專利名稱：一種低溫生料濃醪發酵生產乙醇的方法
技術領域：
本發明專利涉及一種生產乙醇的方法，特別是涉及一種低溫生料濃醪發酵生產乙 醇的方法。
背景技術：
乙醇作為解決能源危機可再生能源的最重要產品之一，如何進一步對其生產技術 進行改進，降低其生產成本，減少環境污染，一直是世界能源行業關注的熱點和焦點。世界 許多國家開始利用生物質資源進行燃料乙醇的工業化生產。2008年，燃料乙醇的最大生產 國巴西生產燃料乙醇達300億公升；歐盟燃料乙醇的消費則為175萬噸；美國產量110億加 侖，美國新能源法案提出，到2012年利用燃料乙醇或生物燃料將達2300萬噸。在當前技術條件下，乙醇生產面臨的最主要問題是生產所排放的乙醇糟液對環境 的污染和由于耗能多、發酵強度低等原因造成生產成本偏高。開發原創性高新技術，源頭 上減少過程排放，提高設備利用率，最大限度降低燃料乙醇生產過程的物耗、能耗和廢物排 放，進而降低燃料乙醇生產的綜合成本，是一項極為緊迫的任務。濃醪發酵在諸多高密度乙 醇發酵技術中被認為是一項能代表燃料乙醇未來發展方向的技術之一。根據測算，蒸餾時 乙醇濃度在7%以下時耗能最大。如果將發酵醪乙醇濃度提高4%約可以減少30%的蒸餾 能耗，并且可以減少大量的廢水排放。發酵過程代謝產物的濃度或總活性比較低，提高最終濃度可以極大地減少下游分 離精制過程的負擔，降低整個過程的生產費用。通過優化發酵過程的環境因子、操作條件以 及操作方式，可以得到所期望的最大終端產物濃度、最大生產效率，或者最高原料轉化率。 但是，通常情況下這三項優化指標是不可能同時取得最大的數值。例如，在乙醇發酵過程 中，通常情況下連續操作的生產效率最高，但其最終濃度和原料轉化率卻明顯低于流加操 作或間歇操作。提高某一項優化指標，往往需要以犧牲其他優化指標為代價，這需要對發酵 過程進行整體性能的評價。

發明內容
本發明克服了現有技術中原料預處理液化、蒸煮和糖化過程耗時耗能的缺點，提 供一種低溫生料濃醪發酵生產乙醇的方法，該方法過程簡捷、物耗能耗低，可以有效降低生 產成本。本發明是通過下述方案加以實現的一種低溫生料濃醪發酵生產乙醇的方法，具體步驟如下(1)原料經粉碎后與水調配成質量濃度大于30%的高濃度粉漿(自然pH值)，所 述原料可以是普通生產乙醇的淀粉質原料，例如木薯、玉米、大豆等；(2)在上述粉漿中添加淀粉酶，其添加量為30 50單位(U，活力單位)每克原料， 然后將粉漿進行低溫液化；(3)冷卻液化后的粉漿至常溫(一般為28 32°C )，同時添加釀造酵母(一般酒精生產廠使用的酵母)和糖化酶進行同步生料糖化和發酵(包括主發酵階段和后熟階段)， 初始酵母濃度為0. 5億個每毫升，糖化酶初始添加量為每克原料加80 120單位，糖化酶 以初始值為5. 5單位/克原料每小時的速度流加；從發酵6 10小時開始，每2小時測一 次酵母濃度，根據酵母細胞濃度變化來調節糖化酶的流加速度，酵母濃度增加，則降低糖化 酶流加速度，酵母濃度降低，則增大糖化酶流加速度，保持上述主發酵32 36小時；之后進 入后熟階段，該階段停止糖化酶的流加，保持32 36小時，得到成熟醪液；(4)將成熟醪液進行精餾加工，即得到乙醇。優選地，步驟⑵所述低溫液化的溫度為70 80°C，時間為30 60分鐘。