楊健 李家勇

摘要 ? ?本文介紹了利用固態(tài)發(fā)酵技術(shù)將釀酒白酒糟工業(yè)化生產(chǎn)成生物飼料工藝過程控制技術(shù)，主要從設(shè)備選型及生產(chǎn)的工藝參數(shù)控制上進(jìn)行了介紹及闡述，并對工業(yè)生產(chǎn)過程中存在的問題進(jìn)行了分析，以期為提高釀酒白酒糟的附加值提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞 ? ?白酒糟;生物飼料;固態(tài)發(fā)酵;工藝控制技術(shù)

中圖分類號 ? ?TS264.22 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2019）20-0218-03 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

Abstract ? ?The process control technology of industrial production of bio-feed from distiller′s grains by solid-state fermentation was introduced.The selection of equipment and the control of process parameters were mainly introduced and elaborated.The existing problems in the industrial production process were explained，in order to provide technical references for improving the added value of distiller′s grains.

Key words ? ?distiller′s grain;bio-feed;solid-state fermentation;process control technology

固態(tài)發(fā)酵（Solid State Fermentation，SSF）技術(shù)是指培養(yǎng)基呈固態(tài)、固態(tài)基質(zhì)含水率高但沒有明顯自由水流動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行的一種或多種微生物發(fā)酵的過程，微生物在固態(tài)基質(zhì)上正常繁殖并利用基質(zhì)作為營養(yǎng)或填充物，改善固體基質(zhì)特性，提高固體基質(zhì)利用價(jià)值，生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品[1]。有資料顯示，中國是世界上農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)出量最大的國家，畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈、蔬菜廢棄物總量超過50億t[2]，高含水固體廢棄物諸如餐廚垃圾、糧食加工副產(chǎn)物等更是不計(jì)其數(shù)，而近年來農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用向能源化、基質(zhì)化、飼料化和材料化利用等幾個(gè)方面迅速發(fā)展[3]，廢棄物中含有的重要營養(yǎng)物質(zhì)如淀粉、脂類、蛋白質(zhì)等作為動(dòng)物飼料的主要成分，可以緩解我國蛋白飼料供不應(yīng)求的局面。

現(xiàn)以釀酒白酒糟為例，根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，貴州省仁懷市2016年生產(chǎn)白酒3.3億L，產(chǎn)生酒糟約90萬t，目前白酒糟處理主要包括酒糟生產(chǎn)飼料、酒糟作燃料、酒糟生產(chǎn)有機(jī)肥[4]等方式。就飼料應(yīng)用來講，多是直接飼喂動(dòng)物（肉牛、豬等），一部分直接高溫干燥制作酒糟粉，產(chǎn)品附加值低、處理方式粗放、產(chǎn)品質(zhì)量差，直接影響環(huán)境及動(dòng)物健康，此種處理方式未能從根本上實(shí)現(xiàn)白酒糟資源的綜合利用。利用固態(tài)發(fā)酵技術(shù)，通過酵母固體高密度培養(yǎng)、厭氧代謝、酵母自溶水解等現(xiàn)代微生物技術(shù)發(fā)酵白酒糟制備生物發(fā)酵飼料，最大限度地消除酒糟中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，改變培養(yǎng)基中植物蛋白的物理特性，將不易消化的大分子物質(zhì)小分子化，改善蛋白質(zhì)的品質(zhì)，提高小分子營養(yǎng)物質(zhì)的含量及消化利用率，使處理后的產(chǎn)品具有營養(yǎng)和保健的雙重功效。

本文從醬香型白酒糟生產(chǎn)生物飼料的工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，闡述大型白酒糟固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)飼料工藝環(huán)節(jié)的過程控制難點(diǎn)及措施，對固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)加工過程中仍存在的問題進(jìn)行了分析，以期為固態(tài)發(fā)酵制備生物飼料工業(yè)化應(yīng)用提供參考。

1 ? ?醬香型白酒糟特點(diǎn)及成分

仁懷市茅臺(tái)鎮(zhèn)各釀酒廠采用傳統(tǒng)釀酒工藝，于每年重陽節(jié)前后集中烤酒丟糟，將白酒糟作為生產(chǎn)原料的企業(yè)需在此期間囤積足夠全年生產(chǎn)所需的原料量。醬香型酒糟初始含水率為60%左右，其主要成分及含量見表1。

從表1可以看出，茅臺(tái)鎮(zhèn)醬香型酒糟粗蛋白、粗脂肪、粗淀粉等指標(biāo)含量較高，營養(yǎng)成分豐富，含有較多的可利用物質(zhì)，具有開發(fā)價(jià)值[5]，非常適合加工成飼料。

