CN113584088A - 利用复合原料生产燃料乙醇的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微生物发酵领域，公开了一种利用复合原料生产燃料乙醇的方法，该方法包括：将复合原料依次进行粉碎、调浆和液化，得到液化醪；向所述液化醪中接种酵母菌菌种，发酵得到燃料乙醇；其中，所述复合原料选自糙米、水稻、玉米和小麦中的至少两种；其中，所述酵母菌菌种为酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)COTYT‑H，保藏编号为CGMCC No.16829。采用本发明所述的方法进行发酵能够保证在较高温度的发酵条件下，仍能保持较好的发酵效率，减少生产系统冷却水用量，节约生产成本，同时，发酵过程中糖化酶的添加量较少，能够降低辅料消耗，提升经济效益。

Description

利用复合原料生产燃料乙醇的方法
技术领域
本发明涉及发酵技术领域，具体涉及一种利用复合原料生产燃料乙醇的方法。
背景技术
乙醇是食品和化工行业的重要原料，也是车用汽油的一种含氧添加剂。近二十年来，由于糖化酶生产性能不断进步，国内乙醇发酵生产工艺已由过去分步糖化发酵升级为同步糖化发酵。发酵过程是酵母在最适温度及厌氧条件下利用培养基中可发酵糖份产生酒精并释放二氧化碳的过程。目前国内主要工艺为间歇发酵和连续发酵两种发酵方式进行醪液的同步糖化发酵。而酒精行业的生产原料以玉米为主，消耗量巨大，存在原料紧缺的情况。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的燃料乙醇行业原料紧缺的问题，提供一种利用复合原料生产燃料乙醇的方法，该方法能够高效利用稻谷、小麦、玉米和糙米中的至少两种进行燃料乙醇的生产，缓解原料紧缺的问题，降低生产成本，提升经济效益。
为了实现上述目的，本发明提供一种利用复合原料生产燃料乙醇的方法，该方法包括：
将复合原料依次进行粉碎、调浆和液化，得到液化醪；向所述液化醪中接种酵母菌菌种，发酵得到燃料乙醇；
其中，所述复合原料选自糙米、水稻、玉米和小麦中的至少两种；
其中，所述酵母菌菌种为酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)COTYT-H，保藏编号为CGMCC No.16829。
优选地，所述发酵的方式还包括：在氮源和/或糖化酶存在的情况下进行发酵，得到燃料乙醇。
本发明将保藏编号为CGMCC No.16829的耐高温糖化酵母菌种应用于乙醇发酵，可保证在较高温度的发酵条件下，仍能保持较好的发酵效率，减少生产系统冷却水用量，节约生产成本。
同时该酵母菌能够产生糖化酶，在采用本发明所述的方法进行发酵产燃料乙醇时，可以不添加或者少添加糖化酶，能够降低辅料消耗，提升经济效益。
本发明采用复合原料共发酵制备燃料乙醇的方法，解决了现有原料紧缺的问题，也解决了超期储存粮食的利用问题，且对制备得到的燃料乙醇的品质没有不利的影响。同时，对原料混合应用可避免因单一原料价格波动造成的生产成本增加。
生物保藏
本发明所述耐高温糖化酵母菌菌株COTYT-H已于2018年11月28日在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)进行了保藏，分类命名为酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)，保藏中心地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所，保藏编号为CGMCC No.16829。
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。
本发明提供一种利用复合原料生产燃料乙醇的方法，该方法包括：
将复合原料依次进行粉碎、调浆和液化，得到液化醪；向所述液化醪中接种酵母菌菌种，发酵得到燃料乙醇；
其中，所述复合原料选自糙米、水稻、玉米和小麦中的至少两种；
其中，所述酵母菌菌种为酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)COTYT-H，保藏编号为CGMCC No.16829。
在本发明中，本发明所述耐高温糖化酵母菌菌株COTYT-H已于2018 年11月28日在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC) 进行了保藏，保藏中心地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所，保藏编号为CGMCC No.16829。
