CN110468161A - 玉米和水稻在小麦乙醇发酵过程中的应用以及利用混合原料进行生料发酵生产乙醇的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发酵制乙醇领域，具体涉及玉米和水稻在小麦乙醇发酵过程中的应用以及一种利用混合原料进行生料发酵生产乙醇的方法。该方法包括：将含有小麦粉碎产物、玉米粉碎产物和水稻粉碎产物的混合原料与配料水混合进行调浆，得到粉浆；向所述粉浆中添加液化酶，对所述粉浆进行液化，得到液化醪；向所述液化醪中加入糖化酶和营养素并接种酵母菌以进行发酵，得到含有乙醇的发酵液；其中，所述调浆和液化的温度低于小麦、玉米和水稻中任意一种的淀粉糊化温度。本发明的方法通过将玉米、水稻和小麦共同进行生料发酵，能够降低料液的黏度，减少液化和发酵过程的泡沫量，改善小麦乙醇蒸馏后的废醪液的固液分离特性和副产品DDGS的色泽。

Description

玉米和水稻在小麦乙醇发酵过程中的应用以及利用混合原料 进行生料发酵生产乙醇的方法

技术领域

本发明涉及发酵制乙醇领域，具体涉及玉米和水稻在小麦乙醇发酵过程中的应用以及一种利用混合原料进行生料发酵生产乙醇的方法。

背景技术

生物燃料乙醇是以可再生的生物质为原料制成可作为燃料使用的乙醇，以其为代表的生物能源是关乎农业、能源、环境和区域经济的国家战略性新兴产业。近些年，我国生物燃料乙醇产业的发展也面临着新的发展形势。一方面，随着玉米价格的上升，乙醇生产成本也不断上涨，以玉米为原料生产乙醇的成本优势越来越小；另一方面，为了应对各种可能出现的粮食安全风险，我国仍需积极做好粮食储备工作，由此每年都会形成大量的陈化粮，包括陈化水稻、小麦、玉米等，它们将成为燃料乙醇生产的重要原料来源。为了应对新的原料结构，通过技术创新，实现降本增效，是我国生物燃料乙醇行业不断发展壮大、有效应市场冲击的最重要的途径之一。

乙醇生料发酵是指在低于淀粉糊化的温度下，用生料淀粉水解酶与酵母共同作用于淀粉质原料而生产乙醇的方法。与传统蒸煮法乙醇生产工艺相比，生料发酵过程省去了高温蒸煮的过程，降低了能耗，减少了淀粉在高温蒸煮过程中所造成的损失(形成淀粉脂肪复合体、美拉德反应、淀粉回生等)，因此可以提高淀粉乙醇转化率。以玉米发酵制乙醇为例，生产经验表明，与传统蒸煮法乙醇生产工艺相比，综合能耗下降8-15％，乙醇得率提高12-18kg/吨玉米。另外，生料发酵工艺简单，可有效的降低生产成本和劳动强度。因此，乙醇生料发酵技术具有很高的推广和应用价值。

与玉米原料乙醇生产相比，小麦乙醇生产存在液化和发酵时泡沫多、料液黏度大泵送困难，从而导致高温喷射液化易堵塞，此外，副产品DDGS颜色深等问题，另外，虽然生料发酵技术工艺简单、能耗低、产品得率高，但是，生料发酵要求淀粉质原料的粉碎颗粒度比传统蒸煮工艺更细，会导致增加一些用电量和乙醇蒸馏后的废醪液的固液分离困难，增加了生产成本。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述问题，提供玉米和水稻在小麦乙醇发酵过程中的应用以及一种利用混合原料进行生料发酵生产乙醇的方法，本发明的方法通过将玉米、水稻和小麦共同进行生料发酵，能够降低料液的黏度，减少液化和发酵过程的泡沫量，改善小麦乙醇蒸馏后的废醪液的固液分离特性和副产品DDGS的色泽。

