專利名稱：淀粉質原料大罐、無載體固定化酵母連續發酵生產酒精的方法
技術領域：
本發明涉及淀粉質原料大罐、無載體固定化酵母連續發酵生產酒精的方法，屬于微生 物發酵工程技術領域。
技術背景酒精發酵是酵母菌把可發酵性糖，經過細胞內酒化酶的作用生成酒精和二氧化碳的過 程，它是一個復雜的生物化學過程。我國傳統的酒精發酵是在實驗室培養酒母，酒母經過多級擴大培養，最后到大酒母， 然后用大酒母作為發酵的種子。在發酵方面主要采用間歇發酵，發酵罐的容積較小。隨著發酵技術的不斷發展，連續發酵已逐步被人們所認識和接受，并不斷的被應用到 工廠規模化生產中，但在生產中由于種子罐菌種質量難以控制，大罐滯留、積料等因素也 使很多連續發酵生產的優勢不能夠體現出來，而且嚴重的還制約著生產的發展。特別是發 酵種子罐的染菌、酵母單耗高等因素的影響使連續發酵生產酒精轉化率偏低，酒精生產成 本高，所以目前的發酵生產過程仍然處于間歇、半連續、連續這幾個方式的不斷轉變和替 換。這樣不但增加了污水負荷，而且造成了設備的利用率降低、淀粉轉化率低的現狀。現 實環境的污染、資源利用率低、能耗高，將極大程度得制約著企業的生存和發展。CN1661024(200410094105. 4)提供了一種提高淀粉質原料酒精濃醪發酵酒精度的方法, 將傳統酒曲作為發酵促進劑，應用于淀粉質原料的酒精濃醪發酵中， 一方面，酒曲中含有 較高糖化酶和其他酒精發酵有益酶系，可代替部分糖化酶，并協同糖化酶和酵母進行酒精 發酵，提高發酵速度，縮短發酵周期6 15h;另一方面，酒曲中含有麥角甾醇、不飽和 長鏈脂肪酸等保護因子，可以幫助酵母抵抗酒精毒性，保持酵母細胞活力，使最終發酵醪的酒精濃度提高r 2° 。CN1814763 (200510048708.5)提供了 一種提高淀粉原料發酵酒精產率的方法，經 淀粉原料預處理、酒精發酵、蒸餾三個步驟完成。發酵過程選用生產菌株，生產菌株為 5^c力ar咖yces cerew'w'se 1912，保藏號CGMCCNo. 0806。該發明按現行雙酶法水解淀 粉，將淀粉水解后，再利用耐高滲溶液的酵母菌進行發酵產生酒精，在發酵過程不添加硫 酸，從而在相等原料條件下提高發酵液中酒精含量，降低發酵廢液毒性及排放量。發明內容本發明針對目前淀粉質原料生產酒精工藝的不足，提供一種大罐、無載體固定化酵母 連續發酵生產酒精的方法，該方法可提高了酒精的產出、降低生產成本、環保節能。本發明的連續發酵生產酒精的方法，包括淀粉質原料預處理、無載體固定化酵母連續發酵、蒸餾，其特征在于，所述的無載體固定化酵母連續發酵具體如下預發酵罐1個，發酵罐6 8個依次連接；發酵罐單罐容積550 600m3，發酵罐罐底 為斜底，發酵罐中的前2個或前3個是種子罐；在啟發第一個種子罐時使用安琪干酵母， 進行種子罐的啟發；采用多罐流加法將糖液流加到預發酵罐和發酵種子罐中，預發酵罐和各種子罐內每小時通入無菌空氣5 10分鐘，提供氧氣，激活酵母，使酵母細胞數控制在 0.9 2.0億個/ml以上；控制各種子罐中發酵醪液的pH值不低于3.7;提高首個種子罐 內的營養鹽的添加量，添加營養鹽為磷酸一銨0.25 3.0g/kg原料；硫酸銨0.70 0. 75g/kg原料；硫酸鎂0. 2 0. 3g/kg原料；硫酸鋅0. 12 0. 15g/kg原料；采用濃醪發 酵，使發酵出池酒度達到10 13%。