发酵工业节能降耗技术综述

1、中国发酵工业循环经济支撐技术(选编)发酵工业节能降耗技术综述中国发酵工业协会尤新王家勤一、发酵工业成就发酵工业包括味精、柠檬酸、酶制剂、酵母、淀粉糖等，是以含淀粉的粮薯（85%是 玉米）为原料的加工业，是农业产业化的主要行业之一，每年加工粮萼达1500万吨.以含 淀粉粮薯发酵生产的产品，从1995到2005年这十年来，生产增长迅速。2005年产值400 多亿元，为食品工业总产值3%o19951999200320042005味精52.3765119115136柠檬酸15.427465463酶制剂19.625353848酵母3.24.57.751013淀粉糖4060300350420合计130.5

2、7181.5507.75567680发酵工业进入21世纪，已成为食品行业中重要的年出口行业，2004年发酵工业五 大品种出口贸易全面增长，五个品种，均成为年出口万吨的产品，创汇达4.94亿美元。具 体为：1,柠檬酸40万吨,创汇28778.4万美元,柠檬酸盐4.878万吨,创汇3698.6万美元;3中国发酵工业循环经济支撐技术(选编)创汇3652.7万美元；创汇2914万美元：创汇2775万美元； 创汇7539.5万美元;49358.2万美元发酵工业产品产量的增长,2, 味精4.28万吨,3, 葡萄糖和糖浆9.74万吨,4, 活性酵母1.546万吨，5, 酶制剂1.95万吨,合计 62.394

3、万吨出口增加,不仅提奇了我国发酵工业的实力和竞争力，也丰富了人民的生活.为实现玉米产业化作出了重大贡献，并促进了相关行业的发展，现 在我国发酵工业在国际上具有了举足轻重的地位。味精世界生产第一；柠檬酸世界生产.出口第一；淀粉糖生产世界第二。.二、发酵工业存在的主要问题(一) 节粮问题发酵工业是以粮食为原料的加工业，年加工粮薯1500万吨，为实现农业产业化作出 了重大贡献，但是如何更好地利用这些可食用资源，还有不少文章可做我国有13亿人口，占世界人口 22%,但耕地只有7%,人均仅1.2亩耕地，人均占 有粮食350kg,其中玉米人均占有仅lOOkgo节粮是我国长期的战略.发酵工业如何节粮1. 用

4、好发酵工业原料中30%的非淀粉部份：发酵工业原料80%以上是玉氷,还有少 量是落干，但发酵工业只利用粮食原料中70%的淀粉，还有30%的纤维，蛋白质，脂肪 等不能发酵利用，从生产过程排出。所以发酵工业节粮首先第步应作好粮食原料非淀 粉部份的充分利用。2004年发酵工业用1500万吨原粮生产900万吨淀粉；(用淀粉350 万吨，生产了 350万吨淀粉糖;用250万吨淀粉，生产了 115万吨味梢；)用100万吨粮 食生产了 54万吨柠檬酸。相当于年产生约500万吨非淀粉部份，需认真研究它的利用潜 力.目前每吨淀粉出厂价1800多元，而每吨淀粉需消耗至少1. 5吨玉米，所以玉米加工淀 粉是微利行业，

5、要进一步提高玉米制淀粉的效益，提高玉米产区农村的经济水平,重点就 在于原料30%非淀粉部份的充分利用上.以玉米为例，玉米30%的非淀粉副产物,其中有浸泡水7%,玉米皮9%,玉米胚芽7%, 玉米蛋口粉7%.传统玉米制淀粉这30%副产品，除胚芽榨油外,其余均作饲料.今后应对 30%副产品进行深度加工，使玉米副产品的附加值成十倍上升。(1) 胚芽:不能只是榨油，胚芽油每吨只为5000元.还应将胚芽中20%的蛋白质，用 新技术回收。玉米胚芽蛋白是全价蛋白，是所有植物蛋白中品质最好的蛋白质，价格非 常昂贵，每吨15000元，而目前玉米胚芽蛋白国内还没有生产。此外胚芽里还含有低聚 糖，亦可分离利用。(2)

