超贮稻谷生产燃料乙醇工艺进展及思考
武国庆，沈乃东张宏嘉%+周锦怡%+李冬敏%+吴德旺*，佟毅2"*
(1.中粮营养健康研究院+北京102209;2.国家能源生物液体燃料研发中心+北京102209;
蔡宏柱
3.中粮生物科技股份有限公司+安徽蚌埠233010;
4.玉米深加工国家工程研究中心+吉林长春130033)
摘要：近年来国内稻谷燃料乙醇技术发展较快，产量已达近百万吨。利用超贮稻谷发酵生产燃料乙醇既可以消纳不断上涨的稻谷
库存，有效控粮食流入粮食市场，也可扩大燃料乙醇产业的来源。该文深入分析了稻谷组成特及现有超稻谷燃乙醇生产工艺的特点，剖析存在的问题，并提的措施与建议，以期为我国超稻谷生产燃料乙醇产业发展提供参考。
关键词：超贮稻谷；燃料乙醇发酵；堵塔；研究进展
中图分类号:TS261.4；TS262.2文章编号-0254-5071(2021)03-0022-05doi:10.11882/j.issn.0254-5071.2021.03.005
引文格式：武国庆，，张宏嘉，•超稻谷生产燃料乙醇工艺进展及思考［J］•中国酿造,2021,40(3):22-26.
Progress and reflection of fuel ethanol production process by over-storage rice
WU GuoqingH SHEN Naidong1,ZHANG Hongjia1,ZHOU Jinyi1,LI Dongmin1,WU Dewang3,TONG Yi2^4*
笋干猪肉(1.COFCO Nutrition and Health Rearch Institute,Beijing102209,China;2.National Energy Rearch Center of L iquid BioEuels,
Beijing102209,China;3.COFCO Biotechnology Co.,Ltd.,Bengbu233010,China;(.National Engineering Rearch Center of
Corn Deep Processing,Changchun130033,China)
Abstract：In recent years,the rice fuel ethanol technology has developed rapidly in China and the total yield of rice fuel ethanol was nearly one million tons. Using over-storage rice fermentation to produce fuel ethanol can not only consume large stock of rice,effectively control the flow of aged grain into grain processing market,but also expand the raw materials supply source for fuel ethanol i
ndustry.In this paper,the characteristics of material composition and prent over-storage rice fuel ethanol production process were deeply discusd,the existing problems were analyzed,and some improvement measures and suggestions were propod to provide a reference for the industry development of fuel ethanol produced by over-storage rice in China.