2 ? ?醬香型白酒糟固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)生物飼料工藝過程控制技術(shù)

醬香型白酒糟制生物飼料工藝采用專利技術(shù)，以新鮮的白酒糟為基料，加入復(fù)合酶，并接種枯草芽孢桿菌、釀酒酵母，經(jīng)配料、混合、恒溫發(fā)酵及酶解、烘干及制成成品[6]。由工藝及醬香型酒糟原料特性共同確定了生產(chǎn)加工路線及特殊的設(shè)備方案，固態(tài)發(fā)酵技術(shù)和設(shè)備在飼料工業(yè)中應(yīng)用的主要工藝流程涉及菌種擴(kuò)大培養(yǎng)、原料預(yù)處理、接種發(fā)酵、干燥包裝等[7]，本文論及的生產(chǎn)流轉(zhuǎn)控制過程涉及原料預(yù)處理、接種、發(fā)酵、低溫烘干、粉碎包裝等環(huán)節(jié)，力求達(dá)到生產(chǎn)過程連續(xù)化、規(guī)?；?、智能化的要求，生產(chǎn)富含生物活性物質(zhì)的高品質(zhì)飼料。

2.1 ? ?酒糟原料的集中存放

醬香型酒糟丟糟期間，以酒糟為原料的生產(chǎn)企業(yè)必須在此期間收購、堆儲(chǔ)足夠用于全年飼料生產(chǎn)的原料量。以年產(chǎn)5萬t生物飼料規(guī)模的企業(yè)為例，按生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)考慮1%的干物質(zhì)損耗，約2.5 t酒糟原料產(chǎn)出1 t生物飼料產(chǎn)品，則需收儲(chǔ)約13萬t酒糟，總量約為23.6萬m3。

自卸車將酒糟運(yùn)至糟場卸料，再由鏟車進(jìn)行歸攏、挖機(jī)堆高，在保證安全操作的情況下，挖機(jī)可實(shí)現(xiàn)酒糟原料堆高約3 m，堆糟場占地面積為7.87萬m2。

由于酒糟原料含水率高，富含營養(yǎng)物質(zhì)，自然堆放時(shí)極易霉變，因而需對原糟進(jìn)行壓實(shí)、表面噴藥并附膜等保鮮措施。酒糟原料在堆壓過程中，底部滲出大量的糟液，需對糟液進(jìn)行收集，采用物理或生化方法及時(shí)進(jìn)行處理，避免出現(xiàn)糟液腐敗發(fā)臭、蚊蠅滋生現(xiàn)象。

2.2 ? ?酒糟原料預(yù)處理

酒糟原料屬高濕高黏易結(jié)團(tuán)物料，輸送特性差，為改善酒糟原料的輸送特性及物料松散特性，在發(fā)酵前采用烘干工藝進(jìn)行預(yù)脫水。原料含水率越低，輸送環(huán)節(jié)卡、堵現(xiàn)象越少，透氣性也越好，利于后段固態(tài)發(fā)酵及低溫烘干操作。經(jīng)生產(chǎn)試驗(yàn)驗(yàn)證得知，在保證菌種正常生化作用所需最低含水量的情況下原料可預(yù)脫水至45%。

原料預(yù)烘干脫水工藝段滿足發(fā)酵批次用料要求，烘干產(chǎn)能不低于25 t/h，烘干期間的糟料溫度不超過60 ℃、烘干強(qiáng)度不低于3.5 t水/h。

可采用滾筒烘干機(jī)作為預(yù)處理階段主機(jī)設(shè)備，鏟車喂料，強(qiáng)制下料斗與刮板輸送機(jī)配合為烘干機(jī)供料。與酒糟接觸部位的材質(zhì)使用不銹鋼;主機(jī)設(shè)備內(nèi)部設(shè)置防黏及自清掃裝置改善原料在主機(jī)設(shè)備內(nèi)部黏附、固結(jié)現(xiàn)象;外排廢氣、除塵等治理按相應(yīng)環(huán)保要求進(jìn)行治理后達(dá)標(biāo)排放。

2.3 ? ?混料及接種

摻混并接種的菌劑有復(fù)合酶0.5%～1.5%、枯草芽孢桿菌0.2‰～1.0‰、釀酒酵母0.4‰～1.0‰等，菌劑按照原料投加量的干基量比例進(jìn)行投加。其中釀酒酵母需熱水活化后計(jì)量使用。原料酒糟由皮帶秤連續(xù)計(jì)量，在混料機(jī)中酒糟原料與液體菌劑、粉體菌劑連續(xù)攪拌、摻混，并連續(xù)出料。為保證摻混效果，活化后的液體菌劑宜噴灑接種;其他粉劑菌劑先預(yù)混后再與酒糟原料摻混，保證酒糟與菌劑混合均勻，混合均勻度系數(shù)≥0.85，混合均勻度變異系數(shù)CV值≤15%（CV=樣本標(biāo)準(zhǔn)差/樣本平均值）。