優選的首個種子罐添加營養鹽的量為磷酸一銨0.25g/kg原料；硫酸銨0.71g/kg原 料；硫酸鎂0.2g/kg原料；硫酸鋅O. 13g/kg原料。上述的無載體固定化酵母連續發酵,采用種子罐培養罐罐外冷卻技術，嚴格控制發酵 種子罐培養溫度在30 31°C。上述各種子罐中發酵醪液的PH值最好是在3. 9以上。上述各種子罐的進料采用罐中上部切線進入罐內，使料液同時成為攪拌的動力，減少 了罐內積料的形成。上述各種子罐中還添加有青霉素或防腐劑，以抑制雜菌的滋生。 以上方法中未做特別限定的，均按本領域現有技術即可。本發明的方法中淀粉質原料預處理，可按現有技術采用雙酶法對淀粉進行水解預處 理。本發明優選的淀粉質原料預處理步驟如下1. 淀粉質原料采用一級粉碎，粒度控制在1.5 1.8mm，然后按淀粉質原料水=1: 3 3. 5質量比加水拌漿，向調配好的粉漿中添加耐高溫a -淀粉酶，按2 5n / g原料的 量，攪拌均勻在粉漿罐內密閉加熱到67 89'C，維持30 60分鐘，得粉漿液。加熱水解 酶或H+水解^其反應機理為(C6H ,05) n-^(CsHuA) x ^ C,2H220 大分子淀粉 小分子糊精2. 然后將上述粉漿液進行中溫蒸煮，蒸煮溫度控制在100 11(TC，蒸煮糊化1.5 2 小時，控制糊化率85 95%，將糊液進行真空冷卻到60 62'C,加入糖化酶，混合均勻進 行糖化，糖化酶的使用量控制在150 170n/g原料。糖化率40 60%。優選的，上述步驟l中所述的淀粉質原料中加水拌漿，所用水的溫度55 65'C。優選的，上述步驟1中所述的淀粉質原料中加水拌漿，為了節約新鮮水，拌漿用的加 入水中的50 60%wt可以用酒精蒸熘塔的廢水。本發明優選的淀粉質原料預處理方法通過嚴格控制淀粉質原料粒度，加適量水調粉 漿，以及采用中溫蒸煮、控制最佳糊化率等措施，極大地提高了淀粉利用率。本發明的方法中蒸餾按照常規酒精生產蒸餾的方法進行。本發明的技術特點主要是大罐、無載體固定化酵母、連續發酵生產酒精。具體體現在 以下幾方面入增大發酵罐單罐容積，減少發酵罐的個數，縮短發酵的連接長度，同時采用斜底， 減少了滯留料的形成，改善了酵母菌生長的環境，減輕了雜菌滋生的程度，為連續發酵提 供有利的條件。么增加種子預發酵罐培養酵母菌，加快種子罐前期啟發的速度，同時還能提高種子罐酵母菌的數量，使種子罐內酵母菌得到快速繁殖。義采用多罐流加法，完全保證種子罐酵母菌的稀釋率，配合預發酵罐的使用，使發 酵罐酵母的穩定狀態得到有效控制。么在預發酵罐和各種子罐內每小時通入無菌空氣5 10分鐘，及時增加酵母菌繁殖 的必要氧氣，激活酵母，使酵母繁殖旺盛，使酵母細胞數控制在0.9 2.0億個/m 1以上。 同時還通過配置發酵罐空氣分布器的有效地控制了罐底料的沉積。5.發酵pH值的控制，在發酵中各種雜菌的大量繁殖造成的污染是阻礙連續發酵的一 個主要原因，通過實踐證明，在發酵種子罐中控制適宜的PH值能夠防止雜菌污染，是種 子罐能夠長時間運轉的得力措施之一，為此，改變以往在糖化調糖液pH值的做法，嚴格 控制發酵醪液的pH值在3. 7以上，最好是pH3. 9以上，同時結合添加青霉素和一些防腐 劑來抑制雜菌的滋生。&提高了首個種子罐內的營養鹽的添加量，充分供應酵母菌生長繁殖的營養鹽。7.