Key words：over-storage rice;fuel ethanol;high-gravity fermentation;distillation tower blockage;rearch progress
稻谷是我国第一大口粮消费品种，全国有60%人口以大米为主食［1］o国家从2004年实施稻谷托市收购政策以来，在粮食生产“保供给”、“保增收”方面发挥了重要作用眄多年来稻谷产量稳定增长，但是消费量不匹配，稻谷库存量不断升高。据统计，目前我国稻谷库存量约占全年稻谷产量的40%，每年超过1亿t的稻谷需要储存，平均储存时间约16个月肌截止到2019年，国内计超库存超过1亿t，估计年以1500-3000t/年的量增问。目前较早年生产的稻谷为粮，妥善消纳刻不容缓。
与他口粮，稻谷不存，稻谷的存年限为3年呵。超存的粮不作为口粮，
消纳冏。2016年7月，国家粮食发的粮食供给的
，要粮食库存”工作，稳妥消化不粮食库存，在年将库存稻谷市嘔稻谷为米，米一
到大米。在，大米作为低度酒(12%vol〜15%vol)的生产原料历史悠久［1“坷。日本生产，用米，内，米一在40%〜75%。我国用米、米米，米一般在90%以［10&。高，但国内
占消费市不到3%，且不用超稻谷作为。
，从我国国情发，利用超稻谷生产燃乙醇既可以消纳不断增的稻谷库存，有效控粮食流入粮食市，也可增燃乙醇产的有效供应，充分发挥粮食安全“调节器”的作用。
目前国内有多套装置尝试使用超稻谷生产燃料乙醇，生产规模每年达到百吨。实际生产取了全稻谷发酵稻谷多混合发酵两艺，通过两年的连续运，了宝贵的验。文拟在分析总超贮稻谷组成特现有超稻谷燃料乙醇生产工艺特点基础上，深入剖析稻谷乙醇生产存在的技术问题，提出若干思考，以为我国超贮稻谷生产燃乙醇产业发展提供参考。
收稿日期：2020-07-21修回日期：2020-11-26
基金项目-中粮生物科技有限公司重点项目((003)2019-B2-T017)
作者简介-武国庆(1977-)，男，高级工程师，博士，研究方向为生物乙醇技术开发与应用。，通讯作者-佟毅(1963-)，男，教授级高级工程师，博士，研究方向为玉米深加工。
1稻谷的组成及特征
1.1化学组成
几种乙醇生产原料的化学组成见表1。从表1可以看出，脱壳稻谷（糙米）与玉米相比，淀粉含量高，蛋白质含量相当，脂肪含量低，也是很好的酒精生产原料。大米淀粉颗粒小（2〜10!'），糊化温度要略高于玉米问，这会影响拌料工段工艺参数的选择。稻谷在储藏过程中淀粉、蛋白质、脂肪等主要成的含量的化。是陈化
多化学的，如少量淀粉降解、脂肪降解酸值升高并产生异，蛋白质大等，淀与非淀的相影响了稻谷的化[3，14151o 这化影响大米的与质，生产料乙醇产生影响[161。
表1乙醇生产原料的化学组成
Tablel Chemical composition of raw material for ethanol production幼儿园主题班会
%原料水淀粉蛋白质脂肪粗纤维灰
超贮稻谷（未脱壳）11.9155.16 6.64 1.9110.75 3.16
超贮稻谷（脱壳）12.1671.019.04 2.06 1.02 1.52
新鲜稻谷（脱壳）13.1469.75 5.59 3.250.95 1.41玉米13.9064.147.90 3.71 2.10 1.40
小麦10.6555.5513.52 1.76 1.95 1.53注：原料来自中粮生产企业，化学组成数据为“国家能源生物液体燃料中。
1.2蛋白质结构
表2谷物籽粒中蛋白质含量
Table2Protein contents in cereal grains
