CN103382489A

CN103382489A - 一种清液发酵生产酒精的方法

Info

Publication number: CN103382489A
Application number: CN2013103423681A
Authority: CN
Inventors: 张建博; 杜风光; 孙沛勇; 周鹏; 黄玉涛
Original assignee: Henan Tianguan Group Co Ltd
Current assignee: Henan Tianguan Group Co Ltd
Priority date: 2013-08-08
Filing date: 2013-08-08
Publication date: 2013-11-06

Abstract

本发明公开了一种清液发酵生产酒精的方法，该方法包括以下步骤：淀粉质原料经液化后进行固液分离获得清液和固渣，清液加入糖化酶和酒母进行酒精发酵；固渣加水进行糖化处理，经再次固液分离获得含糖洗料水和废渣，含糖洗料水用于配料或酒母培养和发酵，废渣可制成饲料和肥料或用于沼气发酵。采用本发明方法，制备的产品发酵成熟醪酒度超过15.2%(v/v)，残总糖可低于1.03%，废渣淀粉含量低于2.91%，淀粉利用率可达96.5%以上；液化醪获得的清液不易染菌且在发酵过程中不会产生高糖抑制，减少发酵副产物的产生，可明显降低设备磨损，提高发酵设备利用率及蒸馏效率。

Description

一种清液发酵生产酒精的方法

技术领域

本发明涉及酒精生产技术领域，特别涉及一种清液发酵生产酒精的方法。

背景技术

酒精被广泛应用于食品、化工医药、染料、国防等行业。酒精不仅可作为一种燃料，更是一种战略物资，世界上2/3的酒精被用作燃料。发展酒精不仅可以促进农业的可持续发展，并且可以作为清洁能源代替汽油或汽油添加剂，减少工业大气污染，保护环境，同时也可缓解原油进口的压力。我国酒精发酵行业已约有百年的历史，古老的酒精工业近年来由于拥有绿色能源的桂冠而备受青睐，酒精作为可再生的战略性资源成为国家重点发展的工业产品。酒精生产方法有生物发酵法和化学合成法，生物发酵法是将原料预处理后发酵生产酒精，原料可以是淀粉质原料、糖蜜原料、纤维素原料、野生植物和亚硫酸造纸废液等；化学合成法是以石油工业中石油裂解产生的乙烯为原料加水合成酒精的，由于化学合成法酒精有含杂较多等缺陷，尤其是随着石油储量的锐减，发酵酒精工业日趋重要，成为酒精生产的主要方法。目前为止，从生产方式来看，世界上绝大多数酒精产品为发酵法生产，目前世界合成酒精的产量占酒精总产量的20%左右，超过了淀粉酒精的产量。但是由于合成酒精往往夹杂有异构化高级醇类，对于人的高级神经中枢有麻痹作用，不适于作饮料、食品、医药和香料等用途，所以迄今为止，合成酒精尚不能完全取代发酵酒精。近年来，随着引进设备及工艺的应用和农作物结构的变化，用谷物原料制酒精的工厂发展速度较快，随着酒精产量的迅猛增长，酒精生产技术正发生日新月异的变化，快速向现代化迈进。生物工程菌构建、节能减排技术、自动化控制等高新技术的应用，已使酒精工业的面貌发生了翻天覆地的变化。

在传统酒精发酵的基础上发展出来的高浓度酒精发酵，是许多研究酒精的专家努力的方向。高浓度酒精发酵是以提高单位体积内发酵醪液中淀粉含量，在适量的酿酒酵母菌作用下，在一定的时间内获得最大量的酒精。在传统的酒精发酵工艺中，所用的糖浓度一般在16%～25%（ W/V）范围内，所用的酵母菌只能产生6%～12%（V/V）的乙醇，更高的底物浓度和以乙醇浓度对酵母菌生长和发酵会产生抑制作用，所以，近年来有些国家的研究者致力于筛选和构建能抗更高底物浓度和酒精浓度的酵母菌，并把这些酵母菌应用于超浓醪发酵生产高浓度酒精，这种酒精生产工艺可以节省发酵和蒸馏过程的能量消耗，提高设备利用率。高浓度酒精发酵一直是许多研究酒精的专家努力的方向，但是高浓度的发酵液黏度高，输送困难大，易积料。而采用清液发酵，可以克服以上缺点，同时避免了原料中的沙石等杂物对换热器、阀门、泵等发酵设备的磨损，降低设备维修、维护成本；减少了生产单位酒精的发酵、蒸馏体积，提高了发酵设备利用率；而且能够提高蒸馏效率，降低蒸馏能耗。

