CN114929883A - 涉及酵母阶段罐的发酵系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了发酵灌装循环期间在酵母罐和发酵罐中生长和维持最优、最佳的活性酵母溶液的方法和系统。所述系统在酵母罐和发酵罐之间采用了一个新的酵母阶段罐，用于促使灌装期间发酵罐内酵母快速产生大量年轻和活跃的酵母细胞。所述系统采用了一个可度量且有用的控制因子，％DT/％酵母重量比(或“食品”与酵母重量比)(例如，％DT＝葡萄糖)，表示有关酵母健康状况的信息；所述控制因子用于在整个过程中控制酵母的状态。

Description

涉及酵母阶段罐的发酵系统和方法

对相关申请的交叉引用

本申请为2015年8月28日提交的名称为“用于干磨工艺的发酵系统”的美国专利(申请号：14/839,763)的部分延续案，本申请要求优先于2014年8月29日提交的名称为“用于干磨工艺的新型改进发酵系统”的美国临时专利(申请号：62/044,092)，且本申请要求优先于2019年10月11日提交的名称为“涉及酵母阶段罐的发酵系统和方法”的美国临时专利(申请号：62/914,276)35 USC§119(e)之规定，其在此通过引用整体并入本文用于所有目的。

【技术领域】

本发明是关于一种发酵的技术领域，特别是一种涉及用于发酵的酵母条件。

【背景技术】

科学家们研发了使用乙醇(一种双碳醇化合物)作为汽油的有效添加剂，用以抑制汽油的快速使用。在某些情况下，汽油混合物中乙醇的含量高达生物燃料的85％。尽管以前长期封存的碳形成煤和石油的过程中会产生二氧化碳，但谷物酒精燃烧产生的二氧化碳通过谷物生长消耗，并迅速循环到环境中，因此不会有净二氧化碳排放到大气中，从而不会导致温室气体积累。

在发酵过程中，生物过程中会产生乙醇和二氧化碳，其中糖和酵母混合在一起，糖转化为细胞能量。酵母代谢碳水化合物(主要为单糖和二糖)，用以产生乙醇(液态)和副产物二氧化碳(气态)。在非常适中的pH和温度条件下培养酵母，糖-乙醇转化率最高可达到理论最大值的98％。对于商业利润，最大限度地提高乙醇的产量和纯度是至关重要的。

发酵是在没有大浓度氧气的情况下进行的一个厌氧过程。该发酵配方为单糖(例如葡萄糖)+酵母→2C₂H₅OH(乙醇)+2CO₂(二氧化碳)。现代生产乙醇的干磨厂通常采用两种类型的发酵系统：一种是连续发酵，如图1所示；另一种是分批发酵，如图2所示。图1所示的连续发酵系统始于20世纪50年代，主要应用于干磨和湿磨工艺的酒精生产过程。美国约有200家干磨厂，其中约有50家干磨厂最开始都采用连续发酵系统。尽管相较于分批发酵，连续发酵有许多优点，但现在大多数的干磨厂都已经转而采用分批发酵系统。

典型的连续发酵系统100如图1所示。所述系统采用一个或两个酵母罐102(其大小约为发酵罐104、106、108、110、112和114大小的一半)连续繁殖酵母供应给发酵罐。所述系统通常连续设置6～12个发酵罐持续运行。醪液流116分成3部分。其中一部分流入酵母罐102，另外两部分流入1号发酵罐104和2号发酵罐106。(有些工厂甚至还会使用第三个发酵罐：3号发酵罐108)。1号发酵罐中的酒精百分比通常在5％左右，酒精含量在开始发酵时迅速增加，然后在发酵结束时逐渐降低。所述酒精含量降低后(发酵完成后转移至蒸馏塔)的酒精最大百分比通常约为12W/V(例如，12％/L)。

连续发酵主要有以下优点：a)连续操作简单；b)酵母繁殖成本低；以及c)酶成本低。但连续发酵也有以下缺点：a)酒精含量降低后(发酵完成后转移至蒸馏塔)酒精百分比较低；b)酒精含量降低后的糖分百分比较高；c)所需启动时间更长；d)容易发生感染；e)可能出现不完全发酵；以及f)运行过程中无法维持稳定状态。其中，连续发酵最主要的问题是对感染缺乏控制：感染随时可能发生，并且一旦发生感染，便会在很短的时间消除所有成本节约。这就是为什么在美国只有很少数的干磨厂仍然使用连续发酵的原因。

而美国200家干磨厂中的大多数采用分批发酵方法，如图2所示。分批发酵工厂的发酵方法为30～80小时一个周期(大多数为50～60小时一个循环)，每个工厂有多个(通常为3～10个)发酵罐。酵母生长罐(通常也称为酵母繁殖罐)内的条件适合酵母发酵。待酵母繁殖罐中的酵母生长到成熟、健康状态后，将酵母溶液倒入发酵罐。将酶添加到新鲜的醪液中，用于将醪液中的糊精转化为单糖。

之后在5～18个小时内(或者直至发酵罐装满为止)将发酵罐装满新鲜的醪液。然后，将发酵罐设置为闲置状态，让酵母继续将糖发酵成酒精。在发酵周期结束后，将发酵罐内的发酵液排出，然后清洗发酵罐，以备后续发酵周期使用。美国的干磨厂的发酵周期一般为50～60小时。对于含4个发酵罐的发酵系统而言，灌装时间约为14小时，发酵周期为56小时；而对于含7个发酵罐的发酵系统而言，灌装时间为8小时，发酵周期为56小时。

在美国运营的150家干磨厂均采用分批发酵工艺。这些工厂中，将100磅的干酵母添加到2,400加仑的酵母泥中，同时添加水和养分，以将酵母罐中的环境调节为适合酵母繁殖的环境。在最常见的设计中，酵母罐容量通常为20,000加仑，一个酵母罐可供3～6个发酵罐系统使用，两个酵母罐可供7～10个发酵系统使用。酵母繁殖时间为6～11小时，具体取决于发酵系统中发酵罐的数量。例如，如果有4个发酵罐，其灌装时间在14小时左右，通常需要三个小时才能将溶液从酵母罐转移到发酵罐中，并且应在原位清洗(Clean-In-Place，CIP)，以备下一批次发酵使用。因此，酵母的繁殖时间为11小时。如果采用7个发酵罐，那么所需的灌装时间为8小时，并且需要使用两个酵母罐(因为使用一个酵母罐所需酵母繁殖时间过短，为时5小时)，酵母繁殖时间为15小时。酵母罐中酵母的繁殖速率与操作条件(温度、pH值等)、使用的酵母类型、添加的养分量以及酵母罐中的溶解空气量等因素有关。在典型的发酵系统中，酵母细胞以每小时25％～40％的速度增长，其中大多数酵母细胞以30％～35％的速度增长。

【发明内容】

本发明提供了一种系统和方法，用于始终提供具有优化酵母细胞计数的酵母罐和发酵罐。进一步地，本发明在酵母罐和发酵罐之间提供了一个双功能酵母阶段罐(YeastStage Tank，YST)(用于酵母繁殖和发酵)，如图3-8所示。本申请的一些实施例中，酵母阶段罐是一个单独的罐，位于酵母罐和发酵罐之间。本申请的一些其他实施例中，一个或多个发酵罐用作酵母阶段罐，其具有配置成执行包括酵母繁殖在内的酵母阶段罐的功能的条件，以便在执行发酵或将酵母溶液转移到发酵罐之前获得预定的细胞计数。

本申请的一些其他实施例中，酵母阶段罐向发酵罐提供活性年轻酵母，以最大限度地提高酵母繁殖罐的产量。本申请的一些实施例中，酵母阶段罐也用作酵母繁殖的酵母繁殖罐。在整个灌装期间，新鲜醪液持续送入酵母阶段罐，并保持从酵母阶段罐到一个或多个发酵罐的优化酵母细胞计数(>250*10^6)溶液。所述酵母阶段罐被配置为向一个或多个发酵罐供应优化的酵母细胞溶液。

本申请的一些实施例中，酵母阶段罐用于填补酵母罐和发酵罐之间提供预定酵母的间隙，从而确保在酵母罐过小的灌装期间，发酵罐中的酵母细胞计数保持最大。本申请的一些实施例中，酵母阶段罐又被用作连续酵母繁殖罐，以供应大量酵母细胞，从而在发酵灌装期间维持发酵罐中的最大酵母细胞计数。

酵母阶段罐的最小容量由酵母阶段罐醪液糖化率中的酵母繁殖率决定，详见表4。例如，若酵母生长率(繁殖率)为每小时20％，则酵母阶段罐的容量必须大于5(100/20＝5)倍的醪液糖化率。若酵母生长率为每小时25％，则酵母阶段罐的容量必须至少为醪液糖化率的4倍(100/25＝4)。若酵母生长率为每小时30％，则酵母阶段罐的容量必须至少为醪液糖化率的3.333倍(100/30＝3.333)。若酵母生长率为每小时35％，则酵母阶段罐的容量必须至少为醪液糖化率的2.86倍(100/35＝2.86)。换言之，酵母阶段罐的容量大小可以根据【100/％酵母生长】乘以醪液糖化率的公式确定。干磨厂的平均醪液糖化率为加仑每小时(gallon per hour，GPH)。平均醪液糖化率是指发酵系统每小时糖化产物的总量。因此，所述平均醪液糖化率等于送往酵母罐、酵母阶段罐和发酵罐的醪液糖化率之和。

对于配置7个发酵罐的发酵系统的发酵罐容量为800,000加仑，所需灌装时间为8小时，平均醪液糖化率为100,000加仑每小时。如果酵母生长(繁殖)率为20％、25％、30％和35％，则酵母阶段罐的最小容量应分别为500,000加仑、400,000加仑、333,3333加仑和285,714加仑。

如果采用更大容量的酵母阶段罐，则其中一个发酵罐可以首先用作酵母阶段罐，接收来自酵母罐的酵母溶液。然后，将醪液添加到预定容量。最后，发酵罐用作连续酵母繁殖罐(如酵母阶段罐)，用于灌装多个发酵罐。持续的酵母繁殖可以随时停止，然后采用醪液灌装直至发酵罐装满为止，然后作为一个典型的发酵罐继续完成发酵过程。换言之，所述设置首先使用其中一个发酵罐作为酵母阶段罐。随后，所述酵母阶段罐用作其中一个发酵罐，这样虽然可以节省使用单独酵母发酵罐的成本，但会降低总发酵能力。

所述系统始终为酵母罐和发酵罐提供并保持理想/优化的酵母细胞计数溶液。所述系统在酵母罐和发酵罐之间增加了一个双功能(酵母繁殖和发酵)酵母阶段罐。该酵母阶段罐通过a)使用酵母阶段罐进行连续酵母繁殖，b)将最优酵母溶液从一个发酵罐循环到另一个发酵罐，c)使用a)和b)始终保持酵母阶段罐和发酵罐中的最大酵母细胞数(>250*10^6)，尤其是在灌装期间，以及d)始终保持食品/酵母细胞比率小于10(例如小于4)，向发酵罐提供大量最佳、最优的酵母细胞计数溶液，以避免a)酵母应激，产生不需要的甘油以及b)细菌尖峰，产生不需要的乳酸。食品/酵母细胞比率可以通过使用％DT/％酵母重量比(或“食品”与酵母之比)来表示。

