CN103773811B - 一种玉米低温预处理方式生产燃料乙醇的方法 - Google Patents

一种玉米低温预处理方式生产燃料乙醇的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种玉米低温预处理方式生产燃料乙醇的新方法。其步骤：玉米粉碎后粒度达100%过40目筛，与水和清液配制成33质量%干物浓度的粉浆，酸性蛋白酶15-20酶活力单位/g干基和液化酶30-40酶活力单位/g干基，抑菌剂3ppm，调至pH4.5，在60-65℃下搅拌0.5-1h，制成预处理醪液，将预处理醪液迅速降温至30-35℃，加入0.2质量%酵母，复合糖化酶400-500酶活力单位/g干基，营养盐，发酵75-85h。本发明较传统高温蒸煮工艺节约35%左右的蒸汽用量，成熟醪乙醇含量高，淀粉出酒率高。

Description

一种玉米低温预处理方式生产燃料乙醇的方法
技术领域
本发明涉及一种玉米低温预处理方式生产燃料乙醇的方法。
背景技术
近年来，随着世界性的能源危机日益严重，人们在设法寻找新的能源代替石油，而乙醇是最佳选择之一。乙醇是一种具有较高辛烷值的含氧化合物，向汽油中添加5%~10%无水乙醇，其辛烷值可提高2～3，发动机不需任何改动，不会减少发动机动力，而且还有助于汽油的充分燃烧，降低汽车尾气中一氧化碳、碳氢化合物及硫的排放，有利于环境保护。
乙醇是以淀粉质为原料发酵制得的可再生能源，已经在能源领域脱颖而出，并越来越显示出广阔和深远的发展前景。与此同时，随着乙醇市场的供求矛盾以及市场竞争的日益激烈，人们也认识到减少乙醇工业生产能耗及环境污染的问题，是乙醇生产企业生存和发展的重点工作。
传统的乙醇生产工艺的能耗很高，尤其是其高压蒸煮工段的能耗、气耗占整个生产工序能量投入的35%左右，并且由此而产生的生产冷却用水量猛增也使乙醇的生产成本增加，并且工序复杂，生产线操作人员劳动强度大。因此，如果以低温预处理方式生产燃料乙醇可行的话，具有很高的推广和应用价值。
发明内容
较传统高温蒸煮工艺而言，本发明采用玉米低温处理方式生产乙醇工艺，取消了蒸煮工段和冷却糖化工段，并且预处理一部分拌料液为清液（所述清液为废醪经离心后的液相，温度80-85℃，干物质质量浓度3-6%；所述废醪为发酵成熟醪经蒸馏后排出的废液），从而大幅度降低蒸汽和水的消耗及减少设备的使用，进一步简化工艺，使劳动强度大幅下降，降低生产成本，并且应用本发明技术方案，发酵后成熟醪乙醇含量高，淀粉出酒率高。
本发明提供一种玉米低温预处理方式生产燃料乙醇的方法，其技术方案包括以下步骤：
步骤一：将玉米原料粉碎成粉，玉米粉碎后的粒度为100%过40目筛；
步骤二：将粉碎后的玉米粉用水配制成粉浆；
步骤三：将上述粉浆加入酸性蛋白酶，淀粉酶，抑菌剂，调至pH4.5，将所述粉浆低温搅拌，制成预处理醪液；
步骤四：将上述预处理醪液迅速降温，加入复合糖化酶，酵母，营养盐，进行发酵。
优选地，步骤二中，将粉碎后的玉米粉用水和清液配制成粉浆，所述清液为废醪经离心后的液相，所述清液的温度为80-85℃，所述清液中干物质质量浓度为3-6%。
优选地，步骤三中，酸性蛋白酶的加入量为15-20酶活力单位/g干玉米粉。
优选地，步骤三中，淀粉酶的加入量为30-40酶活力单位/g干玉米粉。
优选地，步骤三中，所述抑菌剂为青霉素，加入量为3ppm。
优选地，步骤三中，低温搅拌温度为60-65℃，时间为0.5-1h；步骤四中，将预处理醪液迅速降温至30-35℃。
优选地，步骤四中，酵母的加入量为预处理醪液加入复合糖化酶，酵母，营养盐后所得总体系的0.2质量%。
优选地，步骤四中，复合糖化酶的加入量为400-500酶活力单位/g干玉米粉。
优选地，步骤四中，发酵时间为75-85h。
优选地，本发明方法包括以下步骤：
步骤一：将玉米原料粉碎成粉，玉米粉碎后的粒度为100%过40目筛；
步骤二：接着与水和清液配制成33质量%干物浓度的粉浆；
