利用酵母回流法發酵甜高粱糖汁生產乙醇的方法
2023-10-30 08:56:12 2
專利名稱：利用酵母回流法發酵甜高粱糖汁生產乙醇的方法
技術領域：
本發明涉及一種生產乙醇的方法，具體地說是一種利用酵母回流法發酵甜高粱糖 汁生產燃料乙醇的方法。
背景技術：
發酵是微生物法生產乙醇的關鍵，它直接決定了噸乙醇耗原料、發酵設備利用率 也即發酵設備投資、後期蒸餾所需能耗及塔底廢水排放量等各項重要指標。乙醇發酵時間的長短、乙醇在發酵醪液中濃度的高低和耗糖的好壞直接與醪液中 酵母數量有關。通常發酵酵母數量都控制在1.8億/ml以下，這主要原因是如果酵母數量 過大，酵母本身增值的耗糖就會過多，造成噸乙醇耗原料過高，發酵時間過長這一難題。現有利用甜高粱發酵乙醇的方法中，在發酵過程中需要不斷的補給發酵酵母，使 其酵母用量過大，生產成本過高。由於現有市售酵母性能單一，活性不佳，不適合反覆利用。而甜高粱莖稈糖汁進入發酵前經過了兩道過濾工序，所以糖汁中基本沒有固形 物，甜高粱糖汁的這一特點決定了我們在甜高粱糖汁發酵中可以採用一種不同於一般方法 的發酵技術，以實現甜高粱糖汁短時間、高酒精濃度、低耗糖的發酵目的。
發明內容
為了彌補現有技術的缺陷，本發明的目的在於提出一種優化酵母，該優化酵母性 能優良，不僅活性極佳，適合回收反覆使用，且糖份消耗低，使利用甜高粱糖汁生產燃料乙 醇的過程中原料液耗量大幅減少，發酵時間縮短。本發明的另一目的在於，提出一種利用酵母回流法酵甜高粱糖汁生產乙醇的方 法，該方法與本發明所述優化酵母配合，可以使整個發酵過程效率提高，成本減少，最終酒 精濃度高。為了實現上述目的，本發明的發明思路為對於現有技術中存在的酵母耗量過大 的問題，發明人經過長期研究發現，在發酵過程中，為了保持發酵效果和最終酒精含量，需 要不斷補給酵母，從而造成酵母使用量過大，由於發酵時間長，因此酵母並未完全失活，如 何將失活酵母和仍具有發酵活性的酵母分離是首要需要解決的問題。發明人採用碟片分離 機，發酵醪液中的活性酵母沉澱在底部，很容易的回收得到了未失活的酵母，將該酵母繼續 活化後利用，從而大幅減少了酵母的用量。然而發明人面臨的另一個問題是市售酵母活性 不佳，回收率低的問題。發明人自行採集並優化後得到了性能好並且適合上述方法的優化 酵母，從而完成了本發明。本發明採用的具體技術方案為一種利用甜高粱糖汁發酵生產乙醇的酵母，所述酵母為熱帶假絲酵母(Candida tropicalis) ZXNY-1，於2010年6月2日，保藏於中國微生物菌種保藏 管理委員會普通微生物中心，地址北京市朝陽區北辰西路1號院3號，郵編100101。保藏 編號為CGMCC No. 3889。
一種利用酵母回流法發酵甜高粱糖汁生產乙醇的方法，其是將甜高粱壓榨提汁後 進行發酵；發酵後進行乙醇蒸餾和乙醇脫水，最終製成乙醇；其中，所述發酵方法中使用的 酵母為熱帶假絲酵母(Candida tropicalis)ZXNY-1，保藏編號為CGMCC No. 3889。一種利用酵母回流法發酵甜高粱糖汁生產乙醇的方法，其是將甜高粱壓榨提汁後 進行發酵；發酵後進行乙醇蒸餾和乙醇脫水，最終製成乙醇；所述發酵的具體步驟為(1)預發酵將活化後的酵母加入已滅菌的發酵罐中，酵母濃度不低於5. 0億/ml， 加甜高粱糖液(24. 14g/100ml的糖液)，速度為200L/h,空氣流量550L/min。15min時打 開溫度控制程序，溫度控制在32. 5°C，氣體流量調整至800L/min。25min時開攪拌，速度為 IOOrpm ；(2)發酵繼續加入甜高粱糖液，氣體流量提升至800 1200L/min ；持續攪拌， 1. 