CN101845462A - 以菊芋杆茎为原料固定化酵母发酵菊粉生产酒精的方法 - Google Patents

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田向东
田伟民
陈志刚
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Abstract

本发明涉及一种以作物秸秆为原料生产酒精的方法，具体为一种以菊芋杆茎为原料固定化酵母发酵菊粉生产酒精的方法。解决菊芋粉制造酒精以及菊杆利用的问题。包括如下步骤：(1)酵母种子液的制备，(2)固定化载体的制备及预处理：(3)固定化酵母的制备：(4)将菊芋经压榨或浸提得到菊芋汁，(5)将杆茎固定化酵母按10-30％的载体添加量加入到上述得到的酸化菊芋汁，进行酒精发酵。采用本发明技术后，能缩短酵母对发酵环境的适应期，缩短发酵周期，酵母繁殖耗糖量减少，设备的利用率提高，因此在不增加人员及设备的情况下，不仅可以提高酒精产量，而且可以提高发酵的生产能力，具有明显的经济效益。

Description

以菊芋杆茎为原料固定化酵母发酵菊粉生产酒精的方法
技术领域
本发明涉及一种以作物秸秆为原料生产酒精的方法，具体为一种以菊芋杆茎为原料固定化酵母发酵菊粉生产酒精的方法。
背景技术
菊芋是高产稳产、用途广泛的农作物，块茎主要成分是菊粉。适合在我国的大部分地区种植，除块茎部分被直接食用或加工成小食品外，主要用作生产菊粉的原料。以菊粉为原料可以用来提取菊糖以及加工酒精，由于利用菊粉生产酒精不存在淀粉质原料液化、糖化等高耗能工艺，生产操作简单，优势明显。发展菊芋能源酒精是解决我国能源短缺、环境污染、三农问题的一个重要举措。为使菊芋发酵生产燃料酒精过程更具竞争力，寻找低成本、高效率的甘蔗直接发酵生产燃料酒精的工艺与技术非常必要。
酵母细胞的固定化技术是生产乙醇的一种高新技术。要将固定化技术应用于工业生产中，首先要解决固定化载体在生产中的软化、破裂、上浮、酵母结团，染菌、成本和使用时间等一系列问题，目前酒精酵母细胞固定化大部分采用海藻酸钠、聚乙烯醇(PVA)等包埋法，但存在成本较高、机械强度低、固定化过程较繁琐，载体软化现象等缺点。
固定化细胞是将具有生物活性的细胞限制在一定的空间内仍能保持其特有的生物特性(如繁殖和生长代谢)，并可重复使用的一门高新技术。将酵母细胞固定在载体中，经增殖培养后，用于酒精发酵生产中。与传统游离细胞酒精发酵相比具有：酵母细胞生长繁殖速度快、细胞数多、抗杂菌能力强、发酵效率高等特点，并可大大加快发酵速度，缩短发酵周期，有效提高设备利用率，提高酒精产量和降低成本，可获得比传统工艺更大的经济效益。
菊粉在生产过程中，会剩余大量的菊芋杆茎，目前菊芋杆仅是被农民用作饲料、当柴烧或弃之不用。如何找到一条能够充分利用菊芋杆是目前技术人员面临的技术问题。
发明内容
本发明为了解决菊芋粉制造酒精以及菊杆利用的问题而提供了一种以菊芋杆茎为原料固定化酵母发酵菊粉生产酒精的方法。
本发明是由以下技术方案实现的，一种以菊芋杆茎为原料固定化酵母发酵菊粉生产酒精的方法，包括如下步骤：
(1)酵母种子液的制备，酵母菌种经扩大培养成酵母悬浮液；
(2)固定化载体的制备及预处理：菊芋茎杆经过清洗后，切成段，高温灭菌(121℃，20min)；
(3)固定化酵母的制备：将得到的灭菌后的菊芋杆茎按重量比1∶6-10浸泡于所得酵母悬浮液中，28-30℃培养16-24h得到菊芋杆茎固定化酵母；
(4)将菊芋经压榨或浸提得到总糖分为13％-17％(w/w)的菊芋汁，将菊芋汁调节pH至3.5-3.8；
(5)将杆茎固定化酵母按10-30％的载体添加量加入到上述得到的酸化菊芋汁，并在35-38℃条件下进行固定化酵母间歇式或连续酒精发酵。
研究表明，菊芋杆内部具有很大的内表面积，且其中含有大量的纤维素和部分果糖经简单处理后是一种可作为酒精酵母固定化载体的良好原料。菊芋杆中含有的果糖本身能为酵母的繁殖提供碳源，果糖被利用后也会形成空腔，有利于吸附酵母在其内部生长繁殖。故利用菊芋杆茎制备固定化酵母，兼有包埋法和吸附法的特点。
本发明以菊芋为原料固定化酵母生产酒精，酒精生产的工艺流程不改变，并利用菊芋杆茎中天然的细胞纤维间隙和纤维素自身对酵母的吸附作用，有利于酵母吸附并在其内部生长的特点制备固定化酵母发酵生产酒精。可以就地取材，菊芋的所有材料都可以利用，环保经济，发酵效率高。
采用本发明技术后，能缩短酵母对发酵环境的适应期，缩短发酵周期，酵母繁殖耗糖量减少，设备的利用率提高，因此在不增加人员及设备的情况下，不仅可以提高酒精产量，而且可以提高发酵的生产能力，具有明显的经济效益。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：1、所用菊芋来源广，价格低廉；2、以菊芋杆茎为原料固定化酵母发酵菊芋汁生产酒精，菊芋一材两用，环保经济，发酵效率高；3、固定化载体使用天然植物原料，属于可再生、环保型固定化载体；4、固定化过程兼有包埋法和吸附法的特点，载体机械强度高，耐浸泡；5、发酵结束后，固定化载体富含细胞蛋白，可经处理用作动物饲料，变废为宝。
具体实施方式
实施例1、一种以菊芋杆茎为原料固定化酵母发酵菊粉生产酒精的方法，包括如下步骤：
1、将酒精酵母依次按照斜面、摇瓶、50L发酵罐、500L发酵罐逐级进行扩大培养20小时后，得到300L酵母悬浮液。
2、将菊芋杆茎洗净，均匀切成0.5cm的小段，然后用蒸汽121℃，高温灭菌20min，得到处理好的固定化载体。
3、将处理好的固定载体按1∶10的加入量加入到培养好的300L酵母菌悬液中，在500L发酵罐中30℃搅拌培养16小时，得到酒精固定化酵母50Kg。
4、菊芋经压榨后得到16.1％(w/w)的菊芋汁，加入硫酸后调节pH至3.5，将150L上述处理好的菊芋汁加入50Kg酒精杆茎固定化酵母，35℃条件下发酵38小时，发酵结束后，发酵成熟醪酒精含量为80.1g/L，可连续重复使用250天以上。
实施例2、一种以菊芋杆茎为原料固定化酵母发酵菊粉生产酒精的方法，包括如下步骤：
1、将酒精酵母依次按照斜面、摇瓶、30L发酵罐、300L发酵罐、3000L发酵罐逐级进行扩大培养16小时后，得到2000L酵母悬浮液。
2、将菊芋杆茎洗净，均匀切成0.75cm的小段，然后用蒸汽121℃，高温灭菌20min，得到处理好的固定化载体。
3、将处理好的固定载体按1∶8的加入量加入到培养好的2000L酵母菌悬液中，在2000L发酵罐中28℃搅拌培养18小时，得到酒精固定化酵母400Kg。
4、菊芋经浸提后得到15.4％(w/w)的菊芋汁，加入硫酸后调节pH至3.6，将1500L上述处理好的菊芋汁加入400Kg酒精固定化酵母，37℃条件下发酵14小时后，以400L/小时的流加速率流加PH值为3.6的新鲜菊芋汁(总糖分15.4％(w/w))。按此方法，连续发酵30天，发酵成熟醪平均酒精含量为76g/L，可连续重复使用10批次以上。
实施例3、一种以菊芋杆茎为原料固定化酵母发酵菊粉生产酒精的方法，包括如下步骤：
(1)酵母种子液的制备，酵母菌种经扩大培养成酵母悬浮液；
(2)固定化载体的制备及预处理：菊芋茎杆经过清洗后，切成1.0cm的小段，高温灭菌；
(3)固定化酵母的制备：将得到的灭菌后的菊芋杆茎按重量比1∶6浸泡于所得酵母悬浮液中，28-30℃培养16-24h得到菊芋杆茎固定化酵母；
(4)将菊芋经压榨或浸提得到总糖分为13％的菊芋汁，将菊芋汁调节pH至3.5-3.8；
(5)将杆茎固定化酵母按30％的载体添加量加入到上述得到的酸化菊芋汁，并在35-38℃条件下进行固定化酵母间歇式或连续酒精发酵。按此方法，连续发酵30天，发酵成熟醪平均酒精含量为79g/L，可连续重复使用10批次以上。

