邓翠、李树洋、李莉、李永恒、邹海涛、梁传强、蔡烨、李志鹏
广西中粮生物质能源有限公司 广西北海 536100
摘 要：20世纪70年代的“能源危机”让人们认识到，各类资源并不是取之不尽、用之不竭的，该危机爆发严重地影响了世界经济的发展，使得开发和利用各类能源已成为一种发展战略。基于此本文对高粱制备发酵酒精进行深入研究，并在此基础行分析采用不同原料进行乙醇发酵的优劣，探析高粱产酒的能力，并监测发酵指标，最后得出结论，以期能够为相关人员提供一定的参考借鉴。
关键词：高粱；制备；实验；酒精
前 言：
目前世界上 2/3 的酒精被用作燃料，因此可通过酒精制备缓解燃料能源的不足，在研究中发现高粱籽粒中含水量为11%，淀粉含量为74.01%，粗纤维含量为0.9%，粗蛋白含量为8.76%，灰分为1.21%，1996年我国首次用高粱制备发酵酒精，截止至目前相关研究仍然在不断完善，这对于我国实现可持续发展及科技创新具有重大的意义。
1 高粱制备发酵酒精的材料与方法
1.1试验材料
分析高粱中的水分、淀粉、蛋白质、纤维含量，原料为高粱，试验中需应用粉碎机、恒温干燥箱、筛分机、定氮仪、电炉、带孔坩埚、烧杯、玻璃棒、抽滤瓶、滴定管[1]。
1.2试验方法
本次试验中，水分检测为烘箱法；淀粉含量检测为酶法；蛋白质含量检测：凯氏定氮法；粗纤维检测要求以国标GB 6193-1986 谷物籽粒粗纤维测定法为准，具体组成含量如表1.所示。
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1.2.1水分含量试验检测
水分检测为烘箱法，首先高粱要先破碎成直径不超过3mm的颗粒或碎片，3mm以下的高粱不可破碎，烘箱要求烘箱（100~105C°，控温精度±0.1C°)，清洗称量皿→烘至恒重→称取样品→放入调好温度的烘箱（100~105C)→烘小时→于干燥器冷却→称重→再烘小时→称至恒重，两次重量差不超过0.003g即为恒定。
1.2.2淀粉含量试验检测
根据酶法测定的高粱粉中淀粉的含量是74.01%(14%水分)，由于粉碎样品时并未达到所有的粉末均到达通过40目筛的程度，故而可能造成筛上物中含有的高粱外壳含量较筛下物中高，综合试验过程中，筛上物和筛下物中并没有出现肉眼可见的外壳含量差异，判定本实验结果是可靠的[2]。
1.2.3蛋白含量试验检测
高粱中蛋白含量测定过程中，实际温度并没有达到显示的400℃，因此将2h的消解过程延长至24h，其中最快完成硝化的是空白试样，接着是平行2号样，最后完成消解的是1号样。2号样继续处于高温下显示的蛋白质含量低于1号平行样，相关文献提到高粱的粗蛋白含量在8.1-11.0%，因此取平均值得出高粱中粗蛋白含量为8.76%。
1.2.4粗纤维含量试验检测
高粱的粗纤维测定中，抽虑时由于酸洗石棉放置偏少，可能造成一部分粗纤维损失，但是最终含量在合理范围内，因此判定高粱中粗纤维含量为0.94%。
2 高粱制备发酵酒精的对比试验
进行高粱和木薯的乙醇发酵对比，测试高粱中主要组分含量，比较高粱和木薯产乙醇的差异。
2.1试验材料及设备
（1）原料：高粱粉、木薯粉、安琪酵母、淀粉酶、糖化酶、尿素、安菌泰。
（2）试剂：菲林试剂甲、乙液、20%盐酸、20%氢氧化钠、葡萄糖，0.1%碘液。
（3）设备：天平、快速水分测定仪、pH计、水浴锅、电炉[3]。
2.2试验方法
2.2.1粉浆配置
取高粱、木薯干片粉碎，过40目筛，测水分。高粱调成25%和28%粉浆，木薯调成28%粉浆放置30s后，将pH调节至5.5左右，要求淀粉酶添加量XP淀粉酶按照0.1g/Kg绝干木薯粉添加，搅拌均匀液化前整体称重。
2.2.2液化实施
