一種新的酒精(含燃料酒精)的工業生產技術的製作方法
2023-04-23 00:23:16
專利名稱：一種新的酒精(含燃料酒精)的工業生產技術的製作方法
技術領域：
本發明屬於發酵法生產酒精的技術領域。
目前，由澱粉質原料發酵法生產酒精的工藝流程是一種通用的傳統方法。其特點是發酵時採用全渣發酵技術，發酵完畢後進行帶渣蒸餾提取酒精。因此傳統酒精生產過程中存在如下嚴重問題1、產生大量酒糟水，COD值約為4～5萬(mg/L)，難以處理，對環境汙染很大。
2、酒精酵母和酒糟混在一起，無法分離，不能綜合利用。
3、蒸餾酒精時，由於有酒糟存在，所以蒸餾效率低並且容易出現堵塔現象。
本發明的目的是提出一種新的酒精工業生產技術，是發明專利(ZL9911448.1)的改進。
本發明的內容如下幾點1、澱粉質原料粉碎後加水調漿，粉料與加水的重量比的範圍為1∶1.8～1∶3，最高可達1∶1.8，粉漿的最高濃度可比發明專利(ZL9911448.1)的最高粉漿濃度(1∶2.3)提高17.8％。
2、粉漿液化既可採用先進的蒸汽噴射液化工藝也可以採用傳統的工藝，在液化工藝的選擇的自由度比發明專利(ZL9911448.1)的自由度要大很多，更加有利於目前的傳統酒精廠的改造。
3、本發明的酒精發酵前的「固液分離」的工藝是在澱粉質原料液化後並且「糖化後」再進行固液分離，與原有的發明有著本質的區別，另外在「固液分離」的設備選型可以使用板框或帶式過濾機。
4、本發明對「糖化後」固液分離的濾液分成兩種工藝方法進行操作一種是採用「真空濃縮」、「反滲透」等濃縮工藝使酒精發酵原料濃縮後進行高濃度酒精發酵，提高設備利用率與酒精的發酵水平。另一種是不採用濃縮工藝，直接進行發酵其優點是設備投資小，更有利於目前傳統酒精廠的改造。(見附
圖1)5、本發明對酒精發酵成熟後的酒精酵母進行分離，將活的酒精酵母分離出來回用發酵，可以增強酒精發酵中的酵母濃度可以顯著地提高發酵速度，降低發酵周期，提高設備的利用率。
6、本發明在酒精蒸餾方面由於在蒸餾之前已經將酵母取出，因此根本不可能出現堵塔現象，提高了蒸餾效率。蒸餾出來的95％酒精採用恆沸精餾、吸附法、滲透汽化法理可以製成99％無水酒精即燃料酒精。
6、本發明在酒精提取的工藝流程中去除酒精發酵液中的低聚糖、有機酸是酒精提取工藝上的重大突破。因為低聚糖、有機酸是酒精發酵過程中的主要有害物質，抑制酒精酵母將糖類發酵轉化為酒精。酒精廢水中去除低聚糖、有機酸的之後的酒精廢水的BOD、COD將大大減少並可進一步回收利用，一方面降低了廢水的環保處理的難度與處理成本；另一方面使廢水中的抑制酵母發酵的物質大大減少，使廢水可以大部分回用發酵，降低了酒精工業的用水量，保護環境與節約水資源。(見附圖2)7、本發明在去除酒精發酵液中的低聚糖、有機酸的工藝操作可以採用兩套方案第一套方案在發酵液蒸餾前去除有機酸、低聚糖；第二套方案是在發酵液蒸餾後去除。這兩套方案的本質上基本相類似，只是第二套方案更適合傳統酒精廠的改造(見附圖2)。有機酸的去除主要採用樹脂吸附或電滲透的方法，低聚糖的去除主要採取樹脂吸附或活性碳吸附的方法。
