CN101045937B

CN101045937B - 燃料乙醇清洁生产技术

Info

Publication number: CN101045937B
Application number: CN2006100252582A
Authority: CN
Inventors: 白凤武; 任剑刚; 葛旭萌; 林志龙; 刘勃如
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: CN101045937A

Abstract

本发明属于生物技术领域，公开了一种乙醇生产方法，所述的方法包括以下步骤：(a)对淀粉质原料粉浆进行液化，得到液化醪；(b)在液化温度下过滤除去液化醪中的固体残渣，得到液化液；(c)对液化液进行糖化，得到糖化液；(d)用自絮凝酿酒酵母对糖化液进行发酵；(e)从发酵液中采用自沉降分离酵母。本发明的技术克服了以往糖化后过滤除渣时，在低温度条件下操作容易导致杂菌污染及过滤速率慢的缺点，而且消除了原料中固体残渣对糖化过程的干扰及糖化过程酶解反应对固体残渣中蛋白、脂肪和纤维的降解作用；实现了清液发酵，为自絮凝酵母的自沉降分离创造了条件。

Description

燃料乙醇清洁生产技术

技术领域

本发明属于生物技术领域，涉及一种新的乙醇，特别是燃料乙醇的清洁生产技术。

背景技术

发酵法生产的乙醇是食品、医药、化工等行业的基本原料，也是环境友好的可再生清洁能源。然而，发酵法乙醇生产过程却产生大量废糟液。以淀粉质原料为例，目前国内普遍采用游离酵母带渣发酵的工艺技术路线，原料不进行前处理或对玉米原料只进行简单的脱胚处理，原料中的蛋白和纤维等残渣全部进入发酵系统，不仅原料综合利用水平低，而且吨乙醇生产约产生10吨COD高达50000～60000ppm的废糟液，对粮食类淀粉质原料，一般采用全蒸发浓缩技术(DDGS)处理。DDGS技术处理废糟液不仅设备投资大，运行能耗高，而且产生的二次蒸汽，其冷凝水COD仍然高达3000ppm以上，对环境的二次污染十分严重。国外虽然针对玉米原料开发了基于湿法浸泡的前处理技术，分离胚芽、蛋白、纤维等组分，但这一技术路线前处理设备投资大，一般应用在大规模淀粉糖生产中，剩余品质较差的粗淀粉乳用来生产乙醇，生产过程同样产生大量COD浓度高的有机废水，蒸发浓缩后生产玉米浆，乙醇发酵后酵母回收使用碟片离心机。

设备投资小且运行能耗低的乙醇清洁生产技术，一直是人们追求的目标，其中基本上没有设备投资，不产生运行费用的废糟液直接循环使用技术，更是被给予极大的关注。然而，现有乙醇发酵技术游离酵母带渣发酵的特点无法实现这一目标。一方面，工业生产中淀粉质原料液化和糖化使用的酶制剂都是粗酶，原料中蛋白、脂肪、纤维等组分在液化和糖化温度及相应酶的作用下，产生很多组成复杂的副产物；另一方面，乙醇发酵使用的游离酵母，与进入发酵系统的固体残渣无法分离，随固体残渣一同进入精馏系统，在精馏操作温度下，酵母细胞自溶，释放大量以蛋白、脂肪和核酸为主要成分的生物大分子，这些物质与发酵剩余残糖进一步发生复合反应，生成对酵母细胞生长和乙醇发酵产生强烈抑制效应的有害副产物。当废糟液直接循环使用时，这些有害副产物发生积累，严重影响酵母生长和乙醇发酵的进行，表现为发酵终点残糖升高，工业生产装置运行实践充分证明了这一点，国内外迄今为止还没有一套游离酵母带渣发酵装置，能够在废糟液全循环条件下运行。

