CN109182392A - 一种以木薯为主原料的酒精双环形生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以木薯为主原料的酒精双环形生产方法，属于废水处理及酒精发酵工业技术领域。通过将经过固液分离的5‑40％的酒糟清液与其余经过厌氧消化处理以及膜过滤的酒糟清液回用作为酒精发酵的拌料水，进行发酵。本发明方法降低了拌料浓度和料液输送难度，进而降低了液化酶添加量和电耗，膜过滤可完全去除厌氧消化出水中的微生物，从而消除其对酒精发酵酿酒酵母产生的竞争性抑制等作用；利用本发明环形工艺发酵得到的酒精浓度较自来水配料得到的酒精浓度增加15.6‑26.3％，既降低了生产成本，又提高了酒精产量。

Description

一种以木薯为主原料的酒精双环形生产方法

技术领域

本发明涉及一种以木薯为主原料的酒精双环形生产方法，属于废水处理及酒精发酵工业技术领域。

背景技术

酒精是我国发酵工业中最主要的大宗发酵产品之一。2017年，全国规模以上酒精生产企业共有131家，完成总产量830万吨，总产量位居全球第三。2017年9月，国家发展改革委、能源局、财政部等十五部委又联合印发了《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》。方案提出，到2020年，全国范围内将推广使用车用乙醇汽油，基本实现全覆盖。届时，我国燃料乙醇的需求量将达到1300万吨/年，而我国目前的燃料乙醇产量为260万吨/年，所以预计届时将新增燃料乙醇产量1000万吨/年，全国乙醇总产量将达到近2000万吨。

酒精工业快速发展的同时，也面临着非常突出的现实问题，即生产过程需要消耗大量的水资源，同时产生大量的高浓度有机废水(酒糟)。据统计，每生产一吨酒精约消耗15-20吨工艺用水，同时产生相当量的废水(据此计算，2017年，我国酒精生产废水量约为1.2-1.7亿吨)。这些废水直接排放会造成严重的环境污染，而采用现有处理技术处理后达标排放则又会给企业带来巨大的经济负担。因此，如何革新现有的酒精生产和废水处理模式，降低废水处理成本，实现废水综合利用已成为目前酒精工业急需解决的突出问题。目前，工业上酒精生产废水的处理主要采用“厌氧消化-好氧消化-深度处理”的技术路线。该工艺存在设备投资大、占地面积广、运行费用高等明显缺点，而且处理后的废水仍难以达到国家排放标准。所以酒精生产企业仍需将处理后的废水有偿排放至城市污水处理系统，以做进一步的处理，这不仅增加了企业的废水处理成本，而且对于企业说来，也造成了大量水资源的流失(对于处于缺水地区的企业，水资源的缺失则直接限制了酒精的生产)。随着中国环保政策的日益严格及用水成本的不断增加，开发新型的酒精生产废水处理工艺，淘汰现有工艺已是大势所趋。

专利CN101130790公开了发明名称为“以薯类为主原料的酒精双环形生产工艺”，提出将厌氧消化出水回用作酒精发酵的拌料水和部分酒糟回用作为调酸用水，可解决上述酒精废水处理工艺存在的问题。但实践表明该工艺存在以下几个问题：

(1)液化工段料液浓度高，导致液化酶添加量增加，料液输送困难，电耗增加；

(2)酒糟用作糖化过程的调酸用水，其中残存的部分微生物在糖化过程会大量繁殖，不仅造成酒精发酵可发酵性糖减少，还会抑制酵母生长，使发酵生酸严重，酒精产率下降。

(3)厌氧消化反应器的运行方式决定了会有部分污泥等悬浮物随着出水被洗脱出反应器，从而存在于沼液中。而这些污泥是由大量微生物及其代谢物聚集而成。当沼液回用时，其中残留的微生物会在管道、罐体中富集，对酒精发酵过程中的酵母产生竞争性抑制等作用。

发明内容

发明内容的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种新型的以薯类为原料的酒精双环形工艺。按照本发明提供的技术方案，一种以木薯为主原料的酒精双环形生产方法，所述方法为：酒精生产过程中，以厌氧消化出水经膜过滤后的膜滤液和部分酒糟清液混合作为配料水，其中，所述厌氧消化出水为酒精生产中的部分酒糟清液和/或生产过程中其他废水经过厌氧消化得到的，所述酒糟清液为酒精生产中的蒸馏废液经过固液分离得到的。

在本发明的一种实施方式中，所述膜滤液占配料水总体积的10～90％，酒糟清液占配料水总体积的5～40％。

在本发明的一种实施方式中，所述蒸馏废液是指蒸馏工段粗馏塔塔底排放的废液；所述生产过程中其他废水为设备冲洗水、地面冲洗水、机泵冷却水、生活污水、精塔残液或其他工艺废水中的一种或几种，其中，所述精塔残液是指蒸馏工段精馏塔塔底排放的废液。