进一步地，酵母阶段罐被配置为可以随时停止发酵，并随之将酵母溶液转移至发酵罐。在进行酵母溶液转移之后，将进行原位清洗(CIP)步骤，然后重新开始酵母阶段罐中的新一批次的发酵。本申请的一些实施例中，对酵母阶段罐中的酶用量进行控制，以确保食品/酵母细胞比率小于5/1，从而避免a)甘油生产过剩引起的酵母应激和/或b)细菌取代酵母而产生不需要的乳酸。

另外，酵母阶段罐还有一个优点是其能够向条件合适的发酵罐提供最大酵母细胞计数(Yeast Cell Count，YCC)溶液。在分批发酵工艺中的任何时候，酵母阶段罐(yeaststage tank，YST)都可以停止向发酵罐灌装溶液，重新灌装醪液，并用作发酵罐，这样可以显著缩短发酵时间，如图8所示。

如上所述，美国的200多家干磨厂中的大多数都使用分批发酵系统。这些分批发酵系统都维持3～10个发酵罐，平均发酵周期约为56小时。通常，配置3个发酵罐的发酵系统的灌装时间为18小时；配置4个发酵罐的发酵系统的灌装时间为14小时；配置5个发酵罐的发酵系统的灌装时间为11小时；配置6个发酵罐的发酵系统的灌装时间为9小时；配置7个发酵罐的发酵系统的灌装时间为8小时；配置8个发酵罐的发酵系统的灌装时间为7小时；配置9个发酵罐的发酵系统的灌装时间为6小时；配置10个发酵罐的发酵系统的灌装时间为5小时。通常，一个容量为800,000加仑的发酵罐应配置一个容量为20,000加仑的酵母罐。为使一个20,000加仑的酵母罐能够灌装满一个800,000加仑的发酵罐，那么酵母需要在较短的灌装时间内繁殖40次。正常情况下，酵母细胞计数每小时增加30％左右。因此，如表1所示，酵母繁殖所需的总时间为14小时，转移酵母溶液所需的总时间为3小时。此外，原位清洗(CIP)的时间也需要考虑在内。

美国大多数干磨厂的分批发酵系统都装配有至少3个发酵罐，这些发酵罐运行所需的酵母细胞计数要少得多(<100*10^6/ml)。这种较低的酵母细胞计数会导致酵母应激，同时产生不必要的副产品，尤其是甘油。而酵母应激会使细菌有机会取代酵母，进而产生乳酸。所述系统通过计算机模拟和现场数据建立，能够保持酵母罐和发酵罐中的最大酵母细胞计数。计算机模拟基于20％～35％的酵母生长率，酵母罐和发酵罐内每个细胞每小时酒精产率分别为0.001％和0.002％。基于观察到的波动和其他相关变量，这些数字在实际操作过程中可能会发生变化，具体参见表1～表3。

本申请的一些实施例中，在酵母罐和发酵罐之间提供了一个酵母阶段罐(YST)，这一发明是新的、前所未有的。本申请的一些实施例中，酵母阶段罐容量大于平均醪液罐/酵母罐容量的3.33倍，因此酵母细胞每小时的生长率为30％，这一点通过计算机模拟计算得到了进一步证实。各种酵母生长速率见表4。

以下提供了至少六个不同的实施例来说明一些选定的实施例。以下所示的实施例允许不同的典型干磨厂配置通过始终保持最大酵母细胞计数来提高生产率和降低成本，此外，还能够降低酵母和酶成本、降低感染几率和缩短发酵周期。参见LT1FEM～LT6FEM：

分流法(LT1FEM，Split Flow Method)：将醪液流分离以同时灌装两个发酵罐，根据一些实施例，发酵罐用作酵母阶段罐。本申请的一些实施例中，灌装时间分为两段，在灌装的前半段对进入发酵罐的醪液流进行控制，以始终获得最大的发酵罐酵母细胞计数。

表5显示了当前酵母罐(20,000加仑)，用作配置有7个发酵罐系统的酵母罐。表6显示了用作配置有7个发酵罐系统的酵母罐的最优酵母阶段罐容量(333,163加仑)。表7比较了具有最小酵母阶段罐的分流法(LT1FEM)和具有不同数量发酵罐的常用发酵系统之间的酒精百分比和酵母细胞计数。表8比较了使用LT1FEM方法的配置有7个发酵罐系统的酵母罐与不同尺寸的酵母阶段罐随时间变化的酒精百分比。如图所示，一个配置有7个发酵罐的发酵系统需要多个连续设置的酵母阶段罐。

交替YST法(LT2FEM，Alternating YST Method)：建立了两条酵母繁殖线，通过酵母阶段罐交替向发酵罐供应酵母溶液。6个以上的发酵系统需要多个连续设置的酵母阶段罐。这种设置非常适合帮助客户从连续发酵系统切换到分批发酵系统。

本申请的一些实施例中，连续发酵系统中现有的两个大型酵母罐用作LT2FEM系统中的两个大型酵母阶段罐。

表9显示了两个大型酵母阶段罐(333,163加仑)交替供应配置有7个发酵罐的发酵系统，灌装时间为8小时。表10显示了对于设置了LT2FEM的配置有7个发酵罐的发酵系统的两个酵母罐和一个大容量酵母阶段罐。表11显示了对于设置了LT2FEM的配置有10个发酵罐的发酵系统的两个酵母罐和一个大容量酵母阶段罐。表12比较了LT2FEM系统和当前使用的发酵系统之间的酒精百分比。表13总结了各种发酵系统所需的酵母罐容量和酵母阶段罐容量。

YST法中的连续酵母繁殖(LT3FEM，Con，Continuous Yeast Propagation in YSTMethod)：在酵母罐和发酵罐之间使用酵母阶段罐(YST)。酵母阶段罐作为一个连续的酵母繁殖罐，通过继续输入醪液，并继续将酵母溶液输送到发酵罐中。这种方法在不使用酵母罐中的任何新酵母溶液的情况下填充发酵罐。因此，酵母繁殖可以持续至少一个发酵罐。当这种连续酵母繁殖用于一个发酵罐时，酵母在酵母罐和酵母阶段罐中的繁殖时间为原来的两倍。当连续酵母繁殖用于两个发酵罐时，酵母罐和酵母阶段罐所需的时间为原来的三倍。这降低了酵母繁殖的资金成本和运营成本。表14显示了配置有7个发酵罐的发酵系统的LT3FEM系统中用作一次连续酵母繁殖罐的酵母阶段罐(酵母溶液从一个罐转移到下一个罐)(仅为一个发酵罐提供溶液)。表15显示了配置有10个发酵罐的发酵系统的LT3FEM系统中用作一次转移(仅为一个发酵罐提供溶液)的连续酵母繁殖罐的酵母阶段罐。表16比较了LT3FEM系统和当前使用的各种发酵系统之间的酒精百分比。表17显示了LTFEM3系统所需的酵母罐大小和酵母阶段罐容量大小。

酵母溶液循环法(LT4FEM，Yeast Solution Recycling Method)：在酵母罐和发酵罐之间添加一个容量较大的酵母阶段罐。所述酵母阶段罐用于向发酵罐生产大量最活跃的年轻酵母细胞。将大量活性年轻酵母倒入1号发酵罐(供体发酵罐)，然后向1号发酵罐添加醪液，直到装满为止。使用的酵母阶段罐足够大，用以确保1号发酵罐中的酵母细胞计数在灌装期间保持最大酵母细胞计数(>250*10^6)。计算机模拟程序进一步显示，对于30％的酵母繁殖率，酵母阶段罐需要的速率至少是醪液糖化率的3.33倍。表4显示了不同酵母生长率下的最小酵母阶段罐容量尺寸。1号发酵罐(供体发酵罐)装满后，通过继续加入更多醪液，并将最优的酵母溶液输送至2号发酵罐(受体发酵罐)，所述1号发酵罐将继续繁殖酵母(作为酵母阶段罐)至少三个小时。这至少需要三个小时的酵母溶液从1号发酵罐(供体发酵罐)转移至2号发酵罐(受体发酵罐)，确保2号发酵罐在灌装期间始终有最大酵母细胞计数(>250*10^6)。接下来，2号发酵罐可以暂停，充当酵母阶段罐，用醪液灌装，直到装满为止。待2号发酵罐装满后，可以继续灌装醪液，同时向另一个发酵罐输送最大酵母细胞计数的溶液。这种方法可以连续应用于每个新的发酵罐，在灌装过程中保持最优的酵母数量，然后待发酵罐装满后，在向下一个发酵罐提供最优的酵母计数溶液的同时，灌入更多的醪液。这种方法可以循环最优的酵母细胞溶液，确保在每个发酵罐中始终保持最优的酵母细胞计数，并且所需酶显著减少。因此，运营成本和资金成本可同时降低。表18显示了一个配置有7发酵罐的发酵系统，带有一个酵母阶段罐和一次酵母循环转移(酵母溶液从一个发酵罐转移至另一个发酵罐)。表19显示了配置有10个酵母罐的发酵系统，带有一个酵母阶段罐和一次酵母循环转移。表20比较了LT4FEM系统与当前使用的配置有7个和10个发酵罐的发酵系统之间的酒精百分比。表21显示了FT4FEM系统所需的酵母罐和酵母阶段罐的容量尺寸。

YST或发酵罐中的连续酵母繁殖法(LT5FEM，Continuous Yeast Propagation inYST or Fermenter Method)：该系统将FT1、LT2和LT3方法中使用的酵母阶段罐中的活性酵母溶液的连续繁殖与LT4FEM的循环方法相结合。LT5FEM使用酵母阶段罐，通过使用酵母阶段罐作为连续酵母繁殖罐(LT3FEM)或使用发酵罐作为连续酵母繁殖罐(LT4FEM)，向多个发酵罐提供大量活性年轻酵母细胞。利用该系统，有许多方法可以建立用于分批发酵的最佳酵母繁殖系统。表22显示了各种系统所需的酵母阶段罐的最小容量尺寸。表23显示了一个配置有7个发酵罐的发酵系统的模拟，该系统使用一个酵母阶段罐用于连续的酵母繁殖，并使用最小尺寸的酵母阶段罐用于一个酵母循环转移(酵母溶液从一个发酵罐转移至另一个发酵罐)。表24显示了一个配置有7个发酵罐的发酵系统的模拟，该系统使用一个酵母阶段罐用于连续的酵母繁殖，并使用最大尺寸的酵母阶段罐用于一次酵母循环转移。表25显示了一个配置有10个发酵罐的发酵系统的模拟，其中一个酵母阶段罐用于连续酵母繁殖，另一个用于LT5FEM系统的酵母循环转移。表26显示了使用两个酵母阶段罐用于酵母循环的配置有10个发酵罐的发酵系统的模拟。表27显示了使用两个酵母阶段罐进行连续酵母繁殖的配置有10个发酵罐的发酵系统的模拟。