对淀粉质原料，特别是玉米原料进行干法前处理，脱去胚芽，液化糖化后，过滤去除固体残渣，得到糖化液，然后使用自絮凝酵母SPSC01(参见本发明人在先专利CN01138778.5)进行乙醇发酵，由于酵母细胞以自絮凝颗粒的形态在发酵罐中被截留，实现了固定化，不随发酵液进入后续精馏系统，发酵液乙醇精馏后产生废糟液COD有一定程度的降低。但是由于过滤是在糖化后进行，液化糖化过程中，特别是8～10小时的糖化过程，淀粉酶和糖化酶中的杂酶作用于固体残渣中蛋白、脂肪和纤维，产生组成复杂的副产物，同时糖化后除渣的过滤操作，是一个低于60℃温度下操作的开放系统，杂菌对糖液的污染十分严重，而且自絮凝酵母融合株SPSC01在长期连续操作条件下絮凝稳定性差，乙醇发酵性能差的缺点也十分突出，严重妨碍了这一技术在工业生产中的实际应用。

因此，目前迫切需要开发一种能够保证糖液质量，有效防止杂菌污染，稳定可靠的自絮凝酵母连续发酵乙醇生产方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够保证糖液质量，有效防止杂菌污染，稳定可靠的自絮凝酵母连续发酵乙醇生产方法。

在本发明的第一方面，提供一种乙醇生产方法，所述的方法包括以下步骤：

(a)对淀粉质原料粉浆进行液化，得到液化醪；

(b)过滤除去液化醪中的固体残渣，得到液化液；

(c)对液化液进行糖化，得到糖化液；

(d)用酿酒酵母对糖化液进行发酵，得到发酵液；和

(e)从发酵液中分离出乙醇。

在本发明的另一优选例中，淀粉质原料的粉浆是通过将淀粉质原料粉碎后，将获得的粉料与适当比例的水混合来制备的，淀粉质原料与水的配比为1∶1-4；更优选的，配比为1∶1.5-3；比如所述配比可以为1∶2、或1∶2.25。