在现有清液发酵生产酒精的技术中，如专利号为ZL03126892的《清液发酵生产酒精的方法》和专利号为ZL200410066017的《一种清液发酵生产高浓度酒精的闭合循环工艺》，常采用液化、糖化处理后才开始进行固液分离，清液发酵蒸馏生产酒精；这些现有的清液发酵技术采用深度糖化或全糖化工艺，容易在生产过程中发生染菌，而且高浓度的糖液体会对酿酒酵母产生抑制，造成发酵副产物含量增加，导致淀粉利用率降低。

发明内容

本发明的目的在于避免上述现有技术的不足之处，提供一种更有效的清液发酵生产酒精的方法，该方法液化获得的清液不易染菌，且在发酵过程中不会产生高糖抑制，减少发酵副产物的产生，降低设备磨损，提高发酵设备利用率及蒸馏效率，经固液分离获得的固渣加水进行糖化处理可明显减少淀粉损失，进一步提高了淀粉利用率。

一种清液发酵生产酒精的方法，包括以下步骤：

a.淀粉质原料经过粉碎，加水进行配料，料水比在1：1.5～3.5，加入NaOH调节PH值至5.5～6.5，加入淀粉酶11～17u/g，然后经过86～100℃液化处理2～3h；

b.液化后的原料经固液分离获得清液和固渣，清液加入糖化酶120～250u/g和干酵母（总发酵重量的0.08%～0.12%）进行酒精发酵，发酵温度控制在28～36℃，发酵30h～50h；

c.固渣加水，加入糖化酶160～250u/g，在20～70℃下糖化处理2h～4h，经固液分离后获得含糖洗料水和废渣，含糖洗料水用于配料或/和用于酒母培养；

d.所述废渣可以制成饲料或肥料，也可用于沼气发酵，产生的沼气用于发电或车用燃气。

所述步骤a中的淀粉质原料包含木薯、马铃薯、小麦、玉米、高梁中的一种或多种原料混合料；所述步骤a、c中的水包含自来水、蒸馏残液水、糟液水和沼液水中的一种或多种的混合水；固液分离包含过滤、压滤、离心分离、膜过滤、自然沉降中的任意一种固液分离方法。

本发明采用的淀粉质原料来源丰富，可以为木薯、马铃薯、小麦、玉米、高梁中的一种或多种原料混合料，配料后调节PH、加酶进行液化，液化后固液分离，清液直接在28～38℃下糖化发酵，固渣在20～70℃下糖化后固液分离，并对分离物即含糖洗料水和固渣分别进行回收和利用。

由于本发明对传统的清液发酵生产酒精工艺进行了创造性的改进，采用液化后的原料固液分离、获得清液和固渣分别进行糖化处理的技术方案，液化醪获得的清液还原糖仅为4～6%，大大低于全糖化获得清液20～27%的还原糖含量，因而杂菌（特别是对酒精发酵危害巨大的乳酸菌、醋酸菌等）不易滋生，且在发酵过程中不会产生高糖抑制，减少发酵副产物的产生，提高淀粉质原料利用率；固渣经过加水糖化处理后再次分离，获得的洗料水可以用于配料或酒母培养和发酵，产生的废渣可以制成饲料或肥料，也可用于沼气发酵，产生的沼气用于发电或车用燃气，不仅实现了循环利用，而且降低固液分离阶段的损失；本发明采用清液发酵，并结合固液分离后分别糖化的方式，避免了固液混合状态下料液中的固渣对换热器、阀门、泵等糖化发酵设备的磨损，降低设备维修、维护成本，不但提高了发酵设备利用率，而且能够提高蒸馏效率，降低蒸馏能耗；清液中加入糖化酶和酒母，糖化和酒精发酵协同进行，清液中的还原糖含量可以始终维持在8～14%的较低水平，而后持续降低至酵母菌将糖利用完全，故而发酵过程中酵母菌代谢始终比较旺盛，发酵结束后残总糖较低，发酵副产物也很少。本发明的清液发酵生产酒精的方法，通过调整工艺和优化工艺参数，制备的发酵成熟醪酒度超过15.2% (v/v)，残总糖可低于1.03%，废渣淀粉含量低于2.91%，淀粉利用率可达96.5%以上，由此实现了淀粉原质清液酒精发酵的工业化生产的优化，同时大大提高提高淀粉质原料综合利用价值，具有很大的经济和社会效益。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为清液发酵生产酒精工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