%蛋白质种玉米蛋白质大米蛋白质蛋白2〜102〜5
蛋白2〜202〜10醇溶蛋白50〜551〜5
谷蛋白30〜4575〜90
大米蛋白质含量9%~10%，明显高于玉米。两者蛋白蛋白、蛋白、醇蛋白谷蛋白组成，蛋白质、组酸组成大的差异[171。玉米大米蛋白质组含量表2。从表2可以看出，与玉米相比，大米蛋白质中谷蛋白含量，醇蛋白低，谷蛋白总
蛋白质的75%〜90%1,151。大米谷蛋白中氨基酸结构更易与
，
好，在工中[191。在稻谷乙醇生产中于，会蛋白质的[201。生产过程中，过多会降低，精，影响。
1.3带壳贮存
与玉米小，质期，稻谷是
壳，稻壳稻谷质量的20%[211。在生产中可以选择稻谷不脱壳粉脱壳种式，这续工艺路线的选择影响很大。稻谷脱壳糙米，其淀粉含量高达70%，过敏蛋白质含量低蛋白质容消化吸收[131，感好，因此在三大主粮中售价也最。国储粮近几年粮拍卖价格表3。从表3可以看出，稻谷价格无论是＜米（壳）还是粳米（壳）于玉米，也于小。此外市场拍卖是带壳稻谷，如以脱壳后相比，价格会更高[221。
表3三大主粮收购价格对比
Table3Comparison of three major staple food purchasing price
元/t
粮食种类2017年2015年2019年2020年
早＜米（带壳）2555〜2.902365〜27102275〜25002362〜2479中晚＜米（带壳）2530〜25252492
〜27452476〜25962505〜2591粳米（带壳）2605〜31452650〜3063 2600〜27732594〜2760玉米1542〜17201659〜15261730〜19621755〜1995小麦2321〜25052293〜25132261〜23992276〜2376注：数来于国粮食和物资储备局（v/html/ ywpd/index.shtml）。
2超贮稻谷燃料乙醇工艺现状及问题剖析
鉴于以上析，以往国内外很少专门以稻谷为原料生产料乙醇的配套的生产工艺，现生产是在原有玉米、木薯料乙醇生产工艺础上加以改造以适应超稻谷原料。
国内近年采的稻谷料乙醇生产工艺汇总表4。由表4可以看出，生产原料采全稻谷混合原料的概况：可稻谷带壳粉脱壳粉；采半连续或间歇工艺，其中半连续工艺避免精问题又衍生出渣与种工艺；精工段主要采三塔压浮阀塔；离工段以卧螺离设备为主，也采
框设备的。以上原料与工艺的变化都给现的稳定生产来挑战，在过程中也出现问题。
表4稻谷燃料乙醇生产工艺比较
Table4Comparison of rice fuel ethanol production process
代表企业原料粉发酵精离成熟醪酒份/%vol配量/%饲料产品备注
中粮生质
限公司
稻谷
（脱壳）
壳粉
间歇渣-同步
化
三压浮阀，
期
板框压滤
醪
13.0〜14.035〜40
稻谷全酒蛋
白饲料(distillers
dried grains with
soluble，DDGS)
酒份，
混10%
糙米
续表代表企业原料粉碎发酵精，分离成熟醪酒份/%vol清液回配量/%饲料关联产品备注
国投广东生物能源有限
公司
稻谷
（不脱壳）
带壳粉碎
间歇带渣-同步
糖化发酵
三塔差压板式塔,
不堵塔
离心
醪
13.0〜14.010〜15
稻谷酒精
(distillers dried
grains,DDG)
清液量回
配，污
水处理，环保
压力
中粮生化化
学（安徽）股份有限公司沫河口分厂糙米脱壳粉碎
独立糖化-半连
续带渣发酵
三塔差压浮阀，
需定 塔
离心
醪
13.0〜14.015〜20稻谷DDGS—
中粮生化化
学（安徽）股份有限公司蚌埠分厂糙米脱壳粉碎
独立糖化-半连
续清液发酵
三塔差压浮阀塔，
不堵塔
板压
液化醪
13.0〜14.035〜40稻谷DDGS
液化醪分离
量糖份，
原料有
增加
