CN102732568A - 一种发酵生产酒精的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种发酵生产酒精的方法，其是以酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）DJ-012（保藏编号CGMCC No.6200），作为发酵菌株，并以粮谷类和/或薯类为原料发酵生产酒精。该菌株能够有效利用发酵液中的六碳糖和五碳糖，使其转化为酒精，从而提高了原料利用率和酒精产率，显著降低了生产成本。

Description

一种发酵生产酒精的方法
技术领域
本发明涉及一种酒精的生产方法，具体地说，涉及一种发酵生产酒精的方法。
背景技术
我国的酒精生产以生物发酵为主，大多数工厂都采用粮谷类和薯类作为原料，使用活性酿酒干酵母作为菌种进行液体发酵生产酒精。
为了进一步提高酒精生产水平，各国都在致力于新型酒精发酵方法的研究，如目前已在工业生产上应用的固定化细胞酒精发酵法、耐高温活性干酵母发酵法等新的发酵工艺。设备方面也在不断更新，出现了不少新型的生物反应器、酵母回用连续搅拌反应器、塔式反应器、细胞固定化反应器等。然而，能够同时利用发酵原料里的六碳糖和不可发酵性五碳糖进行酒精发酵生产的工艺尚未见报导。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够同时利用发酵原料里的六碳糖和不可发酵性五碳糖进行酒精发酵生产的方法。
为了实现本发明目的，本发明的一种发酵生产酒精的方法，其特征在于，其是以酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）DJ-012，作为发酵菌株，并以粮谷类和/或薯类为原料发酵生产酒精。其中，酿酒酵母DJ-012现已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所，邮编100101，保藏日期2012年6月8日，保藏号CGMCC No.6200。
在进行发酵之前，首先将粮谷类和/或薯类原料粉碎，并进行液化糖化处理。
优选地，液化糖化的步骤为：将粉碎后的粮谷类和/或薯类原料投入适量水中，按15-20U/克干物的量加入α-高温淀粉酶，在95℃搅拌液化1小时；降温到60℃，按120-150U/克干物的量加入糖化酶，在60℃搅拌糖化30分钟，即得糖化醪培养基。所述干物为粮谷类和/或薯类原料。
前述方法中，发酵过程中还添加0.03%发酵液（即糖化醪培养基）重量的尿素和0.02%发酵液重量的酒精复合酶。通过添加酒精复合酶来分解发酵原料里的纤维素、半纤维素及其他一些常规方法不可分解和发酵的糖类，使其降解为五碳糖、六碳糖等单糖。其中，所述酒精复合酶购自九江中星联生物技术有限公司。
优选地，发酵采用间歇发酵、半连续发酵或连续发酵。发酵温度为30-36℃，发酵时间为3-4天。
在进行发酵之前，发酵菌株先经过斜面培养。其中，斜面培养步骤为：将酿酒酵母DJ-012接入斜面培养基中，30℃培养3-4天；斜面培养基中各成分的质量百分数为：酵母汁1%、蛋白胨2%、木糖2%、琼脂2.0-2.5%，其余为水，调pH值为5.0。
进一步地，在经过斜面培养后，还进行了振荡培养。其中，振荡培养步骤为：将斜面菌种接入种子培养基中，30-35℃，150r/min振荡培养36-72小时；种子培养基中各成分的质量百分数为：酵母汁1%、蛋白胨2%、木糖2%，其余为水，调pH值为5.0。
发酵过程中菌种的接种量为发酵液体积的0.1%-20%。
前述方法中，所述粮谷类为玉米、高粱或小麦等中的一种或多种。
本发明中，通过添加酒精复合酶来分解发酵原料里的纤维素、半纤维素及其他一些常规方法不可分解和发酵的糖类，使其降解为五碳糖、六碳糖等单糖，并以酿酒酵母DJ-012作为发酵菌株，其能够有效利用发酵液中的六碳糖和五碳糖生产酒精，从而充分利用发酵原料里的糖类，显著提高了原料利用率和酒精产率，降低生产成本。经过测算，发酵液可以提高酒精度0.3-0.6%（v/v），吨酒成本降低196元左右，按年产10万吨酒精计，每年可多创利润1960万元，经济效益明显。另外，进行酒精生产的原料来源丰富，还可起到节约粮食的社会效益。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品，其中，α-高温淀粉酶购自诺维信（中国）生物技术有限公司，糖化酶购自苏州宏达制酶有限公司，酒精复合酶购自九江中星联生物技术有限公司。
本发明中涉及到的百分号“%”，若未特别说明，是指质量百分比；但溶液的百分比，除另有规定外，是指100ml溶液中含有溶质的克数；液体之间的百分比，是指在20℃时容量的比例。
实施例1 在三角瓶中发酵生产酒精（原料为玉米粉）
1.1斜面培养：在无菌操作条件下，将酿酒酵母（Saccharomycescerevisiae）DJ-012，保藏编号为CGMCC No.6200，接入试管斜面培养基中，30℃培养3-4天；斜面培养基中各成分的质量百分数为：酵母汁1%、蛋白胨2%、木糖2%、琼脂2.0-2.5%，其余为水，用氢氧化钠调pH值为5.0，121℃，灭菌25分钟。