優選地，步驟(3)所述后熟階段中將發酵自身產生的CO2收集后通入后熟醪液中 氣提乙醇，以降低后熟醪液中乙醇濃度降低發酵產物對酵母細胞的生長抑制作用，保證酵 母的繼續生長，提高原料利用率，乙醇氣提量為20-50%，保持醪液中酒精范圍對酒精發酵 無顯著抑制即可。隨后將上述收集的乙醇加入精餾塔中進行精餾加工。優選地，步驟(3)所述根據酵母細胞濃度變化來調節糖化酶的流加速度是以酵母 濃度2. 2億個每毫升為基礎，酵母濃度每變化0. 1億，糖化酶流加速度相應調整1. 0單位每 克原料每小時。糖化酶的初始添加量約為總量的50%，總糖化酶的用量約為160 240單位每克 原料，后續糖化酶的流加速度以酵母比生長率為調整指標，針對發酵罐的即時條件進行預 調節，平衡醪液中酵母細胞發酵對葡萄糖的需求，將底物濃度控制在適當的水平，降低底物 濃度過高時高滲透壓對酵母細胞的影響。如在發酵后期酵母中細胞濃度高時，但糖耗基本 用于平衡酵母生長代謝，則糖化酶流加速度可適當降低，維持酵母細胞的新陳代謝即可。通 過對代謝分析及淀粉水解的精確調控，將淀粉水解產物即發酵底物葡萄糖量控制在合理范 圍內，確保發酵體系內碳源的供給，以獲得高酵母密度和高乙醇產量，同時可避免底物濃度 過高引起的底物抑制作用。此外，對提高糖化酶的利用效率也有一定的改善。本發明與現有技術相比具有如下優點和有益效果1)低溫濃醪發酵調控精度高。糖化酶具有高的催化效率，過程控制精度高，低溫濃 醪發酵過程采用根據酵母細胞濃度來調節糖化酶流加的方式，通過糖化酶調控淀粉水解率 保證發酵體系提供的底物濃度，以獲得高酵母密度和高乙醇產量，同時避免底物濃度過高 引起的底物抑制作用，從而保證酵母細胞的快速生長。2)能較好地解決濃醪發酵過程常見的產物抑制問題。本發明中后熟階段將醪液發 酵產生的CO2收集后通入后熟罐進行乙醇在線CO2氣提，能有效地降低醪液中乙醇濃度，降 低發酵產物對酵母細胞的生長抑制作用，保證酵母的繼續生長，提高原料利用率。3)乙醇生產工藝綠色環保。本發明進行低溫短時液化，省去了蒸煮工序，低溫生料 濃醪同步糖化發酵，大大降低了蒸汽用量和工藝水用量，濃醪發酵成熟醪中乙醇濃度高，后 續的精餾工段蒸汽用量也就大為降低，廢水排放了大為減少。


圖1為一種低溫生料濃醪發酵制備乙醇的工藝路線圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步具體詳細描述，但本發明的實施方式不限 于此，對于未特別注明的工藝參數，可參照常規技術進行。實施例1按工藝路線圖1所示，進行低溫生料濃醪發酵制乙醇，具體步驟如下1.利用木薯干片為原料，木薯干片經粉碎后，與工藝水按重量計算，1份木薯干片 加1. 7份工藝水進行配料，得到質量濃度為33. 3%的粉漿；2.將上述粉漿加熱至80°C，按木薯干片的重量計算，每克木薯干片加50單位的淀 粉酶，進行低溫液化處理，其中，液化的溫度是80°C，時間是45分鐘；3.將上述液化處理后的醪液冷卻至常溫(28°C )，按木薯干片的重量計算，每克木 薯干片加100單位的糖化酶，接入釀造酵母(Saccharomyces cerevisiae，拉氏2號，購自酒 精生產廠)進行低溫(28°C )同步糖化濃醪發酵，酵母初始接入量為5千萬個細胞每毫升， 糖化酶流加速度初始值為5. 