在本发明中，所述菌种可以以酵母干粉的形式直接接种于液化醪内进行发酵，也可在接种前先进行活化和酒母培养。
其中，所述酵母干粉中活菌数可以在较宽的范围内选择，优选为1× 105-1×1010cfu/g。
其中，所述活化的方法可以是本领域常规使用的手段，比如可以将菌种接入活化罐，与水混合活化，得到种子液。也可以根据需要向活化罐中添加碳源，比如液化醪，对菌种进行活化。其中，活化的pH值可以为4-7，优选为3-6；活化温度可以为30-40℃，优选为32-37℃；时间可以为0.5-2h。
在本发明中，所述菌种在接种前还可以先进行酒母培养，所述酒母培养可以在酒母罐中进行，制成酒母醪。其中，酒母培养过程中的pH值可以为 2-6，优选为3-5；培养温度可以为25-35℃，优选为28-32℃；培养时间可以为6-16h。在所述优选的条件下，能够提高乙醇的产率。
在本发明中，所述菌种接种量可以在较宽的范围内进行选择，比如，相对于1千克所述液化醪，所述菌种的接种量优选为0.1-1g酵母干粉或100-400 克酒母醪。
在本发明中，所述复合原料可以为糙米、水稻、玉米和小麦的任意组合。优选地，所述复合原料选自糙米、水稻、玉米和小麦中的两种。
水稻的特性之一是不易保存，极易产生陈化和发霉变质，在一般贮藏条件下储藏0.5-1年就会不可避免地导致谷物的陈化。陈化谷物由于品质，特别是食用品质劣变，导致色、香、味较差而不能被消费者接受，最终滞销压库，或者被压价拍卖或作为饲料粮处理，使储存的水稻资源利用率大幅度下降，造成巨大的经济损失。其他的粮食储备也存在相同的问题急需解决。
为了解决该问题，所述糙米、水稻、玉米和小麦分别独立地优选为陈化的糙米、陈化的水稻、陈化的玉米和陈化的小麦。
在本发明中，所述复合原料中，各物料的用量比可以不受特别的限制。
在本发明中，所述粉碎可以为本领域常规的方法，所述粉碎的方式包括：将所述复合原料粉碎，得到复合原料粉碎物。其中，所述复合原料粉碎物可以通过单独粉碎每种物料然后混合的方式获得，也可以通过将复合原料直接粉碎的方式获得。
其中，所述粉碎可以在粉碎机中进行。
在本发明中，所述粉碎的条件可以不受特别的限制，优选地，所述粉碎的条件使得得到的复合原料粉碎物中70-95重量％的复合原料粉碎物能够通过20目筛。
在本发明中，所述调浆的方式可以不受特别的限制，优选地，所述调浆的方式包括：对所述复合原料粉碎物进行调浆，得到调浆液。
在本发明中，所述调浆的条件可以不受特别的限制，优选地，所述调浆的条件使得得到的调浆液为干物质浓度为24-34重量％的调浆液。
在本发明中，所述调浆温度可以为35-95℃，优选为60-90℃。其中，调浆过程中还可包括调节pH的步骤，调节后的pH为3-8，优选为4.5-5.5。
在本发明中，所述液化的方式优选包括：向调浆得到的调浆液中加入淀粉酶进行液化，得到pH为3.5-4.8的液化醪。
其中，淀粉酶的添加量可以在较宽的范围内选择，优选地，所述淀粉酶的添加量为10-80U/g复合原料，更优选为15-60U/g复合原料。
其中，优选地，所述液化的条件包括：温度为55-120℃，更优选为 70-105℃；时间为0.2-10h，优选为0.5-5h。
其中，可以通过添加pH调节剂的方式调节pH，所述pH调节剂可以为本领域常规使用的酸或碱，比如可以为盐酸、硫酸、硝酸、氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、氨水和碳酸钠中的至少一种，优选为氨水。
在本发明中，所述发酵的方式优选还包括：在氮源和/或糖化酶存在的情况下进行发酵，得到燃料乙醇。
在本发明，所述氮源可以是本领域常规使用的氮源，优选选自酸性蛋白酶、尿素和发酵促进剂中的一种或几种。
在本发明中，所述酸性蛋白酶可以是本领域常规使用的酸性蛋白酶，优选地，所述酸性蛋白酶的酶活力为50000-200000U。所述酸性蛋白酶可以通过商购获得。
在本发明中，所述发酵促进剂是本领域常规使用的一种复合型制剂，能够提升酵母发酵性能和环境耐受力。所述发酵促进剂可以通过商购获得。
在本发明中，所述氮源的添加量可以在较宽的范围内选择，优选地，相对于1吨所述复合原料，酸性蛋白酶的用量为0-0.14kg，比如可以为0、0.02、 0.04、0.06、0.08、0.1、0.12、0.14kg以及任意两个值之间组成的任意范围；尿素的用量为0-2.5kg，比如可以为0、0.5、1、1.5、2、2.5kg以及任意两个值之间组成的任意范围；发酵促进剂的用量为0-0.5kg，比如可以为0、0.1、 0.2、0.3、0.4、0.5kg以及任意两个值之间组成的任意范围。
在本发明中，所述糖化酶可以是本领域常规使用的糖化酶，优选地，所述糖化酶的酶活力为80000-400000U。所述糖化酶可以通过商购获得。