對于工業(yè)生產(chǎn)來講，混料與接種環(huán)節(jié)需計(jì)量配料，應(yīng)設(shè)配料系統(tǒng)，自動(dòng)按比例配料。粉體菌劑間歇式操作，混合機(jī)采用螺帶式或漿葉式混合機(jī)。酒糟原料與菌劑連續(xù)混合并連續(xù)進(jìn)出料，混合機(jī)應(yīng)兼顧均勻混合效果及物料輸送功能，可使用犁刀式混料機(jī)。

2.4 ? ?發(fā)酵

發(fā)酵是生物飼料生產(chǎn)中最關(guān)鍵的工藝環(huán)節(jié)，同時(shí)工控條件也最苛刻，控濕、控溫、通風(fēng)補(bǔ)氧、避免雜菌污染等過程貫穿整個(gè)發(fā)酵階段。傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵借鑒有機(jī)肥生產(chǎn)加工設(shè)備，工藝控制條件差，產(chǎn)品品質(zhì)不穩(wěn)定，雜菌及毒素極易超標(biāo)。釀酒行業(yè)，薩拉丁式的麥芽發(fā)芽設(shè)備，處理量大，幾乎封閉的空間能夠高效實(shí)現(xiàn)控濕、控溫及補(bǔ)氧條件，可應(yīng)用于白酒糟固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)生物飼料行業(yè)。

發(fā)酵主機(jī)設(shè)備及設(shè)施參照大麥發(fā)芽行業(yè)進(jìn)行針對性非標(biāo)研制，每批次投料400 t酒糟原料，單個(gè)圓形發(fā)酵箱直徑達(dá)30 m，固定式通風(fēng)篩板將發(fā)酵箱分隔為上下2層，篩板上原料堆高可達(dá)0.9～1.2 m，篩板下層空間作為風(fēng)機(jī)等壓室對篩板上堆料進(jìn)行均勻控溫及補(bǔ)氧。上層空間設(shè)置有繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的一體機(jī)設(shè)備，一體機(jī)設(shè)備具有鋪料、出料、翻料等功能。發(fā)酵箱頂?shù)醪讳P鋼薄板頂，防止?jié)駸崴嵝詺怏w直接腐蝕頂部鋼梁。發(fā)酵箱及設(shè)備外形如圖1所示。

2.4.1 ? ?車間控溫。發(fā)酵周期72 h，分為2個(gè)階段，第一階段菌劑在適宜溫度下大量生長擴(kuò)培，第二階段菌劑在高溫狀態(tài)下自溶。每個(gè)階段保持一段時(shí)間的規(guī)定溫度，保證菌劑充分改良酒糟原料。

本身菌劑以酒糟為基質(zhì)進(jìn)行生化反應(yīng)放出大量的熱量，受外界冬、夏季條件影響，發(fā)酵器兩階段溫度失常現(xiàn)象頻繁。酒糟發(fā)酵期間對物料溫度進(jìn)行測定，超溫時(shí)，鼓入自然風(fēng)或冷卻風(fēng);反之，鼓入熱風(fēng)，輔助其升溫;酒糟原料溫度探測系統(tǒng)由5支均布于半徑r=15 m處圓周處多點(diǎn)測溫傳感器組成，可測量不同料層高度物料的溫度，從而分析評估酒糟原料立體發(fā)酵情況，由程序控制溫度調(diào)節(jié)設(shè)備的啟停。

溫度調(diào)節(jié)設(shè)備由冷熱源供應(yīng)、高壓風(fēng)機(jī)、散熱器、表冷器、配套管道閥門等組成，酒糟物料溫度由冷風(fēng)或熱風(fēng)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。

2.4.2 ? ?控濕、通風(fēng)、補(bǔ)氧。發(fā)酵期間保證菌劑擴(kuò)培所需要的濕度及氧氣條件，根據(jù)發(fā)酵箱內(nèi)測定的空氣濕度進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)水。一體機(jī)機(jī)架橫梁上設(shè)有噴淋霧化器，噴淋裝置與自來水供水管道相連。就白酒糟固態(tài)發(fā)酵來講，原料自身含水率超過45%，無需額外補(bǔ)充水分。