運用無載體酵母技術，使用安琪干酵母空罐啟發和流加預發酵罐種子及上述各控 制措施的配合，能夠使種子罐連續數天不換種，發酵系統連續三個多月不倒罐和置換系統。&采用種子罐培養罐罐外冷卻技術，嚴格控制發酵種子罐培養溫度在30 3rC,而 且還通過獨特的進料方式(罐中上部切線進入罐內)使料液同時成為攪拌的動力，減少了 罐內積料的形成，使發酵罐內無死角，使機械自動清洗和殺菌成為可能，有效的抑制了雜 菌的滋生。義采用濃醪發酵，其發酵出池酒度能夠達到10 13%。 本發明的優良效果還在于(1) 本發明解決了現有技術中連續發酵種子罐倒罐周期短、染菌嚴重的問題。(2) 充分利用設備，提高了設備利用率。(3) 為傳統發酵生產技術路線造成的嚴重污染找到一條切實可行的解決辦法。(4) 提高了發酵出池酒份和淀粉利用率。(5) 提供一種連續發酵的工藝。(6) 回用蒸餾塔廢水，減少污水排放量。
圖1是實施例的發酵工藝設備流程圖，其中l.預發酵罐，2-4是種子罐，5-8是發酵罐。
具體實施方式
下面通過實施例和圖l對本發明做進一步說明，但不限于此。實施例大罐、無載體固定化酵母連續發酵生產酒精的方法 1.淀粉質原料預處理淀粉質原料采用一級粉碎，粒度控制在1.5 1.8mm，然后用55 65'C水進行攪拌， 采用蒸餾精塔廢水和新鮮水(重量比60: 40)對粉碎的原料進行拌漿，得粉漿，向調配 好的粉漿中添加耐高溫a-淀粉酶，按2 5u/g原料的量，連續均勻滴加經攪拌均勻在 粉漿罐內密閉加熱到67 89°C，維持30 60分鐘。然后將該粉漿液進行中溫蒸煮，蒸煮溫度控制在100 110°C，蒸煮糊化2小時，控 制糊化率85 95%，將糊液進行真空冷卻到60 62'C，加入糖化酶，混合均勻進行糖化， 糖化酶的使用量控制在150 170u/g原料，經過蒸煮糖化所得的糖化液體，作為下一步 的連續發酵用糖液。2. 無載體固定化酵母連續發酵預發酵罐1個，發酵罐共7個(前3個是種子罐)依次連接；發酵罐單罐容積550m3， 發酵罐罐底采用斜底，在第一個種子罐中使用安琪干酵母進行啟發種子罐，采用多罐流加 法將糖液流加到預發酵罐和發酵種子罐中，預發酵罐和各發酵種子罐內每小時通入無菌空 氣5-IO分鐘，提供氧氣，激活酵母，使酵母細胞數控制在0.9 2.0億個/m 1以上；控 制各發酵種子罐中發酵醪液的pH值不低于3.9，同時還添加有青霉素(l個單位/毫升)，以抑制雜菌的滋生。待第一個種子罐內酵母菌達到要求后逐漸添加新鮮糖液直到滿罐，然 后向其后的發酵罐過料并根據第一個種子罐的控制條件控制后面的兩個種子罐發酵。提高首個種子罐內的營養鹽的添加量，使添加營養鹽為磷酸一銨0.25g/kg原料；硫酸銨 0.71g/kg原料；硫酸鎂0.2g/kg原料；硫酸鋅O. 13g/kg原料。其余種子罐內也按現有技 術少量添加必要的營養鹽。采用濃醪發酵，使發酵出池酒度達到10-13%。采用種子罐培 養罐罐外冷卻技術，嚴格控制發酵種子罐培養溫度在30-3rC。各種子罐的進料采用罐中 上部切線進入罐內，使料液同時成為攪拌的動力，減少了罐內積料的形成。3. 蒸餾，按照常規酒精生產蒸餾的方法進行。
權利要求