用作YST方法的发酵罐(LT6FEM，Fermenter Tank used as YST Method)：上述系统(LT1FEM、LT2FEM、LT3FEM、LT4FEM和LT5FEM系统)需要a)向现有系统添加额外的酵母阶段罐，B)将酵母溶液倾倒到发酵罐中，以及C)对酵母阶段罐进行原位清洗(CIP)。这些需求增加了资金成本和运营成本。LT6FEM系统是通过使用一个发酵罐作为酵母阶段罐研发的。该酵母阶段罐可以通过向罐中添加醪液同时将最大化的酵母细胞计数溶液发送到发酵罐来连续繁殖酵母。这种连续繁殖酵母的酵母阶段罐可以用最优的酵母细胞计数溶液灌装多个发酵罐。在任何时候，该罐都可以停止酵母繁殖，并通过灌装醪液和停止向另一个发酵罐提供酵母溶液来充当额外的发酵罐。在此期间，另一个发酵罐可以开始充当酵母阶段罐。这样，第一个酵母阶段罐装满醪液，成为发酵罐，下一个发酵罐开始充当酵母阶段罐。使用该策略，所有酵母阶段罐和发酵罐在灌装期间始终保持最大酵母细胞计数(>250*10^6)。因此，当酵母溶液从一个发酵罐到另一个发酵罐(循环转移)时，酒精百分比(从大约2％开始)将逐渐增加，并且不会产生任何突然的酒精百分比变化，如在LT4FEM系统中所见。使用这种在酵母阶段罐技术中的连续酵母繁殖，LT6FEM系统将在灌装期间将酒精百分比从2％增加到6％，并达到每小时0.5％的最大繁殖率。因此，LT6FEM可以在48小时(两天周期)发酵周期上操作，而不是目前使用的56小时发酵周期。表28显示了LT6FEM，其使用一次循环转移，系统中的每个发酵罐轮流充当酵母阶段罐(繁殖酵母并供给下一个发酵罐)，用于具有16小时灌装时间的4个发酵系统。表29显示了具有各种发酵系统的LT6FEM系统的总结。表30显示了使用LT6FEM系统的发酵罐中酒精百分比的总结。表31显示了LT6FEM系统所需的酵母罐的最小容量尺寸。表32显示了LT6FEM系统所需的酵母阶段罐的最小容量尺寸。表33显示了使用最小容量尺寸的酵母罐在第18小时的平均酒精百分比。表34显示了使用最小容量尺寸的酵母罐的发酵时间的减少。表35显示了用最小容量尺寸的酵母罐需要的干酵母重量(磅)。表36比较了当前使用的系统和用于配置有7个发酵罐的发酵系统的LT6FEM系统之间的酵母细胞计数和酒精百分比。表37显示了使用LT6FEM方法对配置有7个发酵罐的发酵系统进行多次再循环(发酵罐至发酵罐酵母溶液转移)18小时后的酒精百分比总结。

使用更大容量的酵母阶段罐提供更稳定的操作(允许更低的酵母生长率和更短的发酵周期)。但是较大的酵母阶段罐需要更多的空间来容纳较大的酵母罐。对于所有分批系统，最大酵母阶段罐操作容量将与发酵罐容量相同。表38显示了在LT6FEM系统中具有最大容量尺寸酵母阶段罐的各种酵母生长率所需的酵母罐的容量尺寸。表39显示了在LT6FEM系统上使用最大尺寸酵母阶段罐的各种酵母生长率在第18小时的平均酒精百分比。表40显示了由于在LT6FEM系统上使用不同酵母生长率的最大尺寸酵母阶段罐而导致的发酵时间的减少。表41显示了在LT6FEM系统上具有不同酵母生长率的最大尺寸酵母阶段罐所需的干酵母的量。最小尺寸酵母阶段罐数据(表31～表35)与最大尺寸酵母阶段罐数据(表38～表41)的比较表明，通过使用LT6FEM技术优化其发酵系统，客户有许多不同的方法来改善操作条件和降低成本。

这个计算机模拟程序也可以用来帮助设计新的发酵系统。所有的计算机模拟数据表明，具有较少发酵罐数量(4～6个)和较长灌装时间(9～16小时)的系统比具有较多发酵罐数量(7～10个)和较短灌装时间(5～8小时)的发酵系统成本更低并且性能更好。计算机模拟数据表明，现有的较多发酵罐数量(7～10个)的发酵系统可以转化为两个性能更好的发酵系统。例如，需要7小时灌装时间的配置有8个发酵罐的发酵系统可以制成需要14小时灌装时间的两个配置有4个发酵罐的发酵系统。类似地，需要5.5小时灌装时间的配置有10个发酵罐的发酵系统可以制成两个需要11小时灌装时间的配置有5个发酵罐的发酵系统，如表30所示。

计算机模拟程序是设计新的发酵系统和改进现有系统操作的非常有用和有价值的工具。模拟可以a)分析现场数据，b)找出异常操作或低效率的位置，c)对系统的各种修改进行建模，以及d)比较不同的发酵改性。这允许优化设计新的发酵系统，并优化现有系统的成本和性能。通常，在实际的现场操作中，一个小的错误就可能导致巨大的利润损失。此外，相较于雇用发酵专家几十年来在该领域收集数据，一天的计算机模拟可以提供更有用的数据。

在下文中，根据一些实施例提供了一些实验数据。表1显示了一些重要的酵母繁殖方法和数据。根据酵母在系统中的繁殖时间，设计了合适的酵母罐。图表1-1显示了酵母细胞繁殖率作为具有不同酵母繁殖率(0.25～0.4)的酵母繁殖的函数。利用酵母繁殖时间设计了理想的酵母罐繁殖系统。酵母罐中酒精的百分比与时间的关系也绘制在图表1-2中，使用计算机模拟不同的酒精生产速率(每个酵母细胞每小时生产0.001％～0.0015％的酒精)。这个数字取决于酵母的类型，酵母罐的条件(pH值、温度和营养等)最重要的是，酵母罐内溶解的空气。正常情况下，工厂只有在酵母繁殖结束时才有酵母繁殖数据。然而，这两个图表对于理解和设计考虑限制因素，如何改善结果以及对所有可能的改进选项期望的酵母繁殖系统非常有用。这两个图表能够用于指导酵母罐的设计和操作，以最大限度地增加酵母细胞计数，并为发酵罐提供最活跃(高出芽率和活力)的年轻酵母。

表2中所示的计算机模拟程序(用于当前的配置有7个发酵罐的发酵系统)是基于在2,400加仑酵母泥罐中的100磅干酵母，然后转移到20,000加仑酵母罐中，在酵母罐中进行16小时的酵母繁殖循环，以产生20,000加仑的活性年轻酵母，然后将其转移到800,000加仑发酵罐中。以每小时100,000加仑的醪液糖化率，发酵罐需要8小时才能装满。如表2所示，在这8小时的灌装期间，酵母细胞计数保持非常低，因为需要14小时才能达到最大酵母细胞计数。同样，数据显示酒精生产有15小时的滞后期。在此期间，发酵罐中的葡萄糖也从约1％逐渐增加到高达14％。这种高葡萄糖和低酵母细胞计数的时期会产生酵母应激，并产生不需要的副产物甘油。数据显示，在此期间，使用普通干酵母，甘油的百分比从0.5％左右增加到1％以上。一些最近发布的转基因酵母可以将甘油的百分比降低到1％以下，并将酒精产量提高到2.5％。

相同的计算机模拟程序用于当前发酵系统中的配置有4～10个发酵罐的发酵系统，并在表3中进行了总结。发酵罐中的酵母细胞计数(YCC)开始非常低(对于配置有4个发酵罐的发酵系统为93*10^6，对于配置有5个发酵罐的发酵系统为76*10^6，对于配置有6个发酵罐的发酵系统为39*10^6，对于配置有7个发酵罐的发酵系统为54*10^6，对于配置有8个发酵罐的发酵系统为48*10^6；对于配置有9个发酵罐的发酵系统为42*10^6，对于配置有10个发酵罐的发酵系统为27*10^6)，因此发酵罐中的酵母在灌装时间期间和灌装时间之后处于压力下：对于配置有4个发酵罐的发酵系统为14小时，对于配置有5个发酵罐的发酵系统为15小时，对于配置有6个发酵罐的发酵系统为16小时，对于配置有7、8、9个发酵罐的发酵系统为15小时，对于配置有10个发酵罐的发酵系统为16小时。相反，典型的系统在低酵母细胞计数(小于250*10^6)的情况下所需时间超过14小时。低酵母细胞计数使酵母应激，导致甘油产生，这使酒精产生速率减慢超过14小时。

通常，改进该发酵系统需要大的资本投资、额外的运营成本和较长的研发时间。该计算机模拟程序提供了一种更快、更便宜和更容易的方法来研发新的发酵技术，因为在调整系统之前，可以在计算机模拟程序中尝试许多可能的改进并比较结果。

如在2014年8月29日提交的名称为“用于干磨工艺的新改进发酵系统”的临时美国临时专利(申请号：62/044,092)中所述，将酵母从供体发酵罐循环到受体发酵罐可以将所有受体发酵罐的酵母细胞计数保持在最大值(>250*10^6)，并且产生较少的甘油(低至1.1％)，其在此通过引用整体并入本文用于所有目的。然而，供体发酵罐中的酵母细胞计数仍然非常低，并且供体发酵罐中的甘油百分比可能高达1.5％。

此外，还引入了可测量的和有用的参数，％DT/％酵母重量比(或“食品”与酵母的比率)，(例如，％DT＝葡萄糖)。该比率提供了关于每小时后酵母的健康状态的信息，以及在发酵罐灌装期间将酵母从酵母生长阶段平稳地转移到酒精生产阶段的方法，从而能够避免对酵母的冲击。因为提供发酵罐中的酵母细胞计数仍然很低，细菌有时间在供体发酵罐中获得立足点并转移到受体发酵罐，从而创造了细菌在供体发酵罐中超过酵母的机会。

本发明所采用的具体技术，将通过以下的实施例及附呈图式作进一步的说明。

【附图说明】

现在将参考附图通过示例来描述实施例，这些附图是示例性的而不是限制性的。对于本申请提及的所有附图，相同编号的元件始终指的是相同的元件。

图1为本申请典型的连续发酵系统的示意图。

图2为本申请典型的分批发酵系统的示意图。

图3为本申请一些实施例的醪液分流工艺的示意图。

图4为本申请一些实施例作为酵母阶段罐工艺的交替酵母罐的示意图。

图5为本申请一些实施例的YST中的连续酵母繁殖的示意图。

图6为本申请一些实施例的酵母溶液循环过程示意图。

图7为本申请一些实施例在YST或发酵罐中的连续酵母繁殖的示意图。

图8为本申请一些实施例使用发酵罐作为YST的示意图。

图9为本申请一些实施例使用作为YST的发酵罐的示意图。

图10为本申请一些实施例使用作为YST的发酵罐的示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本申请的实施例作进一步详细描述。虽然结合以下实施例描述了本发明，但是应当理解，这些实施例并不旨在将本发明限制于这些实施例示例中。相反，本发明旨在涵盖可包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的替换、修改和等同物。此外，在本发明的以下详细描述中，为了更充分地说明本发明，阐述了许多具体细节。然而，对于受益于本发明的现有技术的普通技术人员显而易见的是，本发明可以在没有这些具体细节的情况下实施。在其它实例中，没有详细描述众所周知的方法和过程、组件和处理，以免不必要地模糊本发明的方面。当然，可以理解，在任何这样的实际实现的研发中，必须做出许多特定于实现的决定，以便实现研发人员的特定目标，例如符合应用和商业相关的约束，并且这些特定目标因实施而异，也因研发人员而异。此外，应当理解，这种研发努力可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本发明的本领域普通技术人员来说，这仍然是一种常规的工程任务。

