專利名稱：燃料乙醇清潔生產(chǎn)技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新的乙醇，特別是燃料乙醇的清潔生產(chǎn)技術(shù)。
背景技術(shù)：
發(fā)酵法生產(chǎn)的乙醇是食品、醫(yī)藥、化工等行業(yè)的基本原料，也是環(huán)境友好的可再生清潔能源。然而，發(fā)酵法乙醇生產(chǎn)過程卻產(chǎn)生大量廢糟液。以淀粉質(zhì)原料為例，目前國內(nèi)普遍采用游離酵母帶渣發(fā)酵的工藝技術(shù)路線，原料不進(jìn)行前處理或?qū)τ衩自现贿M(jìn)行簡單的脫胚處理，原料中的蛋白和纖維等殘渣全部進(jìn)入發(fā)酵系統(tǒng)，不僅原料綜合利用水平低，而且噸乙醇生產(chǎn)約產(chǎn)生10噸COD高達(dá)50000～60000ppm的廢糟液，對糧食類淀粉質(zhì)原料，一般采用全蒸發(fā)濃縮技術(shù)(DDGS)處理。DDGS技術(shù)處理廢糟液不僅設(shè)備投資大，運(yùn)行能耗高，而且產(chǎn)生的二次蒸汽，其冷凝水COD仍然高達(dá)3000ppm以上，對環(huán)境的二次污染十分嚴(yán)重。國外雖然針對玉米原料開發(fā)了基于濕法浸泡的前處理技術(shù)，分離胚芽、蛋白、纖維等組分，但這一技術(shù)路線前處理設(shè)備投資大，一般應(yīng)用在大規(guī)模淀粉糖生產(chǎn)中，剩余品質(zhì)較差的粗淀粉乳用來生產(chǎn)乙醇，生產(chǎn)過程同樣產(chǎn)生大量COD濃度高的有機(jī)廢水，蒸發(fā)濃縮后生產(chǎn)玉米漿，乙醇發(fā)酵后酵母回收使用碟片離心機(jī)。
設(shè)備投資小且運(yùn)行能耗低的乙醇清潔生產(chǎn)技術(shù)，一直是人們追求的目標(biāo)，其中基本上沒有設(shè)備投資，不產(chǎn)生運(yùn)行費(fèi)用的廢糟液直接循環(huán)使用技術(shù)，更是被給予極大的關(guān)注。然而，現(xiàn)有乙醇發(fā)酵技術(shù)游離酵母帶渣發(fā)酵的特點無法實現(xiàn)這一目標(biāo)。一方面，工業(yè)生產(chǎn)中淀粉質(zhì)原料液化和糖化使用的酶制劑都是粗酶，原料中蛋白、脂肪、纖維等組分在液化和糖化溫度及相應(yīng)酶的作用下，產(chǎn)生很多組成復(fù)雜的副產(chǎn)物；另一方面，乙醇發(fā)酵使用的游離酵母，與進(jìn)入發(fā)酵系統(tǒng)的固體殘渣無法分離，隨固體殘渣一同進(jìn)入精餾系統(tǒng)，在精餾操作溫度下，酵母細(xì)胞自溶，釋放大量以蛋白、脂肪和核酸為主要成分的生物大分子，這些物質(zhì)與發(fā)酵剩余殘?zhí)沁M(jìn)一步發(fā)生復(fù)合反應(yīng)，生成對酵母細(xì)胞生長和乙醇發(fā)酵產(chǎn)生強(qiáng)烈抑制效應(yīng)的有害副產(chǎn)物。當(dāng)廢糟液直接循環(huán)使用時，這些有害副產(chǎn)物發(fā)生積累，嚴(yán)重影響酵母生長和乙醇發(fā)酵的進(jìn)行，表現(xiàn)為發(fā)酵終點殘?zhí)巧?，工業(yè)生產(chǎn)裝置運(yùn)行實踐充分證明了這一點，國內(nèi)外迄今為止還沒有一套游離酵母帶渣發(fā)酵裝置，能夠在廢糟液全循環(huán)條件下運(yùn)行。
對淀粉質(zhì)原料，特別是玉米原料進(jìn)行干法前處理，脫去胚芽，液化糖化后，過濾去除固體殘渣，得到糖化液，然后使用自絮凝酵母SPSC01(參見本發(fā)明人在先專利CN01138778.5)進(jìn)行乙醇發(fā)酵，由于酵母細(xì)胞以自絮凝顆粒的形態(tài)在發(fā)酵罐中被截留，實現(xiàn)了固定化，不隨發(fā)酵液進(jìn)入后續(xù)精餾系統(tǒng)，發(fā)酵液乙醇精餾后產(chǎn)生廢糟液COD有一定程度的降低。但是由于過濾是在糖化后進(jìn)行，液化糖化過程中，特別是8～10小時的糖化過程，淀粉酶和糖化酶中的雜酶作用于固體殘渣中蛋白、脂肪和纖維，產(chǎn)生組成復(fù)雜的副產(chǎn)物，同時糖化后除渣的過濾操作，是一個低于60℃溫度下操作的開放系統(tǒng)，雜菌對糖液的污染十分嚴(yán)重，而且自絮凝酵母融合株SPSC01在長期連續(xù)操作條件下絮凝穩(wěn)定性差，乙醇發(fā)酵性能差的缺點也十分突出，嚴(yán)重妨礙了這一技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的實際應(yīng)用。
