CN113337547A - 一种酒糟综合再利用的方法 - Google Patents
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Abstract
一种酒糟综合再利用的方法，涉及生物工程技术，酒精、发酵，环保、饲料等领域。本发明的目的是为了解决现有的酒糟利用附加值低，木糖醇化学合成的品质低等问题，所述方法为：酒糟经20目筛过滤，滤饼为玉米皮，使用生物酶或酸水解，经300目滤布过滤，得到粗木糖液和玉米皮残渣；以粗木糖液为培养基液，接入ZUC220菌发酵，并流加粗木糖液，发酵结束后，得到木糖醇和阿拉伯糖醇的发酵液；将发酵液经过滤，浓缩，脱色，脱盐，结晶，离心，干燥，得到木糖醇，阿拉伯糖醇；将玉米皮残渣经碱洗，漂洗，过滤，烘干，得到膳食纤维素。本发明将废物重新利用，使酒糟中无用的玉米皮，转化为木糖醇和纤维素。
Description
技术领域
本发明涉及生物工程技术，酒精、发酵，环保、饲料等领域，具体涉及一种酒糟综合再利 用的方法。
背景技术
酒精是一种大宗的发酵产品，在人们生活中占有重要的地位。近几年来，由于人类能 源短缺和地球的温室效应加剧，气温升高，造成的灾难性后果的认识加深和日趋一致，加 上许多汽油生产和供应商近年来鼓吹的一些汽油助燃，如甲基叔丁基酪(MTBE)等因污染地下水等有害健康的原因被禁止使用，利用酒精作生物能源部分替代汽油用作液体燃料和汽油助燃的呼声也变得更为高涨。发展燃料酒精不但可以消耗大量玉米等含淀粉原料，促进农业种植业的持续发展；并可以作清洁燃料替代汽油或作汽油助燃添加剂，减少汽车尾气的污染，保护环境，同时也可以解决战略物资原油的进口压力。
影响燃料酒精应用的一个难题主要是燃料酒精的成本高，价格高于汽油的价格，是个 技术上难解的问题。如何降低酒精发酵生产的成本是研究的重点。同时发酵酒精时，产生 大量液体酒糟。目前是把酒糟直接烘干后当做饲料销售。但是，由于酒糟中含有大量的无 法利用的玉米糠皮，影响了饲料的蛋白含量及玉米皮的浪费。玉米皮中含有35％的半纤 维素，30％纤维素，10％的淀粉，10％的蛋白，少量的木质素和盐，如果先把玉米皮分离出来，然后把玉米皮中的半纤维素中的五元糖(木糖/阿拉伯糖)转化成高附加值的木糖 醇等产品，并把剩下的纤维素分离出来作为纤维素产品，将大大的提高酒糟的品质和价格，降低酒精的成本，同时生产低成本的木糖醇。由于玉米芯收集困难，露天储存易霉变，虫 鼠害难控。原料质量无法满足食品的要求。市场急需用别的原料替代玉米芯生产木糖醇。 酒糟中的玉米皮作为饲料无法被猪和家禽吸收，降低了饲料的价值，并造成了浪费。市场 上需要一种可把酒糟中的玉米皮分离，并转化成附加值更高的产品。
木糖醇是白色晶体，外表和蔗糖相似，是多元醇中最甜的甜味剂，味凉、甜度相当于 蔗糖，热量是蔗糖的60％，是未来的甜味剂，是蔗糖和葡萄糖替代品。木糖醇从60年代开始应用于食品中，在一些国家很受糖尿病人欢迎。在美国，为了某些特殊目的可以作为食品添加剂，不受用量限制的加入食品中。
木糖醇是防龋齿的最好甜味剂(这也是木糖醇最早被我们所认识的一个特点)，已在 过去的20多年的时间内，不同情况下得到认证。木糖醇可以减少龋齿这一特性，在高危险率人群(龋齿发生率高、营养低下、口腔卫生水平低)和低危险率人群(利用当前所有 的牙齿保护措施保护牙齿，牙洞产生率低)中均为适用。以木糖醇为主要甜味剂的口香糖 和糖果已经得到多个国家牙齿保健协会的正式认可。
目前国内外采用的都是化学合成法，即两步法，第一步是经过一系列的精制提取手段， 得到高纯度的结晶木糖(>98％)，第二步是对高纯木糖高压加氢合成木糖醇；国外是利用白 桦树提取木糖(北欧)，但目前的原料受限制，产能无法提高；国内是利用玉米芯提取木糖， 然后都要经高压催化加氢，生产木糖醇。由于加氢催化剂对杂质非常敏感，微量的杂质将 使催化剂中毒失效，提取的木糖必须经过一系列的精制/提纯工艺得到纯的木糖晶体，例如， 需要经过多次离子交换，脱盐，脱色，浓缩，结晶，得到纯度大于98％的晶体木糖，这个 过程中，总的木糖产率低于40％，排污量大，木糖的成本高，每吨结晶木糖，伴生一吨的 母液，其中含大量的木糖，阿拉伯糖,葡萄糖和半乳糖，无法回收，只能作为废物排放，增加了污水处理成本。