为了实现上述目的，本发明一方面提供玉米和水稻在小麦乙醇发酵过程中的应用，其中，所述应用包括以下至少一个方面：

1)降低小麦粉浆和小麦液化醪的黏度；

2)减少小麦粉浆液化和乙醇发酵过程中产生的泡沫量；

3)改善小麦乙醇蒸馏后的废醪液的固液分离特性；

4)改善小麦乙醇发酵的副产品DDGS的色泽。

本发明第二方面提供一种利用混合原料进行生料发酵生产乙醇的方法，该方法包括：

(1)将含有小麦粉碎产物、玉米粉碎产物和水稻粉碎产物的混合原料与配料水混合进行调浆，得到粉浆；

(2)向所述粉浆中添加液化酶，对所述粉浆进行液化，得到液化醪；

(3)向所述液化醪中加入糖化酶并接种酵母菌以进行发酵，得到含有乙醇的发酵液；

其中，所述调浆和液化的温度低于小麦、玉米和水稻中任意一种的淀粉糊化温度。

本发明的技术方案可以取得如下的技术效果：

1、通过采用本发明的混合原料，增加发酵原料的营养物质，促进了生料发酵；同时，还可以缓解小麦原料液化和发酵过程中容易产生泡沫的问题。

2、通过采用本发明的混合原料，降低了料液(例如，粉浆、液化醪等)的黏度，从而避免了由于料液黏度高而造成设备堵塞的问题。

3、优选情况下，辅助添加酸性蛋白酶，增加了有机氮源，有利于酵母生长和发酵，减少了氮源的添加。

4、通过采用本发明的混合原料，增加了原料的流动性，一定程度上改善了生料发酵的细颗粒原料在废醪液固液分离中分离效果，降低清液中的干物质含量。

5、通过采用本发明的生料发酵工艺，减少了传统高温液化过程中淀粉等营养成分的损失，增加了淀粉出酒率。

6、通过采用本发明的混合原料，相比于单独使用小麦和水稻改善了副产品DDGS的色泽。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

第一方面，本发明提供了玉米和水稻在小麦乙醇发酵过程中的应用，其中，所述应用包括以下至少一个方面：

1)降低小麦粉浆和小麦液化醪的黏度；

2)减少小麦粉浆液化和乙醇发酵过程中产生的泡沫量；

3)改善小麦乙醇蒸馏后的废醪液的固液分离特性；

4)改善小麦乙醇发酵的副产品DDGS的色泽。

本发明的发明人在研究的过程中，将玉米和水稻与小麦作为混合原料，进行发酵制备乙醇，能够降低调浆以及液化过程中料液的黏度，同时还发现，发酵过程中相比于单独小麦发酵时易产生泡沫，该混合原料的发酵能够有效地抑制泡沫的形成，此外，还发现，对该混合原料的乙醇发酵液蒸馏出乙醇后得到的废醪液进行固液分离时，相比于单一原料，分离更加顺畅，所得清液中固含量更低，此外，副产品DDGS的色泽更好。发明人推测其中的原因可能是：原有料液黏度大可能是由于原料中非淀粉类多糖含量较高，而混合原料可能通过不同原料中组分的相互作用而分解了非淀粉类多糖，或者是其他方面的复杂作用而降低了黏度；原料中的水稻尤其是带壳水稻由于粗纤维含量高，起到“架桥”作用，能够增加混合原料的流动性，从而能够改善发酵的细颗粒原料在废醪液固液分离中的分离效果；此外，玉米可能充当了小麦原料发酵时的消泡剂，缓解了小麦原料液化和发酵过程中容易产生泡沫的问题。进一步的，本发明特定的原料组合，可能缓解了美拉德反应导致的DDGS颜色变深等问题。

根据本发明，所述乙醇发酵为生料发酵。本领域技术人员公知，在淀粉质原料生料发酵过程中，其对淀粉质原料粉碎产物的粒径要求更细，以增加酶与物料的接触机会，提高水解效率，但也会增加后续废醪液的固液分离难度，而由如上的分析可知，采用本发明的混合原料发酵，能够增加混合原料的流动性，从而能够改善发酵的细颗粒原料在废醪液固液分离中的分离效果因此，本发明更适合于生料发酵制备乙醇。

第二方面，本发明提供了一种利用混合原料进行生料发酵生产乙醇的方法，该方法包括：

(1)将含有小麦粉碎产物、玉米粉碎产物和水稻粉碎产物的混合原料与配料水混合进行调浆，得到粉浆；

(2)向所述粉浆中添加液化酶，对所述粉浆进行液化，得到液化醪；

(3)向所述液化醪中加入糖化酶并接种酵母菌以进行发酵，得到含有乙醇的发酵液；

其中，所述调浆和液化的温度低于小麦、玉米和水稻中任意一种的淀粉糊化温度。

步骤(1)

尽管只要将小麦、玉米和水稻联合发酵即可达到上述目的，而对于各原料的用量可以在较宽的范围内进行改变。优选的，相对于100重量份的小麦粉碎产物，玉米粉碎产物的含量为200-1000重量份，优选为330-700重量份；水稻粉碎产物的含量为50-500重量份，优选为130-250重量份。