因此，目前迫切需要開發(fā)一種能夠保證糖液質(zhì)量，有效防止雜菌污染，穩(wěn)定可靠的自絮凝酵母連續(xù)發(fā)酵乙醇生產(chǎn)方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠保證糖液質(zhì)量，有效防止雜菌污染，穩(wěn)定可靠的自絮凝酵母連續(xù)發(fā)酵乙醇生產(chǎn)方法。
在本發(fā)明的第一方面，提供一種乙醇生產(chǎn)方法，所述的方法包括以下步驟(a)對淀粉質(zhì)原料粉漿進(jìn)行液化，得到液化醪；(b)過濾除去液化醪中的固體殘渣，得到液化液；(c)對液化液進(jìn)行糖化，得到糖化液；(d)用釀酒酵母對糖化液進(jìn)行發(fā)酵，得到發(fā)酵液；和
(e)從發(fā)酵液中分離出乙醇。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選例中，淀粉質(zhì)原料的粉漿是通過將淀粉質(zhì)原料粉碎后，將獲得的粉料與適當(dāng)比例的水混合來制備的，淀粉質(zhì)原料與水的配比為1∶1-4；更優(yōu)選的，配比為1∶1.5-3；比如所述配比可以為1∶2、或1∶2.25。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選例中，所述的淀粉質(zhì)原料選自糧食類淀粉質(zhì)原料(如玉米、小麥、早秈稻)，或非糧食類淀粉質(zhì)原料(如薯類)。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選例中，在步驟(a)中，采用淀粉酶對淀粉質(zhì)原料粉漿進(jìn)行液化；在步驟(c)中，采用糖化酶對液化液進(jìn)行糖化。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選例中，在步驟(d)中，所述的釀酒酵母為絮凝釀酒酵母。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選例中，所述的絮凝釀酒酵母選自自絮凝釀酒酵母CGMCC No.1602、或CGMCC No.0587。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選例中，在步驟(e)中，包括步驟從發(fā)酵液中分離出酵母，獲得去除了酵母后的發(fā)酵液；和對去除了酵母后的發(fā)酵液進(jìn)行蒸餾，排出廢槽液，得到含乙醇的蒸餾液。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選例中，采用自沉降方式從發(fā)酵液中分離出酵母。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選例中，對回收酵母后的發(fā)酵液進(jìn)行精餾。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選例中，還包括步驟對含乙醇的蒸餾液進(jìn)行脫水處理和/或變性處理，獲得乙醇。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選例中，對接近共沸組成的含水乙醇進(jìn)行脫水及變性處理，獲得燃料乙醇。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選例中，還包括步驟將所述廢漕液返回加入步驟(a)中，配制粉漿。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選例中，在步驟(b)中，采用濾布作為過濾介質(zhì)。