本实施例为小试实验数据，采用木薯、高粱、小麦混合原料，用自来水进行配料，其工艺步骤包括：

a.取木薯粉50g，高粱粉50g，小麦粉50g，粉碎粒度50目，放入1000ml三角瓶中，加入自来水225mL，用玻璃棒搅拌均匀，用NaOH调节料浆pH值为5.5，加入淀粉酶11u/g干料,搅拌均匀后放进恒温水浴锅中加热，86℃保温液化3h。重复做三个平行样；

b.用90目滤布过滤并手工压榨，清液降温至28℃，加入糖化酶120 u/g干料,接种0.2g干酵母，28℃恒温培养发酵50h发酵结束，发酵结束后的成熟醪进行蒸馏产出酒精，化验发酵成熟醪的酒精度、残总糖等发酵指标；

c.固渣放入1000ml三角瓶中，加水225mL，加入糖化酶160 u/g干料，用玻璃棒搅拌均匀，放进恒温水浴锅中20℃糖化4h，用90目滤布过滤并手工压榨，压榨获得的含糖洗料水用于下次拌料，化验废渣的水分含量和淀粉含量，用于计算淀粉损失率；

本实验中：发酵成熟醪酒精度15.1% (v/v)，残总糖含量1.01%，废渣的水分含量62.3%，淀粉含量仅2.87%，淀粉利用率可达96.2%。

实施例2

本实施例为小试实验数据，采用木薯、玉米、小麦混合原料，用自来水进行配料，其工艺步骤包括：

a.取木薯粉50g，玉米粉50g，小麦粉50g，粉碎粒度50目，放入1000ml三角瓶中，加入自来水380mL，用玻璃棒搅拌均匀，用NaOH调节料浆pH值为6.0，加入淀粉酶13u/g干料,搅拌均匀后放进恒温水浴锅中加热，93℃保温液化2.6h。重复做三个平行样；

b.用90目滤布过滤并手工压榨，清液降温至33℃，加入糖化酶190 u/g干料,接种0.3g干酵母，33℃恒温培养发酵40h发酵结束，发酵结束后的成熟醪进行蒸馏产出酒精，化验发酵成熟醪的酒精度、残总糖等发酵指标；

c.固渣放入1000ml三角瓶中，加水380mL，加入糖化酶210 u/g干料，用玻璃棒搅拌均匀，放进恒温水浴锅中50℃糖化3h，用90目滤布过滤并手工压榨，压榨获得的含糖洗料水用于下次拌料，化验废渣的水分含量和淀粉含量，用于计算淀粉损失率；

本实验中：发酵成熟醪酒精度15.3% (v/v)，残总糖含量1.09%，废渣的水分含量63.5%，淀粉含量仅2.79%，淀粉利用率可达96.8%。

实施例3

本实施例为小试实验数据，采用马铃薯、高粱混合原料，用自来水进行配料，其工艺步骤包括：

a.取马铃薯粉75g，高粱粉75g，粉碎粒度50目，放入1000ml三角瓶中，加入自来水525mL，用玻璃棒搅拌均匀，用NaOH调节料浆pH值为6.5，加入淀粉酶17u/g干料,搅拌均匀后放进恒温水浴锅中加热，100℃保温液化2h。重复做三个平行样；

b.用90目滤布过滤并手工压榨，清液降温至36℃，加入糖化酶250u/g干料,接种0.5g干酵母，36℃恒温培养发酵30h发酵结束，发酵结束后的成熟醪进行蒸馏产出酒精，化验发酵成熟醪的酒精度、残总糖等发酵指标；

c.固渣放入1000ml三角瓶中，加水525mL，加入糖化酶250 u/g干料，用玻璃棒搅拌均匀，放进恒温水浴锅中70℃糖化2h，用90目滤布过滤并手工压榨，压榨获得的含糖洗料水用于下次拌料，化验废渣的水分含量和淀粉含量，用于计算淀粉损失率；