在本发明的另一优选例中，所述的淀粉质原料选自：粮食类淀粉质原料(如玉米、小麦、早籼稻)，或非粮食类淀粉质原料(如薯类)。

在本发明的另一优选例中，在步骤(a)中，采用淀粉酶对淀粉质原料粉浆进行液化；在步骤(c)中，采用糖化酶对液化液进行糖化。

在本发明的另一优选例中，在步骤(d)中，所述的酿酒酵母为絮凝酿酒酵母。

在本发明的另一优选例中，所述的絮凝酿酒酵母选自：自絮凝酿酒酵母CGMCC No.1602、或CGMCC No.0587。

在本发明的另一优选例中，在步骤(e)中，包括步骤：从发酵液中分离出酵母，获得去除了酵母后的发酵液；和

对去除了酵母后的发酵液进行蒸馏，排出废槽液，得到含乙醇的蒸馏液。

在本发明的另一优选例中，采用自沉降方式从发酵液中分离出酵母。

在本发明的另一优选例中，对回收酵母后的发酵液进行精馏。

在本发明的另一优选例中，还包括步骤：对含乙醇的蒸馏液进行脱水处理和/或变性处理，获得乙醇。

在本发明的另一优选例中，对接近共沸组成的含水乙醇进行脱水及变性处理，获得燃料乙醇。

在本发明的另一优选例中，还包括步骤：将所述废漕液返回加入步骤(a)中，配制粉浆。

在本发明的另一优选例中，在步骤(b)中，采用滤布作为过滤介质。

在本发明的另一优选例中，滤布型号视原料种类和液化醪中的固体残渣细度来确定。

在本发明的另一优选例中，在步骤(d)中，发酵液的温度为32±3℃。

在本发明的另一优选例中，在步骤(d)中，发酵液的pH值为4.2±0.4。

在本发明的另一优选例中，所述的乙醇为燃料乙醇。

本发明的其它方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。

附图说明

图1显示了乙醇生产的工艺流程图。

图2显示了四级串联乙醇发酵系统工艺及设备流程图。其中，乙醇发酵系统工艺流程图中设备、阀及控制系统编号及规格为：1、WM-2A型无油空压机；2、空气转子流量计(0～150mL/分钟)；3、针型阀；4、LP-3000pH指示及控制系统；5、温度指示及控制系统；6、φ8mm电磁阀；7、250mL氨水贮槽；8、恒温水槽；9、恒温水进口；10、恒温水出口；11培养基贮罐(2000mL三角瓶)；12、HL-2S型蠕动泵；13、总容积约1500mL(内径φ110×高度H150mm)，工作容积约1000mL(在底部向上110mm处有φ6mm，向下倾斜30°的溢流口)，带有保温夹套的自制玻璃罐体；14、90-1型磁力搅拌器，配φ8×30mm搅拌子；15、发酵液贮罐(2000mL三角瓶)；16、HL-2S酵母乳采出蠕动泵；17、自絮凝酵母沉降罐(容积约500mL，内径φ60×高度H200mm，下部锥角约60°)；18、沉降得到的酵母泥。

具体实施方式

本发明人经过深入的研究和长期的试验，找到一种能够有效保证糖液质量，防止杂菌污染，稳定可靠的乙醇生产方法。所述方法即是在淀粉质原料粉浆液化之后和糖化之前进行过滤除渣，不仅高温条件下过滤速度快，而且克服了以往在糖化后过滤除渣时，由于淀粉酶和糖化酶中杂酶在长达8-10小时的糖化过程中，作用于原料残渣中蛋白、脂肪和纤维等组分，产生多种复杂副产物及低温条件下过滤容易导致糖液被杂菌污染的危险。基于此完成了本发明。

乙醇生产菌株

适用于本发明的酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)没有特别的限制，可以采用本领域常规的能够将可发酵性糖转化成乙醇和二氧化碳的任何酿酒酵母。

优选地，所述的酿酒酵母为絮凝酿酒酵母。与游离酵母相比，絮凝酵母因其能够自絮凝形成毫米尺度的酵母颗粒，可以被有效截留在发酵罐内，达到固定化的效果，而且发酵后酵母分离可以采用自沉降，节省离心机的设备投资与运行能耗。与各种载体材料固定化酵母相比，絮凝酵母在固定化过程中不消耗任何载体材料，发酵过程抗杂菌污染能力强，而且由于发酵过程酵母颗粒的解离和絮凝是一个可逆过程，始终维持动态平衡，因此不存在载体固定化酵母的寿命问题，同时乙醇发酵过程副产的酵母易于分离得到纯品。所述的絮凝酵母可用环境胁迫驯化的方式筛选得到。

在本发明的更优选的方式中，所述的絮凝酿酒酵母包括自絮凝酵母SPSC01(CGMCC 0587)(公开于中国专利申请CN02110807.2，公开号1436851A)、和自絮凝酿酒酵母变异株(Saccharomyces cerevisiae flo)CGMCC No.1602。

所述的自絮凝酿酒酵母能够自絮凝形成毫米级颗粒的特征，在发酵罐中可实现细胞固定化，无需使用其它载体材料，并且其絮凝性能稳定，从发酵罐中采出酵母乳的自沉降分离性能良好，工业化生产装置自沉降分离可靠。此外，经检测，所述自絮凝酿酒酵母乙醇发酵性能可满足工业化生产要求，基于培养基初始总糖的糖醇收率达到其理论收率0.511的88％以上(更佳地90％以上)。基于以上优点，该自絮凝酿酒酵母是本发明中优选的。

在本发明的一个优选例中，所述的自絮凝酿酒酵母在培养液中培养时会形成颗粒，并且在转动或振荡停止后2-3分钟内所述颗粒会发生自沉降。

在本发明的一个优选例中，所述的自絮凝酿酒酵母在接种到培养液中，培养数小时(如1-4小时)会形成毫米级(如0.5-10毫米，更佳地1-5毫米)的颗粒，并且在转动或振荡停止后2-3分钟所述颗粒基本上全部自沉降(即80％以上，较佳地90％以上，更佳地95％以上的颗粒发生自沉降)。

