CN102978243A - 一种高密度酵母细胞的酒精发酵方法 - Google Patents

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刘春贞
丁永泽
白永琦
朱建峰
周腾云
汪李严
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Abstract

本发明公开了一种高密度酵母细胞的酒精发酵方法。本发明包括如下步骤：（1）将淀粉质原料粉碎后与水混合搅拌成浆料，并加入液化酶进行液化；液化结束后固液分离获得液化液；（2）将液化液分成两部分分别进行发酵；（3）发酵至发酵液中糖浓度低于5g/L时发酵结束；（4）将两部分发酵后的产物混合后经蒸馏后收集酒精即得成品。本发明与已有技术相比具有以下优点：1、有利于提高酵母的出芽率，进而提高酵母的生长速率，实现酵母细胞高密度发酵，提高发酵速率；2、消除发酵过程中产生的CO2气体对酵母的抑制作用；3、CaCO3 具有pH缓冲作用，能防止发酵液的酸化。

Description

一种高密度酵母细胞的酒精发酵方法
技术领域
本发明属于食品发酵工业技术领域，更具体是涉及一种高密度酵母细胞的酒精发酵方法。
背景技术
发酵法生产酒精实现工业化始于19世纪末，在国民经济中起着重要的作用，酒精被广泛应用于食品、化工、医药、染料、国防等行业。酒精在世界上不仅可作为饮料，还是一种绿色燃料，更是一种战略物资，作为一种可再生的清洁含氧燃料，有望逐步代替石油、天然气等能源，因而成为了各国研究人员的研究热点。发酵法制酒精有悠久的历史，但传统工艺生产效率低，能耗高造成成本过高。为了降低发酵法生产乙醇的成本，各国学者进行了大量的研究，提出了许多新的方法和工艺。其中高浓度发酵是其中的一个研究热点，高浓度发酵具有提高设备利用率和劳动生产率、降低管理费用、降低能耗和减轻酒糟处理负荷等优点，因此具有广阔的应用前景。但由于在高浓度发酵过程中，高渗透压和高酒精度毒性会造成酵母死亡，从而导致发酵缓慢，发酵不完全，甚至发酵停滞等现象。因此，高浓度酒精发酵的广泛应用受到一定程度限制。针对高浓度酒精发酵存在的上述问题，国内外学者主要从以下三个方面对高浓度酒精发酵技术进行改善：
（1）营养物质
有研究报导在酒精高浓度发酵中营养物质是发酵速率的限制性因素，因为酵母细胞需要足够的营养来抵抗高的渗透压力和维持酵母的代谢。在发酵过程中添加适量的营养物质，如可同化性氮、大豆粉、乳清、酵母膏、硫酸铵、尿素、无机盐、维生素、麦角固醇和油酸等，可以使高浓度酒精发酵完全，提高最终酒精浓度。
（2）同步糖化发酵
在高浓度发酵时如果在发酵之前进行预糖化会达到较高浓度的低聚糖从而使酵母生活在高渗透压下，甚至会产生底物抑制，而通过采取同步糖化发酵工艺可以解决这个问题，因为在整个过程中少量的还原糖被释放的同时也就被消耗了。国外研究学者对以土豆为原料进行高浓度同步糖化酒精发酵进行了研究，通过在液化过程中添加果胶酶、纤维素酶和半纤维素酶来降低醪液粘度，然后进行同步糖化发酵，最终酒精度达到16.6%。
（3）耐酒精酵母的筛选
高浓度酒精发酵会产生较高浓度的酒精，这对酵母来说也是一个不小的压力，酒精使得原生质膜对质子更有通透性，所以质子进入细胞的增加必然需要ATP能量来平衡胞内pH。对于外界压力的耐受性不同的菌株是大不相同的，所以就需要筛选一个高耐受性的菌株。目前，人们正采用不同的手段，从不同的角度来改进酒精酵母的生产性能。酵母菌育种技术主要有直接筛选、杂交育种、诱变育种、以及以原生质体融合和DNA重组技术为依托的基因工程育种，目前已经取得了一定的进展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高密度酵母细胞的酒精发酵方法。本发明从营养物质的角度来改善高浓度酒精发酵，即向酒精发酵种子液/发酵液中添加碳酸钙以促进酵母细胞增殖，提高种子液/发酵液中酵母细胞密度，加快酒精发酵速率。
为达到上述目的，本发明采取了如下的技术方案：
一种高密度酵母细胞的酒精发酵方法，包括如下工艺步骤：
（1）将淀粉质原料粉碎后按照1:2.0-3.2的固液质量比加水拌料均匀，调整浆料的pH值为6.0后，添加液化酶并升温至80℃以上进行液化；液化酶的加入量为10U/g淀粉质原料；液化时间为1小时；液化结束后固液分离获得清澈的液化液；
（2）将步骤（1）中得到的液化液分成两份，第一份占液化液总体积的6-15%，第二份占液化液总体积的85-94%；
（3）第一份液化液冷却到58-62℃，用硫酸调整该份液化液的pH值在4.0-4.4；添加糖化酶糖化5-60分钟后，添加1-40 g/L的轻质CaCO3，并接种0.1亿/mL酵母种子液至发酵罐培养1-4小时；初始发酵温度控制为30℃；
（4）第二份液化液中冷却到28-35℃，加入液化酶并添加1-40 g/L的轻质CaCO3，接入步骤3中培养的酵母种子液启动发酵；
（5）发酵至发酵液中糖浓度低于5g/L时发酵结束；
（6）发酵结束后，将步骤（3）和步骤（4）得到的产物混合后经蒸馏后收集酒精即得成品。
本发明所述的淀粉质原料是玉米，或木薯以及其它的淀粉质原料。
本发明所述的液化、糖化属成熟工艺，液化、糖化方式不受限制。
本发明所涉及的液化液固液分离形式包括离心分离、过滤机过滤等，优选采用过滤机过滤。
本发明与已有技术相比具有以下优点：
1、有利于提高酵母的出芽率，进而提高酵母的生长速率，实现酵母细胞高密度发酵，提高发酵速率；
2、消除发酵过程中产生的CO2气体对酵母的抑制作用；
3、CaCO3 具有pH缓冲作用，能防止发酵液的酸化。
具体实施方式
以下结合具体实施例来对本发明作进一步的描述。
实施例1：
一种高密度酵母细胞的酒精发酵方法，采用以下工艺步骤：
（1）4000L的发酵罐中加入1000kg木薯粉，按照1:2.2的固液质量体积比加入2200L自来水，调pH至6.0，按照液化酶的加入量为10U/g木薯，然后升至80℃以上进行液化，液化时间为1h 。
液化结束后用板框过滤，滤饼用少量水洗涤，洗涤水和滤液合并。
（2）将步骤（1）中得到的液化液分成两份，第一份占液化液总体积的6-15%，第二份占液化液总体积的85-94%；
（3）第一份液化液冷却到60℃，用硫酸调整该份液化液的pH值在4.0；添加糖化酶糖化60分钟后，添加1g/L的轻质CaCO3，并接种0.1亿/mL酵母种子液至发酵罐培养1小时；初始发酵温度控制为30℃；
（4）第二份液化液中冷却到30℃，加入液化酶并添加1g/L的轻质CaCO3，接入步骤3中培养的酵母种子液启动发酵；
（5）发酵至发酵液中糖浓度低于5g/L时发酵结束；
（6）发酵结束后，将步骤（3）和步骤（4）得到的产物经蒸馏后收集酒精即得成品。
实施例2：
一种高密度酵母细胞的酒精发酵方法，采用以下工艺步骤：
1、5000L的发酵罐中加入1500kg玉米粉，按照1:2.2的固液质量体积比加入自来水3300L,其余操作与实施例一中1同。
2、向糖化液中加入1%(w/v)轻质CaCO3，然后接入0.1亿/mL酵母种子液至发酵罐，初始发酵温度控制为30℃；
3、发酵结束后，蒸馏收集酒精既可以作为商品出售。
实施例3：
一种高密度酵母细胞的酒精发酵方法，采用以下工艺步骤：
1、5000L的发酵罐中加入1000kg玉米粉，按照1:2.0的固液比加入自来水2000L,其余操作与实施例一中1同。
2、向糖化液中加入1%(w/v)轻质CaCO3，然后接入0.1亿/mL酵母种子液至发酵罐，初始发酵温度控制为30℃；
3、发酵结束后，蒸馏收集酒精既可以作为商品出售。