在本发明中，所述糖化酶的用量可以在较宽的范围内选择，优选地，相对于1吨复合原料，糖化酶的用量为0.1-1.2kg，比如可以为0.1、0.2、0.4、 0.6、0.8、1、1.2kg以及任意两个值之间组成的任意范围。
在本发明中，所述发酵的条件可以在较宽的范围内选择，优选包括：温度为25-40℃，优选为30-35℃；pH值为2-7，优选为3-6；时间为45-78h，优选为50-66h。
在本发明中，还可以对发酵得到的产物进行粗馏和精馏，以得到燃料乙醇。本领域技术人员可以根据需要进行操作，在此不再赘述。
在本发明中，乙醇含量可以通过蒸馏法进行测定。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中，市售酵母菌种、发酵促进剂购自安琪酵母股份有限公司，糖化酶购自诺维信中国投资有限公司，酸性蛋白酶购自山东隆科特酶制剂有限公司。
如无特殊说明，以下实施例中涉及的试剂和原料均可商购获得。
实施例1
本实施例用于说明本发明的发酵生产酒精的方法。
(1)将1吨糙米粉与玉米粉(重量比1:1)粉碎，粒度为80％过20目筛，配制成干物质浓度27重量％的调浆液；
(2)向调浆液中加入淀粉酶(60U/g)并在温度85℃下进行液化2.5h，并用浓度为40％的硫酸调节pH值，得到pH为4.2的液化醪；
(3)向所述液化醪中接种编号为CGMCC No.16829的耐高温糖化酵母菌种(3kg酵母干粉)；
(4)向接种酵母菌后的液化醪中同时加入0.1kg酸性蛋白酶、0.1kg酵母促进剂和0.5kg糖化酶并在温度为35℃，pH值为4.2下进行发酵60h，制得发酵液A1。
实施例2
本实施例用于说明本发明的发酵生产酒精的方法
(1)将1吨水稻粉与玉米粉(重量比1:1)粉碎，粒度为85％过20目筛，配制成干物质浓度31重量％的调浆液；
(2)向调浆液中加入淀粉酶(60U/g)并在温度85℃下进行液化2.5h，并用浓度为40％的硫酸调节pH值，得到pH为4.0的液化醪；
(3)向所述液化醪中接种编号为CGMCC No.16829的耐高温糖化酵母菌种(3kg酵母干粉)；
(4)向接种酵母菌后的液化醪中同时加入0.06kg酸性蛋白酶、0.12kg酵母促进剂和0.4kg糖化酶并在温度为35℃，pH值为4.0下进行发酵54h，制得发酵液A2。
实施例3
本实施例用于说明本发明的发酵生产酒精的方法
(1)将1吨糙米粉与小麦粉(重量比9:1)粉碎，粒度为77％过20目筛，配制成干物质浓度28重量％的调浆液；
(2)向调浆液中加入淀粉酶(60U/g)并在温度85℃下进行液化2.5h，并用浓度为40％的硫酸调节pH值，得到pH为4.4的液化醪；
(3)向所述液化醪中接种编号为CGMCC No.16829的耐高温糖化酵母菌种(3kg酵母干粉)；
(4)向接种酵母菌后的液化醪中同时加入0.16kg酸性蛋白酶、0.1kg酵母促进剂和0.45kg糖化酶并在温度为35℃，pH值为4.4下进行发酵62h，制得发酵液A3。
实施例4
本实施例用于说明本发明的发酵生产酒精的方法
(1)将1吨水稻粉与小麦粉(重量比9:1)粉碎，粒度为73％过20目筛，配制成干物质浓度26重量％的调浆液；
(2)向调浆液中加入淀粉酶(60U/g)并在温度85℃下进行液化2.5h，并用浓度为40％的硫酸调节pH值，得到pH为4.2的液化醪；
(3)向所述液化醪中接种编号为CGMCC No.16829的耐高温糖化酵母菌种(3kg酵母干粉)；
(4)向接种酵母菌后的液化醪中同时加入0.1kg酸性蛋白酶、0.3kg酵母促进剂和0.4kg糖化酶并在温度为35℃，pH值为4.2下进行发酵62h，制得发酵液A4。
实施例5
本实施例用于说明本发明的发酵生产酒精的方法
(1)将1吨糙米粉与玉米粉(重量比1:1)粉碎，粒度为80％过20目筛，配制成干物质浓度27重量％的调浆液；
(2)向调浆液中加入淀粉酶(60U/g)并在温度85℃下进行液化2.5h，并用浓度为40％的硫酸调节pH值，得到pH为4.2的液化醪；
(3)向所述液化醪中接种编号为CGMCC No.16829的耐高温糖化酵母菌种(3kg酵母干粉)；
(4)向接种酵母菌后的液化醪中同时加入0.1kg酸性蛋白酶、0.1kg酵母促进剂和0.35kg糖化酶并在温度为35℃，pH值为4.2下进行发酵60h，制得发酵液A5。
实施例6
本实施例用于说明本发明的发酵生产酒精的方法
(1)将1吨糙米粉与玉米粉(重量比1:1)粉碎，粒度为80％过20目筛，配制成干物质浓度27重量％的调浆液；
(2)向调浆液中加入淀粉酶(60U/g)并在温度85℃下进行液化2.5h，并用浓度为40％的硫酸调节pH值，得到pH为4.2的液化醪；
(3)向所述液化醪中接种编号为CGMCC No.16829的耐高温糖化酵母菌种(3kg酵母干粉)；
