專利名稱：一種高密度酵母細胞的酒精發酵方法
一種高密度酵母細胞的酒精發酵方法技術領域
本發明屬于食品發酵工業技術領域，更具體是涉及一種高密度酵母細胞的酒精發酵方法。
背景技術：
發酵法生產酒精實現工業化始于19世紀末，在國民經濟中起著重要的作用，酒精被廣泛應用于食品、化工、醫藥、染料、國防等行業。酒精在世界上不僅可作為飲料，還是一種綠色燃料，更是一種戰略物資，作為一種可再生的清潔含氧燃料，有望逐步代替石油、天然氣等能源，因而成為了各國研究人員的研究熱點。發酵法制酒精有悠久的歷史，但傳統工藝生產效率低，能耗高造成成本過高。為了降低發酵法生產乙醇的成本，各國學者進行了大量的研究，提出了許多新的方法和工藝。其中高濃度發酵是其中的一個研究熱點，高濃度發酵具有提高設備利用率和勞動生產率、降低管理費用、降低能耗和減輕酒糟處理負荷等優點，因此具有廣闊的應用前景。但由于在高濃度發酵過程中，高滲透壓和高酒精度毒性會造成酵母死亡，從而導致發酵緩慢，發酵不完全，甚至發酵停滯等現象。因此，高濃度酒精發酵的廣泛應用受到一定程度限制。針對高濃度酒精發酵存在的上述問題，國內外學者主要從以下三個方面對高濃度酒精發酵技術進行改善
(I)營養物質
有研究報導在酒精高濃度發酵中營養物質是發酵速率的限制性因素，因為酵母細胞需要足夠的營養來抵抗高的滲透壓力和維持酵母的代謝。在發酵過程中添加適量的營養物質，如可同化性氮、大豆粉、乳清、酵母膏、硫酸銨、尿素、無機鹽、維生素、麥角固醇和油酸等，可以使高濃度酒精發酵完全，提高最終酒精濃度。
(2)同步糖化發酵
在高濃度發酵時如果在發酵之前進行預糖化會達到較高濃度的低聚糖從而使酵母生活在高滲透壓下，甚至會產生底物抑制，而通過采取同步糖化發酵工藝可以解決這個問題，因為在整個過程中少量的還原糖被釋放的同時也就被消耗了。國外研究學者對以土豆為原料進行高濃度同步糖化酒精發酵進行了研究，通過在液化過程中添加果膠酶、纖維素酶和半纖維素酶來降低醪液粘度，然后進行同步糖化發酵，最終酒精度達到16. 6%。
(3)耐酒精酵母的篩選
高濃度酒精發酵會產生較高濃度的酒精，這對酵母來說也是一個不小的壓力，酒精使得原生質膜對質子更有通透性，所以質子進入細胞的增加必然需要ATP能量來平衡胞內pH。對于外界壓力的耐受性不同的菌株是大不相同的，所以就需要篩選一個高耐受性的菌株。目前，人們正采用不同的手段，從不同的角度來改進酒精酵母的生產性能。酵母菌育種技術主要有直接篩選、雜交育種、誘變育種、以及以原生質體融合和DNA重組技術為依托的基因工程育種，目前已經取得了一定的進展。發明內容
本發明的目的在于提供一種高密度酵母細胞的酒精發酵方法。本發明從營養物質的角度來改善高濃度酒精發酵，即向酒精發酵種子液/發酵液中添加碳酸鈣以促進酵母細胞增殖，提高種子液/發酵液中酵母細胞密度，加快酒精發酵速率。
為達到上述目的，本發明采取了如下的技術方案
一種高密度酵母細胞的酒精發酵方法，包括如下工藝步驟
(I)將淀粉質原料粉碎后按照1:2. 0-3. 2的固液質量比加水拌料均勻，調整漿料的PH值為6. O后，添加液化酶并升溫至80°C以上進行液化；液化酶的加入量為10U/g淀粉質原料；液化時間為I小時；液化結束后固液分離獲得清澈的液化液；
(2)將步驟(I)中得到的液化液分成兩份，第一份占液化液總體積的6-15%，第二份占液化液總體積的85-94% ；
(3)第一份液化液冷卻到58_62°C，用硫酸調整該份液化液的pH值在4. 0-4. 4 ;添加糖化酶糖化5-60分鐘后，添加1-40 g/L的輕質CaCO3,并接種O. I億/mL酵母種子液至發酵罐培養1-4小時；初始發酵溫度控制為30°C ；
(4)第二份液化液中冷卻到28_35°C，加入液化酶并添加1_40 g/L的輕質CaCO3, 接入步驟3中培養的酵母種子液啟動發酵；
(5)發酵至發酵液中糖濃度低于5g/L時發酵結束；
(6)發酵結束后，將步驟(3)和步驟(4)得到的產物混合后經蒸餾后收集酒精即得成品。
本發明所述的淀粉質原料是玉米，或木薯以及其它的淀粉質原料。
本發明所述的液化、糖化屬成熟工藝，液化、糖化方式不受限制。
本發明所涉及的液化液固液分離形式包括離心分離、過濾機過濾等，優選采用過濾機過濾。
本發明與已有技術相比具有以下優點
I、有利于提高酵母的出芽率，進而提高酵母的生長速率，實現酵母細胞高密度發酵，提高發酵速率；