目前，木糖晶体的成本占木糖醇成本70％以上，由此可以看到，木 糖醇生产的主要成本是原料木糖，由于生产结晶木糖的工艺复杂，成本很高，很难降下来， 使木糖醇的价格高，大大限制了产品的使用。市场上急需一种新的工艺，来降低木糖醇的 成本，使更多的糖尿病患者可使用这个产品，改善他(她)们的健康。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的酒糟利用附加值低，木糖醇化学合成的品质低，生产 成本高等问题，提供一种酒糟综合再利用的方法，具体地利用酒精发酵后产生的酒糟通过生物发酵生产天然的木糖醇，阿拉伯糖醇，膳食纤维素及高蛋白饲料，从而达到 综合利用酒糟，降低酒精生产成本，为木糖醇发展提供更好的低成本原料，进行可持 续，低碳清洁生产保护环境的目的，为木糖醇产品提供一个新的原料来源。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种酒糟综合再利用的方法，所述方法具体为：
步骤一：玉米酒精酒糟经10-30目筛过滤，滤饼为玉米皮，经生物酶或酸水解，半纤维素水解成木糖，阿拉伯糖，葡萄糖，经250-350目滤布过滤，得到粗木糖液和玉米 皮残渣；
步骤二：以粗木糖液为培养基液，接入ZUC220菌，或其它的细菌和真菌发酵， 并流加粗木糖液，发酵结束后，得到木糖醇和阿拉伯糖醇的发酵液；
步骤三：将步骤二的发酵液经过滤，浓缩，脱色，脱盐，结晶，离心，干燥，得 到木糖醇，阿拉伯糖醇；
步骤四：将步骤一的玉米皮残渣经碱洗，漂洗，过滤，烘干，得到膳食纤维素。
本发明相对于现有技术的有益效果为：酒糟中的玉米皮的含量减少了90％，蛋白质 含量提高了约30％。每100吨的干酒糟可以得到10吨的木糖醇，阿拉伯糖醇，10吨的纤维素。本发明将废物重新利用，使酒糟中无用的玉米皮，转化为木糖醇和纤维素。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发 明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在 本发明的保护范围中。
具体实施方式一：本实施方式记载的是一种酒糟综合再利用的方法，所述方法具体 为：
步骤一：玉米酒精酒糟经10-30目筛过滤(优选20目)，滤饼为玉米皮，含35％ 半纤维素，30％纤维素，微量的木质素，淀粉，经生物酶或酸水解，半纤维素水解成木糖， 阿拉伯糖，葡萄糖，经250-350目滤布过滤(优选300目)，得到粗木糖液和玉米皮残 渣；
步骤二：以粗木糖液为培养基液，接入ZUC220菌，或其它的细菌和真菌发酵， 可以把木糖转化为木糖醇，把阿拉伯糖转化为阿拉伯糖醇，把其它的单糖，葡萄糖， 半乳糖，甘露糖作为碳源消耗，并流加粗木糖液，发酵结束后，得到木糖醇和阿拉伯 糖醇的发酵液；
步骤三：将步骤二的发酵液经过滤，浓缩，脱色，脱盐，结晶，离心，干燥，得 到木糖醇，阿拉伯糖醇；
步骤四：将步骤一的玉米皮残渣经碱洗，漂洗，过滤，烘干，得到膳食纤维素。
具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种酒糟综合再利用的方法，所述步骤一 具体为：干法玉米酒精生产过程中的酒糟液体，经过20目筛过滤，滤液继续浓缩得到高蛋白饲料；制备玉米皮水解液：玉米皮加入水解釜，向其中加入玉米皮3～10倍重量的稀 硫酸水，硫酸的浓度为0.2％，升温到100-120度，保温2小时，经过过滤去除不溶物， 得到水解液，不溶物经漂洗烘干，得到膳食纤维；得到的液体水解液加入CaCO3中和， 经过过滤去除不溶物，然后蒸发浓缩至15wt％的粗木糖液。经过HPLC分析，含固量如 下：
| 名称 | 木糖 | 阿拉伯糖 | 葡萄糖 | 半乳糖 | 其他 |
| 含量，wt％ | 50％ | 30％ | 13％ | 4％ | 3％ |
具体实施方式三：具体实施方式一所述的一种酒糟综合再利用的方法，步骤一中，所述生物酶水解具体为：玉米皮加入水解釜，向其中加入玉米皮3～10倍重量的水，加入 玉米皮干重0.2-1wt％的活性为5000IU/g的聚木糖水解酶，升温到40-50度，保温12-24 小时，然后升温到100℃保温30分钟灭活聚木糖水解酶，经过滤去除不溶物，得到水解 液，不溶物经漂洗烘干，得到膳食纤维；水解液蒸发浓缩至15wt％的粗木糖液；或者， 不升温灭活，经过滤去除不溶物后，经超滤，其中的聚木糖水解酶浓缩液循环回水解釜， 重复使用，滤出液经过蒸发浓缩至15wt％的粗木糖液。