6、 玉米蛋口粉:玉米蛋白粉不是全价蛋白，一般当作饲料用。由于玉米蛋白粉谷氨 酸含杲高达28%,具有增鲜作用，可代替豆粕用于生产调味料;玉米蛋白用酒精浸泡，得 醇溶蛋白，可做食用的保鲜膜。与此同时，从玉米蛋白粉中提取玉米黄素,这是一种专门 用耒保护眼晴的抗氧化剂,每克值100元。(3) 玉米纤维:玉米纤维中半纤维含量较高，将玉米纤维用碱溶液浸泡，半纤维溶于 碱溶液，过滤出粗纤维，将碱溶液用酸中和，沉淀出纤维粉，可用于制作糕点,滤渣可 制微孔纤维助滤剂。玉米纤维还可提取降血脂的玉米纤维油，每公斤值几千元.浸泡水:用来培养饲料酵母。酵母利用了废水中部份营养，剩余的残糖和各种营 养成分，和酵母一起经蒸发

7、喷雾干燥，全部成为蛋白饲料。冷凝水回用于生产，取消了发 酵液中离心分离酵母的过程，同时成为无排放废水的饲料酵母生产。3中国发酵工业循环经济支撑技术（选编2. 进一步提奇淀粉利用率:发酵产品用淀粉糖化后的葡萄糖为底物,淀粉消耗是重 要指标。如味精行业每吨味精，耗纯淀粉平均约2. 24吨，先进的厂为1. 75吨到1. 85吨， 消耗高的厂为2. 4吨到2. 5吨。全国味精行业如能使淀粉平均单耗从2. 2降至2.0,那 么全国可节约淀粉20万多吨。提高淀粉利用率包括（1）淀粉未完全转化成糖，冃前糖化收率在100%以下（2）淀粉转化成的糖，未能全部转化成产品，味精转化率只有50%多、柠檬酸90%多、

8、酵母50%多，有的转化成别的副产品，进入了发酵残液。（3）转化成发酵产品的味精、柠檬酸，含在发酵液中，也未能全部提取出来，味精 总收率只有90%左右，柠檬酸不到80%,也就是说有10%以上的产品在生产过程中流 失了，成了污染源。（二）节水问题发酵产品是利用水来加工玉米制取淀粉，然后在水中糖化成葡萄糖，最后在水溶液 中进行发酵，获得产品。我国是一个缺水的国家，淡水资源只占世界7%,仅为世界人均值的1/4,且大部 分集中在南方，现在我国500个城市，缺水的占300个，严重缺水的有100多个，制约 了工业的发展，有的是水被污染造成。发酵工业年用水2. 5亿吨，1994年粗略统计，全行业用水量达255

9、75万吨，其中味精1.2亿吨，柠檬酸9400 万吨。产量（万吨）水单耗（吨）年水总耗（万吨）味精4030012000柠檬酸19.84709400酶制剂151001500酵母2.5230575淀粉糖35301002100合计112.325575全行业1994年用水2. 5亿吨，是以平均值计算的，其中味精和柠檬酸约占2亿吨, 但是实际情况恐怕不止那么多，因为有些味精厂附设淀粉厂用水未计算在内，所以味精 行业的节水潜力最大。味精水耗最低厂，为80吨，而有不少企业的水耗是达150-200 吨，甚至500吨。发酵工业十年来随着生产增长，虽然大家在节能降耗、节水等方面做了不少工作，水 单耗下降了 1/3-

10、1/2,但是由于发酵工业总产量从1994年112.3万吨，到2004年增至567 万吨，十年增产5倍.用水总量约增加一倍，2004年水总耗约76330万吨.2004年味精产M 115万吨，耗水34500万吨；柠檬酸54万吨，耗水25380万吨，酶 制剂38万吨，耗水3800万吨;酵母10万吨，耗水2300万吨;淀粉糖345万吨，耗水 10350万吨；2004年发酵工业用水总量约76330万吨；用水輦大，排水量也大，相应的废水影响的面也广，对下一步的利用处理也带來了 困难，所以节水不仅是简单地理解为降低单耗，应从战略高度来推进节水工业，同时也是 为实现发酵工业压缩排放,改善环境的一个重要措施。（