已经根据结合了细节的特定实施例描述了本发明，以便于理解本发明的构造和操作的原理。本申请中对具体实施例及其细节的这种引用并不旨在限制所附权利要求的范围。对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在选择用于说明的实施例中进行其它各种修改。

计算机模拟数据表

表1：分批方法酵母繁殖理论和数据。

表2：使用两个20,000加仑酵母罐的当前ICM配置有7个发酵罐的发酵系统的计算机模拟。

表3：通过计算机模拟对所有当前ICM分批发酵系统(配置有4～10个发酵罐的发酵系统)的结果进行总结。

表4：维持最大酵母细胞计数所需的最小酵母阶段罐容量尺寸。

表5：用醪液分流法(LT1FEM)对配置有7个发酵罐的发酵系统进行计算机模拟。

表6：计算机模拟显示了使用LT1FEM的配置有7个发酵罐的发酵系统的最佳(最大)酵母阶段罐容量尺寸(333,163加仑)。

表7：比较当前ICM系统和LT1FEM系统的结果。

表8：使用LT1FEM设置，比较具有不同酵母阶段罐尺寸的配置有7个发酵罐的发酵系统的酒精百分比随时间的变化。

表9：用LT2FEM系统对配置有7个发酵罐的发酵系统进行计算机模拟。

表10：其他设置用于带有LT2FEM系统的配置有7个发酵罐的发酵系统。

表11：用LT2FEM系统对配置有10个发酵罐的发酵系统进行计算机模拟。

表12：比较LT2FEM系统和当前ICM系统的结果。

表13：显示LT2FEM系统所需的酵母阶段罐尺寸、酵母罐尺寸和干酵母量。

表14：用LT3FEM系统对配置有7个发酵罐的发酵系统进行计算机模拟。

表15：用LT3FEM系统对配置有10个发酵罐的发酵系统进行计算机模拟。

表16：比较LT3FEM系统和当前ICM系统的结果。

表17：显示LT3FEM系统所需的酵母阶段罐尺寸、酵母罐尺寸和干酵母量。

表18：用LT4FEM系统对配置有7个发酵罐的发酵系统进行计算机模拟。

表19：用LT4FEM系统对配置有10个发酵罐的发酵系统进行计算机模拟。

表20：比较配置有7个和10个发酵罐的发酵系统的LT3FEM、LT4FEM和当前ICM设置之间的酒精百分比随时间的变化。

表21：显示具有不同数量发酵罐的LT4FEM系统的干酵母量、酵母罐尺寸和酵母阶段罐尺寸。

表22：LT2FEM、LT3FEM和LT4FEM系统所需的最小酵母阶段罐尺寸总结。

表23：配置有7个发酵罐的发酵系统的计算机模拟，其中一个酵母阶段罐作为连续酵母繁殖罐，一个酵母循环转移所需最小尺寸的酵母阶段罐。

表24：配置有7个发酵罐的发酵系统的计算机模拟，其中一个酵母阶段罐作为连续酵母繁殖罐，一个酵母循环转移所需最大尺寸的酵母阶段罐(与发酵罐尺寸相同)。

表25：配置有10个发酵罐的发酵系统的计算机模拟，该系统具有一次连续的醪液输入和连续的酵母繁殖到发酵罐和一次酵母循环转移设置。

表26：具有两次循环转移设置的配置有10个发酵罐的发酵系统的计算机模拟。

表27：具有两个连续酵母繁殖过程(酵母溶液从酵母阶段罐转移到发酵罐)的配置有10个发酵罐的发酵系统的计算机模拟。

表28：LT6FEM系统的计算机模拟程序。

表28A：比较LT6FEM和当前使用的配置有4个发酵罐的发酵系统之间的酒精百分比随时间的变化。

表29：使用一个发酵罐作为酵母阶段罐，然后进行发酵操作的LT6FEM结果总结。

表30：在LT6FEM系统的最小酵母阶段罐尺寸的情况下，在18小时标记的时间内，发酵罐中的酒精百分比。

表31：LT6FEM系统的最小酵母阶段罐尺寸所需的酵母罐容量。

表32：所需的最小酵母阶段罐容量。

表33：使用最小容量尺寸的酵母阶段罐在18小时的平均酒精百分比。

表34：使用最小容量尺寸的酵母罐的发酵时间的减少。

表35：用最小容量尺寸的酵母阶段罐需要的干酵母重量(磅)。

表36：带有LT6FEM系统的配置有7个发酵罐的发酵系统的酒精百分比总结。

表37：使用LT6FEM系统的需要多次转移的配置有7个发酵罐的发酵系统的结果总结。

表38：最大酵母阶段罐所需的酵母罐/醪液糖化率总结。

表39：最大酵母阶段罐在18小时标记的平均酒精百分比。

表40：使用最大容量尺寸的酵母阶段罐的发酵时间的减少。

表41：最大容量尺寸的酵母阶段罐需要的干酵母重量(磅)。

表42：最优发酵设计系统。

对于小罐，在酵母泥罐中使用100磅的干酵母，该酵母泥罐填充2,400加仑的水，以形成酵母细胞计数为250*10^6的酵母溶液。为了在800,000加仑发酵罐中保持最优的酵母数量，酵母数量应增加333倍。当使用20,000加仑的酵母罐时，将最初的100磅酵母乘以8.3倍，以用优化的酵母细胞计数溶液灌装酵母罐。然后20,000加仑的酵母溶液应该再增加40倍，以灌装发酵罐。包括ICM的当前分批发酵系统具有太小的酵母罐，这增加了酵母繁殖时间并延长了发酵周期。

在将酵母溶液送入发酵罐之前，较大的酵母罐也需要更多的时间用于酵母繁殖。对于一个酵母罐系统，酵母罐只有一次灌装时间来繁殖酵母。两个酵母罐系统可以在酵母罐中产生两倍的酵母溶液，从而将灌装发酵罐的时间缩短一半。这就是为什么较大规模的发酵系统(配置有7个或更多发酵罐)使用两个酵母罐。如配置有10个发酵罐的发酵系统，灌装时间仅需5小时。两个酵母罐系统将提供10小时的酵母繁殖时间。考虑到将溶液转移到发酵罐的3个小时和原位清洗(CIP)时间，酵母繁殖时间仅剩下7个小时，在这段时间内酵母仅能生长6.27倍，酵母生长率为每小时30％。因此，对于配置有9个或更多发酵罐的发酵系统，需要多个连续设置的酵母罐。

发酵是一个具有生物体的复杂系统。即使系统和操作看起来相同，但最终结果也总是不同。然而，根据一些实施例，计算机模拟用于分析问题、对多个设置系统建模以及比较结果。基于这些结果，可以优化任何分批发酵系统。本发明中使用的计算机模拟基于以下原理：

a)每小时的酵母繁殖率：以现场数据为基础，每小时的酵母繁殖率取决于所用酵母的类型、酵母罐条件(pH值、温度等)、酵母罐内的养分以及酵母罐内的溶解空气量。正常溶解空气水平范围为25％～40％，大多数在30％范围内。因此，在计算机应用中使用30％的溶解空气水平。

b)每小时的酒精生产率：以现场数据为基础，酵母罐和发酵罐中的酒精生产率是酵母类型、酵母罐和发酵罐条件(pH、温度等)、酵母和发酵罐中的养分以及酵母罐内的溶解空气量。对于酵母罐，酒精产量的正常范围为每小时每酵母细胞0.001％～0.0015％，对于发酵罐，酒精产量的正常范围为每小时每酵母细胞0.002％。因此，在本发明中，酵母罐的0.001％和发酵罐的0.002％用作基线。然而，该变量可以在计算机程序中调整，并且可以用于更好地优化发酵系统。

c)该领域的优化/目标酵母细胞计数范围为250～350*10^6/ml。为了本发明之目的，使用250*10^6的最优酵母细胞计数。

本申请的一些实施例中，基于上述原则/假设，对表2所示的目前由ICM系统使用的配置有7个发酵罐的发酵系统使用计算机模拟。单元格A2：U3显示所有输入数据以供后续计算。有红色字体的数字都可以根据现有的系统参数或预期的结果进行调整。酵母罐(A和B)计算显示在单元格B4：K24中。发酵罐1和2的发酵计算显示在单元格L4：U24中。通过计算机模拟预测的酵母罐和发酵罐中的酵母细胞计数和酒精百分比与现场数据非常一致。图表2-1&2-2显示在灌装期间(少于8小时)，发酵罐中的酵母细胞计数低于60，发酵罐中的酒精百分比低于0.5％。

在这些条件下(低酵母细胞计数和低酒精百分比)，酵母可能出现应激并产生不需要的副产物(甘油)，或者细菌可能生长超过酵母并产生不需要的副产物(乳酸)。数据证实，在最初的20小时内，发酵罐中的细菌计数和甘油百分比都急剧增加。图表显示直到第14小时才达到最大酵母细胞计数(YCC)250*10^6。这意味着在酒精生产率达到最优水平之前有14个小时的滞后时间。

使用相同的方法，计算机模拟也用于其它分批发酵罐系统(配置有4～10个发酵罐的发酵系统)。随时间变化的YCC和随时间变化的酒精百分比如表3所示。这清楚地表明，所有这些系统中的酵母细胞计数在灌装期间都很低。配置有4和5个发酵罐的发酵系统的YCC在第14小时达到最大值(250*10^6)，配置有7、8和9个发酵罐的发酵系统的YCC在第15小时达到最大值，配置有6和10个发酵罐的发酵系统在第16小时达到最大值。计算机模拟数据与现场数据基本一致。在灌装期间，这些发酵罐中的酒精百分比都远低于1.5％，并导致14～16小时的酒精生产滞后时间。直到酵母细胞计数达到最大值(大于250*10^6)，如图所示，这需要14～16小时，才能达到最优的酒精产量。

本申请的一些实施例中，计算机模拟程序用于执行和/或优化发酵系统，以在酵母罐和发酵罐中维持最大YCC。当在灌装期内和之后保持最大YCC时，可以避免细菌生长和酵母应激。此外，酒精生产的滞后时间明显缩短。以下是一些使用的方法：

图3示出了根据一些实施例的醪液分流法300。本申请的一些实施例中，所述方法300将醪液分开以供给两个发酵罐。本申请的一些实施例中，两个20,000加仑的酵母罐协同工作，每8小时将超过35,500加仑的繁殖酵母倾倒至发酵罐中，使得发酵罐中的酵母细胞计数保持最优、最佳。本申请的一些实施例中，安装两个超过35,500加仑的酵母罐(例如，更大容量的酵母罐)，其能够以16小时的酵母繁殖周期操作。本申请的一些实施例中，较大的酵母罐具有大于30,000加仑酵母罐的容量尺寸。