乙醇生产原料

可用于本发明的原料没有特别限制，可以是任何淀粉质原料，尤其是目前用于乙醇生产中的原料。

在本发明的优选方式中，所述的淀粉质原料选自粮食类淀粉质原料如玉米、小麦和早籼稻；及非粮食类淀粉质原料，如各种薯类，特别是木薯和红薯。

乙醇的生产方法

本发明提供了一种乙醇的生产方法，所述方法包括：

(a)对淀粉质原料粉浆进行液化，得到液化醪；

(b)过滤除去液化醪中的原料残渣，得到液化液；

(c)对除去残渣的液化液进行糖化，得到糖化液；

(d)用酿酒酵母(较佳地，为自絮凝酵母)对糖化液进行发酵，得到发酵液；和

(e)从发酵液中分离出乙醇。

在本发明方法中，步骤(a)、(d)、(e)可采用现有技术中的常规方法。与现有技术相比，本发明方法的不同点主要在于步骤(b)和(c)的次序关系。以下结合图1进一步阐述本发明方法的各个步骤。

步骤(a)：液化处理

液化步骤是对淀粉质原料粉浆进行液化，从而得到液化醪(即液化后的混合物)。

本发明对于淀粉质原料的液化工艺没有特别的限制，可以采用本领域常用的方法。一种优选液化方式包括：将淀粉质原料粉按照一定比例与水混合，然后加入适量的淀粉酶，进行液化处理。

在液化处理中，淀粉质原料与水的配比为1∶1-4；更优选的，配比为1∶1.5-3；比如配比可以约为1∶2、或1∶2.25。

在液化处理中，淀粉酶的加入量按照现有技术中常规淀粉液化所需用的量。在本发明的优选方式中，采用每克淀粉质原料粉约5-20U(如15U)淀粉酶量进行液化处理。

对液化处理的时间没有特别的限制。通常地，液化处理时间为60-90分钟，视液化温度而定，较佳地为90分钟，液化温度为95-98℃。

在本发明中，在步骤(a)之前，可任选地对淀粉质原料进行前处理。例如，当淀粉质原料为非粉状时，还需要进行淀粉质原料的粉碎。

淀粉质原料的粉浆是通过将淀粉质原料粉碎，将获得的粉料与适当比例的水混合来制备的。

本发明对于淀粉质原料的粉碎没有特别的限制，可以采用本领域常用的粉碎方法。例如，根据生产工艺的要求，将淀粉质原料(如玉米)首先粉碎成一定细度的粉。

此外，视生产规模，淀粉质原料粉碎之前可以进行脱胚脱皮等处理。

步骤(b)：过滤步骤

本发明的方法中，在淀粉质原料液化处理后即去除液化醪中的固体残渣，之后再进行糖化处理。采用如上的程序不仅避免糖化后除渣过程中各种杂酶在糖化过程长达8-10小时时间内对原料残渣中蛋白、脂肪和纤维等组分的降解作用，而且糖化操作也在清液条件下进行，简化了糖化罐的设计，有效避免了糖化后过滤操作可能带来的杂菌污染，从而保证了后续自絮凝酵母乙醇发酵的安全运行。