5 2h開始將pH值控制在4. 0 士 0. 1，保持至發酵結束；(3)發酵3_4h停止通氣，繼續加入甜高粱糖液，持續攪拌；發酵至6_7h停止加入 甜高粱糖液；25 35h停止發酵；(4)酵母分離回收活化將發酵醪液中的酵母用碟片分離機分離，將分離出的酵 母液用濃度為的稀酸調節PH至4.0浸泡處理，溫度保持在32 35°C 5min，備用；稀酸 可以選用稀硫酸或稀鹽酸。(5)利用步驟(4)分離活化後的回流酵母再次加入預發酵步驟中，總酵母濃度不 低於5. 0億/ml ；重複步驟(1)至步驟(4) 3 4次。所述方法中使用的酵母為熱帶假絲酵母(Candida tropicalis)ZXNY-1，保藏編號 為CGMCC No. 3889。所述甜高粱糖液是由含糖量為30 45%的甜高粱原料液配製而成，其糖液總糖 為 20 30g/ml，pH 為 4。所述步驟(1)前先將酵母加水35°C水浴活化5 lOmin，然後再30°C活化15 20mino所述步驟(1)中甜高粱糖液加入速度為100 200L/min，空氣流量為450 550L/ min，攪拌速度為100 150rpm。所述步驟(2)中甜高粱糖液加入速度為100 200L/min，攪拌速度為150 180rpm,發酵溫度控制在30 35°C。所述步驟(3)中甜高粱糖液加入速度為0. 350L/h,發酵溫度控制在30 35°C，攪 拌速度為150 180rpm。所述將發酵醪液中的酵母用碟片分離機分離，轉速為5000 6000r/min，收集其 中下層重相，重相為酵母濃液。本發明發酵後的醪液可進入乙醇生產工藝中的乙醇蒸餾、乙醇脫水步驟，最終制 備成工業燃料乙醇，這些步驟均是本領域內公知步驟，在此不一一贅述。本發明的優點與效益本發明在發酵成熟醪進入蒸餾前常溫下先採用碟片分離機把發酵成熟醪中的酵 母分離出來，然後用稀酸液進行浸泡處理，把處理後的酵母回用到第一發酵罐再次利用，從 而增加酵母數量，這樣酵母數量增加了，但因該酵母已經是成熟酵母，自身基本不再消耗糖 汁中的糖份，但卻可以進行糖轉化乙醇作用。從而實現酵母用量大為減少，原料糖液糖耗少，發酵醪液中酵母濃度可達到4億/ml以上，發酵時間縮短為22小時。而現有乙醇發酵 酵母添加量為1. 8億/毫升，發酵時間48 72小時，酵母菌體隨發酵醪液排出。本發明真 正實現了甜高粱糖汁短時間、高酒分、低糖耗發酵，發酵醪液中酒份超過14% (v/v)，殘總 糖低於0. 55%，糖轉化率高於90%，發酵時間不高於22小時。本發明所提供的保藏編號為 CGMCC No. 3889的酵母，發酵性能較之現有市售酵母更優，其糖耗更低，活性更好，極適合大 規模工業生產，具有很好的市場前景和應用前景。
圖1為本發明工藝流程圖。
具體實施例方式本發明使用的原料液可以通過市售夠買獲得，也可以通過常規的甜高粱壓榨工藝 製備，只要保證總糖含量如本發明所述即可。本發明所用的熱帶假絲酵母(Candida tropicalis)ZXNY-1，保藏編號為CGMCC No. 3889。其直接來源和原始來源均為從內蒙古五原縣生產的甜高粱渣中，篩選分離得到 酵母菌，在實驗室條件下進行加代繁殖，並進一步篩選得出的個體優良菌株。碟片分離機德國產HDA50-06-006型號碟片分離機實施例1甜高粱糖汁原料液總糖40. 75% (蔗糖23. 95%，葡萄糖7. 63%，果糖9. 17%)，用 經滅菌處理的生活飲用水配製成總糖23. 43g/100ml的甜高粱糖液，pH為4。稱取酵母(CGMCCNo. 