具体实施方式四：具体实施方式一所述的一种酒糟综合再利用的方法，所述步骤二 具体为：
(1)一级种子培养：
将大肠杆菌(ZUC-220，Zuchem CO。USA)的冷冻(-70℃)细胞，在含有2000ml LB培养基的五升摇瓶中接种培养，培养条件为36～38℃，220～260rpm，培养12～16小时， 然后将该种子培养物转移到5000L种子发酵罐中36-38℃pH 6.5-7.5发酵培养；
(2)发酵罐培养
将该种子培养物转移到80000L发酵罐中，以在主培养物中生产木糖醇，为了减小原 料对菌体活性的抑制，决定补料采取连续发酵的方式，提高产率。
其中，上述步骤(2)中的发酵罐的发酵条件为：温度在36～38℃，pH 6.5～7.5，搅拌 速度为80～100rpm，培养基中溶解氧浓度为空气饱和度的20～40％，接种后12-14小时开 始补料，补料速度在200-600L/分钟，最终体积为70000L，总共加入18000-22000L粗木糖液；
(3)通过配备Bio-Rad柱的高效液相色谱(HPLC)测量木糖醇，葡萄糖，其他糖的量，直至所有糖都被消耗，结束发酵，时间在36-48小时，发酵液中含木糖醇80-150克/ 升，少量的阿拉伯糖醇。
具体实施方式五：具体实施方式四所述的一种酒糟综合再利用的方法，所述(1)中，所述种子发酵罐中，发酵培养基包括0～10w/v％的粗木糖、0.2～2.0w/v％的酵母提取物，0.2～2.0w/v％的葡萄糖，0.2～2.0w/v％的K2PO4、0.01～0.2w/v％的MgSO4·7H2O，此外， 种子罐中还包括微量元素，消泡剂等。上述百分数2～5w/v％表示的是100升液体中，其中加入2～5公斤粗木糖，其他百分数同理。
具体实施方式六：具体实施方式四所述的一种酒糟综合再利用的方法，所述(2)中，所述发酵罐中包括5～10w/v％的木糖，0.2～2.0w/v％酵母膏，0.2～2.0w/v％的葡萄糖，0.2～1.0w/v％的NaCl，0.2～2.0w/v％的K2PO4，0.01～0.2w/v％的MgSO4·7H2O。百分数的含义同上述具体实施方式四。
具体实施方式七：具体实施方式四所述的一种酒糟综合再利用的方法，所述步骤三 具体为：将发酵液分离除去细胞和其他残留物，得到清液：利用高速离心机离心分离除去细胞；初步浓缩，利用多效蒸发器蒸发浓缩得到干重45-55wt％的木糖醇液；脱色，利 用活性炭脱色，前步的木糖醇液体中加入重量比5-30wt％的活性炭，在50-65℃搅拌 45～120分钟，过滤除去活性炭；得到的木糖醇液体进行回收木糖醇，进一步浓缩至 80-85wt％放入结晶机中，从85℃开始慢慢降温到62℃时，加入分散于乙醇中的晶种，加 入量在0.0001-0.001wt％之间，继续降温至15℃，利用过滤式离心机，回收木糖醇晶体， 漂洗后，干燥得到合格的产品。
Claims (7)
1.一种酒糟综合再利用的方法，其特征在于：所述方法具体为：
步骤一：玉米酒精酒糟经10-30目筛过滤，滤饼为玉米皮，经生物酶或酸水解，半纤维素水解成木糖，阿拉伯糖，葡萄糖，经250-350目滤布过滤，得到粗木糖液和玉米皮残渣；
步骤二：以粗木糖液为培养基液，接入ZUC220菌，或其它的细菌和真菌发酵，并流加粗木糖液，发酵结束后，得到木糖醇和阿拉伯糖醇的发酵液；
步骤三：将步骤二的发酵液经过滤，浓缩，脱色，脱盐，结晶，离心，干燥，得到木糖醇，阿拉伯糖醇；
步骤四：将步骤一的玉米皮残渣经碱洗，漂洗，过滤，烘干，得到膳食纤维素。
2.根据权利要求1所述的一种酒糟综合再利用的方法，其特征在于：所述步骤一具体为：干法玉米酒精生产过程中的酒糟液体，经过20目筛过滤，滤液继续浓缩得到高蛋白饲料；制备玉米皮水解液：玉米皮加入水解釜，向其中加入玉米皮3～10倍重量的稀硫酸水，硫酸的浓度为0.2％，升温到100-120度，保温2小时，经过过滤去除不溶物，得到水解液，不溶物经漂洗烘干，得到膳食纤维；得到的液体水解液加入CaCO3中和，经过过滤去除不溶物，然后蒸发浓缩至15wt％的粗木糖液。
