挤压膨化脱胚玉米生产酒精的试验研究
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摘要
以挤压膨化加工代替传统蒸煮液化工艺作为酒精生产过程中的玉米原料预处理的方法，具有原料利用率高、发酵速度快、简化生产工艺、节约能源等优点。这一技术在酒精生产中具有广阔的应用前景。
1，以糖化后还原糖含量为考察指标，采用四因素五水平进行二次正交旋转组合试验设计，研究了脱胚玉米挤压膨化系统参数对还原糖含量的影响规律。
2，本文采用五因素五水平(1／2实施)进行二次正交旋转组合试验设计，探讨挤压膨化系统参数和酵母添加量对挤压膨化脱胚玉米淀粉出酒率的影响规律，得到挤压膨化系统的优化参数和适宜的酵母添加量。挤压膨化系统的优化参数：摸孔直径=11mm，物料出口温度=200℃，喂入物料水分含量=19％，螺杆转速=240r.p.m.。适宜的酵母添加量为0.4％。
3，对挤压膨化工艺与传统蒸煮工艺进行对比试验，得出用挤压膨化工艺代替蒸煮液化工艺可行的结论，为进一步降低酒精生产过程中能源消耗提供了依据。
4，通过测定挤压膨化脱胚玉米的糊化度，对挤压膨化技术代替蒸煮液化工艺的机理进行了初步理论探讨。同时对酵母在膨化物醪液中的繁殖情况进行观查，得出酵母的生长曲线。该曲线对用膨化脱胚玉米生产酒精的工艺过程的控制有指导意义。
5，通过对酵母活化培养试验，得出结论：酵母活化20分钟培养1.6小时后接种发酵对酒精发酵过程较适宜。
6，考察挤压膨化脱胚玉米淀粉出酒率与还原糖含量、挤压膨化脱胚玉米的糊化度之间的关系，对挤压膨化脱胚玉米适宜的糖化程度进行探讨。
The substitution of extrusion technology for traditional cooking technology as the method of the pretreatment process of corn material has many advantages, such as a high rate of material using, a quick fermentation of worts, a simplification technology and a low energy consumption. This technology has vast available vistas in alcohol industry.
First, the influence of parameters of extrusion system on reducing sugar was studied by quadratic orthogonal retation combination design test of four factors and five levels.The reducing sugar after sacchrifaction is the observing indixes.
Second, the influence regularity of system parameters and the additive quantity of yeast on the alcohol yield of extruded maize without germ by method of the quadratic orthogonal rotating combinatorial design of five factors and five levels was studied. The optimized parameters of extrusion system and the appropriate additive quantity of yeast were obtained. The optimized system parameters of extrusion are follows: the diameter of the die nozzle O ^llmm , extrusion temperature of material T=200癈 , moisture of fed maize without germ W=19 %, speed of screw n=240r.p.m.and the appropriate additive quantity of yeast is 0.4%.
Third, the comparison between extrusion process and traditional cooking process.The test results indicate that traditional cooking process could be substituted by extrusion process. It was provided for the reducing of energy consumption in alcohol process.
Fourth, the mechanism of substitution of extrusion technology for cooking technology was initially discussed by the determination of gelanization of extruted maize without germ. Yeast-growth was observed in the extrudate wort , and yeast-growth curve was drawn. The curve can be applied to controlling yield quantity of the alcohol fermentation process in the maize extrudate solution .
Fifth, the conclusion was obtained through the experiment of yeast cultivated. It is that the yeast was suitable for the alcohol fermentation after activated 20 minutes and cultivated 1 .6 hours
Finally, the relationship between the alcohol yield of starch of extruded maize without germ of starch and the content of reducing sugar was studied. The relationship between the alcohol yield of starch of extruded maize without germ of starch and the gelatinization of starch of extrudate of maize without germ was investigated. The degree of available saccharification of extrudate was discussed.