步骤三：将上述粉浆中加入酸性蛋白酶15-20酶活力单位/g干玉米粉和淀粉酶30-40酶活力单位/g干玉米粉，抑菌剂3ppm，接着调节至pH4.5，在60-65℃下搅拌0.5-1h，制成预处理醪液；
步骤四：将上述预处理醪液迅速降温至30-35℃，加入占该体系0.2质量%酵母，复合糖化酶400-500单位/g干玉米粉，加入占该体系2ppm的硫酸镁，2ppm的硫酸锌，300ppm的尿素，20ppm的磷酸二氢铵，发酵75-85h，其中，该体系是预处理醪液加入酵母、复合糖化酶、硫酸镁、硫酸锌、尿素、和磷酸二氢铵后所得总体系。
在本发明的技术方案中，进行33质量%干物的全玉米粉低温预处理，使用酸性蛋白酶和淀粉酶进行预处理，并采用SSF方法（边糖化边发酵法）发酵75-85小时后，HPLC检测成熟醪乙醇含量可达到18.7%（体积比），乙醇/甘油值为17.7（预处理pH4.1），淀粉出酒率为56.98%（质量比），大大提高了原料利用率，并且有效减少发酵过程中副产物的含量以及实现生产上的节能减排，达到国内玉米发酵生产乙醇的领先水平，具有很高的推广和应用价值。
本发明的优点：
本发明采用的预处理方式温度低，时间短，干物浓度高，并且成熟醪乙醇浓度高，精馏工段蒸汽用量也有所降低，大大降低水、电、气的用量；
在预处理过程中使用清液回配，使拌料受热更均匀，不会造成局部过热，并且能不用蒸汽为预处理过程提供热源；并且预处理一部分拌料液为清液，从而大幅度降低蒸汽和水的消耗及减少设备的使用，进一步简化工艺，使劳动强度大幅下降，降低生产成本；
在低温预处理过程中加入酸性蛋白酶，在其水解作用下生成大量的氨基酸，提供丰富的氮源，促进酵母菌的生长于繁殖，增加发酵时酵母菌的浓度，提高发酵速率，从而缩短发酵周期和提高发酵设备的生产能力；另一方面，酸性蛋白酶可以降低液化醪的粘度，进而降低能耗和设备损耗；同时，由于蛋白质的分解，蒸馏时产生的泡沫减少，使蒸馏变得容易操作；此外，添加酸性蛋白酶可以破坏原料颗粒间质细胞壁的结构，有利于糖化酶的作用，使原料中可利用的碳源增加，从而提高原料的出酒率；
发酵工段采用复合糖化酶和SSF（边糖化边发酵）工艺，使劳动强度大幅下降，降低生产成本，并且采用SSF工艺，使发酵醪中还原糖始终处于低水平，不利于杂菌繁殖；
在本发明技术方案中，在发酵工段一次性添加酵母和复合糖化酶，不用反复流加，降低工艺操作复杂程度，从而增加生产效率；
总之，应用本发明的技术方案可以从整体上，降低发酵玉米生产燃料乙醇的能耗、增加生产效率、降低成本、提高淀粉利用率、提高淀粉出酒率等。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明中，ppm是以质量为基准。
本发明中，营养盐是本领域常用的营养盐，例如含有硫酸镁、硫酸锌、尿素和磷酸二氢铵。
在本发明的技术方案中，所使用的酸性蛋白酶、淀粉酶、复合糖化酶、抑菌剂、青霉素等均为本技术领域常用的酶、试剂和酵母，还可以更具体地选择应用，选购自杰能科、诺维信等公司的酸性蛋白酶、淀粉酶、复合糖化酶，所述酵母可以选用安琪超级酿酒高活性干酵母。
下述实施例中的酸性蛋白酶、淀粉酶、复合糖化酶购自诺维信公司。
实施例1：将玉米原料粉碎成粉，玉米粉碎后的粒度为100%过40目筛；与水和清液配制成33质量%干物浓度的粉浆；接着加入青霉素3ppm，酸性蛋白酶17酶活力单位/g干玉米粉，淀粉酶34酶活力单位/g干玉米粉，调节pH至4.5后，在63℃下，搅拌45min，制成预处理醪液；然后将其迅速降温至32.5℃，相对于总体系，加入硫酸镁2ppm，硫酸锌2ppm，尿素300ppm，磷酸二氢铵20ppm，酵母0.2%（占总体系的质量比），复合糖化酶450酶活力单位/g干玉米粉，发酵78h。发酵后用HPLC检测成熟醪酒份可达18.7%，淀粉出酒率可达56.98%。
