玉米淀粉液化

摘要

目前国内的酒精行业仍不乏有使用高温蒸煮工艺液化原料的厂家，这种低干物浓度、高用水量调浆、高能耗工艺是非常不利于酒精生产的环保工艺要求。采用国际先进的喷射加热器及酶法液化工艺可以从容地作到低能耗、低水耗的要求，同时可是酒精生产企业获得可观的经济效益。

关键字：酒精生产，喷射液化，酶法液化，高温淀粉酶，淀粉水解，糖化反应

一、玉米淀粉的糊化与液化的目的

蒸煮玉米浆料的目的是将淀粉分子“糊化”，也就是将淀粉分子自固体结晶格子中释放，形成胶状的淀粉糊。玉米淀粉糊化的条件是温度，水，和机械搅拌。淀粉分子糊化之后，淀粉分子在淀粉酶或高温（>130 °C）继续分解为短链的糊精，淀粉从胶体的淀粉糊转变为流动性较好的糊精液体的过程也就是所谓的“液化反应” 。目前在国内，液化反应的工艺大致有两种，一就是利用高温(125~140 °C)蒸煮，另外就是比较先进的酶催化水解液化反应（88-105 °C）。

二、玉米淀粉的液化工艺

1、调浆：

不同干物浓度的调浆工艺最大的差异就是水的消耗。

表1.列出生产每吨酒精耗水量因调浆干物浓度所造成的差异。水消耗差异最高可高达6吨水/吨酒精。

表1. 生产吨酒精耗水量，浆料干物浓度差异之影响

2、液化

调浆之后就是液化反应。不同干物浓度的液化时最大的差异就是蒸气的消耗。我们这里就高温蒸煮法及酶液化法作详细讨论。高温蒸煮法将玉米浆料用蒸汽加热至140 °C以达到糊化及液化的效果。酶法液化则是将玉米浆料加热到95 °C左右达到糊化效果然后再靠淀粉酶催化淀粉水解液化反应。低干物浓度浆料水含量高，加热起来自然需要更多的热量，表

2、3列出不同干物浓度，不同蒸煮温度所需的蒸气量。立竿見影的结论是---提高调浆干物浓度可大幅节能。

表2. 蒸煮温度140 °C 耗能数据

表3. 蒸煮温度95 °C 耗能数据

表2 与3的计算条件：蒸气温度：170 °C，入流浆料温度：60 °C，浆料流量：60 M3/时

由於各厂的现实条件不同，蒸汽成本在40~70元/顿不等。我们根据表2, 3的蒸气消耗数据，用不同的蒸气成本，计算出在各个不同蒸煮条件，生产每顿酒精在玉米蒸煮液化工段蒸气消耗的金额。详细数字列于表4 与5.

表4. 生产每顿酒精在蒸煮玉米耗费之蒸气成本，单位：元/顿酒精蒸煮温度140 °C

表5 生产每顿酒精在蒸煮玉米耗费之蒸气成本，单位：元/吨酒精蒸煮温度95 °C

试举例说明：假设某厂目前工艺为：20%DS，140 °C 蒸煮，蒸气价格为50元/吨；改为95 °C液化，30%DS，则蒸气一项即可节省75元。

由以上的数据来看，我们不难结论，优化蒸煮工艺，提高调浆干物浓度，可以节约水的消耗及降低能耗。对现在使用高温蒸煮的厂家，改为酶法液化，降低蒸煮温度可更大幅减少蒸气耗费。

三、提高干物浓度是对加热技术上的挑战

1．浆料粘度

谷物浆料不同于淀粉浆料，所含各种蛋白质，油类较多，提高干物浓度后很容易遇到黏度问题。有时会造成无法运作的状况。一般来说，35%干物浓度以内应该是可以轻松运作的范围。粘度问题通常可由提高温度及加入适量高温淀粉酶解决(以诺维信专门为酒精厂生产的Liquozyme SC 效果较佳).

2．加热器堵塞

将大量的高黏浆料的迅速通过加热区与蒸气混合达到加热效果对加热器的设计也是一种挑战。一般“料带气”喷射加热器需要浆料过喷射小孔容易造成堵塞。加大小孔口径后就失去喷射的意义，造成加热不均匀。美国水热公司设计的气带料水热器浆料通路较大，处理高粘浆料就不会有堵塞问题。

3．蒸煮均匀

蒸煮高粘浆料常遇到的另一问题是蒸煮时搅拌不够造成蒸煮不均匀。以玉米浆料的液化来说，不均匀蒸煮会造成不完全糊化，导致液化，糖化不完全。整个糖化质量降低而影响后段工艺效益。美国水热公司水热器在加热区能提供机械搅拌功能，确保高粘玉米浆料完全糊化。

4．高干物浓度发酵的挑战

这个问题通常在较高干物浓度时才需要考虑。通常在30%DS以下时不成问题。35%DS 或更高干物浓度的发酵问题将另有专文讨论。

四、提高调浆干物浓度，由高溫蒸煮改酶法液化在蒸煮工段的节约

1. 現用高溫蒸煮液化的工廠

使用高温蒸煮法液化的厂家現多半調浆浓度多半不超過25%DS，因此，如果一步到位,做一些小额投资(15~30万元，视各厂现有条件而定)，改用先进喷射液化(使用内控式喷加熱器)。每吨酒精生产成本的节约应在60~120元/吨酒精(依各厂蒸气成本而定)，扣除酶制剂耗费(每吨酒精35~45元左右)，仅在运行费用上就可以立刻见到酒精加工费的节约。更重要的是，长远角度来说，本厂的加工质量，产酒效益同时得到提升。

2. 现用酶法液化的工厂

对现在使用低浓度调浆，普通蒸煮器将玉米糊化而用酶法液化的厂家，改用内控式先进喷枪提高调浆干物浓度可以见到下列改善

a. 调浆干物浓度提到30~35%DS，节约水与蒸气消耗(10~40元/吨酒精)

b. 改用内控式先进喷枪，糊化质量提升，温控准确性提升，液化反应质量提升，充分发挥酶制剂功能，节约酶制剂耗费，提升糖化质量。

五、国外液化工艺图

六、总结

采用先进喷射液化技术配合生物科技产物高温淀粉酶可以给酒精行业带来节约能源，节约用水更提高生产质量增加竞争力的契机。酒精行业在要突破短其困境，迎接行业新纪元的紧要关头应尽块把握技术升级的良机在竞争困境中脱颕而出而晋升为环保，优质的先进产业。

简介东潮科技

东潮科技公司由陈乐仁博士创于2001年4月。专门向国内介绍欧，美中，小企业的先进技术，产品。首先代理的项目就是美国Hydrothermal公司的水热器，Hydroheater. 在创建东潮之前，陈乐仁任职丹麦诺和诺德公司(现诺维信公司)，曾任亚太区食品用酶制剂市场经理，全球食品用酶制剂市场小组亚太负责人，中国区市场暨技术服务总监，中国区技术酶致暨市场经理，诺和诺德美国研发部项目经理等职务。1991年参加诺和诺德之前，陈博士服务于美国雪福龙石油公司，雪福龙化学公司，美国Clorox公司从严发部门。1985 年毕业于美国俄亥俄州立大学取得有机金属化学博士。