醪液分流法(LT1FEM)：使用该方法，醪液流302被分流以供给两个发酵罐306、308。如表5所示，对于容量为20,000加仑的配置有7个酵母罐的发酵系统，灌装第一发酵罐306以保持最大酵母细胞计数。发酵罐310是用于进行发酵工艺的3～6号罐。

本申请的一些实施例中，需要16小时酵母繁殖周期的两个酵母罐(A和B)可以每8小时向发酵罐供应酵母溶液。1号发酵罐306的醪液糖化率显示在单元格I7：I22中。1号发酵罐306中的酒精百分比显示在单元格K7：K22中，1号发酵罐中的YCC显示在单元格J7：J22中。

因为酵母罐容量太小，直到第9～11小时，发酵罐中的酵母细胞计数(YCC)都低于最大值。本申请的一些实施例中，两个20,000加仑的酵母罐协同工作，每8小时将超过35,500加仑的繁殖酵母倾倒至发酵罐中，使得发酵罐中的酵母细胞计数保持最优。这种两个酵母罐的方法每8小时需要200磅的干酵母。为了降低干酵母成本，可以安装两个容量超过35,500加仑的酵母罐，并且可以在16小时的酵母繁殖周期内运行。表6通过将单元格L6中的19,990加仑更改为39,980加仑来显示这一点。使用新的更大的酵母罐，则每8小时只需要49磅的干酵母。表6显示了使用LT1FEM设置的配置有7个发酵罐的发酵系统的最佳酵母罐尺寸。表7比较了LT1FEM和典型ICM系统随时间变化的YCC和随时间变化的酒精百分比。如果使用最佳尺寸的酵母罐，则分流法(LT1FEM)可以在发酵罐中保持最大YCC。配置不同数量发酵罐的发酵系统的最优酵母罐尺寸如表7中的单元格B35：H35所示。

表8显示了具有不同酵母罐尺寸的配置有7个发酵罐的发酵系统的酒精百分比随时间的变化。优点是，使用两个较大的酵母罐可以减少酒精生产的滞后时间，并且还比较小的罐使用更少的干酵母。配置有4、5、6和7个发酵罐的发酵系统和20,000加仑酵母罐的典型ICM发酵系统是使用LT1FEM方法的理想选择。要进行修改，这些系统只需要为发酵罐的醪液流增加控制阀。对于配置有8个或更多发酵罐的发酵罐系统，其他解决方案(LT3FEM、LT4FEM或LT5FEM)将在后面详述。

图4显示了根据一些实施例的配置有交替工作的两个或多个酵母罐的发酵系统的方法400。本申请的一些实施例中，有两条酵母繁殖线，从装有干酵母的罐将酵母溶液送到发酵罐，发酵罐可以配置有两个酵母罐，随后是一个酵母阶段罐。或者在其它可选的实施例中，一个酵母罐后接两个酵母阶段罐或两个酵母罐后接两个酵母阶段罐。

酵母罐和/或酵母阶段罐的数量能够通过发酵罐的数量和系统操作条件来确定。

本申请的一些实施例中，双线酵母繁殖系统具有将酵母溶液送至一个或多个发酵罐的一条线，而另一条线开始制备用于下一个发酵循环的新酵母溶液。这种双线装置能够交替操作，以向发酵罐提供酵母溶液。

交替YST法(LT2FEM)：该方法400使用两个大的酵母阶段罐(333,163加仑)或两个酵母罐402和404(78,748加仑)和一个酵母阶段罐406(292,384加仑)来繁殖酵母并将酵母溶液提供到发酵罐408。表9显示了使用LT2FEM系统/技术和两个大型酵母阶段罐的配置有7个发酵罐的发酵系统的模拟数据。两个大型酵母阶段罐(333,163加仑)，每个需要16小时的交替循环，向发酵罐提供酵母溶液。因此，发酵罐每8小时接收一次溶液，并且可以在灌装期间保持最大YCC(大于250*10^6)，见单元格J7：J14。使用这种方法，每8小时需要458磅干酵母。表10显示了配置两个酵母罐(78,748加仑)和一个大型酵母阶段罐(292,384加仑)的配置有7个发酵罐的发酵系统的模拟数据。

使用该溶液，在灌装期间，在发酵罐中繁殖足够的酵母以维持最大酵母细胞计数(大于250*10^6)。将106磅干酵母加入酵母泥罐中的2,600加仑水中，然后将具有最大YCC的湿/活性酵母加入78,748加仑酵母罐(酵母罐A或B)中。如单元格C13：C25所示，通过控制阀将醪液逐渐添加到酵母罐中，以确保酵母罐中的最优YCC。

使用16小时的酵母繁殖周期，在第13小时，将78,748加仑的活性年轻酵母添加到酵母阶段罐(292,384加仑)以继续酵母繁殖。两个酵母罐402、404按照13小时的酵母繁殖时间运行。逐渐加入醪液，并在第13小时将溶液加入酵母阶段罐406，然后对78,748加仑的酵母罐406进行原位清洗(CIP)。将酵母溶液添加至酵母罐以及酵母罐原位清洗需要3个小时。因此，酵母罐402和404的酵母繁殖周期为16小时。酵母罐402和404交替地将酵母溶液送入酵母阶段罐406，因此酵母阶段罐406每8小时接收一次酵母溶液。酵母阶段罐的酵母繁殖周期为8小时(5小时用于繁殖酵母，3小时用于将酵母溶液送至发酵罐和进行原位清洗)。因此，每8小时，酵母阶段罐接收来自酵母罐402或404(交替)的酵母溶液。

通过使用控制阀(见单元格I10：I14)将醪液添加到酵母阶段罐中，以始终保持酵母阶段罐406中的最大酵母细胞计数。酵母在酵母阶段罐406中繁殖5小时后，将溶液中的292,384加仑活性年轻酵母送至发酵罐408。这每8小时发生一次，因为酵母阶段罐需要5小时的繁殖时间和3小时进行倾倒和原位清洗。在接收292,384加仑的活性年轻酵母溶液之后，发酵罐408继续以每小时100,000加仑的平均醪液糖化率添加醪液。8小时后的发酵罐状态如单元格L7：L14所示。发酵罐中的YCC(如单元格M7：M14所示)始终处于最大值(>250*10^6)。

发酵罐中的酒精百分比如单元格N7：N14所示。与目前使用的ICM发酵系统相比，其优点是，LT2FEM可将发酵周期缩短约8小时。因此，通过使用LT2FEM技术，发酵系统可以仅在48小时而非56小时内完成一个完整的发酵周期，这将系统效率提高了14％以上，并且对于操作者来说更容易控制。

如上所述，LT2FEM系统使用两个酵母阶段罐(333,163加仑)(见表9)或两个酵母罐(78,748加仑)和一个较大的酵母阶段罐(292,384加仑)(见表10)。第二种方法(表10)每8小时仅使用108磅干酵母，而表9所示的两个酵母罐设置需要458磅干酵母。如表11所示，配置有10个发酵罐的发酵系统每次需要417磅干酵母、两个10,000加仑酵母泥罐、两个62,749加仑酵母罐和两个393,738加仑酵母阶段罐，如单元格B4：M22所示。表12比较了使用典型ICM系统和LT2FEM方法的超时酒精百分比。LT2FEM将发酵时间缩短8～10小时(配置有7个发酵罐的发酵系统为8小时，配置有10个发酵罐的发酵系统为10小时)。表13显示了使用该方法优化的配置有4～10个发酵罐的发酵系统的干酵母的量、酵母罐的尺寸和酵母阶段罐的尺寸。该LT2FEM系统使用额外的酵母和酵母阶段罐，但可将总发酵周期时间减少多达10小时。

该解决方案非常适合将连续发酵系统转换为分批发酵系统，因为大多数连续发酵系统已经有两个大型酵母罐，可用作酵母阶段罐，如表9所示。

图5显示了根据一些实施例的在YST中进行连续酵母繁殖的方法500。所述方法500的实施例为YST方法中的连续酵母繁殖(LT3FEM)。所述方法500系统使用大型酵母阶段罐504来连续繁殖酵母并从酵母罐502为一个或多个发酵罐506供应酵母溶液。酵母阶段罐504可以将最优、最佳的YCC溶液倾倒至任何选定的发酵罐506中。表14显示了采用LT3FEM设置的配置有7个发酵罐的发酵系统的模拟数据。

对于LT3FEM，将121磅干酵母加入酵母泥罐中的2,900加仑水中两小时，然后倒入酵母罐(87,834加仑)。所述酵母罐以受控的醪液糖化率(如单元格C6：C23所示)灌装醪液，以在灌装期间保持最优的YCC(大于250*10^6)。酵母在酵母罐中繁殖16小时，然后将酵母溶液倾倒至326,122加仑的酵母阶段罐中。在接下来的16小时内，控制进入酵母阶段罐的醪液糖化率，以保持最大YCC(>250*10^6)(如单元格F6：F23所示)。然后，通过以受控的速率添加醪液，同时将最优、最佳的YCC溶液添加到发酵罐中，可以使用酵母阶段罐来繁殖更多的酵母(如单元格K6：K22所示)。利用该方法，发酵罐中的YCC在灌装期间总是处于最大YCC(如单元格I6：I23所示)，并且可以显著降低酵母应激或细菌尖峰的可能性。

一旦发酵罐506中的第一个发酵罐装满，酵母阶段罐504就可以开始向另一个发酵罐506倾倒，同时仍然继续引入醪液508。在不添加更多干酵母的情况下，将醪液508引入酵母阶段罐504并将最优的YCC溶液送至下一个发酵罐506的这种连续循环可以无限期地继续(如单元格P15：P22所示)。

表14显示了使用FT3FEM系统的配置有7个发酵罐的发酵系统的模拟数据，表15显示了使用LT3FEM系统的配置有10个发酵罐的发酵系统的数据。配置有10个发酵罐的发酵系统，使用LT3FEM技术，酵母繁殖时间减少为10小时，因此需要额外的酵母繁殖罐(7,400加仑酵母泥罐、46,434加仑的第一酵母罐、291,306加仑的第二酵母罐和492,400加仑的酵母阶段罐，以使配置有10个发酵罐的发酵系统中的发酵罐的酵母细胞计数最大化。如表15所示，第一酵母罐(46,434加仑)运行数据见单元格B4：D19，第二酵母罐(291,360加仑)运行数据见单元格E4：G19，酵母阶段罐(492,408加仑)运行数据见单元格H4：F19。

对于配置有7个发酵罐的发酵系统，比较使用LT2FEM的表10和使用LT3FEM的表14，以及对于配置有10个发酵罐的发酵系统，比较使用LT2FME的表11和使用LT3FME的表15，很明显，酒精百分比生产曲线大致相同，但LT3FEM只需要一个酵母罐，降低了酵母繁殖成本。因此，LT3FEM在削减资金成本和运营成本方面优于LT2FEM。表16比较了FT3FEM和当前使用的ICM系统之间随时间变化的酒精百分比。这表明使用LT3FEM的酒精百分比可以在48小时的发酵周期内实现。相反，通常使用的ICM系统需要58小时。表17总结了酵母阶段罐尺寸、酵母罐尺寸、酵母泥罐尺寸和各种发酵系统(配置有4～10个发酵罐)所需的干酵母量。