Claims (2)

1.一种以菊芋杆茎为原料固定化酵母发酵菊粉生产酒精的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)酵母种子液的制备，酵母菌种经扩大培养成酵母悬浮液；
(2)固定化载体的制备及预处理：菊芋茎杆经过清洗后，切成段，高温灭菌；
(3)固定化酵母的制备：将得到的灭菌后的菊芋杆茎按重量比1∶6-10浸泡于所得酵母悬浮液中，28-30℃培养16-24h得到菊芋杆茎固定化酵母；
(4)将菊芋经压榨或浸提得到总糖分为13％-17％的菊芋汁，将菊芋汁调节pH至3.5-3.8；
(5)将杆茎固定化酵母按10-30％的载体添加量加入到上述得到的酸化菊芋汁，并在35-38℃条件下进行固定化酵母间歇式或连续酒精发酵。
2.根据权利要求1所述的以菊芋杆茎为原料固定化酵母发酵菊粉生产酒精的方法，其特征在于：包括如下步骤.
(1)酵母种子液的制备，酵母菌种经扩大培养成酵母悬浮液；
(2)固定化载体的制备及预处理：菊芋茎杆经过清洗后，切成0.5-1.0cm的小段，121℃灭菌20min；
(3)固定化酵母的制备：将得到的灭菌后的菊芋杆茎按重量比1∶8浸泡于所得酵母悬浮液中，28-30℃培养16-24h得到菊芋杆茎固定化酵母；
(4)将菊芋经压榨或浸提得到总糖分为13％-17％的菊芋汁，将菊芋汁调节pH至3.5-3.8；
(5)将杆茎固定化酵母按25％的载体添加量加入到上述得到的酸化菊芋汁，并在35-38℃条件下进行固定化酵母间歇式或连续酒精发酵。
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