其中，对于粉碎小麦、玉米和水稻以得到相应的粉碎产物的方式没有特别的限定，可以为本领域常用的各种粉碎处理的方式，为了提高后续处理的效果，优选情况下，粉碎处理的方式包括将除杂处理得到的物料进行粉碎并过20目筛，优选使得至少75％，进一步优选至少85％，再进一步优选至少95％的粉碎产物(小麦、玉米、水稻)能够通过20目筛。

其中，对于除杂处理的方式没有特别的限定，可以为本领域常用的各种除杂处理的方式，例如可以包括将各原料除去石块、铁块、编织物等杂质。根据本发明一种具体的实施方式，将各原料进行过筛，筛网的孔径使得带有杂质的小粒径原料筛下，而大粒径的原料留在筛上。然后将筛下物除杂后与筛上物混合，并将所得混合物料作为除杂处理得到的物料进行粉碎。

根据本发明，本发明对于如何得到所述混合原料的方式没有特别的限定，可以将小麦、玉米和水稻分别进行粉碎后再进行混合得到所述混合原料，或者可以将小麦、玉米和水稻混合后再进行粉碎，从而得到所述混合原料。

根据本发明，所述调浆的方式包括：将所述混合原料用配料水配制为淀粉浆液，也即，粉浆。本发明中，所述粉浆中固形物的含量可以为常规的生料发酵所需的粉浆固含量，例如，所述粉浆的固含量为25-40重量％，优选为26-36重量％，更优选为28-33重量％，进一步优选为30-33重量％。

根据本发明，优选的，所述粉浆的温度为50-67℃，进一步优选为55-65℃，更进一步优选为57-63℃，例如，可以为57℃、58℃、59℃、60℃、61℃、62℃、63℃以及任意两点组成的范围内的任意值。

根据本发明，优选的，所述混合原料还可以含有其他的发酵制乙醇领域常规使用的淀粉质原料，例如，木薯和/或高粱。其中，其他淀粉质原料的含量可以在较宽的范围内进行改变，优选的，相对于100重量份的小麦粉碎产物，所述木薯的含量不超过100重量份，所述高粱的含量不超过50重量份。

根据本发明，为了进一步降低液化过程中料液的黏度，液化和发酵过程中泡沫量以及乙醇蒸馏后的废醪液的固液分离特性，所述水稻优选为带壳的水稻。

根据本发明，能够理解的是，术语“小麦”、“玉米”、“水稻”、“木薯”和“高粱”并非指其整株植物本身，而是指其淀粉含量较多的部分或器官，也即，小麦种子、玉米种子、水稻种子，木薯块茎、高粱种子，他们带皮或不带皮。

步骤(2)

根据本发明，所述液化为生料液化，也即，在低于所用淀粉质原料淀粉糊化点的温度下进行液化，因此，所用淀粉酶为本领域公知的各种生料淀粉酶，例如，可以为真菌淀粉酶，优选为酸性真菌淀粉酶，该生料淀粉酶可以通过商购获得，例如，可以为购自杜邦公司货号为GC626的酸性真菌淀粉酶。

根据本发明，所述生料淀粉酶的用量可以在较宽的范围内进行改变，优选的，相对于每克以干重计的所述粉浆，所述生料淀粉酶的用量为2-200U，进一步优选为4-50U，例如，4U、5U、6U、7U、8U、9U、10U、15U、20U、25U、30U、35U、40U、45U、50U以及任意两点组成的范围内的任意值。

根据本发明，为了进一步降低液化过程中料液的黏度，液化和发酵过程中泡沫量以及乙醇蒸馏后的废醪液的固液分离特性，优选的，所述液化酶还含有酸性蛋白酶、木聚糖酶和果胶酶。本发明的发明人在研究的过程中发现，酸性蛋白酶的加入不仅提高了如上的效果，更为有益的是，还减少了发酵过程中氮源的添加。同时本发明的发明人还发现，戊聚糖是造成料液粘稠的重要因素，因此，液化过程中，木聚糖酶的加入能够进一步有效降低料液的黏度。

根据本发明，所述酸性蛋白酶可以为本领域常规的各种酸性蛋白酶，用量可以在宽的范围内进行选择，优选的，相对于每克以干重计的所述粉浆，所述酸性蛋白酶的用量为2-100U，进一步优选为10-50U，例如，10U、15U、20U、25U、30U、35U、40U、45U、50U以及任意两点组成的范围内的任意值。其可以通过商购获得，例如，可以为购自杜邦公司货号Fermgen2.5的酸性蛋白酶。