图6显示了根据一些实施例的采用酵母溶液循环系统的方法600。所述方法600的实施例为酵母溶液循环法(LT4FEM)，其提供了在所有三个罐(酵母罐602、酵母阶段罐604和发酵罐608)保持最大酵母细胞计数的优点。

所述方法600组合至少一个大酵母阶段罐604，并将酵母610从一个发酵罐循环到发酵罐608的下一个发酵罐。这样，酵母阶段发酵罐604和发酵罐606在灌装期间保持最优的YCC。表18显示了配置有7个发酵罐的发酵系统的模拟数据，其中酵母溶液从1号发酵罐606循环到2号发酵罐608A。该设置需要将14.6磅的干酵母加入酵母泥罐中的350加仑的水中两小时，然后加入到10,601加仑的酵母罐中进行16小时的酵母繁殖循环。在酵母繁殖周期内，控制醪液摄入量以在灌装时保持最大YCC(如单元格C13：C25所示)。带灌满后，酵母罐602倾倒至321,067加仑的酵母阶段罐604中，在所述酵母阶段罐604中，调节醪液612的引入量以保持最大YCC，直到酵母罐604灌满(如单元格F10：F22所示)。然后酵母阶段罐604将最优的酵母溶液送入1号发酵罐606。1号发酵罐606继续引入醪液612，始终保持最优的YCC(如单元格K7：K14所示)。1号发酵罐606灌满后足以将酵母溶液送到2号发酵罐608A中三个小时，同时继续引入醪液612。三小时后，醪液流切换为灌装2号发酵罐608A，直到灌满，同时保持最优的YCC。使用这个方案，两个发酵罐能够使用来自一个酵母阶段罐604的酵母溶液。

表18显示了配置有7个发酵罐的发酵系统的模拟数据，所述系统使用酵母罐(10,601加仑)和321,067加仑酵母阶段罐建立的循环系统(酵母溶液连续地从一个发酵罐转移到下一个发酵罐)。表19显示了使用LT4FEM的配置有10个发酵罐的发酵系统的模拟数据。因为配置有10个发酵罐的发酵系统的灌装时间仅为5小时，所以需要连续地设置两个酵母罐(11,922加仑和74,810加仑)来为469,423加仑的酵母阶段罐产生足够的酵母繁殖。表20比较了LT3FEM、LT4FEM以及当前的配置有7个和10个发酵罐的发酵系统在配置有7个和10个发酵罐的发酵系统中随时间变化的酒精百分比。这表明：a)LT3FEM系统将发酵周期时间缩短了8～10小时(配置有7个发酵罐的发酵系统为8小时，配置有10个发酵罐的发酵系统为10小时)，以及b)LT4FEM系统将发酵周期时间缩短了6～8小时(配置有7个发酵罐的发酵系统为6小时，配置有10个发酵罐的发酵系统为8小时)。表21总结了采用各种发酵系统(配置有4～10个发酵罐)的LT4FEM系统的干酵母的量、酵母泥罐的尺寸、酵母罐的尺寸和酵母阶段罐的尺寸。表22显示了用于LT2FEM、LT3FEM和LT4FFEM系统的酵母阶段罐所需的最小尺寸。基本上，酵母阶段罐的最小尺寸是每小时醪液引入速率的3.33倍，以实现30％的酵母繁殖率。对于25％的酵母繁殖率，酵母阶段罐的最小尺寸必须为引入醪液容积的4倍。对于40％的酵母繁殖率，酵母阶段罐的最小尺寸必须为引入醪液容积的2.5倍。

图7显示了根据一些实施例的在YST或发酵罐中进行连续酵母繁殖的方法700。所述方法700的系统的实施例为YST中的连续酵母繁殖或发酵罐方法(LT5FEM)。所述方法700组合了LT3FEM和LT4FEM的系统。LT3FEM和LT4FEM都能够使用较少量的干酵母。LT3FEM使用大型酵母罐中的连续酵母繁殖，为多个发酵罐供料。LT4FEM通过将溶液从一个发酵罐送至下一个发酵罐来循环酵母溶液。这些方法和系统通过减少所需的干酵母和缩短整个发酵周期的时间而显著降低了资金成本和运营成本。以这些方式循环酵母会增加感染的机会。

但是，现场数据表明，完成活性酵母溶液从酵母阶段罐702到发酵罐706的两次转移或从一个发酵罐704到另一个发酵罐706的两次转移是安全的；或者在开始新的发酵循环之前，用该方法从酵母阶段罐702转移一次到发酵罐704/706，并且从一个发酵罐704转移一次到另一个发酵罐706是安全的。表23显示了配置有7个发酵罐的发酵系统的模拟数据，其中从酵母阶段罐702到发酵罐706的一次转移使用在最小尺寸酵母阶段罐702(589,223加仑)中连续繁殖的LT3FEM技术，随后是使用循环酵母溶液的LT4FEM技术的一次循环转移，其将溶液从一个发酵罐转移到另一个发酵罐。表24显示了配置有7个发酵罐的发酵系统的模拟数据，该系统次要使用LT3FEM的一次转移(从酵母阶段罐到发酵罐)，具有最大尺寸的酵母阶段罐(789,990加仑)，随后是使用LT4FEM循环方法的一次循环转移(从发酵罐到发酵罐)。这一数据表明，较大的酵母阶段罐缩短了发酵时间，减少了感染的机会。

表15显示了使用LT3FEM方法在酵母阶段罐中连续繁殖酵母的一次转移的数据，表19显示了使用LT4FEM方法从发酵罐到发酵罐循环溶液的一次循环转移。表25显示了两次转移，第一次通过使用从酵母阶段罐到发酵罐的技术(LT3FEM)，第二次通过使用从发酵罐到发酵罐的技术(LT4FEM)。表26显示了使用LT4FEM设置的用于配置有10个发酵罐的发酵系统的循环酵母溶液的两个循环过程。表27显示了对于配置有10个发酵罐的发酵系统，使用LT3FEM的连续酵母繁殖装置进行两次转移。数据显示，使用这些技术的通行证越多，资金成本和运营成本就会降低得越多，但感染的机会也会增加。

图8显示了根据一些实施例的采用作为YST的发酵罐的方法800。所述方法800的系统的实施例为用作YST方法的发酵罐(LT6FEM)。本申请的一些实施例中，上述系统(LT1FEM至LT5FEM)都在酵母罐和发酵罐之间使用一个或多个较大的酵母阶段罐。

这些系统可以减少资金成本、运营成本以及操作员关注、倾倒和原位清洗(CIP)的工作。图8显示了进行一次连续酵母繁殖到发酵罐的酵母阶段罐。本申请的一些实施例中，该操作可以连续进行多次转移。更多次的转移节省了运营成本和资金成本，但也增加了感染的机会。

图9显示了为发酵罐904、906进行两次连续酵母繁殖的发酵罐902。发酵罐908对发酵罐910、912进行连续酵母繁殖两次。

图10显示了发酵罐1002，其继续酵母繁殖至发酵罐1004，然后酵母从发酵罐1004循环至发酵罐1006。发酵罐1008对发酵罐1010进行连续酵母繁殖，然后将酵母从发酵罐1010循环到发酵罐1012。

上述图8-10说明了使用一个或多个发酵罐作为酵母阶段罐(例如，可以命名为作为酵母阶段罐的发酵罐或“FYST”)的一些实施例。在这种情况下，使用发酵罐来执行酵母阶段罐的过程和功能(例如，酵母繁殖)，从而不需要额外的酵母阶段罐。酵母溶液首先从酵母罐转移至FYST。FYST中酵母溶液经酵母繁殖成为酵母繁殖溶液。本申请的一些实施例中，将繁殖的酵母溶液从一个或多个FYST连续转移至一个或多个发酵罐。本申请的一些其他实施例中，将繁殖的酵母溶液连续地从FYST转移到第一发酵罐，然后将所述溶液从第一发酵罐转移到第二或随后的发酵罐，这被称为循环酵母工艺。各种流程路径和程序均在本发明范围内。

本申请的一些实施例中，LT6FEM(方法800)使用发酵罐802作为酵母阶段罐以连续繁殖酵母用于下一个发酵罐804。一旦第一发酵罐802(供体发酵罐)已经向第二发酵罐804(受体发酵罐)提供了足够的中最优酵母溶液，则第一发酵罐802停止充当酵母阶段罐，然后发酵罐802完全灌满醪液并停止发酵。

表28显示了配置有4个发酵罐的发酵系统的模拟数据。1号发酵罐802和3号发酵罐806用作酵母阶段罐并繁殖酵母，以向2号发酵罐804和4号发酵罐806提供大量酵母溶液。完成这些步骤后，1号发酵罐802和3号发酵罐806灌满醪液并作为发酵罐使用。发酵周期缩短为48小时。

如表28所示，将6.46磅干酵母加入到含有养分的酵母泥罐中的155加仑水中，持续2小时。然后将该溶液倾倒入20,000加仑的酵母罐中，其中以每小时增加总体积18.2％的速率加入醪液(如单元格C9：C38所示)。该速率将酵母细胞计数保持在最大值(250*10^6)。

经过32小时的酵母繁殖时间后，酵母罐中含有19,781加仑的最优酵母细胞计数溶液。将具有最大酵母细胞计数(250*10^6)的酵母溶液倾倒入1号发酵罐802中，并以每小时增加体积18％的速率加入醪液。这样，酵母细胞计数保持最优。16小时后，1号发酵罐802中的总体积将为281,135加仑(如单元格H7：H22所示)。1号发酵罐802的作用类似于酵母阶段罐，通过连续16小时繁殖酵母，为2号发酵罐提供大量最优的酵母溶液(见单元格H23：H38、M23：M38)。然后，1号发酵罐802灌满醪液并用作发酵罐(如单元格H39：H54所示)。在此灌装期间，3号发酵罐806将开始用做新的酵母阶段罐(如单元格R39：R54所示)。

表28显示了进行一次连续酵母繁殖到发酵罐的酵母阶段罐。但是，该操作可以连续进行多次转移。更多次的转移节省了运营成本和资金成本，但也增加了感染的机会。表28A显示了LT6FEM系统将酒精生产滞后时间缩短了约10小时。因此，LT6FEM系统可以按照48小时(2天)的发酵周期运行，而不是目前的56小时周期。表28还显示了对于20,000加仑的酵母罐，LT6FEM系统可以为任何酵母保持最大的酵母细胞计数，其酵母生长率超过每小时18.2％。正常的酵母生长率约为25％～30％。