酒精生產廢水含有殘留糖分、有機酸、胺基酸以及酵母細胞碎片等是酒精廢水比其他廢水的BOD值高很多的主要原因。酒精廢水的PH較低，大約3.5左右；BOD很高，大約3.5萬mg/L這兩點對「沼氣法」處理廢水都是十分不利的，更主要是可利用的資源轉化為經濟價值低的沼氣是不合理的。
但是，這些都是飼料酵母等的理想碳源營養，添加極少量氮源、磷源，以上述廢水為原料生產飼料酵母不僅能大幅度降低CODCr、BOD5做到物盡其用，變廢為寶；而且飼料酵母的蛋白質含量在40％以上是一種理想的蛋白質資源可以替代進口魚粉。目前國內傳統的酒精廠採用「沼氣——曝氣」的處理方法，處理效果不太理想，往往無法真正達到國家排放標準，限制了酒精工業的「健康發展」。酵母法處理酒精廢水與厭氧沼氣法處理比較有以下明顯的優點1.飼料酵母的價值遠遠超過厭氧沼氣所產生的甲烷。
2.酵母法處理的PH範圍較寬，適合3.5～6.8。
3.酵母法處理時間較短6～8hr，可以大大減少環保投資。
4.酵母法處理不會產生沼氣法處理廢水的不良氣味。
5.酵母法處理CODCr去除率也可達80～90％。
本發明在酒精廢水的環保處理上建議採用廢水處理模式是以「酒精廢水生產飼料酵母」為主結合「接觸氧化養魚」、「生物濾床」等一系列環保處理技術的方式實現酒精廢水達標排放。(見附圖3)附圖的圖面說明附圖1澱粉質為原料付產飼料、酒精酵母的清液發酵工藝流程框圖附圖2回收有機酸、低聚糖的酒精提取工藝流程框圖附圖3付產飼料酵母的廢水處理工藝流程框圖
6、本發明工藝適用於國內外目前使用的酒精酵母，如安琪酒精活性乾酵母，K-酵母、1300酒精酵母、Sb724酒精酵母，粟酒酒精酵母、高溫K-酵母，以及應用於發酵的運動單胞菌(細菌)等。
本發明工藝適用於大米。玉米、高梁、山芋幹、木薯及野生澱粉質原料橡子、竹竿、薯蕷、巴蕉芋等。
本發明的優點(1)最主要是澱粉質原料液化再「糖化後」進行固液分離更有利於傳統酒精廠的改造，克服了酒精生產中產生酒糟水的問題，即從根本上解決了酒精工業的環保問題；(2)在酒精發酵成熟之後分離活的酒精酵母，回用發酵控制酒精發酵液中的酵母濃度，縮短發酵周期，提高設備利用率。(3)酒精廢水去除抑制發酵的有機酸、低聚糖之後大部分回用發酵，節約了酒精工業的水資源的消耗，保護了環境。
實施例1(固液分離後不濃縮直接發酵)稱取300克大米粉，細度40目～60目，加水調漿後定容到1000毫升，加入10單位/克α-澱粉酶，電爐上加熱至97～100℃液化20分鐘(工業上採用噴射液化)，碘液檢測合格後，加自來水補足1000毫升，大米液化液冷卻至60℃，添加糖化酶100單位/克，在60℃的水浴鍋中保溫12小時完成大米糖化過程，糖化完畢後使用布氏漏鬥過濾得到糖化液(工業上採用板框壓濾或帶式過濾機)。
種子液配製在250毫升三角瓶中裝20毫升上述糖化液，加0.1％(m/m)比例的尿素溶解均勻，作為種子培養液。在此三角瓶中接入K-酵母(一種酒精酵母)，接種量為一白金耳，在恆溫搖床(中科院武漢科學儀器廠)溫度控制在32土2℃；轉速控制在220轉/分鐘，搖瓶培養24小時後接入發酵三角瓶，此時酵母細胞總數在1.2～1.5億/毫升左右。