根据本发明，所述木聚糖酶可以为本领域常规的各种木聚糖酶，用量可以在宽的范围内进行选择，优选的，相对于每克以干重计的所述粉浆，所述木聚糖酶的用量为0.1-10U，进一步优选为0.2-2U，例如，0.2U、0.3U、0.4U、0.5U、0.6U、0.7U、0.8U、0.9U、1U、1.2U、1.3U、1.4U、1.5U、1.6U、1.7U、1.8U、1.9U、2U以及任意两点组成的范围内的任意值。其可以通过商购获得，例如，可以为购自杜邦公司货号为OPTIMASH BG的木聚糖酶。

根据本发明，所述果胶酶可以为本领域常规的各种果胶酶，用量可以在款的范围内进行选择，优选的，相对于每克以干重计的所述粉浆，所述果胶酶的用量为0.1-2U，进一步优选为0.2-1U，例如，0.2U、0.4U、0.6U、0.8U、1U以及任意两点组成的范围内的任意值。其可以通过商购获得，例如，可以为购自购自山东隆大生物工程有限公司的酸性果胶酶(30000U/ml活力规格)。

根据本发明，如上的液化酶可以单独的添加到所述粉浆中，其添加顺序没有限制，也可以将各酶按照预定量混合在一起后添加到所述粉浆中。

根据本发明，所述液化的温度没有特别的限制，只要低于所用淀粉质原料的糊化点即可，优选的，所述液化的温度为50-67℃，进一步优选为55-65℃，更进一步优选为57-63℃，例如，可以为57℃、58℃、59℃、60℃、61℃、62℃、63℃以及任意两点组成的范围内的任意值。

根据本发明，所述液化的pH值可以为生料发酵过程中常规采用的pH值，优选的，pH值为4.6-5.8，更优选为4.8-5.5，例如，4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5以及任意两点组成的范围内的任意值。

根据本发明，优选的，所述液化的时间为0.5-3小时，更优选为1.5-2.5小时。

根据本发明，为了进一步降低液化料液的黏度，促进发酵的性能，优选的，该方法还包括向所述粉浆中添加抑菌剂，其中，所述抑菌剂没有特别的限定，可以为本领域常用的各种抑菌剂，优选情况下，所述抑菌剂为维吉尼亚霉素、安菌素和漂白粉中的一种或多种，进一步优选为安菌素。

其中，所述抑菌剂在浆液中的用量可以在较宽的范围内进行变化，优选的，所述抑菌剂的添加量使得其在粉浆中的浓度为2.5-20ppm。

根据本发明，液化结束后，本发明的方法还包括将所得液化醪的温度降低为28-37℃，以便于后续的糖化和发酵的同步进行。

步骤(3)

本发明的生料发酵可以在加入糖化酶后维持一段时间以对液化醪进行糖化，也可以糖化酶和酵母同时加入采用边糖化边发酵的方法，其中，所述糖化酶的用量没有特别的限制，可以为本领域常用的用量。优选的情况下，相对于每克以干重计的所述液化醪，所述糖化酶的用量为50-5000U，进一步优选为200-1500U，例如，200U、300U、400U、500U、600U、700U、800U、900U、1000U、1100U、1200U、1300U、1400U、1500U以及任意两点组成的范围内的任意值。

所述糖化酶又称葡萄糖苷酶，此酶作用于淀粉分子的非还原性末端，以葡萄糖为单位，依次作用于淀粉分子中的α-1,4-糖苷键，生成葡萄糖。它也水解麦芽糖和支链淀粉分支点的α-1,6-糖苷键，得到葡萄糖。此酶产生菌主要是黑曲霉(左美曲霉、泡盛曲霉)、根霉(雪白根酶、德氏根霉)、拟内孢霉和红曲霉等。根据本发明一种具体的实施方式，所述糖化酶的编码基因来自于黑曲霉，其可以通过商购获得，例如可以为购于杜邦公司公司的货号为Stargen002的糖化酶。

根据本发明，为了进一步提高发酵性能，减少发酵过程中氮源的添加，优选的，本发明的方法还包括向所述液化醪中加入酸性蛋白酶。

根据本发明，所述酸性蛋白酶可以为本领域常规的各种酸性蛋白酶，用量可以在宽的范围内进行选择，优选的，相对于每克以干重计的所述粉浆，所述酸性蛋白酶的用量为2-100U，进一步优选为10-50U，例如，10U、15U、20U、25U、30U、35U、40U、45U、50U以及任意两点组成的范围内的任意值。其可以通过商购获得，例如，可以为购自杜邦公司货号Fermgen2.5的酸性蛋白酶。