表29总结了配置有4～10个发酵罐的发酵系统的LT6FEM模拟数据，其中灌装时间为5～16小时，酵母罐尺寸可变，酵母生长率不同。对于需要8小时灌装时间的当前配置有7个发酵罐的发酵系统(800,000加仑罐)，醪液引入率为每小时100,000加仑(GPH)。对于30％的酵母生长率(如单元格D16：C22所示)，最小酵母罐尺寸为40,000加仑(0.4*100,000)，最小酵母阶段罐容量为329,000加仑(3.29*100,000)。如果酵母生长率仅为25％，如典型的转基因酵母，则酵母罐容量必须为65,000加仑(0.65*2100,000)，酵母阶段罐容量为386,000加仑(3.86*100,000)。显然，较低的酵母生长率需要较大的酵母罐，除非设计了类似LT6FEM系统的新系统。

对于需要7小时灌装时间的配置有8个发酵罐的发酵系统，使用LT6FEM方法，能够像需要14小时灌装时间的2个配置有4个发酵罐的发酵系统一样操作，但时间差别7小时。类似地，需要5.5小时灌装时间的配置有10个发酵罐的发酵系统可以作为需要11小时灌装时间的两个配置有5个发酵罐的发酵系统运行，但时间差别5.5小时。LT1FEM中使用的分离醪液分流概念也可以合并到LT6FEM中。表29比较了配置有8个发酵罐的发酵系统(单元格E13：I22对单元格F24：I32)和配置有10个发酵罐的发酵系统(单元格B24：E33对单元格J24：M33)的结果。表29还显示了将配置有8个和10个发酵罐的发酵系统处理为两个配置有4个和5个发酵罐的发酵系统允许使用较小的酵母罐，但导致较低的酒精百分比并需要较长的发酵时间。

表30显示了在最初18小时内发酵罐中的酒精百分比，并显示了使用较大的酵母罐和酵母阶段罐所获得的较高的酒精含量。表31显示了各种灌装时间和酵母生长率所需的酵母罐尺寸。在酵母生长率较慢或灌装时间较短的情况下，需要尺寸较大的酵母罐。表32显示了不同灌装时间和酵母生长率所需的酵母阶段罐尺寸。在酵母生长率较慢或灌装时间较短的情况下，需要较大尺寸的酵母阶段罐。酵母阶段罐的最大尺寸与发酵罐的尺寸相同。

表33显示了基于不同灌装时间和酵母生长率的第18小时的平均酒精百分比。较低的酵母生长率和较短的灌装时间需要较大尺寸的酵母罐和酵母阶段罐，以增加发酵罐中的酒精百分比。

表34显示了根据酵母罐和酵母阶段罐的大小，发酵时间减少了6～17小时。最大酵母罐尺寸和最大酵母阶段罐尺寸(与发酵罐尺寸相同)将提供最短的发酵时间，对于配置有4个发酵罐的发酵系统将发酵时间缩短17小时，对于配置有10个发酵罐的发酵系统将发酵时间缩短13小时。表35显示了取决于灌装时间和酵母生长率所需的干酵母的量。对于较短的灌装时间或较慢的酵母生长率，需要更多的干酵母。

上述分析基于发酵系统，其中酵母阶段罐充当连续的酵母繁殖罐，并为一次转移提供大量的最优酵母溶液。然而，当可以在没有感染问题的情况下完成/进行一次以上的转移时，实现了进一步降低运营成本。系统设计、细菌控制、酵母类型和操作条件等因素决定了在不显著增加感染风险的情况下可以完成的次数。使用连续酵母繁殖的更多转移增加了酵母繁殖成本和酶成本的节省。

表36比较了配置有7个发酵罐的发酵系统中经过不同次数发酵后的酒精百分比。表37比较了配置有7个发酵罐的发酵系统中第18小时的酒精百分比相对于使用的干酵母量和转移次数。数据显示，使用最大尺寸酵母罐和最大尺寸酵母阶段罐进行多次转移的LT6FEM系统是最优的。LT6FEM的优点包括：a)其产生较少的不需要的副产物，如甘油(当发酵结束时，甘油含量低于1％)，b)与目前的分批系统相比，其将酒精产量提高了3％，c)减少了细菌感染问题，d)稳定了操作，导致较少的可变性，e)将酵母繁殖成本降低了90％以上，以及f)将酶成本降低了30％以上。

数据显示，较大的酵母阶段罐给出更好的结果，并导致更稳定的操作。但这种解决方案需要更大尺寸的酵母罐和更多的干酵母。对于LT6FEM系统，最大酵母阶段罐尺寸与发酵罐尺寸相同。表38显示了取决于酵母生长率的最大尺寸酵母阶段罐所需的酵母罐尺寸。表39显示了当酵母阶段罐与发酵罐尺寸相同时，对于不同的酵母生长率，在第18小时的平均酒精百分比。表40显示了当使用最大尺寸的酵母阶段罐时，各种酵母生长率所需的发酵时间的减少。表41显示了当使用最大尺寸的酵母阶段罐时，各种酵母生长率所需的干酵母的量。

表29～35显示了始终保持最优酵母细胞计数所需的最小酵母阶段罐尺寸。表38～41显示了最大尺寸酵母阶段罐(与发酵罐尺寸相同)的结果。LT6FEM系统通过使用一个介于最小和最大尺寸之间的酵母阶段罐改善了操作。酵母阶段罐尺寸的影响取决于酵母罐的尺寸(送到酵母阶段罐的酵母溶液量)。该技术的另一个好处是操作稳定性。酵母生长率可能变化很大，但即使酵母生长率较低，LT6FEM系统也能正常工作。较慢的酵母生长稳定了操作，减少了感染的可能性，并减少了酵母应激的可能性。

对于尺寸非常大的发酵系统，例如典型的ICM配置有8～10个发酵罐的发酵系统，灌装时间非常短(5～7小时)。因此，酵母罐和酵母阶段罐没有足够的时间向下一个发酵罐提供足够体积的最优酵母细胞计数溶液。LT6FEM通过将系统视为两个甚至三个更小的系统来解决这个问题。例如，表42显示了典型的ICM10F5H系统(需要5小时灌装时间的配置有10个发酵罐的发酵系统)可以作为需要12小时灌装时间的两个配置有5个发酵罐的发酵系统来操作，如程序22LTtwo5F12HlP0.3 5.73 0.28所示，或者能够用作需要18小时灌装的三个配置有3个发酵罐的发酵系统，如程序22LTthree 3F18H2P0.44 11.7 0.2所示。

增加灌装时间允许使用较小尺寸的酵母罐和酵母阶段罐。Lee Tech发酵模拟程序可以考虑所有变量并优化任何客户的发酵系统。所述模拟程序结果表明，酵母罐的尺寸、酵母阶段罐的尺寸和发酵时间之间存在最佳关系。李技术发酵模拟程序(Lee TechFermentation Simulation program)是为任何客户寻找最佳发酵系统的非常有用的工具。

以上六种LTFEM技术(LT1FEM～LT6FEM)各有优缺点。每个系统都是满足现有发酵系统中特定挑战的理想选择。但是，最为理想的系统是LT6FEM，其最大程度地降低了运营成本和资金成本。本发明中，术语LT#FEM指的是示例性实施例的类型数量。本申请的一些实施例中，发酵罐可以分成两组或更多组。本申请的一些实施例中，可将灌装时间为5.5小时的配置有10个发酵罐的发酵系统分成两个灌装时间为11小时的配置有5个发酵罐的发酵系统(例如，在协同线中)。若为配置有9个发酵罐的发酵系统，每条线有3个发酵罐的三条线。分流发酵罐总数的任何其它方式均在本发明的范围内。

在2014年8月29日提交的名称为“干磨工艺的新改进发酵系统”的先前临时美国临时专利(申请序列号62/044,092)中所述，使用连续酵母繁殖或酵母再循环方法获得大量酵母溶液转移至发酵罐中。然而，在没有大尺寸的酵母阶段罐的情况下，第一发酵罐(或供体发酵罐)中的酵母细胞计数(YCC)降得过低，导致酵母应激(这可能导致不需要的副产物如甘油)和细菌感染(导致另一种不需要的副产物，乳酸)。较大尺寸的酵母阶段罐需要更多的时间才能达到最优的YCC溶液。如图所示，将连续的酵母繁殖或酵母循环与大型酵母阶段罐相结合，降低了运营成本和资金成本。计算机模拟可以显示最优的酵母繁殖策略、酵母罐的尺寸和数量、酵母阶段罐的尺寸和设计以及所需的干酵母量。这些详细信息对每个干磨工厂都非常有用。

分离醪液流的目的是确保酵母罐和发酵罐中的酵母细胞计数达到最大酵母细胞计数(>250*10^6)，并保持较高的酒精百分比，以抑制细菌生长。

在应用中，本发明公开的方法和系统用于向发酵罐提供优化的酵母溶液以用于发酵过程。

在操作中，在添加到发酵罐之前，使用酵母阶段罐来将酵母溶液制备到预定条件。

虽然本发明的实施例揭露如上所述，然并非用以限定本发明，任何熟习相关技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，举凡依本发明权利要求所述的形状、构造、特征、方法及数量当可做些许的变更，因此本发明的专利保护范围须视本说明书所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (48)

1.一种使用酵母阶段罐的发酵方法，其特征在于，包含以下步骤：

a.将第一酵母溶液从酵母罐转移到酵母阶段罐；

b.在整个灌装期内连续添加醪液并在所述酵母阶段罐中保持最大酵母细胞计数；以及

c.使用所述酵母阶段罐作为连续的酵母繁殖罐，以在灌装期间为发酵罐生产繁殖的活性酵母溶液，从而在所述酵母阶段罐和所述发酵罐中都保持最大的酵母细胞计数。

2.根据权利要求1所述的使用酵母阶段罐的发酵方法，其特征在于，其中进一步包括将所述繁殖的活性酵母溶液从所述酵母阶段罐连续转移至多个所述发酵罐。

3.根据权利要求1所述的使用酵母阶段罐的发酵方法，其特征在于，其中进一步包括在预定数量的所述发酵罐灌满后，将整批剩余的所述繁殖的活性酵母溶液从所述酵母阶段罐倾倒至下一个所述发酵罐中。

4.根据权利要求3所述的使用酵母阶段罐的发酵方法，其特征在于，其中进一步包括在将整个批次的所述剩余繁殖的活性酵母溶液倾倒至下一个所述发酵罐中之后进行原位清洗。

5.根据权利要求4所述的使用酵母阶段罐的发酵方法，其特征在于，其中进一步包括将第二酵母溶液从所述酵母罐引入到所述酵母阶段罐中，并在所述酵母阶段罐中重新开始繁殖所述第二酵母溶液。

6.根据权利要求1所述的使用酵母阶段罐的发酵方法，其特征在于，其中所述酵母阶段罐具有足够大的尺寸，以在所述酵母阶段罐和所述第一发酵罐中的整个灌装过程中保持酵母细胞计数大于250*10^6/毫升。