实施例2：将玉米原料粉碎成粉，玉米粉碎后的粒度为100%过40目筛；与水和清液配制成33质量%干物浓度的粉浆；接着加入青霉素3ppm，酸性蛋白酶15酶活力单位/g干玉米粉，淀粉酶30酶活力单位/g干玉米粉，调节pH至4.5后，在60℃下，搅拌30min，制成预处理醪液；然后将其迅速降温至30℃，相对于总体系，加入硫酸镁2ppm，硫酸锌2ppm，尿素300ppm，磷酸二氢铵20ppm，酵母0.2%（占总体系的质量比），复合糖化酶400酶活力单位/g干玉米粉，发酵75h。发酵后用HPLC检测成熟醪酒份可达18.6%，淀粉出酒率可达56.95%。
实施例3：将玉米原料粉碎成粉，玉米粉碎后的粒度为100%过40目筛；与水和清液配制成33质量%干物浓度的粉浆，接着加入青霉素3ppm，酸性蛋白酶20酶活力单位/g干玉米粉，淀粉酶40酶活力单位/g干玉米粉，调节pH至4.5后，在65℃下，搅拌60min，制成预处理醪液；然后将其迅速降温至35℃，相对于总体系，加入硫酸镁2ppm，硫酸锌2ppm，尿素300ppm，磷酸二氢铵20ppm，酵母0.2%（占总体系的质量比），复合糖化酶500酶活力单位/g干玉米粉，发酵85h。发酵后用HPLC检测成熟醪酒份可达18.6%，淀粉出酒率可达56.95%。
上述实施例为本发明较好的实施方式，但本发明的实施方式并不接受上诉实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下的所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种玉米低温预处理方式生产燃料乙醇的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将玉米原料粉碎成粉，玉米粉碎后的粒度为100％过40目筛；
步骤二：将粉碎后的玉米粉用水配制成粉浆；
步骤三：将上述粉浆加入酸性蛋白酶，淀粉酶，抑菌剂，调至pH4.5，将所述粉浆低温搅拌，制成预处理醪液；
步骤四：将上述预处理醪液迅速降温，加入复合糖化酶，酵母，营养盐，进行发酵；
其中，步骤二中，将粉碎后的玉米粉用水和清液配制成粉浆，所述清液为废醪经离心后的液相，所述清液的温度为80-85℃，所述清液中干物质质量浓度为3-6％，
其中，步骤三中，低温搅拌温度为60-65℃，时间为0.5-1h；步骤四中，将预处理醪液迅速降温至30-35℃。
2.根据权利要求1所述方法，其中，步骤三中，酸性蛋白酶的加入量为15-20酶活力单位/g干玉米粉。
3.根据权利要求1所述方法，其中，步骤三中，淀粉酶的加入量为30-40酶活力单位/g干玉米粉。
4.根据权利要求1所述方法，其中，步骤三中，所述抑菌剂为青霉素，加入量为3ppm。
5.根据权利要求1所述方法，其中，步骤四中，酵母的加入量为预处理醪液加入复合糖化酶，酵母，营养盐后所得总体系的0.2质量％。
6.根据权利要求1所述方法，其中，步骤四中，复合糖化酶的加入量为400-500酶活力单位/g干玉米粉。
7.根据权利要求1所述方法，其中，步骤四中，发酵时间为75-85h。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的方法，其中，包括以下步骤：
步骤一：将玉米原料粉碎成粉，玉米粉碎后的粒度为100％过40目筛；
步骤二：接着与水和清液配制成33质量％干物浓度的粉浆；
步骤三：将上述粉浆中加入酸性蛋白酶15-20酶活力单位/g干玉米粉和淀粉酶30-40酶活力单位/g干玉米粉，抑菌剂3ppm，接着调节至pH4.5，在60-65℃下搅拌0.5-1h，制成预处理醪液；
步骤四：将上述预处理醪液迅速降温至30-35℃，加入占该体系0.2质量％酵母，复合糖化酶400-500单位/g干玉米粉，加入占该体系2ppm的硫酸镁，2ppm的硫酸锌，300ppm的尿素，20ppm的磷酸二氢铵，发酵75-85h，其中，该体系是预处理醪液加入酵母、复合糖化酶、硫酸镁、硫酸锌、尿素、和磷酸二氢铵后所得总体系。
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