物固体于烘箱95℃干燥至水分约30％得到DDG，取70％可溶物上清放95℃烘箱干燥浓缩至45％干重得到DDS；
(3)DDS与DDG混合后于烘箱在95℃下进一步烘干至水分约10％左右，最终制得玉米乙醇副产物DDGS；
(4)取DDGS于研钵中研碎过60目网筛，使用色差仪对DDGS色泽进行测量。
本实施例中，添加量为全酒糟质量的0.05％，对照组DDGS的L*值为64.57，实验组添加聚合氯化铝L*值为65.12，相比对照组提高0.55个数值，说明此絮凝剂的添加有效。
实施例3
对全酒糟直接添加絮凝剂甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵制备DDGS。
(1)将玉米乙醇工艺蒸馏乙醇后的全酒糟中添加酒糟总质量的0.05％甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵絮凝剂，设不加入絮凝剂为对照组，振荡涡旋5min，静置10min。4000rpm，10min条件下离心分为可溶物上清与不可溶物固体两部分；
(2)将可溶物固体于烘箱95℃干燥至水分约30％得到DDG，取70％可溶物上清放95℃烘箱干燥浓缩至45％干重得到DDS；
(3)DDS与DDG混合后于烘箱在95℃下进一步烘干至水分约10％左右，最终制得玉米乙醇副产物DDGS；
(4)取DDGS于研钵中研碎过60目网筛，使用色差仪对DDGS色泽进行测量。
本实施例中，添加量为全酒糟质量的0.05％，对照组DDGS的L*值为64.57，实验组添加甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵L*值为65.03，相比对照组提高0.46个数值，说明此絮凝剂的添加有效。
以上实施例中，本发明方法DDGS的L*值均大于对照组，一定程度上提高了DDGS的色泽，说明此方法有效。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是加入的絮凝剂为氯化铝。本对比例中，添加量为全酒糟质量的0.05％，对照组DDGS的L*值为64.57，实验组添加氯化铝L*值为64.65，相比对照组提高0.08个数值，说明此絮凝剂的添加能一定程度上提高DDGS的色泽，但是效果不如聚合氯化铝明显。

Claims (10)

1.提高玉米乙醇工艺副产品DDGS色泽的方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1，向玉米乙醇工艺蒸馏乙醇后获得的全酒糟中添加絮凝剂；
步骤2，搅拌使絮凝剂和全酒糟充分混合后，离心，将添加了絮凝剂的全酒糟分为可溶物上清与不可溶物固体两部分；
步骤3，将不可溶物固体干燥得到DDG，将部分可溶物上清干燥浓缩得到DDS；
步骤4，DDS与DDG混合后继续干燥，制得玉米乙醇副产品DDGS。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述的絮凝剂选自无机或有机絮凝剂。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述的无机絮凝剂选自聚合氯化铝或氯化铝。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述的有机絮凝剂为阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂或甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述的絮凝剂添加量为全酒糟总质量的0.01％～1％，优选为全酒糟总质量的0.01％～0.1％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，离心条件为3000～10000rpm、0.5～30min，优选为4000rpm、10min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，不可溶物固体的干燥温度为20～180℃，干燥至水分10％～90％，得到DDG；优选为干燥温度为90～100℃、干燥至水分30％～70％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，所述的部分可溶物上清为步骤2中离心获得的可溶物上清液总质量的1％～100％，干燥温度为20～180℃，干燥浓缩至干重比例为10％～90％，得到DDS；优选为部分可溶物上清为步骤2中离心获得的可溶物上清液总质量的60％～80％，干燥温度为90～100℃、干燥浓缩至干重比例为40％～50％。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中，干燥温度为60～180℃，干燥至水分含量为5％～20％，制得DDGS；优选为干燥温度90～100℃，干燥至水分含量为8％～12％。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中，干燥温度为90～100℃，干燥至水分含量为8％～12％，制得DDGS。
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