本发明对液化醪中的固体残渣的去除手段没有特别的限制。在本发明的优选方式中，采用过滤的方法去除液化醪中的固体残渣。

在去除固体残渣时，对采用的过滤工具没有特别的限制，通常视原料种类和液化醪中的固体残渣细度来确定。

在本发明的优选方式中，可采用滤布过滤，如小规模实验室中过滤可以采用简便的袋滤，比如为方便起见，可使用普通盛装面粉的布袋；工业生产使用各种板式过滤机。

此外，从液化醪中分离出的固体残渣含有蛋白、脂肪和纤维等营养成份，可用于制作蛋白饲料或进行深加工，从而实现了变废为宝。

步骤(c)：糖化步骤

在过滤除渣后的液化液中加入适量的糖化酶，采用常规的糖化技术进行糖化。

本发明对糖化的方法没有特别的限制，可以采用本领域常用的方法。

在糖化处理中，糖化酶的加入量按照现有技术中常规液化所需用的量。在本发明的优选方式中，采用每克淀粉质原料粉约120-180U(如150U)的糖化酶量进行糖化处理。

对糖化处理的时间没有特别的限制。通常地，糖化处理时间为3-10小时，较佳地为8-10小时。

对糖化处理的温度条件没有特别的限制，为本领域常规糖化采用的温度。通常，温度调节在约60-65℃，更优选的，温度为62-65℃。

在本发明的优选方式中，将液化后的原料液温度调节到62～65℃，并用浓H₂SO₄酸化到pH值4.2～4.5，然后按每克淀粉质原料粉约(如玉米粉)150U的浓度加入糖化酶，保温糖化约8～10小时，DE值(葡萄糖值)达到80以上即可。

步骤(d)：发酵步骤

发酵步骤包括：用酿酒酵母(较佳地，为自絮凝酵母)对糖化液进行发酵，从而得到发酵液。

本发明对发酵的方法没有特别的限制，选择适合的条件进行发酵。当使用所述的自絮凝酵母进行发酵时，通常发酵温度在32±3℃，优选32±2℃；发酵的pH值在4.0±0.5，优选4.2±0.2；通风量和流加稀释率等一般根据发酵条件进行调节。并且，上述各种发酵条件随着发酵的进程而需要适应性调节，这些都是本领域人员能够方便地实现的。

步骤(e)：酵母分离及乙醇生产

在发酵终止后，需要将酵母从发酵液中分离出来，从而获得去除了酵母后的发酵液。当所述的酵母为絮凝酵母时，可通过自沉降方式从发酵液中分离出酵母。对去除了酵母后的发酵液进行蒸馏，获得废槽液和接近共沸组成的含水乙醇，乙醇浓度95-96％(v)。

此外，分离出乙醇后的废漕液可返回加至淀粉质原料中，用于制备粉浆，从而实现了废漕液的直接全循环使用。

乙醇蒸馏液的脱水处理和变性处理

本发明对乙醇蒸馏液的脱水处理方法没有特别的限制，可采用本领域常用于对乙醇进行脱水的方法。优选的，采用分子筛脱水。

本发明对乙醇蒸馏液的变性处理方法没有特别的限制，可采用本领域常用于对乙醇进行变性的方法。

在本发明的优选方式中，所述的生产乙醇的方法如下：在淀粉质原料干法前处理基础上，特别是液化后高温条件下过滤除渣，以防止过滤操作中杂菌污染的发生，同时清液糖化，消除固体残渣对糖化的干扰及糖化过程杂酶对固体残渣中蛋白、脂肪和纤维的降解作用。进而使用絮凝性能稳定，乙醇发酵性能良好，保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC 1602的酿酒酵母变异株(Saccharomyces cerevisiae flo)，进行乙醇连续发酵，并以自沉降方式回收发酵过程副产的自絮凝酵母，减少废糟液中污染物总量，实现废糟液直接循环使用的燃料乙醇清洁生产技术。

在本发明的优选方式中，在生产装置正常运行条件下，粉浆配制使用废糟液，液化后过滤除渣，清液糖化，进而使用一株自行驯化选育，保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC NO.1602的自絮凝酵母(Saccharomyces cerevisiae flo)变异株，进行乙醇连续发酵。该变异株乙醇发酵性能满足工业化生产要求且絮凝性能长期保持稳定，在发酵罐中被有效截留，同时发酵过程副产的酵母从发酵罐中采出后，以自沉降方式分离回收，固体残渣和酵母不随发酵液进入后续精馏系统，废糟液COD得以显著降低，直接循环至粉浆配制工段调配粉浆，乙醇生产过程无废糟液产生，实现了清洁生产。