11、三）环境污染问题发酵工业产品是通过微生物，在水中发酵提取精制得到的，生产过程必然剩余高浓 度有机废水，这是发酵工业的主要污染源，不经处理，排入江河，会对环境生成严重的 污染。但也可以说，作为粮食为原料的发酵工业，其污染的发生是未能把粮食所有的成 分充分利用的结果，未被利用的部分，排入水系，就成为污染源。发酵工业高浓度有机废水发生量发轟2004年产废液量/废液COD含全年发生废全年发生COD产品量/万t吨吨产品量/万mg/L液总帚/万t总量/万t味精115155172586柠檬酸5410354016酵母104024008合计1792665110发酵工业产品中，单位产品发生的发酵残液，突出的是味精

12、、柠檬酸和酵母，每吨 味稱要排放COD3-7万的母液或离交废液10-15吨。2004年全部发生约1725万吨，全行 业排放C0D86万吨。每吨柠檬酸要发主C0D3-5万的废糖液10-14吨；2004年发生了约 540万吨，全行业发生C0D8-16万吨；每吨酵母要发生C0D2-2. 5万的离心分离液40-50 吨，2004年发生400万吨，全行业发生排放C0D约8万吨。酚制剂发生的高浓度有机废 水较少；淀粉糖基本上不产生高浓度的有机废水。此外在大型味精厂，有的附有以玉米为原料的淀粉生产车间，每吨淀粉耗玉米2-3 吨，同时发生C0D4-6万的黄浆水10-20吨；有的企业浸泡水也未利用，每吨淀粉排放

13、 4-7吨，COD达5万。发酵行业产生的高浓度有机废水，虽然无毒，但是有害，如不经处理，大量的有机 物流入江河，水质富营养化，能导致水生物绝迹，不仅影响人畜饮用，危害健康，也污 染了农田，使农作物减收：污染了水源，使自来水厂和电厂停产，轻工业排放的COD占全国工业排放总量的65%左右，其中食品发酵工业约占23%, 是仅次于造纸工业的第二大污染源。近年来，发酵工业为治理污染，做了大量工作，很 多企业达标排放。特别是柠檬酸行业和味精行业的环境状况，近年有较大改观。但整个 -5-中国发酵工业循环经济支撑技术（选编）发酵行业要实现既有环境效益又有较好的经济效益，特别要做成环境友好型企业，仍是 今后的努

14、力方向。发酵工业不仅要治理污染，更要重视资源的利月，将废水处理工程， 视同为不同有机物的回收工程。一个日处理1000吨玉米深加工企业，原料利用率达到99%,这己是国内的领先企业, 只是个别的企业绝大部分企业在97-98%。即使达到99%,还意味着有每天10吨的有机 物被排放了。排出厂外有机物，除少量固体废渣外，主要含在高浓度有机废水中，大量 可溶性的糖类、蛋白质、有机酸、矿物质，均是营养性物质。全国玉米淀粉产量按800 万吨计，年消耗玉米1300万吨，全部达到玉米原料利用率99%,尚有13万吨有机物排 出厂外。三、发酵工业循环经济支撑技术作为农业产业化的发酵工业，要解决节粮，节水和环保问题，必

15、须走资源节约型循环经 济的道路,主要应做到物尽其用，.除了用好原料中30%的非淀粉部份外，必须采用各种高 新分离技术，使粮食原料的所有组分，充分回收，精深加工，化害为利，实现提高附加值的同 时，减轻和消除污染最终表现在提高原料利用率和水的循环利用的水平上，主要措施为：1玉米淀粉生产用水改为采用下一步糖化发酵深加工回收的冷凝水，既节约用水，又 提高淀粉浆质量；2玉米淀粉浸泡水；发酵离浓度废水用膜分离色谱分离氨基酸有机酸后的 有机质废水；玉米胚芽水酶法制油，蛋白质,低聚糖后的有机废水，以上三股废水混合发酵 制饲料酵母,最后浓缩干燥成商品，无废水产生，发生的冷凝水回用于生产3玉米皮提取植物固醇，膳食