1.2玉米粉的液化糖化：采用常规酿酒酵母产酒的液化糖化方法，即：称取玉米粉，加水到需要量，按15U/克干物（干物为玉米粉）的量加入α-高温淀粉酶，在95℃水浴锅上液化1小时并时常搅拌；然后降温到60℃，按120U/克干物（干物为玉米粉）的量加入糖化酶，在60℃水浴锅上搅拌糖化30分钟，即得糖化醪培养基（玉米粉28%）。
1.3在500ml三角瓶（装液量为350ml）中接入斜面菌种发酵生产酒精，30℃发酵36小时，然后32℃发酵60小时。其中发酵培养基为：在上述糖化醪培养基中单加醪液重量0.03%的尿素和醪液重量0.02%的酒精复合酶。
结果表明，发酵液中酒精度最高为11.2%（v/v）。
实施例2 10L发酵罐中发酵生产酒精（原料为玉米粉）
1.1斜面培养，步骤同实施例1。
1.2振荡培养：在无菌条件下，将斜面菌种接入三角瓶的种子培养基中，置摇床上振荡培养36小时，培养温度30-32℃，摇床转速为150r/min。种子培养基中各成分的质量百分数为：酵母汁1%、蛋白胨2%、木糖2%，其余为水，用氢氧化钠调pH值为5.0，121℃，灭菌25分钟。
1.3玉米粉的液化糖化：采用常规酿酒酵母产酒的液化糖化方法，即：称取玉米粉，加水到需要量，按20U/克干物（干物为玉米粉）的量加入α-高温淀粉酶，在95℃水浴锅上液化1小时并时常搅拌；然后降温到60℃，按150U/克干物（干物为玉米粉）的量加入糖化酶，在60℃水浴锅上搅拌糖化30分钟，即得糖化醪培养基（玉米粉28%）。
1.4在10L不锈钢标准发酵罐（装料量为7L）中接入140ml上述三角瓶中的种子液发酵生产酒精，30℃发酵36小时，32℃发酵48小时。其中发酵培养基为：在上述糖化醪培养基中单加醪液重量0.03%的尿素和醪液重量0.02%的酒精复合酶。
发酵每4-8小时取样测定各种指标。
结果表明，发酵液中酒精度最高为11.3%（v/v）。
实施例3 10L发酵罐中发酵生产酒精（原料为木薯粉）
1.1斜面培养，步骤同实施例1。
1.2振荡培养：步骤同实施例2。
1.3木薯粉的液化糖化：采用常规酿酒酵母产酒的液化糖化方法，即：称取木薯粉，加水到需要量，按20U/克干物（干物为木薯粉）的量加入α-高温淀粉酶，在95℃水浴锅上液化1小时并时常搅拌；然后降温到60℃，按150U/克干物（干物为木薯粉）的量加入糖化酶，在60℃水浴锅上搅拌糖化30分钟，即得糖化醪培养基（木薯粉26%）。
1.4在10L不锈钢标准发酵罐（装料量为7L）中接入140ml上述三角瓶中的种子液发酵生产酒精，30℃发酵36小时，32℃发酵48小时。其中发酵培养基为：在上述糖化醪培养基中单加醪液重量0.03%的尿素和醪液重量0.02%的酒精复合酶。
发酵每4-8小时取样测定各种指标。
结果表明，发酵液中酒精度最高为11.2%（v/v）。
实施例4 140m3发酵罐中发酵生产酒精（原料为玉米粉）
1.1斜面培养，步骤同实施例1。
1.2振荡培养：步骤同实施例2。
1.3玉米粉的液化糖化：采用常规酿酒酵母工业化产酒的连续液化糖化方法，即：在预煮罐内按比例加入玉米粉和水，按18U/克干物（干物为玉米粉）的量加入α-高温淀粉酶，在95℃搅拌液化45分钟，用泵打入维持罐中保温维持1.5小时；然后降温至60℃，用泵打入糖化罐中进行糖化，同时按135U/克干物（干物为玉米粉）的量加入糖化酶，在60℃搅拌糖化30分钟，即得糖化醪培养基（玉米粉30%）。以上过程为连续状态。
1.4种子罐一级扩培：向2m3种子罐（装料量为1.5m3）中接入上述三角瓶中的种子液，接种量为0.2%（v/v），发酵温度为32℃，通风为0.1vvm。其中，一级种子培养基为：在上述糖化醪培养基中单加醪液重量0.03%的尿素和醪液重量0.02%的酒精复合酶。
每4小时取样测定各种指标。
1.5种子罐二级扩培：在20m3种子罐（装料量为15m3）中接入经上述一级扩培后的种子液，接种量为10%（v/v），发酵温度为30-32℃，通风为0.1vvm。其中，二级种子培养基为：在上述糖化醪培养基中单加醪液重量0.03%的尿素和醪液重量0.02%的酒精复合酶。每4小时取样测定各种指标。
1.6发酵罐发酵：向140m3发酵罐中加入1.3的糖化醪培养基50m3，接入经上述二级扩培后的种子液，接种量为12%（v/v），继续添加糖化醪培养基至130m3，32℃发酵36小时，35℃发酵40小时。其中，发酵培养基为：在上述糖化醪培养基中单加醪液重量0.03%的尿素和醪液重量0.02%的酒精复合酶。发酵每4小时取样测定各种指标。
结果表明，发酵液中酒精度最高为12.0%（v/v）。
实施例5 140m3发酵罐中半连续发酵生产酒精（原料为玉米粉）
1.1斜面培养，步骤同实施例1。
1.2振荡培养：步骤同实施例2。
1.3玉米粉的液化糖化：步骤同实施例4。
1.4种子罐一级扩培：步骤同实施例4。
1.5种子罐二级扩培：步骤同实施例4。