5單位/克木薯干片每小時；4.上述醪液從發酵8小時開始，每2小時測一次酵母濃度，以酵母濃度2. 2億個每 毫升為基礎，如果酵母濃度增加，則降低糖化酶流加速度，如果酵母濃度降低，則增大糖化 酶流加速度，酵母濃度每變化0. 1億，糖化酶流加速度相應調整1. 0單位每克木薯干片每小 時，保持主發酵36小時；5.上述醪液發酵36小時后進入后熟階段，停止糖化酶的流加；6.將發酵產生的CO2收集后，經氣液分離器，通入后發酵醪液，氣提乙醇；7.后熟階段進行36小時后，乙醇濃度高于16%，得到成熟醪液作為精餾工序的進 料進行精餾加工；8.氣提后的乙醇經氣液分離后進入精餾塔進行提濃。經上述步驟后，既可得到濃度較高的乙醇，生產過程能耗低，廢水排放少。實施例2按工藝路線圖1所示，進行低溫生料濃醪發酵制乙醇，具體步驟如下1.利用新鮮木薯為原料，木薯經粉碎后，與工藝水按重量計算，1份新鮮木薯加 1. 7份工藝水進行配料，得到質量濃度為30%的粉漿；2.將上述粉漿加熱至75°C，按木薯干片的重量計算，每克木薯干片加30單位的淀 粉酶，進行低溫液化處理，其中，液化的溫度是75°C，時間60分鐘；3.將上述液化處理后的醪液冷卻至常溫(30°C )，按木薯干片的重量計算，每克木 薯干片加80單位的糖化酶，接入釀造酵母(Saccharomyces cerevisiae，拉氏2號，購自酒 精生產廠)進行低溫(30°C )同步糖化濃醪發酵，酵母初始接入量為5千萬個細胞每毫升， 糖化酶流加速度初始值為5. 5單位/克木薯干片每小時；4.上述醪液從發酵8小時開始，每2小時測一次酵母濃度，以酵母濃度2. 2億個每 毫升為基礎，如果酵母濃度增加，則降低糖化酶流加速度，如果酵母濃度降低，則增大糖化 酶流加速度，酵母濃度每變化0.1億，糖化酶流加速度相應調整1. 0單位每克木薯干片每小 時，保持主發酵34小時；5.上述醪液發酵34小時后進入后熟階段，停止糖化酶的流加；6.將發酵產生的CO2收集后，經氣液分離器，通入后發酵醪液，氣提乙醇；
7.后熟階段進行34小時后，乙醇濃度高于15%，得到成熟醪液作為精餾工序的進 料進行精餾加工；8.氣提后的乙醇經氣液分離后進入精餾塔進行提濃。經上述步驟后，既可得到濃度較高的乙醇，生產過程能耗低，廢水排放少。實施例3按工藝路線圖1所示，進行低溫生料濃醪發酵制乙醇，具體步驟如下1.利用新鮮木薯為原料，木薯經粉碎后，與工藝水按重量計算，1份新鮮木薯加 1. 7份工藝水進行配料，得到質量濃度為30%的粉漿；2.將上述粉漿加熱至70°C，按木薯干片的重量計算，每克木薯干片加30單位的淀 粉酶，進行低溫液化處理，其中，液化的溫度是70°C，時間30分鐘；3.將上述液化處理后的醪液冷卻至常溫(32°C )，按木薯干片的重量計算，每克木 薯干片加120單位的糖化酶，接入釀造酵母(Saccharomyces cerevisiae，拉氏2號，購自酒 精生產廠)進行低溫(32°C )同步糖化濃醪發酵，酵母初始接入量為5千萬個細胞每毫升， 糖化酶流加速度初始值為5. 5單位/克木薯干片每小時；4.上述醪液從發酵6小時開始，每2小時測一次酵母濃度，以酵母濃度2. 