7.根据权利要求1所述的使用酵母阶段罐的发酵方法，其特征在于，其中所述酵母阶段罐具有作为酵母繁殖率和醪液供应速率的函数而提供的尺寸。

8.根据权利要求7所述的使用酵母阶段罐的发酵方法，其特征在于，其中当酵母细胞计数每小时增加30％时，所述酵母阶段罐的尺寸至少为每小时醪液供应量的3.3倍。

9.根据权利要求7所述的使用酵母阶段罐的发酵方法，其特征在于，其中当酵母的细胞计数每小时增加25％时，所述酵母阶段罐的尺寸至少为每小时醪液供应量的4倍。

10.根据权利要求1所述的使用酵母阶段罐的发酵方法，其特征在于，其中进一步包括在整个灌装期间保持食品与酵母的比率低于4。

11.根据权利要求10所述的使用酵母阶段罐的发酵方法，其特征在于，其中进一步包括在整个灌装期内保持食品中的葡萄糖低于2％。

12.根据权利要求1所述的使用酵母阶段罐的发酵方法，其特征在于，其中通过将所述酵母阶段罐中的第一酵母溶液繁殖到繁殖的活性酵母溶液中，从所述酵母罐中减少所需量的酵母。

13.一种使用从发酵罐到发酵罐繁殖的活性酵母溶液的发酵方法，其特征在于，包含以下步骤：

a.将第一酵母溶液从酵母罐转移到第一发酵罐，其中所述第一发酵罐用作进行酵母繁殖过程的酵母阶段罐；

b.在所述第一发酵罐中将所述第一酵母溶液繁殖为被繁殖的活性酵母溶液；

c.将所述被繁殖的活性酵母溶液从所述第一发酵罐连续转移到一个以上的发酵罐中；以及

d.灌装所述第一发酵罐，使得所述第一发酵罐灌满第一灌装的活性酵母溶液。

14.根据权利要求13所述的使用从发酵罐到发酵罐繁殖的活性酵母溶液的发酵方法，其特征在于，其中进一步包括向所述第一发酵罐连续供应醪液。

15.根据权利要求13所述的使用从发酵罐到发酵罐繁殖的活性酵母溶液的发酵方法，其特征在于，其中所述第一发酵罐连续地向第二发酵罐供应最具活性的酵母溶液，直到所述第二发酵罐灌满为止。

16.根据权利要求13所述的使用从发酵罐到发酵罐繁殖的活性酵母溶液的发酵方法，其特征在于，其中所述第一发酵罐连续地向第二发酵罐供应最具活性的酵母溶液，直到所述第二发酵罐灌满为止，然后所述第二发酵罐向第三发酵罐供应最具活性的酵母溶液，直到所述第三发酵罐灌满为止。

17.根据权利要求13所述的使用从发酵罐到发酵罐繁殖的活性酵母溶液的发酵方法，其特征在于，其中在用醪液灌满所述第一发酵罐之前，所述第一发酵罐连续地向一个以上的发酵罐提供最具活性的酵母溶液，并连续地用作进行发酵循环的所述发酵罐。

18.根据权利要求17所述的使用从发酵罐到发酵罐繁殖的活性酵母溶液的发酵方法，其特征在于，其中进一步包括在所述第一发酵罐完成所述发酵循环之后进行原位清洗。

19.根据权利要求13所述的使用从发酵罐到发酵罐繁殖的活性酵母溶液的发酵方法，其特征在于，其中进一步包括通过使用所述第一发酵罐作为连续的酵母繁殖罐，在整个灌装过程中保持所述第一发酵罐和至少一个发酵罐中的酵母细胞计数大于250*10^6/毫升。

20.根据权利要求13所述的使用从发酵罐到发酵罐繁殖的活性酵母溶液的发酵方法，其特征在于，其中进一步包括在不直接从所述酵母罐接收酵母的情况下，保持所述第一发酵罐和所述至少一个发酵罐中的酵母细胞计数大于250*10^6/毫升。

21.根据权利要求13所述的使用从发酵罐到发酵罐繁殖的活性酵母溶液的发酵方法，其特征在于，其中所述酵母阶段罐具有足够大的尺寸，以在所述酵母阶段罐和所述第一发酵罐中的整个灌装过程中保持酵母细胞计数大于250*10^6/毫升。

22.根据权利要求13所述的使用从发酵罐到发酵罐繁殖的活性酵母溶液的发酵方法，其特征在于，其中所述酵母阶段罐具有作为酵母繁殖率和醪液供应速率的函数而提供的尺寸。

23.根据权利要求22所述的使用从发酵罐到发酵罐繁殖的活性酵母溶液的发酵方法，其特征在于，其中当酵母细胞计数每小时增加30％时，所述酵母阶段罐的尺寸至少为每小时醪液供应量的3.3倍。

24.根据权利要求22所述的使用从发酵罐到发酵罐繁殖的活性酵母溶液的发酵方法，其特征在于，其中当酵母的细胞计数每小时增加25％时，所述酵母阶段罐的尺寸至少为每小时醪液供应量的4倍。

25.根据权利要求13所述的使用从发酵罐到发酵罐繁殖的活性酵母溶液的发酵方法，其特征在于，其中进一步包括在整个灌装期间保持食品与酵母的比率低于4。

26.根据权利要求25所述的使用从发酵罐到发酵罐繁殖的活性酵母溶液的发酵方法，其特征在于，其中进一步包括在整个灌装期内保持食品中的葡萄糖低于2％。

27.根据权利要求13所述的使用从发酵罐到发酵罐繁殖的活性酵母溶液的发酵方法，其特征在于，其中通过将酵母阶段罐中的第一酵母溶液繁殖到繁殖的活性酵母溶液中，从所述酵母罐中减少所需量的酵母。

28.一种将连续发酵系统转化为分批发酵系统的方法，其特征在于，包含以下步骤：

a.从多个酵母罐向酵母阶段罐交替提供第一酵母溶液，其中所述第一酵母溶液的最大酵母细胞计数大于250*10^6/毫升；以及

b.将来自所述酵母阶段罐的第二酵母溶液提供给第一发酵罐。

29.根据权利要求28所述的将连续发酵系统转化为分批发酵系统的方法，其特征在于，其中所述酵母阶段罐具有足够大的尺寸，以在所述酵母阶段罐和所述第一发酵罐中的整个灌装过程中保持酵母细胞计数大于250*10^6/毫升。

30.根据权利要求28所述的将连续发酵系统转化为分批发酵系统的方法，其特征在于，其中所述酵母阶段罐具有作为酵母繁殖率和醪液供应速率的函数而提供的尺寸。

31.根据权利要求30所述的将连续发酵系统转化为分批发酵系统的方法，其特征在于，其中当酵母细胞计数每小时增加30％时，所述酵母阶段罐的尺寸至少为每小时醪液供应量的3.3倍。

32.根据权利要求30所述的将连续发酵系统转化为分批发酵系统的方法，其特征在于，其中当酵母的细胞计数每小时增加25％时，所述酵母阶段罐的尺寸至少为每小时醪液供应量的4倍。

33.根据权利要求30所述的将连续发酵系统转化为分批发酵系统的方法，其特征在于，其中进一步包括将醪液流分流到所述第一发酵罐和第二发酵罐。

34.根据权利要求30所述的将连续发酵系统转化为分批发酵系统的方法，其特征在于，其中进一步包括在灌装期的前半段控制到所述第一发酵罐的醪液流速，以在所述第一发酵罐中保持最大化的酵母细胞计数。

35.根据权利要求33所述的将连续发酵系统转化为分批发酵系统的方法，其特征在于，其中进一步包括在灌装期的前半部分中控制到所述第二发酵罐的醪液流速，以在灌装期中在所述第一发酵罐和所述第二发酵罐中保持最大的酵母细胞计数。

36.根据权利要求30所述的将连续发酵系统转化为分批发酵系统的方法，其特征在于，其中进一步包括将醪液流分流到多组发酵罐以延长灌装时间。

37.根据权利要求36所述的将连续发酵系统转化为分批发酵系统的方法，其特征在于，其中进一步包括将醪液流分流到所述多组发酵罐，以延长所述多组发酵罐中每一组的灌装周期，用于灌装周期少于8小时或配置有多于7个发酵罐的分批发酵系统。

38.根据权利要求36所述的将连续发酵系统转化为分批发酵系统的方法，其特征在于，其中当所述发酵罐的数量为8个且用于分流醪液流的多个组的数量为2时，灌装时间从7小时延长至14小时。

39.根据权利要求36所述的将连续发酵系统转化为分批发酵系统的方法，其特征在于，其中当所述发酵罐的数量为9个且用于分流醪液流的多个组的数量为3时，灌装时间从6小时延长至18小时。

40.根据权利要求36所述的将连续发酵系统转化为分批发酵系统的方法，其特征在于，其中当所述发酵罐的数量为10个且用于分流醪液流的多个组的数量为2时，灌装时间从5.5小时延长至11小时。

41.一种使用从酵母阶段罐到发酵罐的繁殖的活性酵母溶液的发酵方法，其特征在于，包含以下步骤：

a.将第一酵母溶液从酵母罐转移到酵母阶段罐；

b.在所述酵母阶段罐中将所述第一酵母溶液繁殖为被繁殖的活性酵母溶液；

c.将所述繁殖的活性酵母溶液从所述酵母阶段罐转移到第一发酵罐；以及

d.将所述繁殖的活性酵母溶液从所述酵母阶段罐转移到第二发酵罐。

42.根据权利要求33所述的使用从酵母阶段罐到发酵罐的繁殖的活性酵母溶液的发酵方法，其特征在于，其中进一步包括在灌装所有发酵罐之后使用所述酵母阶段罐作为发酵罐，其中所述酵母阶段罐灌满，连续添加醪液，并使用酵母繁殖。

43.根据权利要求33所述的使用从酵母阶段罐到发酵罐的繁殖的活性酵母溶液的发酵方法，其特征在于，其中所述酵母阶段罐具有足够大的尺寸，以在所述酵母阶段罐和所述第一发酵罐中的整个灌装过程中保持酵母细胞计数大于250*10^6/毫升。

44.根据权利要求33所述的使用从酵母阶段罐到发酵罐的繁殖的活性酵母溶液的发酵方法，其特征在于，其中当酵母生长率为35％、30％、25％和20％时，所述酵母罐相对于醪液引入率的尺寸分别为1.23、1.41、1.65和2.01。

45.根据权利要求33所述的使用从酵母阶段罐到发酵罐的繁殖的活性酵母溶液的发酵方法，其特征在于，其中进一步包括使用与所述第二发酵罐的灌装线不同的灌装线将繁殖的活性酵母溶液从所述酵母阶段罐转移到第三发酵罐。

46.根据权利要求33所述的使用从酵母阶段罐到发酵罐的繁殖的活性酵母溶液的发酵方法，其特征在于，其中进一步包括将醪液流分流到所述第一发酵罐和所述第二发酵罐。

47.根据权利要求33所述的使用从酵母阶段罐到发酵罐的繁殖的活性酵母溶液的发酵方法，其特征在于，其中进一步包括在灌装期的前半段控制到第一发酵罐的醪液流速，以在所述第一发酵罐中保持最大化的酵母细胞计数。

48.根据权利要求47所述的使用从酵母阶段罐到发酵罐的繁殖的活性酵母溶液的发酵方法，其特征在于，其中进一步包括在灌装期的前半部分中控制到所述第二发酵罐的醪液流速，以在所述第一发酵罐和所述第二发酵罐中保持最大的酵母细胞计数。

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