補(bǔ)氧通過鼓入新風(fēng)實(shí)現(xiàn)。一般來講，在發(fā)酵料溫調(diào)節(jié)時(shí)，一體機(jī)翻料設(shè)備將酒糟原料自下而上翻動(dòng)，冷熱風(fēng)穿透料層，與菌劑充分接觸，滿足其代謝需要。

2.4.3 ? ?一體機(jī)等設(shè)備。發(fā)酵箱采用頂部溜管下料，底部設(shè)中心出料裝置，而酒糟原料進(jìn)入發(fā)酵箱后的圓形攤鋪及歸攏出料則是由一體機(jī)設(shè)備實(shí)現(xiàn)。一體機(jī)繞中心支撐裝置順著發(fā)酵箱圈梁上的軌道作圓周運(yùn)動(dòng)，一體機(jī)上橫螺旋正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)酒糟原料徑向攤鋪或收攏，而橫梁上均布的豎向螺旋將原料自下而上攪拌翻動(dòng)起到補(bǔ)氧、控溫效果。

一體機(jī)設(shè)備的強(qiáng)弱電線纜及信號氣從等壓室接入中心支撐裝置中的電滑環(huán)，這種做法可以實(shí)現(xiàn)一體機(jī)連續(xù)順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，避免了動(dòng)力等明線纜因一體機(jī)旋轉(zhuǎn)而發(fā)生纏繞使一體機(jī)反轉(zhuǎn)歸位的弊端，提高了工藝效率及操控難度。

一體機(jī)設(shè)備中與酒糟原料接觸的設(shè)備材質(zhì)宜采用不銹鋼，橫螺旋、豎螺旋的葉片、轉(zhuǎn)軸、軸承等采用不銹鋼。篩板材質(zhì)不銹鋼，沖長圓形孔，漏料少同時(shí)風(fēng)阻低。

篩板支撐、一體機(jī)橫梁等與酒糟原料非直接接觸部分材質(zhì)可使用性價(jià)比較高的碳鋼熱浸鋅。

2.5 ? ?濕料緩存

酒糟原料發(fā)酵結(jié)束后，其含水率仍在43%左右，通常含水率超過30%、流動(dòng)性差的物料不宜采用筒倉方案來匹配前后工藝段的產(chǎn)能差異，高濕高黏原料極易受自身重力擠壓結(jié)拱并架橋而難以下料，對工業(yè)生產(chǎn)線來講，原料供應(yīng)不暢，是制約生產(chǎn)控制的最大障礙。

發(fā)酵出料量60～90 t/h，而目前路德生物公司在用的國內(nèi)最大臥式沸騰流化床烘干設(shè)備處理量為8～10 t/h，按年產(chǎn)5 萬t產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)模，共配備沸騰流化床2臺(tái)，總處理量為16～20 t，前后工段產(chǎn)能懸殊。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，設(shè)置褲衩形暫存斗，斗容50～60 m3，斗下設(shè)變頻調(diào)速螺旋輸送機(jī)，配合發(fā)酵箱出料，為低溫烘干工段穩(wěn)定并定量給料。

2.6 ? ?低溫烘干設(shè)備

烘干是白酒糟生產(chǎn)飼料的關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)，可起到原料體積減量、長時(shí)間存放的效果，同時(shí)酒糟原料發(fā)酵后，微生物菌劑擴(kuò)培及工藝自溶，使飼料原料中富含多肽、甘露聚糖、細(xì)胞內(nèi)容物等生物活性成分。因此，發(fā)酵酒糟烘干時(shí)應(yīng)選擇合適的烘干設(shè)備及烘干方式。

2.6.1 ? ?主機(jī)設(shè)備。兼顧烘干產(chǎn)能及生物活性保留，可選用多段進(jìn)風(fēng)并控溫的臥室沸騰流化床作為烘干主機(jī)。流化床分下床體、中床體、上床體三部分，下床體與中床體由通風(fēng)篩板隔開，下床體設(shè)多個(gè)布風(fēng)椎體，椎體外聯(lián)鼓風(fēng)供熱系統(tǒng)，中床體用于酒糟原料流化脫水空間，上床體設(shè)計(jì)成擴(kuò)大段，分離出粒徑超過設(shè)計(jì)值的物料顆粒。

沸騰流化床采用鼓引風(fēng)系統(tǒng)，鼓風(fēng)系統(tǒng)考慮沿程壓力損失、局部壓力損失、篩板壓力損失及酒糟原料沸騰壓力損失。引風(fēng)系統(tǒng)考慮收塵系統(tǒng)阻力、沿程及局部壓力損失，并保證工況下，床內(nèi)處于-15 00～0 Pa的負(fù)壓狀態(tài)。流化床進(jìn)料端設(shè)置打散器，改善初始濕料流化沸騰效果差的問題。