Graduate student: Guan Zhengjun Major: Agricultural product processing
and storage engineering Supervisor : Prof. Shen Dechao
1，以糖化后还原糖含量为考察指标，采用四因素五水平进行二次正交旋转组合试验设计，研究了脱胚玉米挤压膨化系统参数对还原糖含量的影响规律。
2，本文采用五因素五水平(1／2实施)进行二次正交旋转组合试验设计，探讨挤压膨化系统参数和酵母添加量对挤压膨化脱胚玉米淀粉出酒率的影响规律，得到挤压膨化系统的优化参数和适宜的酵母添加量。挤压膨化系统的优化参数：摸孔直径=11mm，物料出口温度=200℃，喂入物料水分含量=19％，螺杆转速=240r.p.m.。适宜的酵母添加量为0.4％。
3，对挤压膨化工艺与传统蒸煮工艺进行对比试验，得出用挤压膨化工艺代替蒸煮液化工艺可行的结论，为进一步降低酒精生产过程中能源消耗提供了依据。
4，通过测定挤压膨化脱胚玉米的糊化度，对挤压膨化技术代替蒸煮液化工艺的机理进行了初步理论探讨。同时对酵母在膨化物醪液中的繁殖情况进行观查，得出酵母的生长曲线。该曲线对用膨化脱胚玉米生产酒精的工艺过程的控制有指导意义。
5，通过对酵母活化培养试验，得出结论：酵母活化20分钟培养1.6小时后接种发酵对酒精发酵过程较适宜。
6，考察挤压膨化脱胚玉米淀粉出酒率与还原糖含量、挤压膨化脱胚玉米的糊化度之间的关系，对挤压膨化脱胚玉米适宜的糖化程度进行探讨。
The substitution of extrusion technology for traditional cooking technology as the method of the pretreatment process of corn material has many advantages, such as a high rate of material using, a quick fermentation of worts, a simplification technology and a low energy consumption. This technology has vast available vistas in alcohol industry.
First, the influence of parameters of extrusion system on reducing sugar was studied by quadratic orthogonal retation combination design test of four factors and five levels.The reducing sugar after sacchrifaction is the observing indixes.
Second, the influence regularity of system parameters and the additive quantity of yeast on the alcohol yield of extruded maize without germ by method of the quadratic orthogonal rotating combinatorial design of five factors and five levels was studied. The optimized parameters of extrusion system and the appropriate additive quantity of yeast were obtained. The optimized system parameters of extrusion are follows: the diameter of the die nozzle O ^llmm , extrusion temperature of material T=200癈 , moisture of fed maize without germ W=19 %, speed of screw n=240r.p.m.and the appropriate additive quantity of yeast is 0.4%.
Third, the comparison between extrusion process and traditional cooking process.The test results indicate that traditional cooking process could be substituted by extrusion process. It was provided for the reducing of energy consumption in alcohol process.
Fourth, the mechanism of substitution of extrusion technology for cooking technology was initially discussed by the determination of gelanization of extruted maize without germ. Yeast-growth was observed in the extrudate wort , and yeast-growth curve was drawn. The curve can be applied to controlling yield quantity of the alcohol fermentation process in the maize extrudate solution .
Fifth, the conclusion was obtained through the experiment of yeast cultivated. It is that the yeast was suitable for the alcohol fermentation after activated 20 minutes and cultivated 1 .6 hours
Finally, the relationship between the alcohol yield of starch of extruded maize without germ of starch and the content of reducing sugar was studied. The relationship between the alcohol yield of starch of extruded maize without germ of starch and the gelatinization of starch of extrudate of maize without germ was investigated. The degree of available saccharification of extrudate was discussed.
Graduate student: Guan Zhengjun Major: Agricultural product processing
and storage engineering Supervisor : Prof. Shen Dechao
引文