1.6发酵罐发酵：向140m3发酵罐中加入1.3的糖化醪培养基50m3，接入经上述二级扩培后的种子液，接种量为12%（v/v），继续添加糖化醪培养基至130m3开始发酵培养，控制温度32℃。其中，发酵培养基为：在上述糖化醪培养基中单加醪液重量0.03%的尿素和醪液重量0.02%的酒精复合酶。
每4小时取样测定各种指标，镜检发酵醪液的酵母生长数量、出芽率、测定酸度等，达到指标要求后将此发酵罐的醪液往后连罐，后移接近半罐醪液后开始向第一个发酵罐中补充糖化醪。第二个罐连料至一半液位后，关闭两个罐之间的连通阀。第一个罐继续进料至满罐，第二个罐开始进料。第一个罐满罐后不再往后连罐。第二个罐满罐后，同样每隔4小时取样测定各项指标，检测合格后往后连罐。
按上述操作依次连罐，直到第四个罐满罐为止。
经检测，各发酵罐中发酵液的酒精度最高分别为11.9%、12.1%、11.9%和12.0%（v/v）。
对比例
1.1斜面培养：在无菌操作条件下，将市售普通酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）接入试管斜面培养基中，30℃培养3-4天。斜面培养基中各成分的质量百分数为：酵母汁1%、蛋白胨2%、葡萄糖2%、琼脂2.0-2.5%，其余为水，用氢氧化钠调pH值为5.0，121℃，灭菌25分钟。
1.2玉米粉的液化糖化：采用常规酿酒酵母产酒的液化糖化方法，即：称取玉米粉，加水到需要量，按20U/克干物（干物为玉米粉）的量加入α-高温淀粉酶，在95℃水浴锅上液化1小时并时常搅拌；然后降温到60℃，按150U/克干物（干物为玉米粉）的量加入糖化酶，在60℃水浴锅上搅拌糖化30分钟，即得糖化醪培养基（玉米粉28%）。
1.3在500ml三角瓶（装液量为350ml）中接入普通酿酒酵母斜面菌种发酵生产酒精，30℃发酵36小时，32℃发酵60小时。其中，发酵培养基直接使用上述糖化醪培养基。
结果表明，发酵液中酒精度最高为10.8%（v/v）。
由此可见，采用本发明的酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）DJ-012发酵生产酒精，可有效利用发酵液中的六碳糖和五碳糖，显著提高原料利用率和酒精产率，降低生产成本。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种发酵生产酒精的方法，其特征在于，其是以酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）DJ-012，保藏编号CGMCC No.6200，作为发酵菌株，并以粮谷类和/或薯类为原料发酵生产酒精。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，发酵之前，预先将粮谷类和/或薯类原料粉碎，并进行液化糖化处理。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，液化糖化的步骤为：将粉碎后的粮谷类和/或薯类原料投入适量水中，按15-20U/克干物的量加入α-高温淀粉酶，在95℃搅拌液化1小时；降温到60℃，按120-150U/克干物的量加入糖化酶，在60℃搅拌糖化30分钟，即可。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，发酵过程中还添加0.03%发酵液重量的尿素和0.02%发酵液重量的酒精复合酶。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，发酵采用间歇发酵、半连续发酵或连续发酵。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，发酵温度为30-36℃，发酵时间为3-4天。
7.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，发酵之前，发酵菌株先经过斜面培养；
其中，斜面培养步骤为：将酿酒酵母DJ-012接入斜面培养基中，30℃培养3-4天；斜面培养基中各成分的质量百分数为：酵母汁1%、蛋白胨2%、木糖2%、琼脂2.0-2.5%，其余为水，调pH值为5.0。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，发酵之前，发酵菌株在经过斜面培养后，还进行了振荡培养；
其中，振荡培养步骤为：将斜面菌种接入种子培养基中，30-35℃，150r/min振荡培养36-72小时；种子培养基中各成分的质量百分数为：酵母汁1%、蛋白胨2%、木糖2%，其余为水，调pH值为5.0。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，发酵过程中菌种的接种量为发酵液体积的0.1%-20%。
10.根据权利要求1-4任一项所述的，其特征在于，所述粮谷类为玉米、高粱或小麦中的一种或多种。
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