2億個每 毫升為基礎，如果酵母濃度增加，則降低糖化酶流加速度，如果酵母濃度降低，則增大糖化 酶流加速度，酵母濃度每變化0.1億，糖化酶流加速度相應調整1. 0單位每克木薯干片每小 時，保持主發酵32小時；5.上述醪液發酵32小時后進入后熟階段，停止糖化酶的流加；6.將發酵產生的CO2收集后，經氣液分離器，通入后發酵醪液，氣提乙醇；7.后熟階段進行32小時后，乙醇濃度高于15%，得到成熟醪液作為精餾工序的進 料進行精餾加工；8.氣提后的乙醇經氣液分離后進入精餾塔進行提濃。經上述步驟后，既可得到濃度較高的乙醇，生產過程能耗低，廢水排放少。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
一種低溫生料濃醪發酵生產乙醇的方法，其特征在于，具體步驟如下(1)原料經粉碎后與水調配成質量濃度大于30％的高濃度粉漿；(2)在上述粉漿中添加淀粉酶，添加量為30～50單位每克原料，然后將粉漿進行低溫液化；(3)冷卻液化后的粉漿至常溫，同時添加釀造酵母和糖化酶進行生料同步糖化和發酵，初始酵母濃度為0.5億個每毫升，糖化酶初始添加量為每克原料加80～120單位，糖化酶以初始值為5.5單位/克原料每小時的速度流加；從發酵6～10小時開始，每2小時測一次酵母濃度，根據酵母細胞濃度變化來調節糖化酶的流加速度，酵母濃度增加，則降低糖化酶流加速度，酵母濃度降低，則增大糖化酶流加速度，保持上述主發酵32～36小時；之后進入后熟階段，該階段停止糖化酶的流加，保持32～36小時，得到成熟醪液；(4)將成熟醪液進行精餾加工，即得到乙醇。
2.根據權利要求1所述的低溫生料濃醪發酵生產乙醇的方法，其特征在于，步驟(2)所 述低溫液化的溫度為70 80°C，時間為30 60分鐘。
3.根據權利要求1所述的低溫生料濃醪發酵生產乙醇的方法，其特征在于，步驟(3)所 述后熟階段中將發酵自身產生的CO2收集通入后熟醪液中氣提乙醇，并將該收集的乙醇進 行精餾加工。
4.根據權利要求1所述的低溫生料濃醪發酵生產乙醇的方法，其特征在于，步驟(3)所 述根據酵母細胞濃度變化來調節糖化酶的流加速度是以酵母濃度2. 2億個每毫升為基礎， 酵母濃度每變化0. 1億，糖化酶流加速度相應調整1. 0單位每克原料每小時。
全文摘要
本發明公開一種低溫生料濃醪發酵生產乙醇的方法，步驟為(1)配制質量濃度大于30％的粉漿；(2)在粉漿中添加30～50單位每克的淀粉酶，將粉漿低溫液化；(3)冷卻液化后的粉漿至常溫，添加酵母和糖化酶進行生料同步糖化和發酵，初始酵母濃度為0.5億個每毫升，糖化酶初始添加量為每克原料加80～120單位，糖化酶以初始值為5.5單位/克原料每小時的速度流加；從發酵6～10小時開始每2小時測一次酵母濃度，根據酵母細胞濃度變化調節糖化酶的流加速度，主發酵32～36小時后進入后熟階段，停止糖化酶的流加，32～36小時后得到成熟醪液；(4)將成熟醪液進行精餾加工得到乙醇。該方法簡捷、物耗能耗低，生產成本低。
文檔編號C12R1/865GK101979614SQ20101029388
公開日2011年2月23日 申請日期2010年9月26日 優先權日2010年9月26日
發明者嚴宗誠, 包瑩玲, 王紅林, 陳礪 申請人:華南理工大學