乙醇的生产设备

本发明对乙醇的生产设备没有特别的限制，当采用本发明的自絮凝酿酒酵母菌株发酵生产乙醇时，可以采用各种合适的发酵设备。优选的，可采用多级串联形式的发酵设备。在本发明的优选方式中，采用了四级串联形式的发酵设备来发酵乙醇。

本发明的自絮凝酿酒酵母菌株对于发酵设备的规模没有特别限制，根据所要求的乙醇生产规模而定，比如发酵设备的规模可以是100ml、500ml、1l、10L、50L、100L、1M³、100M³、1000M³等。

本发明的主要优点在于：

(1)在对淀粉质原料液化后，从液化醪中除去固体残渣，不仅避免了糖化后除渣过程中杂酶对固体残渣中蛋白、脂肪和纤维等组分的降解作用，而且糖化操作也在清液条件下进行，糖化罐设计得以简化，糖化后过滤操作可能带来的杂菌污染完全被避免，保证了后续自絮凝酵母乙醇发酵的安全运行。

(2)原料前处理综合利用，特别是液化后过滤除渣，及自絮凝酵母的自沉降回收，使乙醇精馏系统产生废糟液的COD从现有乙醇生产技术的50000-60000ppm降低到25000-35000ppm，可以直接循环到粉浆配制工段，调配粉浆，实现了清洁生产。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件、或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按重量计算。

除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。

实施例1乙醇发酵装置

用于生产乙醇的装置如图2所示，所述装置为四级小型发酵罐串联的连续发酵装置。

图2中，所述的装置具有：WM-2A型无油空压机1；空气转子流量计(0～150mL/分钟)2；针型阀3；LP-3000pH指示及控制系统4；温度指示及控制系统5；电磁阀6，其规格为φ8mm；氨水贮槽7，其规格为250mL；恒温水槽8；恒温水进口9；恒温水出口10；培养基贮罐11，其为2000mL三角瓶；HL-2S型培养基流加蠕动泵12；总容积约1500mL(内径φ110×高度H150mm)，工作容积约1000mL(在底部向上110mm处有φ6mm，向下倾斜30°的溢流口)，带有保温夹套的自制玻璃罐体13，其共有4个，为四级串联形式；90-1型磁力搅拌器14，配φ8×30mm搅拌子；发酵液贮罐15(2000mL三角瓶)；HL-2S型酵母乳采出蠕动泵16；自絮凝酵母沉降罐17，其容积约500mL，内径φ60×高度H200mm，下部锥角约60°。

其它没有描述详细规格和尺寸的器件按照发酵行业相应规模的种子罐或发酵罐的通用设计。

实施例2糖化液制备

采用目前发酵行业通用的双酶法工艺制备糖化液，玉米粉液化和糖化均在一个工作容积15L带有夹套的搅拌罐中进行。

玉米粉为干法脱胚玉米粉(黑龙江华润金玉集团公司赠送)，淀粉含量约67％。

淀粉酶和糖化酶诺维信苏州宏达制酶有限公司赠送，分别是Suhong AA淀粉酶，活力20000u/mL，Suhong GA糖化酶，活力100,000u/mL，均为商品酶制剂。

称取3.75kg脱胚玉米粉，与预先加热至约60℃的8.5L自来水(发酵系统启动后，以发酵液蒸馏后得到的废糟液代替自来水，不足部分以自来水补充)以1∶2.25的配料比配制成粉浆(废糟液配制粉浆时使用Ca(OH)₂调节pH值至6.2～6.5)，然后按每克玉米粉15U的浓度加入淀粉酶，搅拌罐夹套通入蒸汽，升温至95～98℃，维持90分钟进行粉浆液化。

液化完成后立即进行过滤处理，去除固体残渣后，在搅拌罐中将滤液冷却到62～65℃，并用浓H₂SO₄酸化到pH值4.2～4.5，然后按每克玉米粉150U的浓度加入糖化酶，保温糖化8～10小时，DE值达到80以上即可。液化醪过滤得到的滤渣，可直接干燥作为蛋白饲料，也可以洗涤达到食品卫生标准后，加工成富含植物蛋白和纤维的保健食品。