16、纤维；蛋白粉提取食用包装膜,叶黄素，均采用酒精法提 取，无废水产生所剩残渣，仍是饲料4淀粉车间废水先经沉淀，过滤，膜分离蛋白质，清液用于浸泡玉米，实现淀粉生产的无 废排放和水封闭循环5淀粉糖生产直接采用30-35%的淀粉乳，工艺过程不再用新水源，淀粉中残留的蛋白 质通过高温液化凝集分离,可溶性蛋白用膜分离6发酵制品生产的高浓度废水，先用膜及色谱分离法，分离氨基酸，有机酸，残余废水, 用于培养饲料酵母7各蒸发设备二次蒸汽先进行热泵回用于蒸发，不能回用的凝结水，作淀粉生产用水归纳起来，发酵工业循环经济要做的主要工作是：1原料吃干用净;2水封闭循环;3能 源循环利用。玉米深加工成淀粉,淀粉糖，发酵制

17、品及水和资源利用封闭循环示意 回用水浸泡玉米浸泡冷凝水11冷凝水f淀粉一废水回收蛋白丨玉米胚芽玉米皮蛋白粉1111干法1干法汽f 糖f冷凝水1玉米油植物固酸食用包装膜11胚芽蛋白膳食纤维叶黄素汽f发酵制品冷凝水111低聚糖1髙浓度废水1111有机质废水1提取氨基酸，有机酸，1111111有机质废水f饲料酵母一1冷凝水发酵工业循环经济主要支撑技术：1膜分离技术:能够简化工艺，节水降耗，提高产品质量和收率，实现资源合理利用 和保护环境的目的。发酵液的菌体过滤，可用微滤膜，。肇庆味精厂采用截留分子量1万的ps / pdc超滤 膜，对SS 4300和COD 34580的等电离交废液（未曾进行过除菌体）

18、进行膜分离除菌处理, 结果为SSO, COD降至2200。说明菌体己除去，溶液澄淸。传统酵母生产，发酵液用 高速离心机分离酵母。在洗涤过程产生大量废水，并造成酵母流失。采用微滤代替奇速 离心分离和离心洗涤，可以从发酵液中获得高纯度和高收率的酵母。除了酵母以后的废 液，进-步用纳滤处理，除去残糖和有机酸，就能回用于生产淀粉生产排出的含蛋白质废水，是污水处理站臭味的耒源可以用超滤膜将淀粉废水 蛋白质回收后，再去污水处理.既回收蛋白资源,又解决了臭味的根源2色谱分离技术发酵产品的水溶液通过吸附柱，需要的产品被吸附，其他成份在水 溶液中，从树脂层排出，然后再从树脂层洗出所需要的产品。这一技术较早被使用

19、于果 葡糖浆企业，用以从42 果葡糖中分离90级果糖，获得55高果糖浆。无锡江南大学和无锡分离技术研究所，开展了不用化学剂，利用温差，在低温下吸 附，加热的水洗脱的柠檬酸专用吸附树脂的合成研究，以及其吸附，解吸工艺试验，完成 了热水洗脱的2001柠檬酸色谱分离中间试验。色谱分离代替活性炭吸附脱色:活性炭脱色是一个劳动条件差和环境污染的工序，我 国年产淀粉糖350万吨，味精115万吨，柠檬酸54万吨仅淀粉糖、味粋、柠檬酸三个 行业，年用活性炭在5万吨左右。用树脂脱色，树脂可多次使用。根据生产实际计算， 相当于lkg液碱和0.25kg硫酸，代替了 1kg活性炭，更重要的是；树脂脱色实现了生产 操作

20、自动化味精发酵除产谷氨酸1213%外，还有1 %的英他氨基酸，没有利用。主要含有 L-丙氨酸、天门冬氨酸等。它们的单价，均比谷氨酸（8000元）高，L丙氨酸单价每吨2.3 万元。全国产114万吨味梢，粗略佔计，约有10万吨其他氨基酸，未被利用，排出厂 外，成为污染源，应通过色谱分离，充分回收利用。此外色谱分离还可能在味粘、乳酸 等发酵液提取方而获得应用，以便从根本上革新现有的提取工艺。我国年产100多万吨含麦芽糖的糖浆，大量是只含50%左右的麦芽糖。要得到90% 的高纯和结晶麦芽糖，就必须借助色谱分离技术。啤酒生产应用麦芽糖浆，要求含麦芽 糖50-60%,其他还有10%的葡萄糖和果糖，这些过多的单糖，这对啤酒生产质量带來 不利影响。这也可用色谱分离除去过多的单糖。我国生产结晶的萄糖90万吨，生产结 晶葡萄糖时有20%左右的母液，由于其杂糖多达20%,失去食用价