将液化反应器放入水浴锅中加热，记录温度升至85℃时所需时间，升温过程搅拌器转速控制360r/min左右；温度升至85℃时，开始计时液化2.0h，液化过程转速可稍微降低；液化完毕，用冰水快速冷却至室温，用65%硫酸调至pH4.40。随后需要检测总糖、还原糖和固形物，做三个平行每瓶分装400g液化醪；添加尿素（1.36kg/t木薯）、安菌泰（5ppm）、475糖化酶（1.15kg/t木薯）、酵母（0.1%液化醪），用纱布封口后，摇匀，记录发酵前各样品原始重量。
2.2.3发酵检测
前8h控制30℃，120rpm，后续发酵控制在33℃，0rpm；培养0h、24h、48h、72h时各称重，并观察发酵过程中现象。液化结束后检测总糖，还原糖，固形物。发酵结束后，进行常规检测：还原糖、总糖、过滤总糖、挥发酸、酒份、酵母数、出芽率以及死亡率[4]。
2.3试验检测对比
2.3.1还原糖、总糖检测
28%木薯粉浆72h发酵失重为48.46g，而28%高粱粉浆72小时失重为45.13，25%高粱粉浆72小时失重为40.78，通过发酵前的还原糖、总糖检测，发现相同浓度下高粱的总糖高于木薯粉，但是还原糖的含量却低于木薯粉，这是因为木薯粉的粉碎粒度小于高粱粉，也是木薯粉发生轻度炭化的原因。同时试验中所发酵得到的酒分分别为14.40% (V/V)、13.40% (V/V)、12.10% (V/V)，28%木薯粉浆、28%高粱粉浆、25%高粱粉初始总糖分别为23.38%、21.18%、24.48%。
2.3.2发酵试验检测
第一次发酵时，采用的是轻度炭化的木薯，但是原料处理时木薯粉比高粱粉更细，从而使木薯淀粉液化更好。28%木薯粉浆、25%粉浆的高粱粉、28%粉浆的高粱粉乙醇含量为理论值的比率分别为： 97.30%、89.63%、87.01%，木薯粉的发酵效率比高粱粉高10.28%，两者失重实际失重和理论失重的差值相差10.94%。第二次发酵时，采用的是正常木薯，木薯、高粱采用同一粒度，试验中所发酵得到的酒分分别为14.40% (V/V)、13.40% (V/V)、12.10% (V/V)，28%木薯粉浆、28%高粱粉浆、25%高粱粉初始总糖分别为23.38%、21.18%、24.48%。
2.4酒精精度影响
发酵条件对高粱发酵酒精度有着一定的影响，如变异来源自温度时，平方和为3.42，自由度为2，均方为1.71；如变异来源自PH，则平方和为18.32，自由度为2，均方为9.16，但误差能够控制在0.02以内。为了提高发酵液的酒精度, 高粱发酵条件温度需要控在 30 ℃，初始 p H 为 5，并要求接种量为10%。
结束语：
1996年我国首次用高粱制备发酵酒精，截止至目前相关研究仍然在不断完善。高粱制备发酵酒精具有一定的可行性，但其与木薯相比效率仍然较低，但高粱产量较大，且价格便宜，可以弥补与木薯对比中的不足。在制备中需选用中性化合物作催化剂，同时以特定的能量参数激活水分子，产生活性团，切断纤维素分子中的键，使纤维素分子转化为单糖，并发酵为酒精。
参考文献：
[1]谢鑫,蒋君梅,王勇,等. 高粱原生质体的制备及转化方法研究[J]. 种子,2019,38(8):43-46.
[2]蒋新龙,王浩,蒋益花. 高粱酒糟高纯度黄酮的制备及其抗氧化活性[J]. 中国粮油学报,2020,35(10):155-160.
[3]周剑敏,尹方平,于晨,等. 高粱碱溶蛋白ACE抑制肽的制备及其稳定性研究[J]. 中国粮油学报,2019,34(8):66-72.
[4]王彩娇,赵安琪,于雷,等. 高粱多孔淀粉制备工艺的优化及理化性质研究[J]. 粮食与油脂,2019,32(9):35-39. [基金项目]：桂科AB19245028 “合浦县优特产业提质增效关键技术产业化应用示范”项目