Claims (2)

1.一种高密度酵母细胞的酒精发酵方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：
（1）将淀粉质原料粉碎后按照1:2.0-3.2的固液质量比加水拌料均匀，调整浆料的pH值为6.0后，添加液化酶并升温至80℃以上进行液化；液化酶的加入量为10U/g淀粉质原料；液化时间为1小时；液化结束后固液分离获得清澈的液化液；
（2）将步骤（1）中得到的液化液分成两份，第一份占液化液总体积的6-15%，第二份占液化液总体积的85-94%；
（3）第一份液化液冷却到58-62℃，用硫酸调整该份液化液的pH值在4.0-4.4；添加糖化酶糖化5-60分钟后，添加1-40 g/L的轻质CaCO3，并接种0.1亿/mL酵母种子液至发酵罐培养1-4小时；初始发酵温度控制为30℃；
（4）第二份液化液中冷却到28-35℃，加入液化酶并添加1-40 g/L的轻质CaCO3，接入步骤3中培养的酵母种子液启动发酵；
（5）发酵至发酵液中糖浓度低于5g/L时发酵结束；
（6）发酵结束后，将步骤（3）和步骤（4）得到的产物混合后经蒸馏后收集酒精即得成品。
2.根据权利要求1所述的一种高密度酵母细胞的酒精发酵方法，其特征在于，所述的淀粉质原料是玉米或木薯。
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