本实验中：发酵成熟醪酒精度15.3% (v/v)，残总糖含量1.07%，废渣的水分含量62.9%，淀粉含量仅2.82%，淀粉利用率可达96.6%。

实施例4

本实施例为大生产实例，以木薯与高粱两种混合物为原料，用自来水进行配料，包括以下工艺步骤：

a.取木薯与高粱3：1的混合粉300kg，粉碎粒度50目，倒进2立方拌料罐中，加入自来水540L，打开搅拌拌料，用NaOH调节料浆pH值为5.6，加入淀粉酶13u/g干料，搅拌均匀后打开拌料罐夹套蒸汽加热，88℃保温液化2.8h；

b.降至30℃后用板框过滤机过滤压榨，过滤机滤布为110目，清液泵至2T发酵罐，加入糖化酶140u/g干料,接种干酵母（总发酵重量的0.09%），发酵前7小时通风做为酒母培养，然后停风发酵， 30℃发酵45h发酵结束，发酵结束后的成熟醪进入蒸馏工序，产出成品酒精，化验发酵成熟醪的的酒精度、残总糖等发酵指标；

c.固渣卸下后倒回2立方拌料罐中，加水540L，加入糖化酶170 u/g干料，30℃糖化3.5h，用板框过滤机过滤压榨，获得的含糖洗料水先泵至1立方储罐中，400kg用于下次拌料，剩余部分用于酒母培养（即加入干酵母后的发酵前期），废渣进入沼气系统发酵产出沼气或经烘干后产出饲料，化验废渣的水分含量和淀粉含量，用于计算淀粉损失率；

本实验中：发酵成熟醪酒度15.2% (v/v)，残总糖含量1.02%，废渣的水分含量56.9%，淀粉含量仅2.91%，淀粉利用率可达96.1%。

实施例5

本实施例为大生产实例，以木薯与玉米两种混合物为原料，用自来水进行配料，包括以下工艺步骤：

a.取木薯与玉米3：1的混合粉300kg，粉碎粒度50目，倒进2立方拌料罐中，加入自来水690L，打开搅拌拌料，用NaOH调节料浆pH值为5.8，加入淀粉酶14u/g干料，搅拌均匀后打开拌料罐夹套蒸汽加热，92℃保温液化2.4h；

b.降至34℃后用板框过滤机过滤压榨，过滤机滤布为110目，清液泵至2T发酵罐，加入糖化酶170u/g干料,接种干酵母（总发酵重量的0.10%），发酵前8小时通风做为酒母培养，然后停风发酵， 33℃发酵37h发酵结束，发酵结束后的成熟醪进入蒸馏工序，产出成品酒精，化验发酵成熟醪的的酒精度、残总糖等发酵指标；

c.固渣卸下后倒回2立方拌料罐中，加水690L，加入糖化酶190 u/g干料，54℃糖化2.8h，用板框过滤机过滤压榨，获得的含糖洗料水先泵至1立方储罐中，500kg用于下次拌料，剩余部分用于酒母培养（即加入干酵母后的发酵前期），废渣进入沼气系统发酵产出沼气或经烘干后产出饲料，化验废渣的水分含量和淀粉含量，用于计算淀粉损失率；

本实验中：发酵成熟醪酒度15.4% (v/v)，残总糖含量1.05%，废渣的水分含量56.7%，淀粉含量仅2.82%，淀粉利用率可达96.6%。

实施例6

本实施例为大生产实例，以马铃薯与小麦两种混合物为原料，用自来水进行配料，包括以下工艺步骤：

a. 取马铃薯与小麦3：1的混合粉300kg，粉碎粒度50目，倒进2立方拌料罐中，加入自来水960L，打开搅拌拌料，用NaOH调节料浆pH值为6.2，加入淀粉酶15u/g干料，搅拌均匀后打开拌料罐夹套蒸汽加热，97℃保温液化2.2h；

b.降至31℃后用板框过滤机过滤压榨，过滤机滤布为110目，清液泵至2T发酵罐，加入糖化酶240u/g干料,接种干酵母（总发酵重量的0.11%），发酵前9小时通风做为酒母培养，然后停风发酵， 35℃发酵33h发酵结束，发酵结束后的成熟醪进入蒸馏工序，产出成品酒精，化验发酵成熟醪的的酒精度、残总糖等发酵指标；