在本发明的一种实施方式中，所述配料水还包括其他拌料水。

在本发明的一种实施方式中，所述其他拌料水为自来水、清洁地表水、精馏塔余馏水、洗罐水和其他工艺用水中的一种或几种。

在本发明的一种实施方式中，所述膜过滤为微滤、超滤、纳滤或反渗透中的一种或几种。

在本发明的一种实施方式中，所述方法包括以下步骤：

(1)将拌料水与粉碎后的木薯原料混合，加酶液化、加酶糖化，接入酵母种子液进行发酵；发酵结束后，经过蒸馏、精馏过程获得酒精和酒糟；

(2)将酒糟进行固液分离，将部分酒糟清液和其他废水进行厌氧消化处理得到厌氧消化出水；

(3)对厌氧消化出水进行膜过滤，将膜过滤后的厌氧消化出水和剩余的酒糟清液回用作酒精发酵的拌料水，不足时用其他拌料水补足，再按照(1)～(3)的步骤依次循环。

在本发明的一种实施方式中，所述酒精发酵的木薯与拌料水的质量体积比g/mL为1:1.5～1:4。

在本发明的一种实施方式中，所述液化工艺的pH值为5-6，温度为85-105℃，液化时间为80-200分钟，液化酶添加量为8-20U/g原料。

在本发明的一种实施方式中，所述糖化工序pH值为4.2-5.6，温度为58-62℃，糖化时间为5-60分钟，糖化酶添加量为100-200U/g原料。

在本发明的一种实施方式中，所述厌氧消化方式不限。

本发明还提供了所述方法在食品、医药、化工领域的应用。

在本发明的一种实施方式中，所述应用包括制备含酒精的发酵饮品。

在本发明的一种实施方式中，所述应用包括制备含酒精的医药产品。

在本发明的一种实施方式中，所述应用包括制备含酒精的化工产品。

本发明与已有专利技术相比具有以下优点：

(1)将部分酒糟清液回用至拌料工段，降低了拌料浓度和料液输送难度，进而降低了液化酶添加量和电耗。另外，液化过程的高温条件可进一步杀灭酒糟清液中残存的微生物，消除其对酿酒酵母生长和酒精产率的影响；

(2)膜过滤可完全去除厌氧消化出水中的微生物，从而消除其对酒精发酵酿酒酵母产生的竞争性抑制等作用。

(3)利用本发明环形工艺发酵得到的酒精浓度较自来水配料得到的酒精浓度增加1～3％，既降低了生产成本，又提高了酒精产量。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

具体实施方式

下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：

酒精度测定方法：用100mL容量瓶准确量取发酵醪100mL，注入500mL蒸馏烧瓶中，用100mL水分次洗涤容量瓶并注入蒸馏烧瓶中，加热蒸馏，馏出液收集于100mL的容量瓶中，带馏出液接近刻度时，取下，加水至刻度，摇匀。倒入100mL洁净、干燥的量筒中，以酒精计和温度计同时测其酒精度和温度，根据测出的酒精度和温度查换算表，换算为20℃的酒精度(％，v/v)。

实施例1

取木薯粉4000g，加入回用水并补加自来水至12L，加入耐高温α-淀粉酶560μL，搅拌均匀后加热至，95℃并维持120min；降温至60℃，加入糖化酶6mL，搅拌均匀后保温糖化20min。糖化结束后降温至30℃，接入10％(v/v)酵母种子液启动发酵。发酵结束后，经蒸馏、精馏等过程获得酒精、酒糟和精塔残液。离心处理酒糟得到酒糟清液，90％的酒糟清液进入厌氧消化反应器处理，处理过程收集沼气。厌氧消化出水经超滤膜得到膜滤液(超滤膜截留分子量200kDA，膜面流速4.5m/s、温度50℃、产水率30％)，将膜滤液和剩余的10％的酒糟清液与木薯粉混合，拌料不足时用其他拌料水补足，开始下一批次酒精发酵，以此连续循环20批。20批酒精发酵的平均酒精度11.00％(v/v)，比自来水配料的酒精发酵高1.7％。

实施例2

取木薯粉100g，加入回用水并补加自来水至220mL，加入耐高温α-淀粉酶21μL，搅拌均匀后加热至95℃并维持120min；降温至60℃，加入糖化酶180μL，搅拌均匀后保温糖化20min。糖化结束后降温至30℃，接入10％(v/v)酵母种子液启动发酵。发酵结束后，经蒸馏精馏等过程获得酒精、酒糟和精塔残液。离心处理酒糟得到酒糟清液，80％的酒糟清液进入厌氧消化反应器处理，处理过程收集沼气。厌氧消化出水经微滤膜得到膜滤液(微滤膜截留分子量0.1μm，膜面流速5.6m/s、温度35℃、产水率42％)，将膜滤液和剩余的20％的酒糟清液与木薯粉混合，拌料不足时用其他工艺用水补足，开始下一批次酒精发酵，以此连续循环30批。30批酒精发酵的平均酒精度14.83％(v/v)，比自来水配料的酒精发酵高2.0％。