發酵液配製在250毫升三角瓶中裝200毫升糖化液，不添加尿素等營養成份，冷卻至32℃，接入培養好的種子液，於32士2℃培養箱中發酵60小時後測定，殘糖＜0.1％，酒度達10.05％。此發酵液已經發酵成熟。
酒精酵母利用將成熟的發酵液採用4℃冷凍沉降或採用6000轉/分鐘的離心分離的方法將活的酒精酵母取出，返回至新鮮的發酵液中進行發酵，此時不接入新鮮的種子液，於32士2℃培養箱中發酵20～40小時後測定，發酵已經完畢，殘糖＜0.1％，酒度達10.05％。
實施例2(固液分離經濃縮後再發酵)稱取250克玉米粉，細度在40目～60目之間，加水調漿定容至1000毫升，加入4單位/克α-澱粉酶，在電爐上加熱至100℃±5℃維持30分鐘，然後放入滅菌鍋中120℃蒸煮1小時後取出(工業上採用蒸煮的方式)，蒸煮好的玉米液化液再冷卻至60℃，添加糖化酶100單位/克，在60℃的水浴鍋中保溫12小時完成玉米糖化過程，糖化完畢後使用布氏漏鬥過濾得到糖化液(工業上採用板框壓濾或帶式過濾機)。
糖化液的濃縮將上述所獲得的玉米糖化液於60℃～65℃進行真空濃縮至總糖濃度22～24％(工業上一般可以採用多效真空濃縮的方式)。
種子液配製在250毫升三角瓶中裝20毫升上述糖化液，加0.25％(m/m)比例的尿素溶解均勻，作為種子培養液。在此三角瓶中接入K-酵母(一種酒精酵母)，接種量為一白金耳，在恆溫搖床(中科院武漢科學儀器廠)溫度控制在32土2℃；轉速控制在220轉/分鐘，搖瓶培養24小時後接入發酵三角瓶，此時酵母細胞總數在1.2～1.5億/毫升左右。
發酵液配製在250毫升三角瓶中裝200毫升糖化液，不添加尿素等營養成份，冷卻至32℃，接入培養好的種子液，於32士2℃培養箱中發酵65小時後測定，殘糖＜0.1％，酒度達11.5％。此發酵液已經發酵成熟。
酒精酵母利用將成熟的發酵液採用4℃冷凍沉降或採用6000轉/分鐘的離心分離的方法將活的酒精酵母取出，返回至新鮮的發酵液中進行發酵，此時不接入新鮮種子液，於32士2℃培養箱中發酵35～50小時後測定，發酵已經完畢，殘糖＜0.1％，酒度達11.5％。
實施例3(酒精廢水樹脂處理)取成熟發酵液800毫升，酒度11.5％，通過酒精蒸餾裝置將酒精蒸餾出來，此時PH＝3.8為酸性不適合回用發酵。將蒸餾出的酒精廢水通過701(OH)弱鹼性陰離子交換樹脂去除與吸附廢水中的有機酸。
稱取500g新的701樹脂，先用2.5(v/v)的8％的HCl浸泡16小時後，用去離子水洗至中性，再用2.5(v/v)的8％的NaOH浸泡8小時後，用去離子水洗至8～9裝柱即可。
酒精廢水通過701(OH)樹脂柱，流速控制在2v/(v·h)，酒精廢水通過701(OH)樹脂處理之後，PH由原來的PH＝3.8上升至PH＝6.0，則此液體中的有機酸大部分被除去。
去除有機酸之後的酒精廢水再通過碳柱吸附低聚糖、色素、少量水溶性蛋白質以及膠體物質，碳柱所使用的顆粒活性碳也用稀酸、洗鹼洗至中性後使用，酒精廢水通過碳柱的流速控制在1.5(v/v·h)即可。此時的酒精廢水的顏色明顯變淺，廢水中的大部分糖類，色素以及膠體物質已被去除。
取上述去除有機酸、低聚糖的酒精廢水300ml再添加700ml新鮮的自來水混合，再添加300克的大米粉，攪拌均勻調漿後，其餘操作如實例1，最終發酵完畢，殘糖＜0.1％，酒度達10.05％。