根据本发明，为了进一步促进发酵的性能，优选的，该方法还包括向所述液化醪中添加抑菌剂，其中，所述抑菌剂没有特别的限定，可以为本领域常用的各种抑菌剂，优选情况下，所述抑菌剂为维吉尼亚霉素、安菌素和漂白粉中的一种或多种，进一步优选为安菌素。

其中，所述抑菌剂在液化醪中的用量可以在较宽的范围内进行变化，优选的，所述抑菌剂的添加量使得其在液化醪中的浓度为2.5-20ppm。

根据本发明，为了进一步提高发酵性能，优选的，本发明的方法还包括向所述液化醪中加入营养素，其中，所述营养素包括氨水、尿素、硫酸锌、硫酸镁等。

其中，所述营养素在液化醪中的用量可以在较宽的范围内进行变化，优选的，所述氨水、尿素、硫酸锌、硫酸镁的添加量使得其在液化醪中的浓度分别为6-24mmol/L、0.8-10mmol/L、0.2-2mmol/L、2-20mmol/L。

根据本发明，所述发酵的步骤可以通过本领域技术人员公知的方法完成，包括间歇发酵和连续发酵。其中，能够发酵单糖如葡萄糖和/或果糖、寡糖如蔗糖和/或半乳糖的微生物都可以用于本发明的发酵过程，由于酿酒酵母是酿酒工业上普遍应用的耐酒精、副产物少、乙醇产率高的发酵己糖的微生物，因此优选所述发酵所使用的酵母为酿酒酵母。

本发明发酵所使用的酵母可以为商购酵母固体制剂(比如干酵母粉)或酵母菌种，安琪超级酿酒高活性干酵母(购自湖北安琪酵母股份公司)、法尔凯耐高温高活性酒用干酵母、乐斯福干酵母等。

所述酵母可以采用常规的方法接种，优选的，相对于100毫升的所述液化醪，所述酵母菌种子液的接种量为0.02-0.15重量份，其中，所述酵母菌种子液中酵母菌的密度可以为(2.0-3.0)×10⁸个/ml。其中，所述酵母菌可以以种子液的形式加入，所述种子液可以为干酵母的水溶液或在培养液中扩培后的扩培液，也可以为干酵母或商购菌种的活化种子液。其中，所述酵母菌的计数可以通过取一定量的种子液，适当的稀释后，进行显微镜计数实现。

所述发酵的温度可以为任何适于酵母生长的温度，优选为28-36℃，更优选为29-33℃。pH值为3.0-5.0，优选为3.8-4.5。所述发酵的时间可以为从接种开始至酵母生长的衰亡期出现(即发酵时间为迟滞期、对数期加上稳定期)的时间，优选发酵的时间为50-100小时，更优选75-85小时。

根据本发明，发酵产物乙醇可以用常规的方法，根据不同工业产品的要求(比如燃料酒精要求乙醇的纯度达99.5％以上)分离并精制，比如蒸馏、脱水。

根据本发明，所述废醪液经固液分离后得到的湿酒糟的水含量可以为45-70重量％。其中，所述固液分离的方法可以为本领域公知的各种固液分离的方法，例如，可以为离心或过滤等。

根据本发明，将所述清液进行浓缩的程度可以在较宽的范围内进行选择，综合考虑浓缩的时间、后续干燥的时间以及能耗，优选将所述滤液浓缩至水分含量为60-70重量％。其中，所述浓缩可以为蒸发浓缩，所述浓缩的温度可以为50-80℃。

根据本发明，所述浓缩清液和所述湿酒糟的混合比例可以使用现有DDGS制备方法中使用的比例，但为了进一步提升所制备的DDGS饲料的色泽，所述浓缩滤液和所述滤渣的混合比例优选使得所述混合物料的水分含量为55-68重量％。

所述干燥的条件可以为本领域制备DDGS饲料时常规使用的条件，例如，干燥的温度可以为120-150℃，干燥的时间优选使得制备的DDGS饲料的含水量不高于12重量％。

根据本发明，为了实现废液的利用，如上所得清液还可以至少部分循环至调浆工艺，作为部分配液水，优选的，在所述配液水中，所述清液的含量至多40体积％，更优选至多15体积％。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中：