3.根据权利要求1所述的一种酒糟综合再利用的方法，其特征在于：步骤一中，所述生物酶水解具体为：玉米皮加入水解釜，向其中加入玉米皮3～10倍重量的水，加入玉米皮干重0.2-1wt％的活性为5000IU/g的聚木糖水解酶，升温到40-50度，保温12-24小时，然后升温到100℃保温30分钟灭活聚木糖水解酶，经过滤去除不溶物，得到水解液，不溶物经漂洗烘干，得到膳食纤维；水解液蒸发浓缩至15wt％的粗木糖液；或者，不升温灭活，经过滤去除不溶物后，经超滤，其中的聚木糖水解酶浓缩液循环回水解釜，重复使用，滤出液经过蒸发浓缩至15wt％的粗木糖液。
4.根据权利要求1所述的一种酒糟综合再利用的方法，其特征在于：所述步骤二具体为：
(1)一级种子培养：
将大肠杆菌的冷冻细胞，在含有2000ml LB培养基的五升摇瓶中接种培养，培养条件为36～38℃，220～260rpm，培养12～16小时，然后将该种子培养物转移到5000L种子发酵罐中36-38℃pH 6.5-7.5发酵培养；
(2)发酵罐培养
将该种子培养物转移到80000L发酵罐中，以在主培养物中生产木糖醇，补料采取连续发酵的方式；
其中，上述步骤(2)中的发酵罐的发酵条件为：温度在36～38℃，pH 6.5～7.5，搅拌速度为80～100rpm，培养基中溶解氧浓度为空气饱和度的20～40％，接种后12-14小时开始补料，补料速度在200-600L/分钟，最终体积为70000L，总共加入18000-22000L粗木糖液；
(3)通过高效液相色谱测量木糖醇，葡萄糖，其他糖的量，直至所有糖都被消耗，结束发酵，时间在36-48小时，发酵液中含木糖醇80-150克/升，少量的阿拉伯糖醇。
5.根据权利要求4所述的一种酒糟综合再利用的方法，其特征在于：所述(1)中，所述种子发酵罐中，发酵培养基包括0～10w/v％的粗木糖、0.1～2.0w/v％的酵母提取物，0.2～2.0w/v％的葡萄糖，0.2～2.0w/v％的K2PO4、0.01～0.2w/v％的MgSO4·7H2O。
6.根据权利要求4所述的一种酒糟综合再利用的方法，其特征在于：所述(2)中，所述发酵罐中包括0～10w/v％的木糖，0.2～2.0w/v％酵母膏，0.2～2.0w/v％的葡萄糖，0.2～1.0w/v％的NaCl，0.2～2.0w/v％的K2PO4，0.01～0.2w/v％的MgSO4·7H2O。
7.根据权利要求1所述的一种酒糟综合再利用的方法，其特征在于：所述步骤三具体为：将发酵液分离除去细胞和其他残留物，得到清液：利用高速离心机离心分离除去细胞，或陶瓷微滤膜除去细胞和其他残留物；初步浓缩，利用多效蒸发器蒸发浓缩得到干重45-55wt％的木糖醇液；脱色，利用活性炭脱色，前步的木糖醇液体中加入重量比5-30wt％的活性炭，在50-65℃搅拌45～120分钟，过滤除去活性炭；得到的木糖醇液体进行回收木糖醇，进一步浓缩至80-85wt％放入结晶机中，从85℃开始慢慢降温到62℃时，加入分散于乙醇中的晶种，加入量在0.0001-0.001wt％之间，继续降温至15℃，利用过滤式离心机，回收木糖醇晶体，漂洗后，干燥即可。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115477553A (zh) * | 2022-10-28 | 2022-12-16 | 于立群 | 一种利用生物法生产糖醇有机肥料的方法 |
Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| US20130065288A1 (en) * | 2010-01-15 | 2013-03-14 | Zuchem Inc. | Production of xylitol from a mixture of hemicellulosic sugars |
| CN108949839A (zh) * | 2018-08-17 | 2018-12-07 | 哈尔滨依镁生物工程科技有限公司 | 一种高纯度木糖醇及其制备方法 |
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