實施例4(酒精廢水電滲透處理)取成熟發酵液2500毫升，酒度10％，通過酒精蒸餾裝置將酒精蒸餾出來，此時發酵液為酸性不適合回用發酵。將蒸餾出的酒精廢水用泵打入電滲析器的淡化室中，在直流電場的作用之下，酒精廢水中有機酸根離子以及其它陰離子向陽極遷移最終進入電滲析器的濃縮室；金屬離子以及其它陽離子向陰極移動最終也進入電滲析器的濃縮室中；而糖類及非電解質的物質則截留在電滲析器中的談水室中。
酒精廢水通過電滲析器後則除去了有機酸與其它電解質，從電滲析器的淡水室中取出500ml的處理液，再通過碳柱去除低聚糖、色素、少量水溶性蛋白質以及膠體物質後獲得300ml的處理液。
取上述去除有機酸、低聚糖的酒精廢水300ml再添加700ml新鮮的自來水混合，再添加300克的大米粉，攪拌均勻調漿後，其餘操作如實例1，最終發酵完畢，殘糖＜0.1％，酒度達10.05％。
權利要求
1.本發明的第一特點是澱粉質原料在發酵前的固液分離是在「糖化後」進行的，更適合傳統酒精廠的改造。
2.本發明的第二特點是酒精發酵成熟後分離活的酒精酵母，將活的酒精酵母回用發酵，縮短發酵周期，提高設備利用率。
3.本發明的第三特點是酒精在提取工藝中去除有機酸、低聚糖等抑制酒精發酵的有害物質，使酒精廢水可以實現回用發酵。
4.權利要求1所述的方法，其進一步特徵是粉漿濃度(加水比)可以高達1∶1.8，可實現酒精的高濃髮酵，酒精最終濃度可達11.5％。
5.權利要求1所述的方法，其進一步特徵是粉漿液化既能使用噴射液化方式也可以使用蒸煮液化的方式。
6.權利要求1所述的方法，其進一步特徵是固液分離後的糖化液既能使用濃縮的方式進入發酵系統；也可以直接進入發酵系統。
7.權利要求2所述的方法，其進一步特徵是發酵成熟後分離的活酵母可以全部回用發酵，也可以將活酵母部分回用，縮短周期。
8.如權利要求3所述的方法，其進一步特徵是去除有機酸、低聚糖等抑制酒精發酵的有害物質既可以在酒精蒸餾前去除，也可以在酒精蒸餾後去除。
9.本方法適用於澱粉質原料大米、玉米、高梁、山芋幹、木薯、橡子、竹竿、薯蕷、巴蕉芋。
10.如權利要求1所述的方法，其進一步特徵是本方法適用於下列酒精酵母安謀活性酒精幹酵母、K-酵母、1300酒精酵母、Sb724酒精酵母、粟酒酒精酵母、高溫K-酵母及運動單胞菌。
全文摘要
本發明採用在發酵前先分離出原料中的固形物，使酒精發酵過程中的原料、酵母濃度、發酵周期均得到顯著改善，提高發酵水平。採用在發酵前「糖化後」過濾技術，降低液化的技術要求，既可用高溫蒸煮液化，又可用噴射液化，有利於改造傳統酒精工業。採用酒精酵母分離與部分回用技術縮短發酵周期，提高發酵強度；實現酒精酵母的綜合利用，提高經濟效益。本發明採用先進的廢水處理技術，回收廢水中的有機酸、低聚糖等。使處理過的廢水可部分回用，節約用水、減輕廢水處理負擔，減少廢水總量，處理後可達標排放，提高環保效益和社會效益。
文檔編號C12P7/06GK1435487SQ0211066
公開日2003年8月13日 申請日期2002年1月28日 優先權日2002年1月28日
發明者金豐秋, 金其榮 申請人:金豐秋