酸性淀粉酶为购自杜邦公司货号为GC626的酸性真菌淀粉酶。

酸性蛋白酶为购自杜邦公司货号为Fermgen2.5的酸性蛋白酶。

木聚糖酶为购自购自杜邦公司货号为OPTIMASH BG的木聚糖酶。

果胶酶为购自购自山东隆大生物工程有限公司，30000U/ml活力规格的果胶酶。

黑曲霉糖化酶购自购自杜邦公司货号为Stargen002的糖化酶。

酿酒酵母(安琪超级酿酒高活性干酵母)购自湖北安琪酵母股份公司。

液化醪黏度测定采用黏度测定仪。

清液中固含量的测定方法采用烘干法，固含量＝烘干后固相重量/烘干前清液的重量。

实施例1

本实施例用于说明本发明提供的利用混合原料生料发酵制乙醇的方法

(1)按照重量计，基于100重量份的小麦，玉米的用量为700重量份、带壳水稻的用量为250重量份，三种淀粉质原料混合后一起粉碎，粉碎后的原料20目过筛率达到95％以上；

(2)将粉碎后的原料与水和步骤(6)的清液混合，清液占配料水的10体积％，配制成干物质含量为33重量％的粉浆，配制的粉浆温度为60-63℃；

(3)对上述粉浆进行预处理，所述预处理的方法为：相对于每克以干重计的所述粉浆，向上述粉浆中加入酸性真菌淀粉酶20U、酸性蛋白酶35U、木聚糖酶1U、果胶酶0.6U、安菌素10ppm，pH调至为5.0-5.2，温度维持在60-63℃，搅拌2.5小时，然后降温至32℃，得到液化醪，观察液化过程中的泡沫量，测定液化醪黏度，结果见表1；

(4)相对于每克以干重计的所述液化醪，向上述降温后的预处理醪液中加入黑曲霉糖化酶1000U、酸性蛋白酶35U，安菌素5ppm以及尿素3mmol/L；向上述液化醪中加入10重量％的酵母种子液(酵母菌种子液细胞浓度为2.5-3.0亿个/ml)；pH调整至4.0-4.3，29℃条件下进行间歇发酵，观察发酵过程中产生的泡沫量，结果见表1，85小时后发酵结束；

(5)发酵成熟醪液进入蒸馏系统，获得酒精和废醪液；

(6)废醪液经过固液分离，获得含水量为50重量％的湿酒糟和清液，测定清液中的固含量，结果见表1，将清液在60-80℃条件下浓缩至水分含量为65重量％，浓缩后与湿酒糟混合，混合比例使得含水量为60重量％，然后一起在120℃条件下经烘干机烘干至水含量为10重量％，制得DDGS，观察DDGS的颜色，结果见表1。

实施例2

本实施例用于说明本发明提供的利用混合原料生料发酵制乙醇的方法

(1)按照重量计，基于100重量份的小麦，玉米的用量为300重量份、带壳水稻的用量为130重量份，三种淀粉质原料混合后一起粉碎，粉碎后的原料20目过筛率达到95％以上；

(2)将粉碎后的原料与水和步骤(6)的清液混合，清液占配料水的10体积％，配制成干物质含量为32重量％的粉浆，配制的粉浆温度为57-60℃；

(3)对上述粉浆进行预处理，所述预处理的方法为：相对于每克以干重计的所述粉浆，向上述粉浆中加入酸性真菌淀粉酶10U、酸性蛋白酶40U、木聚糖酶0.4U、果胶酶1U、安菌素5ppm以及尿素0.5mmol/L，pH调至为4.8-5.1，温度维持在57-60℃，搅拌1.5小时，然后降温至32℃，得到液化醪，观察液化过程中的泡沫量，测定液化醪黏度，结果见表1；

(4)相对于每克以干重计的所述液化醪，向上述降温后的预处理醪液中加入黑曲霉糖化酶500U、酸性蛋白酶30U、安菌素5ppm，向上述液化醪中加入7重量％的种子液(酵母菌种子液细胞浓度为2.3-2.8亿个/ml)，pH调整至3.8-4.0，31℃条件下进行间歇发酵，观察发酵过程中产生的泡沫量，结果见表1，85小时后发酵结束；

(5)发酵成熟醪液进入蒸馏系统，获得酒精和废醪液；

(6)废醪液经过固液分离，获得含水量为50重量％的湿酒糟和清液，测定清液中的固含量，结果见表1，将清液在60-80℃条件下浓缩至水分含量为65重量％，浓缩后与湿酒糟混合，混合比例使得含水量为60重量％，然后一起在120℃条件下经烘干机烘干至水含量为10重量％，制得DDGS，观察DDGS的颜色，结果见表1。

