CN101880692A - 一种提高原料利用率的酒精发酵方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高原料利用率的酒精发酵方法，包括如下步骤：将原料粉碎后按规定料水比加水拌料，添加液化酶加热蒸煮液化，冷却后添加糖化酶糖化，再降温后接种发酵。在糖化前或发酵前添加一定量的丙酸或/和丙酸盐。本发明所述方法，无需对现有的生产菌株及设备进行改造，可以降低发酵液中副产物甘油产量，提高原料利用率，并提高成熟发酵液中酒精浓度，降低后续酒精蒸馏的能耗，使生产成本明显降低。

Description

一种提高原料利用率的酒精发酵方法
技术领域
本发明涉及一种可以提高原料利用率的酒精发酵方法，具体地说是在酒精发酵培养基中添加一定浓度的丙酸或丙酸盐，抑制酒精发酵过程中副产物甘油的生成，从而提高原料利用率，并提高酒精发酵终点发酵液中的酒精浓度，降低生产成本，属发酵食品工业技术领域。
背景技术
由于生物质燃料具有可再生、环境友好以及可以替代化石燃料等优点，受到了广泛关注。而发酵法生产燃料乙醇具有生产工艺成熟、原料来源广泛等优点，成为生物质燃料的热点之一。在酒精的生产过程中，原料的成本占到酒精生产总成本的80％以上，因此原料利用率成为酒精生产重点关注的指标之一。甘油是酒精发酵过程中的主要副产物，甘油的生成大约要消耗总的可发酵性糖的10％左右。甘油的产生会直接影响酒精发酵过程中的糖酒转化率，成为降低原料利用率的主要原因之一。
为了降低酒精生产中的甘油产量，很多学者通过基因工程手段来对酿酒酵母进行改造。但是，基因工程菌通常会存在生长缓慢以及遗传不稳定等缺陷，作为工业生产菌有一定的风险。
发明内容
本发明的目的在于消除基因工程菌作为生产菌株时存在的隐患，通过添加丙酸或丙酸盐来实现降低酒精生产中副产物甘油产量，从而达到提高原料利用率，降低生产成本的目的。
本发明采用以下工艺步骤：
1、粉碎：根据生产工艺的要求，将原料进行粉碎，控制原料粉碎后的粒径在0.1-3mm之间；
原料主要指木薯(干)、红薯(干)、玉米、高粱、大米、淀粉等淀粉质物料，以及甜菜、甘蔗糖(蜜)等糖质物料。当采用粉状淀粉为原料时，无需粉碎。
2、液化：将粉状原料与工艺用水进行混合拌料，料水质量比为1∶1.5-3.2。根据拌料后料液的pH与所用液化酶的最适pH的差异，用酸或碱调节料液pH至液化酶作用的最佳pH。添加适量α-淀粉酶，然后将料液加热蒸煮，使淀粉液化。
液化属于成熟工艺，α-淀粉酶的种类及添加量无限制，蒸煮温度及蒸煮时间取决于α-淀粉酶的种类及添加量，因此蒸煮温度及蒸煮时间无限制。
调节料液pH所用的酸是指硫酸、盐酸、磷酸等无机酸，所用的碱是指氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠等，用其中的一种或几种复合使用。
3、糖化：液化结束后，将液化醪冷却降温到58-65℃，按照液化醪体积添加1-4000mg/L的丙酸或丙酸盐。然后用步骤1中所述无机酸或碱将料液的pH调整至糖化酶作用的最佳pH，然后加入糖化酶进行糖化，糖化时间为0-60分钟。
丙酸盐的添加量均以丙酸计算。
糖化属于成熟工艺，糖化酶的种类、添加量及pH无限制。
糖化时间选用端值0分钟即表示不糖化，步骤2中所得液化醪直接冷却到步骤4中要求的温度，添加1-4000mg/L的丙酸或丙酸盐，再用步骤2中所述无机酸或碱调整液化液的pH至糖化酶作用的最佳pH，然后加入糖化酶，进入步骤4进行发酵。
当使用糖质原料时，原料无需粉碎、液化和糖化，将糖液调整至所需的浓度(一般为220-250g/L)，并用酸或碱调节糖液的酸度为3-3.5°，添加1-4000mg/L的丙酸或丙酸盐后，即可进行酒精发酵。酸度定义为中和10mL糖液所需0.1mol/L(4g/L)氢氧化钠溶液的毫升数。
4、发酵：步骤3中所得料液进一步冷却至28-32℃，接入料液体积的6-15％的已培养好的酿酒酵母种子液，或按照0.01-1.0g/L的添加量直接添加酿酒活性干酵母，进行发酵，控制发酵温度在28-38℃之间，发酵时间为40-60小时。
步骤3中所得料液有三种，分别为添加了丙酸或丙酸盐的液化液、糖化液和糖液。
发酵前，发酵液中可以添加0-20g/L的尿素或硫酸铵，以及0-2.0g/L的磷酸二氢钾和0-2.0g/L硫酸镁。
附图说明
图1工艺流程示意图
注：在发酵工序前，实线代表采用淀粉质物料时的工艺流程；虚线代表采用糖质物料时的工艺流程。
具体实施方式
实施例一：一种提高原料利用率的酒精发酵方法，采用以下工艺步骤：
以木薯为原料，将木薯进行粉碎并过40目筛(粒径约0.35mm)；按照料水比1∶3的比例加水拌料，即50g木薯粉加150mL配料水，用氢氧化钠调节粉浆的pH至6.4，添加400u耐高温α-淀粉酶，于100℃下蒸煮30分钟，使淀粉液化；蒸煮、液化结束后，将液化醪冷却降温到30℃，添加丙酸使料液中丙酸浓度为700mg/L，并用硫酸调节pH至4.2，加入600u糖化酶，糖化0分钟，即不糖化；按照液化醪体积10％的接种量接入已培养好的种子液开始发酵，发酵48小时结束。
在实施例一条件下，发酵结束后，甘油含量比对照(不添加丙酸)下降20.9％，酒精产量和原料利用率分别增加2.3％和2.0％。具体发酵条件及发酵结果见表1。
实施例二：一种提高原料利用率的酒精发酵方法，采用以下工艺步骤：
以木薯为原料，将木薯进行粉碎并过40目筛(粒径约0.35mm)；按照料水比1∶2的比例加水拌料，即50g木薯粉加100mL配料水，用氢氧化钠调节粉浆的pH至6.4，添加400u耐高温α-淀粉酶，于100℃下蒸煮30分钟，使淀粉液化；蒸煮、液化结束后，将液化醪冷却降温到60℃，用硫酸调节pH至4.2，加入600u糖化酶，糖化30分钟；将料液冷却降温到30℃，添加丙酸使料液中的丙酸浓度为1400mg/L，并用氢氧化钠调节pH至4.0；按照10％(v/v)的接种量接入已培养好的种子液开始发酵，发酵48小时结束。
在实施例二条件下，发酵结束后，甘油含量比对照(不添加丙酸)下降30.5％，酒精产量和原料利用率分别增加4.6％和4.7％。具体发酵条件及发酵结果见表1。
实施例三：一种提高原料利用率的酒精发酵方法，采用以下工艺步骤：
以木薯为原料，将木薯进行粉碎并过40目筛(粒径约0.35mm)；按照料水比1∶3的比例加水拌料，即50g木薯粉加150mL配料水，用氢氧化钠调节粉浆的pH至6.4，添加400u耐高温α-淀粉酶，于100℃下蒸煮30分钟，使淀粉液化；蒸煮、液化结束后，将液化醪冷却降温到60℃，用硫酸调节pH至4.2，加入600u糖化酶，糖化60分钟；将料液冷却降温到30℃，添加丙酸使料液中丙酸浓度为2100mg/L，并用氢氧化钠调节pH至4.0；按照10％(v/v)的接种量接入已培养好的种子液开始发酵，发酵48小时结束。
在实施例三条件下，发酵结束后，甘油含量比对照(不添加丙酸)下降40.0％，酒精产量和原料利用率分别增加8％和6.9％。具体发酵条件及发酵结果见表1。
表1  对照及各实施例的酒精发酵条件及发酵结果
  料水比(w/v)   丙酸浓度(mg/L)   糖化时间(min)   终点酒精浓度(g/L)   终点甘油产量(g/L)   原料利用率(％)
  对照一   1∶3   0   0   87   7.6   85.5
  实施例一   1∶3   700   0   89   6.0   87.5
  对照二   1∶2   0   30   173   15.1   87.8
  实施例二   1∶2   1400   30   181   10.5   91.9
  对照三   1∶3   0   60   87   7.6   85.5
  实施例三   1∶3   2100   60   94   4.6   92.4