2、消除發酵過程中產生的CO2氣體對酵母的抑制作用；
3、CaCO3具有pH緩沖作用，能防止發酵液的酸化。
具體實施方式
以下結合具體實施例來對本發明作進一步的描述。
實施例I :
—種高密度酵母細胞的酒精發酵方法，采用以下工藝步驟
(I) 4000L的發酵罐中加入IOOOkg木薯粉，按照1:2. 2的固液質量體積比加入 2200L自來水，調pH至6.0，按照液化酶的加入量為10U/g木薯，然后升至80°C以上進行液化，液化時間為Ih。
液化結束后用板框過濾，濾餅用少量水洗滌,洗滌水和濾液合并。
(2)將步驟(I)中得到的液化液分成兩份，第一份占液化液總體積的6_15%，第二份占液化液總體積的85-94% ；
(3)第一份液化液冷卻到60°C，用硫酸調整該份液化液的pH值在4. O ;添加糖化酶4糖化60分鐘后，添加lg/L的輕質CaCO3,并接種O. I億/mL酵母種子液至發酵罐培養I小時；初始發酵溫度控制為30°C ；
(4)第二份液化液中冷卻到30°C，加入液化酶并添加lg/L的輕質CaCO3,接入步驟 3中培養的酵母種子液啟動發酵；
(5)發酵至發酵液中糖濃度低于5g/L時發酵結束；
(6)發酵結束后，將步驟(3)和步驟(4)得到的產物經蒸餾后收集酒精即得成品。
實施例2
一種高密度酵母細胞的酒精發酵方法，采用以下工藝步驟
U5000L的發酵罐中加入1500kg玉米粉，按照1:2. 2的固液質量體積比加入自來水3300L，其余操作與實施例一中I同。
2、向糖化液中加入l%(w/v)輕質CaCO3，然后接入O. I億/mL酵母種子液至發酵罐， 初始發酵溫度控制為30°C ；
3、發酵結束后，蒸餾收集酒精既可以作為商品出售。
實施例3
一種高密度酵母細胞的酒精發酵方法，采用以下工藝步驟
1、5000L的發酵罐中加入IOOOkg玉米粉，按照1:2.0的固液比加入自來水2000L， 其余操作與實施例一中I同。
2、向糖化液中加入l%(w/v)輕質CaCO3，然后接入O. I億/mL酵母種子液至發酵罐， 初始發酵溫度控制為30°C ；
3、發酵結束后，蒸餾收集酒精既可以作為商品出售。
權利要求
1.一種高密度酵母細胞的酒精發酵方法，其特征在于，包括如下工藝步驟 (1)將淀粉質原料粉碎后按照1:2.0-3. 2的固液質量比加水拌料均勻，調整漿料的pH值為6. O后，添加液化酶并升溫至80°C以上進行液化；液化酶的加入量為10U/g淀粉質原料；液化時間為I小時；液化結束后固液分離獲得清澈的液化液； (2)將步驟(I)中得到的液化液分成兩份，第一份占液化液總體積的6-15%，第二份占液化液總體積的85-94% ； (3)第一份液化液冷卻到58-62°C，用硫酸調整該份液化液的pH值在4.0-4. 4 ;添加糖化酶糖化5-60分鐘后，添加1-40 g/L的輕質CaCO3,并接種O. I億/mL酵母種子液至發酵罐培養1-4小時；初始發酵溫度控制為30°C ； (4)第二份液化液中冷卻到28-35°C，加入液化酶并添加1-40g/L的輕質CaCO3，接入步驟3中培養的酵母種子液啟動發酵； (5)發酵至發酵液中糖濃度低于5g/L時發酵結束； (6)發酵結束后，將步驟(3)和步驟(4)得到的產物混合后經蒸餾后收集酒精即得成品O
2.根據權利要求I所述的一種高密度酵母細胞的酒精發酵方法，其特征在于，所述的淀粉質原料是玉米或木薯。
全文摘要
本發明公開了一種高密度酵母細胞的酒精發酵方法。本發明包括如下步驟(1)將淀粉質原料粉碎后與水混合攪拌成漿料，并加入液化酶進行液化；液化結束后固液分離獲得液化液；(2)將液化液分成兩部分分別進行發酵；(3)發酵至發酵液中糖濃度低于5g/L時發酵結束；(4)將兩部分發酵后的產物混合后經蒸餾后收集酒精即得成品。本發明與已有技術相比具有以下優點1、有利于提高酵母的出芽率，進而提高酵母的生長速率，實現酵母細胞高密度發酵，提高發酵速率；2、消除發酵過程中產生的CO2氣體對酵母的抑制作用；3、CaCO3 具有pH緩沖作用，能防止發酵液的酸化。
文檔編號C12P7/06GK102978243SQ201210482899
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月23日 優先權日2012年11月23日
發明者劉春貞, 丁永澤, 白永琦, 朱建峰, 周騰云, 汪李嚴 申請人:吳江永祥酒精制造有限公司