实施例3

本实施例用于说明本发明提供的利用混合原料生料发酵制乙醇的方法

(1)按照重量计，基于100重量份的小麦，玉米的用量为500重量份、带壳水稻的用量为200重量份，三种淀粉质原料混合后一起粉碎，粉碎后的原料20目过筛率达到95％以上；

(2)将粉碎后的原料与水和步骤(6)的清液混合，清液占配料水的10体积％，配制成干物质含量为30重量％的粉浆，配制的粉浆温度为58-61℃；

(3)对上述粉浆进行预处理，所述预处理的方法为：相对于每克以干重计的所述粉浆，向上述粉浆中加入酸性真菌淀粉酶30U、酸性蛋白酶30U、木聚糖酶1.5U、果胶酶0.4U、安菌素15ppm以及尿素1.5mmol/L，pH调至为5.3-5.5，温度维持在58-61℃，搅拌2小时，然后降温至32℃，得到液化醪，观察液化过程中的泡沫量，测定液化醪黏度，结果见表1；

(4)相对于每克以干重计的所述液化醪，向上述降温后的预处理醪液中加入黑曲霉糖化酶1500U、酸性蛋白酶40U、安菌素5ppm，向上述液化醪中加入5重量％的种子液(酵母菌种子液细胞浓度为2.0-2.5亿个/ml)，pH调整至4.3-4.5，33℃条件下进行间歇发酵，观察发酵过程中产生的泡沫量，结果见表1，85小时后发酵结束；

(5)发酵成熟醪液进入蒸馏系统，获得酒精和废醪液；

(6)废醪液经过固液分离，获得含水量为50重量％的湿酒糟和清液，测定清液中的固含量，结果见表1，将清液在60-80℃条件下浓缩至水分含量为65重量％，浓缩后与湿酒糟混合，混合比例使得含水量为60重量％，然后一起在120℃条件下经烘干机烘干至水含量为10重量％，制得DDGS，观察DDGS的颜色，结果见表1。

实施例4

本实施例用于说明本发明提供的利用混合原料生料发酵制乙醇的方法

按照实施例1的方法进行乙醇的制备，不同的是，所用的水稻为不带壳的水稻，各测定结果见表1。

实施例5

本实施例用于说明本发明提供的利用混合原料生料发酵制乙醇的方法

按照实施例1的方法进行乙醇的制备，不同的是，液化工段和发酵工段均不添加酸性蛋白酶，将尿素的用量提高到10mmol/L，各测定结果见表1。

实施例6

本实施例用于说明本发明提供的利用混合原料生料发酵制乙醇的方法

按照实施例1的方法进行乙醇的制备，不同的是，液化工段仅添加酸性真菌淀粉酶，发酵工段仅添加黑曲霉糖化酶和酵母，各测定结果见表1。

实施例7

本实施例用于说明本发明提供的利用混合原料生料发酵制乙醇的方法

按照实施例1的方法进行乙醇的制备，不同的是，所用原料还包括木薯，基于100重量份的小麦，木薯的粉碎产物的用量为100重量份，各测定结果见表1。

实施例8

本实施例用于说明本发明提供的利用混合原料生料发酵制乙醇的方法

按照实施例1的方法进行乙醇的制备，不同的是，所用原料还包括木薯和高粱，基于100重量份的小麦，木薯的粉碎产物的用量为100重量份，高粱的粉碎产物的用量为30重量份，各测定结果见表1。

对比例1

本对比例用于说明参比的利用混合原料生料发酵制乙醇的方法

按照实施例1的方法进行乙醇的制备，不同的是，不使用玉米，小麦和水稻的比例为450:600，各测定结果见表1。

对比例2

本对比例用于说明参比的利用混合原料生料发酵制乙醇的方法

按照实施例1的方法进行乙醇的制备，不同的是，不使用水稻，小麦和玉米的比例为200:850，各测定结果见表1。

对比例3

本对比例用于说明参比的利用混合原料生料发酵制乙醇的方法

按照实施例1的方法进行乙醇的制备，不同的是，将玉米替换为等量的高粱，各测定结果见表1。

对比例4

本对比例用于说明参比的利用混合原料生料发酵制乙醇的方法

按照实施例1的方法进行乙醇的制备，不同的是，将水稻替换为等量的小米，各测定结果见表1。

表1

通过表1的结果可以看出，采用本发明方法能够有效降低液化料液的黏度、发酵过程中的泡沫量，以及改善废醪液固液分离的效果和DDGS色泽。

通过比较实施例1(乙醇浓度17.23(V/V))与实施例4(16.80(V/V))和实施例5(16.62(V/V))的酒精产量可以得知，采用添加酸性蛋白酶、木聚糖酶、果胶酶、抑菌剂等物质能够有效提高发酵液中乙醇的浓度。