Claims (4)

1.一种提高原料利用率的酒精发酵方法，采用以下工艺步骤：
(1)、粉碎：根据生产工艺的要求，将原料进行粉碎，粉碎后粒径为0.1-3mm；
(2)、液化：将粉碎后的粉状物料与工艺用水进行混合拌料，料水质量比为1∶1.5-3.2，调节浆料pH至液化酶最佳作用pH，添加α-淀粉酶后加热液化；
(3)、糖化：液化醪降温到58-65℃，添加1-4000mg/L的丙酸或丙酸盐，并用无机酸或碱调节pH至糖化酶最佳pH，然后加入糖化酶进行糖化，糖化时间0-60分钟；
(4)、发酵：糖化醪或液化醪冷却至28-32℃时，接入料液体积6-15％的已培养好的酿酒酵母种子液，或按照0.01-1.0g/L的添加量直接添加酿酒活性干酵母，进行发酵，控制发酵温度在28-38℃之间，发酵时间为40-60小时。
2.根据权利要求1所述的一种提高原料利用率的酒精发酵方法，其特征在于：发酵时添加丙酸或丙酸盐，添加的丙酸盐指丙酸钠、丙酸钾、丙酸钙等，使用其中一种或者几种的混合物，丙酸盐的添加量以丙酸计算。
3.根据权利要求1所述的一种提高原料利用率的酒精发酵方法，其特征在于：所述原料主要指术薯(干)、红薯(干)、玉米、高粱、大米、淀粉等淀粉质物料，以及甜菜糖(蜜)、甘蔗糖(蜜)等糖质物料。
4.根据权利要求1所述的一种提高原料利用率的酒精发酵方法，其特征在于：当所述原料采用淀粉等粉状原料时，无需粉碎，即省略步骤(1)；当所述原料是糖质原料时，无需粉碎、液化、糖化等步骤，即省略(1)、(2)、(3)三步，在步骤(4)发酵前添加丙酸或丙酸盐。
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