[发明专利]汽爆木薯固态发酵乙醇及其综合利用的方法

说明书

技术领域

本发明属于木薯资源综合利用，特别涉及一种汽爆木薯固态发酵乙醇及其综合利用的方法。

背景技术

木薯，别名木番薯、树薯，是世界三大薯类(马玲薯、甘薯、木薯)之一。在我国大多省份普遍栽培，种植面积约有930万公顷，每年全国总产量约4.5亿吨，木薯的块根可作为食物、饲料及工业原料。但是，由于中国木薯的主产区多是贫困、干旱山区，交通不便，加工滞后，因而增产容易增值难，通常是人吃1/3，饲料用1/3，烂掉1/3。加工业也多为消化过剩木薯的作坊加工，产品多为粗制淀粉、粉丝、粉条等初级产品，致使木薯的利用价值不高，价格较低。新鲜木薯的淀粉含量达到15-20％，可部分替代玉米、小麦等粮食作物成为生产乙醇的淀粉质原料。

按照传统的方法，用来发酵生产乙醇的淀粉类原料要经过高温或低温蒸煮、糊化、液化，再进行糖化等步骤，最后才能进行乙醇发酵，其中原料的蒸煮所耗能量占乙醇生产能耗的30-40％。

利用木薯淀粉，发酵酒精后剩余大量的酒精糟，这些木薯酒精糟可作为饲料或生产饲料的原料利用，但按照传统的方法得到的酒精糟水分大，营养价值低，利用困难，夏其伟等在“利用木薯酒精糟生产生物饲料的方法”中也提到了这一点。所以，只有很少部分的酒精糟直接出售给农户做粗饲料或肥料，大部分被视为废物被丢弃。

另外由于木薯块根、茎叶各部分均含有亚麻苦苷，即氰苷(Linamarin)。当氰苷进人人畜体内后，可被水解为有剧毒的氢氰酸(HCN)，使组织细胞窒息中毒。据李永报道氢氰酸对人的致死量是60mg(李永，侯学敏.氢化物的中毒机理检测及预防[J].山东食品科技，2002，12：26，29)，当空气中的氢氰酸含量达到0.3mg/L时可立即引起死亡，因此，木薯或木薯酒精糟如果得不到资源化的综合利用，不仅浪费资源，而且还可能严重威胁社会安全。涉及到木薯氰化物含量的国家标准中，《蒸馏酒及制酒的卫生标准》(GB 2757-81)规定以木薯为原料，氰化物含量≤5mg/L；中华人民共和国农业行业标准《食用木薯淀粉》中规定氢氰酸含量≤10mg/kg；在DB35/562-2008Z猪禽用饲料安全质量要求中饲料中氰化物的含量≤50mg/kg。由此，木薯资源的综合利用非常有必要，且利用过程中对氰化物的降解或去除也非常重要。

为了降低淀粉质原料蒸煮的能耗，专利(200610114729.7)公开了对葛根汽爆预处理后发酵燃料乙醇的方法、专利(200810102980.0)汽爆红薯直接发酵生产燃料乙醇的方法，虽然葛根、红薯与木薯都为淀粉质原料，但三者除含淀粉以外，还含有其他的成分，如葛根淀粉结构结合有异黄酮，而木薯淀粉中结合有氰苷结构，粗纤维、脂类等物质在葛根、红薯与木薯中的含量也差异非常的大，由此，三者淀粉的物理、化学性质完全不同，导致整个物料性质也完全不一样，因此，同样的汽爆条件，三者处理后得到的物料性质也完全不同。

针对这不同的原料，同样是用汽爆预处理，达到的目的也不完全一样。葛根的汽爆预处理，不仅要考虑葛根淀粉的糊化、液化，而且要保证活性成分异黄酮的活性；红薯的汽爆预处理，是针对红薯淀粉的物理、化学性质，研究汽爆条件对红薯淀粉的影响；而木薯的汽爆预处理，不仅要根据木薯淀粉的性质，考虑汽爆条件与木薯淀粉糊化、液化的关系，更要保证此汽爆条件下木薯中氰化物的尽量去除，解除木薯产品中氰化物的毒害作用，提高后续资源的利用率。

另外，汽爆过程是复杂的物理、化学相互作用的过程，汽爆处理过程中的汽爆压力与维压时间对物料的影响很大，处理后得到的物料组分、结构、物理性能等方面差异显著。因此，针对木薯原料的特性，，需要研究相应的汽爆预处理条件对木薯淀粉、氰化物的影响，达到综合利用的目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽爆木薯固态发酵乙醇及其综合利用的方法，该方法将汽爆技术应用于木薯预处理，一方面，在汽爆预处理的高温水蒸汽作用下，木薯原料中的氰苷转化为可挥发性的氢氰酸被挥发，解除了木薯产品中氰化物的毒害作用，提高了后续资源的利用率；另一方面，采用汽爆预处理后的木薯可直接发酵生产乙醇，大大降低了木薯粉碎和淀粉的蒸煮、液化的能耗；固态发酵，使发酵醪中水分含量大大降低，从而提高发酵醪中乙醇浓度，降低蒸馏能耗，减少后续废水的处理，并解决了按照传统的发酵方法得到的木薯酒精糟水分大，营养价值低，利用困难等问题，降低生产成本，有利于木薯的综合利用。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的汽爆木薯固态发酵乙醇及其综合利用的方法，其包括以下步骤：1)对木薯进行蒸汽爆破处理；2)对汽爆后的木薯进行糖化和发酵；3)收集发酵产生的乙醇。