糖化结束后，得到总糖浓度为20～22％(w/v)的糖化液，添加适量KH₂PO₄后，可以用于后续自絮凝酵母培养及乙醇发酵。连续扩大培养及乙醇发酵用糖化液培养基分装到2000mL三角瓶中，盛装量为1400mL，置于灭菌锅中灭菌，灭菌温度为110℃，时间15分钟，以避免糖损耗及抑制物产生(工业化连续生产条件下，糖化液不需要灭菌，冷却到发酵温度后直接送发酵工段使用)。由于糖液灭菌后被灭酶，发酵过程后糖化作用被破坏，糖液流加前按照糖化时的加酶量，直接向糖化液中加入经0.2μm滤膜过滤除菌的糖化酶，以保证发酵装置稳定运行，残糖和乙醇对糖的收率指标达到工业化生产要求。

实施例3发酵工艺

1.摇瓶种子培养

4℃保藏的自絮凝酿酒酵母变异株CGMCC 1602斜面菌种于室温下活化4～6小时后，接种至4个250mL，每个盛装100mL培养基的三角瓶中，在30℃、150rpm条件下培养，数小时内肉眼可见毫米级大小自絮凝颗粒酵母，摇瓶培养24小时后，可以向各发酵罐接种。摇瓶培养基组成为(g/L)：葡萄糖30，酵母膏5，蛋白胨3，采用常规的自来水配制，于121℃条件下灭菌15分钟。

2.发酵系统的接种、扩大培养及连续发酵

发酵系统由图2所示四个单罐容积约1500mL(内径φ110mm，高度H150mm)，工作容积约1000mL(在底部向上110mm处有φ6mm，向下倾斜30°的溢流口)，带有保温夹套的小型自制玻璃发酵罐串联组成，配置磁力搅拌(搅拌子尺寸为φ8×30mm，搅拌速度300-600rpm，以各发酵罐底部没有沉淀死区为准)。末级发酵罐内设置沉降分离档板(外径φ90mm，高度H120mm，厚度2.5mm的玻璃筒体，距离罐底20mm)。一级发酵罐安装温度与pH指示控制系统，其余各发酵罐只安装温度和pH指示仪表。接种前各发酵罐盛装750mL双酶法制备的玉米糖化液，糖浓度稀释到约12％(w/v)，添加1.5g/L的KH₂PO₄，于121℃灭菌30分钟。

摇瓶培养的种子，每瓶约100mL，对应接种到各发酵罐中，在温度30-32℃、pH4.0-4.5、转速300-600rpm，通风量0.1vvm(100mL/分钟)条件下培养，至残还原糖浓度降低到约0.2％(w/v)时，开始以150mL/小时的速率向一级发酵罐流加糖浓度约12％(w/v)，添加1.5g/L KH₂PO₄的糖化液，进行系统的连续流加培养，至末级发酵罐中自絮凝酵母达到30-40g(d.w)/L后，切换糖浓度20-22％(w/v)，添加0.15g/L KH₂PO₄的乙醇连续发酵培养基，流加速率设定为100mL/小时(相当于稀释速率0.025h^-1，平均发酵时间40小时)，同时将一级发酵罐通风量降低到0.05vvm(50mL/分钟)，其余发酵罐通风停止，各发酵罐温度控制在32-34℃(来自恒温水槽的恒温水从末级发酵罐保温夹套进入，依次向前从一级发酵罐保温夹套流出)，一级发酵罐pH控制在4.2±0.2(使用氨水调节)，其余发酵罐在自然pH状态下发酵。

实施例4发酵指标检测、酵母回收及发酵液处理

每天定时取样分析图2所示发酵系统末级发酵罐流出发酵液的工艺技术指标，包括残还原糖，残总糖，乙醇，挥发酸，总酸等，并与流加糖液分析指标进行比较。系统切换进入发酵状态二周后，可以达到稳定。所有发酵工艺技术指标的分析检测均按照乙醇发酵行业规定的标准检测方法进行，稳态运行后的工艺技术指标如下：