2.6.2 ? ?除塵系統(tǒng)。低溫烘干系統(tǒng)的除塵工藝由重力沉降方式與離心分離方式構(gòu)成，具體是由流化床擴(kuò)大段、旋風(fēng)除塵器組、沉降室等部分組成，系統(tǒng)除塵工藝實(shí)現(xiàn)外排廢氣含塵量≤30 mg/Nm3。

2.6.3 ? ?低溫操作。流化床設(shè)多個(gè)分區(qū)分別送風(fēng)并控溫，利用酒糟原料烘干操作時(shí)含水率、物料溫度、烘干時(shí)間三者之間的變化規(guī)律，保證酒糟原料在烘干脫水期間物料溫度不超過60 ℃。烘干后的原料應(yīng)冷卻至35 ℃以下。具體流化床分區(qū)及風(fēng)溫設(shè)置如表2所示。

2.7 ? ?粉碎及包裝

酒糟原料烘干后，經(jīng)粉碎后包裝成成品，該工藝段設(shè)待粉碎料倉及待包裝料倉，工藝段上單體設(shè)備均采用機(jī)械輸送設(shè)備銜接。烘干料流動(dòng)性差，在待粉碎料倉及待包裝料倉上設(shè)置空氣炮。

粉碎及包裝設(shè)備宜一用一備，粉碎機(jī)選用錘片式，錘片宜采用碳化鎢材質(zhì)，以提高耐磨性及硬度。

成品粉料粒徑分布廣，堆積密度小，包裝設(shè)備采用有斗秤提高包裝速度及包裝精度。

3 ? ?醬香型白酒糟固態(tài)發(fā)酵制生物飼料仍存在的問題

醬香型白酒糟制生物飼料雖已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)級轉(zhuǎn)化，但仍存在以下問題：一是醬香型酒糟原料種類及性狀不穩(wěn)定，有捆沙糟、不同烤制次數(shù)的碎沙糟等，工藝設(shè)備需提高其適應(yīng)性;二是酒糟原材料堆場必不可少，同時(shí)占地面積過大，酒糟堆碼、保鮮成本大，在有限土地資源條件下，著力提高酒糟堆碼高度及堆碼效率;三是酒糟場大量糟液需處置，COD值高達(dá)200 g/L，應(yīng)有經(jīng)濟(jì)合理的糟液處理措施;四是流化床旋風(fēng)除塵器殼體離心分離段磨損穿孔，旋風(fēng)除塵器更換難度極大;五是發(fā)酵白酒糟產(chǎn)品附加值低，工藝線設(shè)備及控制冗長，降生產(chǎn)成本壓力大。

4 ? ?展望

利用固態(tài)發(fā)酵技術(shù)將醬香型酒糟處理生成生物飼料，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)，作為釀酒廢棄物資源化利用的有效手段，在減少了環(huán)境污染的同時(shí)，將酒糟作為新的原材料進(jìn)行資源化利用，變廢為寶，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。本文從工業(yè)應(yīng)用出發(fā)闡述了酒糟固態(tài)發(fā)酵工藝控制過程，為酒糟飼料化利用提供了技術(shù)參考。接下來，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)線，解決酒糟利用出現(xiàn)的新問題，并著力降低生產(chǎn)運(yùn)營成本，提高酒糟原料產(chǎn)品附加值，提高酒糟飼料的市場競爭力。

5 ? ?參考文獻(xiàn)

[1] THOMASV L，LARROCHE C，PANDEY A.Current developments in solid-state fermentation[J].Biochem Eng J，2013，81（4）：146-161.

[2] 孫永明，李國學(xué)，張夫道，等.中國農(nóng)業(yè)廢棄物資源化現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2005，21（8）：169-173.

[3] 劉振東，李貴春，楊曉梅，等.我國農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（26）：13068-13070.

[4] 李紅.酒糟綜合利用技術(shù)研究進(jìn)展[J].中國資源綜合利用，2016，34（12）：36-39.

[5] 李青.貴州省白酒酒糟綜合利用的探討[J].釀酒科技，2014（10）：92-93.

[6] 季光明，梁運(yùn)祥，黃郴，等.一種酶解白酒糟高肽飼料及生產(chǎn)方法：中國，CN201310667644.1[P].2014-04-02.

[7] 沈桂宇.固態(tài)發(fā)酵技術(shù)設(shè)備及在飼料工業(yè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].飼料工業(yè)，2015，36（8）：58-60.