1. 連續發酵生產酒精的方法，包括淀粉質原料預處理、無載體固定化酵母連續發酵、蒸餾，其特征在于，所述的無載體固定化酵母連續發酵具體如下預發酵罐1個，發酵罐6～8個依次連接；發酵罐單罐容積550～600m3，發酵罐罐底為斜底，發酵罐中的前2個或前3個是種子罐；在啟發第一個種子罐時使用安琪干酵母進行種子罐的啟發；采用多罐流加法將糖液流加到預發酵罐和發酵種子罐中，預發酵罐和各種子罐內每小時通入無菌空氣5～10分鐘，提供氧氣，激活酵母，使酵母細胞數控制在0.9～2.0億個/ml以上；控制各種子罐中發酵醪液的pH值不低于3.7；提高首個種子罐內的營養鹽的添加量，添加營養鹽為磷酸一銨0.25～3.0g/kg原料；硫酸銨0.70～0.75g/kg原料；硫酸鎂0.2～0.3g/kg原料；硫酸鋅0.12～0.15g/kg原料；采用濃醪發酵，使發酵出池酒度達到10～13％。
2. 如權利要求1所述的連續發酵生產酒精的方法，其特征在于，所述的首個種子罐添加營養鹽的量為磷酸一銨0. 25g/kg原料；硫酸銨0. 71g/kg原料；硫酸鎂0. 2g/kg原料；硫酸鋅0. 13g/kg原料。
3. 如權利要求1所述的連續發酵生產酒精的方法，其特征在于，所述的無載體固定化 酵母連續發酵，采用種子罐培養罐罐外冷卻技術，控制發酵種子罐培養溫度在30 3rC。
4. 如權利要求1所述的連續發酵生產酒精的方法，其特征在于，所述的無載體固定化 酵母連續發酵，各種子罐中發酵醪液的pH值在3. 9以上。
5. 如權利要求1所述的連續發酵生產酒精的方法，其特征在于，所述各種子罐的進料 采用罐中上部切線進入罐內，使料液同時成為攪拌的動力，減少了罐內積料的形成。
6. 如權利要求1所述的連續發酵生產酒精的方法，其特征在于，所述淀粉質原料預處 理步驟如下(1) 淀粉質原料一級粉碎，粒度控制在1.5 1.8mm，然后按淀粉質原料水二l: 3 3.5質量比，加水拌漿，向調配好的粉漿中添加耐高溫a-淀粉酶，按2 5y/g原料的量， 攪拌均勻在粉漿罐內密閉加熱到67 89X:，維持30 60分鐘，得粉漿液；(2) 將上述粉漿液進行中溫蒸煮，蒸煮溫度控制在100 11(TC，蒸煮糊化1.5 2 小時，控制糊化率85 95%，將糊液進行真空冷卻到60 62'C，加入糖化酶，混合均勻進 行糖化，糖化酶的使用量控制在150 170u/g原料；糖化率40 60%;(3) 向上述步驟(2)所得糖化液中加入水進行拌漿，得糖化醪。
7. 如權利要求6所述的連續發酵生產酒精的方法，其特征在于，步驟(1)中拌漿用 水溫度55 65°C。
8. 如權利要求6所述的連續發酵生產酒精的方法，其特征在于，步驟(1)中50 60%wt的拌漿用水是酒精蒸餾塔的廢水。
全文摘要
本發明涉及淀粉質原料大罐、無載體固定化酵母連續發酵生產酒精的方法，包括淀粉質原料預處理、無載體固定化酵母連續發酵、蒸餾，其中無載體固定化酵母連續發酵中增大發酵罐單罐容積，減少發酵罐的個數，縮短發酵的連接長度，同時采用斜底，減少了滯留料的形成，設預發酵罐1個，采用多罐流加法將糖液流加到預發酵罐和發酵種子罐中。本發明方法為連續發酵生產酒精提供了高效安全高效的工藝，同時也提高了淀粉的利用率，縮短了發酵時間。減少了污水排放量，減輕了污水處理的負荷，降低了生產成本。
文檔編號C12R1/645GK101250557SQ20081001388
公開日2008年8月27日 申請日期2008年4月28日 優先權日2008年4月28日
發明者超 張, 張立省, 啟 鄭 申請人:張立省