c.固渣卸下后倒回2立方拌料罐中，加水960L，加入糖化酶210 u/g干料，62℃糖化2.4h，用板框过滤机过滤压榨，获得的含糖洗料水先泵至1立方储罐中，700kg用于下次拌料，剩余部分用于酒母培养（即加入干酵母后的发酵前期），废渣进入沼气系统发酵产出沼气或经烘干后产出饲料，化验废渣的水分含量和淀粉含量，用于计算淀粉损失率；

本实验中：发酵成熟醪酒度15.3% (v/v)，残总糖含量1.03%，废渣的水分含量58.2%，淀粉含量仅2.81%，淀粉利用率可达96.7%。

Claims

1.一种清液发酵生产酒精的方法，其特征在于，所述清液发酵生产酒精的方法包括以下步骤：

b. 液化后的原料经固液分离获得清液和固渣，清液加入糖化酶120～250u/g和干酵母（总发酵重量的0.08%～0.12%）进行酒精发酵，发酵温度控制在28～36℃，发酵30h～50h；

c.固渣加水，加入糖化酶160～250u/g，在20～70℃下糖化处理2h～4h，经固液分离后获得含糖洗料水和废渣，含糖洗料水用于配料或/和用于酒母培养。

2.一种清液发酵生产酒精的方法，其特征在于，所述清液发酵生产酒精的方法包括以下步骤：

a.淀粉质原料经过粉碎，加水进行配料，料水比在1：1.8，加入NaOH调节PH值至5.6，加入淀粉酶13u/g，然后经过88℃液化处理2.8h；

b. 液化后的原料经固液分离获得清液和固渣，清液加入糖化酶140u/g和干酵母（总发酵重量的0.09%）进行酒精发酵，发酵温度控制在30℃，发酵45h；

c.固渣加水，加入糖化酶170u/g，在30℃下糖化处理3.5h，经固液分离后获得含糖洗料水和废渣，含糖洗料水用于配料或/和用于酒母培养。

3.一种清液发酵生产酒精的方法，其特征在于，所述清液发酵生产酒精的方法包括以下步骤：

a.淀粉质原料经过粉碎，加水进行配料，料水比在1：2.3，加入NaOH调节PH值至5.8，加入淀粉酶14u/g，然后经过92℃液化处理2.4h；

b. 液化后的原料经固液分离获得清液和固渣，清液加入糖化酶170u/g和干酵母（总发酵重量的0.10%）进行酒精发酵，发酵温度控制在33℃，发酵37h；

c.固渣加水，加入糖化酶190u/g，在54℃下糖化处理2.8h，经固液分离后获得含糖洗料水和废渣，含糖洗料水用于配料或/和用于酒母培养。

4.一种清液发酵生产酒精的方法，其特征在于，所述清液发酵生产酒精的方法包括以下步骤：

a.淀粉质原料经过粉碎，加水进行配料，料水比在1：3.2，加入NaOH调节PH值至6.2，加入淀粉酶15u/g，然后经过97℃液化处理2.2h；

b. 液化后的原料经固液分离获得清液和固渣，清液加入糖化酶240u/g和干酵母（总发酵重量的0.11%）进行酒精发酵，发酵温度控制在35℃，发酵33h；

c.固渣加水，加入糖化酶210u/g，在62℃下糖化处理2.4h，经固液分离后获得含糖洗料水和废渣，含糖洗料水用于配料或/和用于酒母培养。

5.根据权利要求1～4中任何一项所述的清液发酵生产酒精的方法，其特征在于：所述的淀粉质原料包含木薯、马铃薯、小麦、玉米、高梁中的一种或多种原料混合料。

6.根据权利要求1～4中任何一项所述的清液发酵生产酒精的方法，其特征在于：所述的水包含自来水、蒸馏残液水、糟液水和沼液水中的一种或多种的混合水。

7.根据权利要求1～4中任何一项所述的清液发酵生产酒精的方法，其特征在于：所述的固液分离包含过滤、压滤、离心分离、膜过滤、自然沉降中的任意一种固液分离方法。