中粮生化能源（肇东）有限公司玉、
糙米
脱壳混合
粉碎
同步糖化-半连
续带渣发酵三塔差压浮阀塔
离
醪
13.0〜14.020〜35
混合原料
白色口哨小说
DDGS
混糙
炒甘蓝米，堵塔
题可忽略
2.1稻壳的影响
稻壳，稻谷粉碎，粉碎有
玉米50%〜60%，稻谷原料，
需粉碎脱壳能能㈤稻壳易续备生，设备物料需要采用耐磨材质以延长更换期。如果采用不脱稻壳的全稻谷，稻壳粉中粉，熟醪酒份
13.0%vol E2,25F脱壳生糙米粉碎发
酵，粉碎，脱稻壳
粉中粉，粉中量同成熟醪酒份下，脱壳稻谷拌料，也拉发酵醪中固形物量和量，分离分离醪固液分离既清液量，也清液固形物量升高，而清液需进一步蒸发缩为可溶性酒精液（distillers dried soluble，DDS），这样也导致DDS量的增加，在生产DDGS饲料DDS添加比例增大，影响了DDGS品质和色泽。
2.2精'系统堵塔
目前国内运行多套稻谷乙醇装置，不时出现精，系统组合塔堵塔，需定车塔垢，装置实现“安稳优”运行叭造堵塔原有两个：一
稻谷原料特性；精，塔备适应性。
前所述，玉米，糙米蛋白量咼达9%，且富起泡性能好谷蛋白。其亲油亲水两亲结构分散液中表现出较强界面活性，吸附到传表面气&液界面上，其表面张力，促进界面形，米谷蛋白中二硫键较多，其溶性变差，稳泡性能提高囱。
，在精，传过程中，蛋白气泡表面的液膜结合，过雾沫带上塔板，造成精，塔提，塔板下蛋白富结实生产装置精，塔塔垢样品组成，其中蛋白质含量为35.67%，这也很好了这
在工艺设备方面，国内燃料乙醇装置精，工段常采用成熟三塔差压热耦合工艺，实现了能量优化，三塔差压流程下：
中精，塔（高压塔，150〜160°C）使用直接蒸汽作为源，精，塔塔顶气作为组合塔P压塔，115〜120C）源，组合塔塔顶气作为粗塔（负压塔70〜N0C）源，蒸汽量 1.3〜1.5t蒸汽/t酒精。实际运行中成熟醪进入粗塔分粗塔精，出粗酒精，分粗塔出进入组合塔精，组合塔提，较高，装置为稻谷原料，稻谷白量高，高下醪液中米白糖作传质过程气泡稳定性提高，生量雾沫带，白
物结塔板下，起堵塔。
，塔板结构也有影响现装置传高作性大，负作性好浮阀塔，塔内为浮阀塔处理高物料，阀塔板结，较高醪液，量气液力不，能高液，浮阀升活性E2627F，这也造稻谷乙醇堵塔原
2.3成熟醪酒份偏低
国内目前稻谷为原料生产乙醇装置，既有半连续发酵也有间歇发酵半连续发酵熟醪酒份通
13.0%vol〜14.0%vo l，虽然间歇发酵高出1〜2个分点，国进玉米料乙醇装置酒份17.0%vo l〜18.0%vol有一定差肉酒精生产装置而言，酒份每提高1分点，产能备
提高和公
程消耗降低，按目前工厂平均成本估算吨酒效益提升
30〜50元。提高成熟醪酒份的挑战在于当单纯提高粉浆拌
料浓度后，后续液化与发酵工艺不能适应高浓物料，引起液化与发酵效果变差，导致稻谷成熟醪残总糖与残还原糖升高， 2.00%和0.25%的“沖。成
酒降低，高的残糖在干产饲料时与蛋白质发美拉德反应，使DDGS，影响售价。
3解决途径
3.1防堵塔技术与装备
差工艺稻谷原料的运行情况，。
3.1.1降低组合塔进料负荷
目前均发在提。
成熟醪时，于度较低（70-80在提产发。提高粗塔成熟醪，降低的料，高蛋白质起
成的。目前应产后，
14；20；，塔有所缓解。
于成酒”，。
3.1.2选用合适消泡剂，减少结垢
消高的性，的双子定向膜后，能形成新的或改变原的膜，降低强度，破坏定向膜的力学平衡达破作。实验选择适宜的消，破除蛋白质的稳作用，或防止由于大量结塞板的。3.1.3更换塔内件
采新型抗板。板开孔，增强传质，
强板自清作等，也将浮阀改为抗能力强的板式，的效性在投广东生物能源公司20万t/年的燃料乙醇上得到验证冋。
3.1.4采用双负压塔精＞工艺
高是成的关键素，若