(4)向接种酵母菌后的液化醪中同时加入0.1kg酸性蛋白酶、0.1kg酵母促进剂和0.5kg糖化酶并在温度为32℃，pH值为4.2下进行发酵60h，制得发酵液A6。
对比例1
本对比例用于说明参比的发酵生产酒精的方法
按照实施例1的方法制备酒精，不同的是，将步骤(3)中的酵母菌种换成市售酵母菌种，制得发酵液D1。
对比例2
本对比例用于说明参比的发酵生产酒精的方法
按照实施例2的方法制备酒精，不同的是，将步骤(3)中的酵母菌种换成市售酵母菌种，制得发酵液D2。
对比例3
本对比例用于说明参比的发酵生产酒精的方法
按照实施例3的方法制备酒精，不同的是，将步骤(3)中的酵母菌种换成市售酵母菌种，制得发酵液D3。
对比例4
本对比例用于说明参比的发酵生产酒精的方法
按照实施例4的方法制备酒精，不同的是，将步骤(3)中的酵母菌种换成市售酵母菌种，制得发酵液D4。
对比例5
本对比例用于说明参比的发酵生产酒精的方法
按照实施例1的方法制备酒精，不同的是，将1吨糙米粉与玉米粉(混合比例50％：50％)换成1吨玉米粉，制得发酵液D5。
测试例
采用蒸馏法测定实施例1-6制得的发酵液A1-A6和对比例1-5制得的发酵液D1-D5中乙醇的含量，测定结果见表1。
表1
Figure BDA0002476607240000101
Figure BDA0002476607240000111
将实施例1-4与对比例1-4比较可以看出，本发明的方法制得的发酵液中乙醇含量均高于采用市售酵母制得的发酵液。
将实施例1与实施例5比较可以看出，本发明在降低部分糖化酶加量后，仍能取得基本相同的发酵效果。
将实施例1与实施例6比较可以看出，本发明在高温发酵条件下，仍能取得优异的发酵效果。
本发明将保藏编号为CGMCC No.16829的耐高温糖化酵母菌种应用于乙醇发酵，可保证在较高温度的发酵条件下，仍能保持较好的发酵效率，减少生产系统冷却水用量，节约生产成本。
同时，本发明所述的方法的发酵过程中糖化酶的添加量较少，能够降低辅料消耗，提升经济效益。
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)

1.一种利用复合原料生产燃料乙醇的方法，其特征在于，该方法包括：
将复合原料依次进行粉碎、调浆和液化，得到液化醪；向所述液化醪中接种酵母菌菌种，发酵得到燃料乙醇；
其中，所述复合原料选自糙米、水稻、玉米和小麦中的至少两种；
其中，所述酵母菌菌种为酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)COTYT-H，保藏编号为CGMCC No.16829。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述复合原料选自糙米、水稻、玉米和小麦中的两种。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述粉碎的条件使得得到的复合原料粉碎物中70-95重量％的复合原料粉碎物能够通过20目筛。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述调浆的条件使得得到的调浆液为干物质浓度为24-34重量％的调浆液。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，所述液化的方式包括：向调浆得到的调浆液中加入淀粉酶进行液化，得到pH为3.5-4.8的液化醪。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，所述发酵的方式还包括：在氮源和/或糖化酶存在的情况下进行发酵，得到燃料乙醇。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述氮源选自酸性蛋白酶、尿素和发酵促进剂中的一种或几种。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，相对于1吨所述复合原料，酸性蛋白酶的用量为0-0.14kg，尿素的用量为0-2.5kg，发酵促进剂的用量为0-0.5kg。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，相对于1吨复合原料，所述糖化酶的用量为0.1-1.2kg。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的方法，其中，所述发酵的条件包括：温度为25-40℃，pH为2-7，时间为45-78h。
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