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選例中，濾布型號視原料種類和液化醪中的固體殘渣細(xì)度來確定。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選例中，在步驟(d)中，發(fā)酵液的溫度為32±3℃。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選例中，在步驟(d)中，發(fā)酵液的pH值為4.2±0.4。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選例中，所述的乙醇為燃料乙醇。
本發(fā)明的其它方面由于本文的公開內(nèi)容，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。
圖1顯示了乙醇生產(chǎn)的工藝流程圖。
圖2顯示了四級串聯(lián)乙醇發(fā)酵系統(tǒng)工藝及設(shè)備流程圖。其中，乙醇發(fā)酵系統(tǒng)工藝流程圖中設(shè)備、閥及控制系統(tǒng)編號及規(guī)格為1、WM-2A型無油空壓機(jī)；2、空氣轉(zhuǎn)子流量計(0～150mL/分鐘)；3、針型閥；4、LP-3000pH指示及控制系統(tǒng)；5、溫度指示及控制系統(tǒng)；6、φ8mm電磁閥；7、250mL氨水貯槽；8、恒溫水槽；9、恒溫水進(jìn)口；10、恒溫水出口；11培養(yǎng)基貯罐(2000mL三角瓶)；12、HL-2S型蠕動泵；13、總?cè)莘e約1500mL(內(nèi)徑φ110×高度H150mm)，工作容積約1000mL(在底部向上110mm處有φ6mm，向下傾斜30°的溢流口)，帶有保溫夾套的自制玻璃罐體；14、90-1型磁力攪拌器，配φ8×30mm攪拌子；15、發(fā)酵液貯罐(2000mL三角瓶)；16、HL-2S酵母乳采出蠕動泵；17、自絮凝酵母沉降罐(容積約500mL，內(nèi)徑φ60×高度H200mm，下部錐角約60°)；18、沉降得到的酵母泥。
具體實施例方式
本發(fā)明人經(jīng)過深入的研究和長期的試驗，找到一種能夠有效保證糖液質(zhì)量，防止雜菌污染，穩(wěn)定可靠的乙醇生產(chǎn)方法。所述方法即是在淀粉質(zhì)原料粉漿液化之后和糖化之前進(jìn)行過濾除渣，不僅高溫條件下過濾速度快，而且克服了以往在糖化后過濾除渣時，由于淀粉酶和糖化酶中雜酶在長達(dá)8-10小時的糖化過程中，作用于原料殘渣中蛋白、脂肪和纖維等組分，產(chǎn)生多種復(fù)雜副產(chǎn)物及低溫條件下過濾容易導(dǎo)致糖液被雜菌污染的危險。基于此完成了本發(fā)明。
乙醇生產(chǎn)菌株適用于本發(fā)明的釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)沒有特別的限制，可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的能夠?qū)⒖砂l(fā)酵性糖轉(zhuǎn)化成乙醇和二氧化碳的任何釀酒酵母。
優(yōu)選地，所述的釀酒酵母為絮凝釀酒酵母。與游離酵母相比，絮凝酵母因其能夠自絮凝形成毫米尺度的酵母顆粒，可以被有效截留在發(fā)酵罐內(nèi)，達(dá)到固定化的效果，而且發(fā)酵后酵母分離可以采用自沉降，節(jié)省離心機(jī)的設(shè)備投資與運(yùn)行能耗。與各種載體材料固定化酵母相比，絮凝酵母在固定化過程中不消耗任何載體材料，發(fā)酵過程抗雜菌污染能力強(qiáng)，而且由于發(fā)酵過程酵母顆粒的解離和絮凝是一個可逆過程，始終維持動態(tài)平衡，因此不存在載體固定化酵母的壽命問題，同時乙醇發(fā)酵過程副產(chǎn)的酵母易于分離得到純品。所述的絮凝酵母可用環(huán)境脅迫馴化的方式篩選得到。
在本發(fā)明的更優(yōu)選的方式中，所述的絮凝釀酒酵母包括自絮凝酵母SPSC01(CGMCC 0587)(公開于中國專利申請CN02110807.2，
發(fā)明者白鳳武, 任劍剛, 葛旭萌, 林志龍, 劉勃如 申請人:大連理工大學(xué)