实施例3

取木薯粉300kg，加入回用水并补加自来水至900L，加入耐高温α-淀粉酶42mL，搅拌均匀后加热至95℃并维持120min；降温至58℃，加入糖化酶450mL，搅拌均匀后保温糖化20min。糖化结束后降温至30℃，接入10％(v/v)酵母种子液启动发酵。发酵结束后，经蒸馏精馏等过程获得酒精、酒糟和精塔残液。离心处理酒糟得到酒糟清液，70％的酒糟清液进入厌氧消化反应器处理，处理过程收集沼气。厌氧消化出水经超滤膜得到膜滤液(超滤膜截留分子量300kDA，膜面流速4.0m/s、温度50℃、产水率35％)，将膜滤液和剩余的30％的酒糟清液与木薯粉混合，拌料不足时用其他工艺用水补足，开始下一批次酒精发酵，以此连续循环22批。22批酒精发酵的平均酒精度11.04％(v/v)，比自来水配料的酒精发酵高2.3％。

对比例1

50％的酒糟清液进入厌氧消化反应器处理，处理过程收集沼气。厌氧消化出水经超滤膜得到膜滤液，将膜滤液和剩余的50％的酒糟清液与木薯粉混合，其余步骤和条件与实施例1相同，循环发酵10批。10批酒精发酵的平均酒精度10.72％(v/v)，比自来水配料的酒精发酵低0.9％。

对比例2

厌氧消化出水未经膜过滤，其余步骤和条件与实施例3相同，循环发酵22批，发酵的酒精浓度为10.80％(v/v)，比自来水配料的酒精发酵低0.7％。

对比例3酒糟清液全部回用

将酒糟清液全部回用做拌料水(不经过厌氧消化过程)，不足时用其他工艺用水补足，其余步骤和条件与实施例3相同，循环发酵17批，发酵的酒精浓度为10.69％(v/v)，比自来水配料的酒精发酵低1.1％。

对比例4酒糟清液全部进行厌氧消化处理

将酒糟清液全部进行厌氧消化处理和膜过滤，得到的膜滤液与木薯粉混合，不足时用其他工艺用水补足，其余步骤和条件与实施例3相同，循环发酵30批，发酵的酒精浓度为11％(v/v)，与自来水配料的酒精发酵相当，但是硫酸使用量显著增加，并且厌氧消化过程产生的沼气中含有较高浓度的硫化氢。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种以木薯为主原料的酒精双环形生产方法，其特征在于，所述方法为：酒精生产过程中，以厌氧消化出水经膜过滤后的膜滤液和部分酒糟清液混合作为配料水，其中，所述厌氧消化出水为酒精生产中的部分酒糟清液和/或生产过程中其他废水经过厌氧消化得到的，所述酒糟清液为酒精生产中的蒸馏废液经过固液分离得到的。

2.根据权利要求1所述的一种以木薯为主原料的酒精双环形生产方法，其特征在于，所述膜滤液占配料水总体积的10～90％，酒糟清液占配料水总体积的5～40％。

3.根据权利要求1或2所述的一种以木薯为主原料的酒精双环形生产方法，其特征在于，所述蒸馏废液是指蒸馏工段粗馏塔塔底排放的废液；所述生产过程中其他废水为设备冲洗水、地面冲洗水、机泵冷却水、生活污水、精塔残液或其他工艺废水中的一种或几种，其中，所述精塔残液是指蒸馏工段精馏塔塔底排放的废液。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种以木薯为主原料的酒精双环形生产方法，其特征在于，所述配料水还包括其他拌料水，其中，其他拌料水为自来水、清洁地表水、精馏塔余馏水、洗罐水和其他工艺用水中的一种或几种。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种以木薯为主原料的酒精双环形生产方法，其特征在于，所述膜过滤为微滤、超滤、纳滤或反渗透中的一种或几种。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种以木薯为主原料的酒精双环形生产方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将拌料水与粉碎后的木薯原料混合，加酶液化、加酶糖化，接入酵母种子液进行发酵；发酵结束后，经过蒸馏、精馏过程获得酒精和酒糟；

(2)将酒糟进行固液分离，将部分酒糟清液和其他废水进行厌氧消化处理得到厌氧消化出水；

(3)对厌氧消化出水进行膜过滤，将膜过滤后的厌氧消化出水和剩余的酒糟清液回用作酒精发酵的拌料水，不足时用其他拌料水补足，再按照(1)～(3)的步骤依次循环。

7.根据权利要求6所述的一种以木薯为主原料的酒精双环形生产方法，其特征在于，所述酒精发酵的木薯与拌料水的质量体积比g/mL为1:1.5～1:4。

8.根据权利要求6或7所述一种以木薯为主原料的酒精双环形生产方法，其特征在于，所述液化工艺的pH值为5-6，温度为85-105℃，液化时间为80-200分钟，液化酶添加量为8-20U/g原料。

9.根据权利要求6-8任一所述一种以木薯为主原料的酒精双环形生产方法，其特征在于，所述糖化工序pH值为4.2-5.6，温度为58-62℃，糖化时间为5-60分钟，糖化酶添加量为100-200U/g原料。

10.权利要求1-9任一所述的一种以木薯为主原料的酒精双环形生产方法在食品、医药、化工领域的应用。