均采操作，降低各的操作温度能决。即料在低条件蒸成熟醪，让废醪全釜采，或者双料，避免高
，种工艺对原料好的适应性，但需要对全厂热量重新耦，降低能耗。目前美主流工艺均采工艺或双工
艺，
内也燃料乙醇开始采用双工艺。
3.2稻谷脱壳浓醪发酵技术
浓醪发酵一直是燃料乙醇产业发展的方向。国外近些年与，酒份的12.0%vo1提
升至17.0%vo1〜18.0%vol，采的主要化度与物料的高效提高制性、采同
糖化工艺、应高性耐受性强酵母、开发新型等[311；工艺也由连续发酵转向间歇发酵为主，生料发酵工艺也因其咼达20%vo1的酒份产咼质DDGS
妙37。提高稻谷原料酒份实浓醪发酵是
工程，需要制酵母前后工工艺与的。
稻谷原料实浓醪发酵宜，消除稻浆浓度实30%上干物浓度的高浓拌料，同时对的不要讯，乳连续浓醪发酵工艺挑战在于制好发酵与成熟醪残糖＜程度浓醪发酵的成验。因此，采连续发酵工艺的应强提升酵母与发酵性＜重与高浓物料的＜拌料单元/成＜能采高工艺液化工艺为后续酵母提质量均一的糖液；为采糖化工艺，调整发酵pH 4.0低，选择适的抗，能增发酵热等的清[36];
发酵程要制各连续的酵母与外糖浓度，强酵母酵母后期性＜降低残糖＜力酒度
达到15.0%vo1。对于发酵工艺降低,
浓醪发酵目是在低残糖平下酒度稳定在17.0%vo1I 高，其与物料的高效液化平是关键。
目前稻谷燃料乙醇于成熟醪酒份低
效清液量少等素，导致DDS产
量。为DDS糖含量高蛋白质含量低,DDS在与DDG混合烘干生产DDGS时，其比例过高会拉低DDGS蛋白质含量，产，降低DDGS质何，浓醪发酵是决的有效。乙醇成熟醪酒份与废醪量清液量的关5。
表5典型的玉米乙醇成熟醪酒份与废醪量及清液量的关系Table5Relati o n s hip betwee n the etha n ol concentration of typical cor n etha n o I ferme n te；mash an；the amount of
waste mash an；thin stillage
成熟醪酒精度/%vo1废醪量/（t/t酒）清液总量/（t/t酒）DDS量/（t/t酒）
13.08.067.21 1.55
14.07.33 6.33 1.36
15.0 6.71 5.58 1.20
16.0 6.17 4.93 1.06
17.0 5.69 4.330.93
18.0 5.26 3.820.82
注：按清液固形物含量6%，湿糟干物质含量34%,DDS干物质含量28%计。
5＜成熟醪酒份的提高＜酒醪量与清
液量降低。当酒份13.0%vo1提高18.0%vo1时，清液量降低3.39t/t酒精,DDS降低0.73t/t酒精，降幅达47%，这将固液蒸发干能耗＜也决产
业年的DDS量。此外，拌料清液量也是改DDGS色泽的效手段。连续发酵工艺于
制要求，清液回配量往往控制在20%以下，而间歇发酵工艺清液回用比例可达40%〜50%叭因此，降低清液固形物含量和升酸值，提高清液回配量也是酒精生产企业联产DDGS饲料提高效益时采取的有
效措施。
4建议及展望
4.1高度重视燃料乙醇原料多元化
我国有14亿人口，且每年以数百万的数量在增加，尽管粮食产量已连续5年站稳6.5亿t台阶，但粮食安全是任何时候可以以的任料粮食安全的“调节器”，任重而道远。
国内有料装
料，在有装何国内的粮食形在同装采用料安稳”生产是当前业的，高度重视。
4.2总结经验，正视问题
年，国内料企业时用
料，国粮食是，也
的，是，装的，要业
4.3博采众长，精准施策
料业量,，采，精施，形，从设备入手，保证换用后的生产是之急。进而在工艺，针对料，继续浓醪发酵在开展的，尽快使酒达历史最好水平，争取进入国际水平，提高我国料企业效益
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