[1] 尤新编著·玉米深加工技术·1999·中国轻工业出版社·北京
[2] 章克昌·酒精与蒸馏酒工艺学·1998·中国轻工业出版社·北京
[3] 中国农业年鉴编辑委员会编·中国农业年鉴·2001·中国农业出版社·北京
[4] 世界能源理事会编·新的可再生能源-未来发展指南·1998·海洋出版社·北京
[5] 国家统计局，国家统计信息中心·世界农业统计资料·世界农业·2000(2)：63～64
[6] 谢林等·玉米酒精生产新技术·2000·中国轻工业出版社·北京
[7] 张裕中等·食品挤压加工技术与应用·1998·中国轻工业出版社·北京
[8] 袁洪岭·膨化技术在饲料工业中的应用进展·西部粮油科技·1998，Vol23(2)：46，48
[9] 杨铭铎·谷物膨化机理的研究·食品与发酵工业·1988(4)：7～16
[10] 申德超等·膨化带胚玉米作啤酒辅料的试验研究·农业工程学报·1999(2)：202～207
[11] 王彩云·玉米膨化质构变化的研究·中国粮油学报·1998，13(3)：41～43
[12] 丁霄霖等·玉米淀粉的挤出研究(Ⅰ)—淀粉聚合物的降解及其表征·无锡轻工业学院学报·1990，9(3)：1～11
[13] 汤坚等·玉米淀粉的挤压研究—淀粉在挤压过程中降解机理的研究(Ⅱ_b)·无锡轻工业学院学报·1994，13(1)：1～9
[14] 汤坚等·玉米淀粉的挤压研究—淀粉在挤压过程中降解机理的研究(Ⅱ_a)·无锡轻工业学院学报·1992，11(2)：95～103
[15] 黄宇彤等·美国的燃料酒精工业·酿酒科技·2001，Tol107(5)：99～101
[16] 黄字彤等·世界燃料酒精生产形势·酿酒·2001，Vol28(5)：24～26
[17] 赵华等·酒精发酵中应用酸性蛋白酶的研究·食品与发酵工业．1996，Vol23(2)：26～28
[18] 肖冬光等·酒用酸性蛋白酶在酒精生产中应用的研究·酿酒·1999，Tol133(3)：42～45
[19] 石敏等·酸性蛋白酶在酿酒上的功用·酿酒·1998，Tol90(6)：15
[20] 李雁群译·酶在食品加工中的应用·中国轻工业出版社·2002
[21] 张树政·酶制剂工业·科学出版社·1998
[22] 叶向库·酵母在挤压膨化的酒精原料中生长变化的基础研究·东北农业大学学报·2001，Vol32(1)：1～7
[23] 魏华等·大米挤压膨化对传统酒精发酵的影响·食品与发酵工业．1995，1：8～12
[24] 孙福来等·玉米挤压膨化酒精发酵的研究·江苏农学院学报·1997，3：68～72
[25] 孙福来等·玉米挤压糊化度和脂肪含量的研究·郑州粮食学院学报·1997，3：53～56
[26] 申德超等·膨化玉米作啤酒辅料的可行性试验研究·农业工程学报·1996，3：196～198
[27] 张魁学等·挤压膨化机模孔参数的试验研究·农业工程学报·1995，3：167～172
[28] 朱曾·单螺杆挤压机对农产品加工因素的优化·农业工程学报·1995，3：162～166
[29] 文东辉·国外双螺杆挤压膨化机的研究现状·食品与机械·1999，5：35～37
[30] 土井悦四郎·食品物性変化·食品产业·1987，1～10
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[32] Linko, P.,Hakulin, S. and Linko, Y.-Y. ·Extrusion cooking of barley starch for the production of glucose syrup and ethanol·J. Cereal Sci. 1983a(1):275～284
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[34] BEN-GERA, I.,ROKEY, G.J.,and SMITH, O.B.·Extrusion cooking of grains for ethanol production·J. Food Eng.,1983(2):177～187
[35] Michael McGrath, Markus Gaiser ,Barry O'Connor·The Implications and Impact of the Year 2000 on the Food Process Industry·J. Food Eng.,1998(3):87～100
[36] An-I Yeh and Yih-Mon Jaw·Modeling Residence Time Distributions for Single-Screw Extrusion Process·J. Food Eng.,1998(35):211～232
[37] An-I Yeh and Yih-Mon Jaw·Predicting residence time distributions in a single screw extruder-from operating conditions·J. Food Eng.,1999(39):81～89
[38] Y. Li and F. Hsieh·modeling of flow in a single screw extruder·J. Food Eng.,1996(27):353～375
[39] V.D. Miladinov, M. A. Hanna·Temperatures and ethanol effects on the properties of extruded modified starch·Industrial crops and Products,2001,13:21～28
[40] 徐中儒·农业试验最优回归设计·1988·黑龙江科学技术出版社·哈尔滨
[41] 《食品分析》编写组编·食品分析·1990·中国轻工业出版社·北京
[42] 胡嗣明等·酒精生产分析检验·1983·轻工业出版社·北京
[43] 蔡定域·酿酒工业分析手册·1988·轻工业出版社·北京
[44] 无锡轻工业学院、天津轻工业学院·食品分析·1985·轻工业出版社·北京
[45] 刘慧等·新编食品微生物实验指导·2000·东北农业大学·哈尔滨
[46] 郭宝岭·玉米湿法生产酒精的工艺研究·中国酿造·1995，4：27～31
[47] 陈远才·酒精活性干酵母的应用·酿酒科技·1992，3：74～78
[48] 叶向库·用挤压膨化脱胚玉米生产酒精的试验研究·2001·东北农业大学·哈尔滨
[49] 胡希荣等·食品微生物学·1990·东北农业大学·哈尔滨
[50] 钱铭镛·发酵工程最优化控制·1990·江苏科学技术出版社·南京
[51] 钱存森·微生物学实验教程·1990·北京大学出版社·北京
[52] 高福成·食品加工过程模拟、优化、控制·1990·中国轻工业出版社·北京
[53] 管敦仪编·啤酒工业手册(下册)·1986·轻工业出版社·北京
[54] 傅其军·燃料乙醇的发展前景·广西轻工业·2001，2：6～10
[2] 章克昌·酒精与蒸馏酒工艺学·1998·中国轻工业出版社·北京
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[38] Y. Li and F. Hsieh·modeling of flow in a single screw extruder·J. Food Eng.,1996(27):353～375
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