(1)残还原糖0.2％(w/v)以下；

(2)残总糖0.5％(w/v)以下；

(3)乙醇12％(v/v)以上；

(4)挥发酸增酸0.1以下；

(5)总酸增酸1.5以下；

(6)废糟液COD 25000～35000ppm。

收集末级发酵罐流出的全部发酵液，盛于一个不锈钢锅中，置于电炉上加热至沸腾(与工业装置粗塔工况相近)，将乙醇和低沸点组分蒸发出去(蒸发掉约三分之一体积后，得到废糟液中乙醇浓度可以降低到0.01％以下)，冷却后用来配制粉浆，并补充自来水，使总的料水比达到1∶2.25的工艺要求，实现废糟液直接全循环使用，发酵系统稳定运行三个月。

当末级发酵罐中酵母密度超过40g(d.w)/L时，使用蠕动泵采出酵母乳至容积约500mL的酵母沉降罐处理(内径φ60×高度H200mm，下部锥角约60°)，采出量以保证发酵罐中酵母密度不低于30g(d.w)/L为准，每次采出酵母乳约200mL，沉降时间约10分钟，沉降得到酵母浓浆(干物质含量15-20％)送出发酵系统另行处理，上清液进入发酵液贮罐。

实施例5乙醇的精馏、脱水及变性处理

在工业生产上，粗塔顶部得到乙醇浓度45-55％(v/v)乙醇蒸气(与前述发酵液直接加热蒸发得到的低沸点组分基本相同)直接进入精馏塔，精馏得到95-96％(v/v)的乙醇。

进一步分子筛脱水后得到99.2％的无水乙醇，进行变性处理后，可生产符合GB18350-2001规定的变性燃料乙醇。

实施例6用自絮凝酵母SPSC01(CGMCC 0587)生产乙醇

重复实施例2、3、4和5的步骤，不同点仅在于用自絮凝酵母SPSC01(CGMCC0587)替换自絮凝酿酒酵母变异株CGMCC 1602。

结果，使用CGMCC 0587连续发酵生产乙醇，尽管由于装置运行过程中，CGMCC 0587菌株絮凝特性不如CGMCC 1602稳定，发酵结果略差于采用CGMCC1602发酵的结果。但是，由于在液化和糖化之间采取了过滤除渣步骤，不仅避免了糖化过程中出现复杂的副产物，而且糖化过程简单，系统运行稳定，发酵时间比传统工艺显著缩短，长期运行也没有发生杂菌污染。

菌种保藏

自絮凝酿酒酵母变异株(Saccharomyces cerevisiae flo)保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)，保藏号为CGMCC NO.1602，保藏日为2006年2月8日。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种乙醇生产方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

(a)对淀粉质原料粉浆进行液化，得到液化醪；

(b)过滤除去液化醪中的固体残渣，得到液化液；

(c)对液化液进行糖化，得到糖化液；

(d)用酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)对糖化液进行发酵，得到发酵液；和

(e)从发酵液中分离出乙醇。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的淀粉质原料选自：玉米、小麦、早籼稻、或薯类。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(d)中，所述的酿酒酵母为絮凝酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae flo)。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的絮凝酿酒酵母选自：自絮凝酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae flo)的两株变异株，所述菌株的保藏号分别为CGMCC No.1602、或CGMCC No.0587。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(e)中包括步骤：从发酵液中分离出酵母，获得去除了酵母后的发酵液；和

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括步骤：对含乙醇的蒸馏液进行脱水处理和/或变性处理，获得乙醇。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括步骤：将所述废漕液返回加入步骤(a)中，配制粉浆。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中，采用滤布作为过滤介质。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(d)中，发酵液的温度为32±3℃。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(d)中，发酵液的pH值为4.2±0.4。