此外，通过将实施例1与实施例5相比可以看出，添加酸性蛋白酶还在提高乙醇浓度的同时，还可以进一步降低氮源的用量。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.玉米和水稻在小麦乙醇发酵过程中的应用，其中，所述应用包括以下至少一个方面：

1)降低小麦粉浆和小麦液化醪的黏度；

2)减少小麦粉浆液化和乙醇发酵过程中产生的泡沫量；

3)改善小麦乙醇蒸馏后的废醪液的固液分离特性；

4)改善小麦乙醇发酵的副产品DDGS的色泽。

2.根据权利要求1所述的应用，其中，所述乙醇发酵为生料发酵。

3.一种利用混合原料进行生料发酵生产乙醇的方法，其特征在于，该方法包括：

(1)将含有小麦粉碎产物、玉米粉碎产物和水稻粉碎产物的混合原料与配料水混合进行调浆，得到粉浆；

(2)向所述粉浆中添加液化酶，对所述粉浆进行液化，得到液化醪；

(3)向所述液化醪中加入糖化酶并接种酵母菌以进行发酵，得到含有乙醇的发酵液；

其中，所述调浆和液化的温度低于小麦、玉米和水稻中任意一种的淀粉糊化温度。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，步骤(1)中，在所述混合原料中，相对于100重量份的小麦粉碎产物，玉米粉碎产物的含量为200-1000重量份，水稻粉碎产物的含量为50-500重量份；

优选的，小麦粉碎产物的粒度使得至少75％的小麦粉碎产物通过20目筛；玉米粉碎产物的粒度使得至少75％的玉米粉碎产物通过20目筛；水稻粉碎产物的粒度使得至少75％的水稻粉碎产物通过20目筛。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，步骤(1)中，所述粉浆的固含量为25-40重量％，所述粉浆的温度为50-67℃。

6.根据权利要求3所述的方法，其中，步骤(2)中，所述液化酶含有生料淀粉酶、酸性蛋白酶、木聚糖酶和果胶酶；

优选的，相对于每克以干重计的所述粉浆，所述生料淀粉酶的用量为2-200U、所述酸性蛋白酶的用量为2-100U、所述木聚糖酶的用量为0.1-10U，所述果胶酶的用量为0.1-2U；

优选的，该方法还包括向所述粉浆中添加抑菌剂，所述抑菌剂的添加量使得其在粉浆中的浓度为2.5-20ppm；

优选的，所述液化的条件包括：pH值为4.6-5.8，温度为50-67℃，时间为0.5-3小时。

7.根据权利要求3所述的方法，其中，步骤(3)中，相对于每克以干重计的所述液化醪，所述糖化酶的用量为50-5000U；

优选的，该方法还包括：向所述液化醪中加入酸性蛋白酶；相对于每克以干重计的所述液化醪，所述酸性蛋白酶的用量为2-100U；

优选的，该方法还包括：向所述液化醪中加入抑菌剂；所述抑菌剂的添加量使得其在液化醪中的浓度为2.5-20ppm；

优选的，该方法还包括：向所述液化醪中加入营养素；所述营养素选自氨水、尿素、硫酸锌和硫酸镁中的至少一种；

优选的，相对于每重量份的所述液化醪，所述酵母菌种子液的接种量为0.02-0.15重量份；

优选的，所述发酵的条件包括：温度为28-36℃，pH值为3-5.0，时间为50-100小时。

8.根据权利要求3所述的方法，其中，所述混合原料中还含有木薯和/或高粱。

9.根据权利要求3所述的方法，其中，所述水稻为带壳的水稻。

10.根据权利要求3所述的方法，其中，该方法还包括：对所述含有乙醇的发酵液进行蒸馏，得到乙醇和废醪液，然后将所述废醪液进行固液分离，获得湿酒糟和清液；

优选的，对至少部分所述清液进行浓缩，得到浓缩清液，并将所述浓缩清液与所述湿酒糟混合制备DDGS；

优选的，至少部分清液循环至调浆工艺，作为部分配料水。