3889) 20g,加水 200ml，35°C水浴保溫 5min，然後 30°C活化 15min備用。(1)預發酵將浸泡殺菌後的回用酵母加入已滅菌的發酵罐中，並用新活化的酵 母調節發酵罐中酵母量，使酵母濃度不低於4. 0億/ml，加甜高粱糖液(23. 63g/100ml的糖 液)，速度為150L/h，空氣流量500L/min。15min時打開溫度控制程序，溫度控制在32. 5°C， 氣體流量調整至750L/min。20min時開攪拌，速度為IOOrpm ；(2)發酵繼續添加甜高粱糖液(23. 63g/100ml的糖液)，速度為130L/h，空氣流 量由750L/min提高至1000L/min，攪拌速度由IOOrpm升至150rpm，1. 5h時開pH值控制程 序，控制PH值在4. 0 士 0. 1，一直保持到發酵結束；(3)發酵3. 5h時停止通氣，繼續添加甜高粱糖液(23. 63g/100ml的糖液)，速度為 130L/h，將發酵溫度保持在32. 5°C，攪拌轉速保持在150rpm，6. 2h時添加結束；至30h時停
止發酵。(4)酵母分離回收活化常溫(15°C 35°C )下把上批次發酵醪液中的酵母用碟 片式離心機分離，轉速為5000 6000r/min，收集其中的重相(重相為酵母濃液)把分離 出的酵母液用1 %的稀硫酸液調節pH至4. 0浸泡處理，溫度保持在33°C水浴保溫5min，備 用。(5)利用步驟(4)分離活化後的酵母重複步驟(1)至步驟(4)3-4次。本實施例中酵母濃度的測定酵母培養2h時4. 1億/ml。
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酵母培養IOh時4. 4億/ml。酵母培養12h時4· 5億/ml。酵母培養13h時4. 5億/ml。後期酵母數稍有下降，到發酵結束時，酵母數為4. 0億/ml。可見本實施例中酵母 數保持穩定。發酵到22小時酒精的質量分數達到最高點11. 521%，體積比達到14. 3%，殘總糖 為0. 505 %，總糖轉化率為92.7%。實施例2甜高粱糖汁原料液總糖38. 61% (蔗糖20. 69%，葡萄糖8. 23%，果糖9. 69%)，配 製成總糖23. 76g/100ml的甜高粱糖液，pH為4。稱取酵母(CGMCCNo. 3889) 25g，加水 200ml，35°C水浴保溫 5min，然後 30°C活化 15min備用。(1)預發酵將浸泡殺菌後的回用酵母加入已滅菌的發酵罐中，並用新活化的酵 母調節發酵罐中酵母量，使酵母濃度不低於4.0億/ml，加甜高粱糖液(23. 76g/100ml的糖 液)，速度為180L/h，空氣流量500L/min。15min時打開溫度控制程序，溫度控制在32. 5°C, 氣體流量調整至780L/min。20min時開攪拌，速度為IOOrpm ；(2)發酵繼續添加甜高粱糖液(23. 63g/100ml的糖液)，速度為150L/h，空氣流 量由780L/min提高至1000L/min，攪拌速度由IOOrpm升至150rpm，1. 5h時開pH值控制程 序，控制PH值在4. O 士 0. 1，一直保持到發酵結束；(3)發酵3h時停止通氣，繼續添加甜高粱糖液(23. 63g/100ml的糖液)，速度為 150L/h，將發酵溫度保持在32. 5°C，攪拌轉速保持在150rpm，6h時添加結束；至32h時停止發酵。(4)酵母分離回收活化常溫(15°C 35°C )下把上批次發酵醪液中的酵母用碟 片式離心機分離，轉速為5000 6000r/min，收集其中的重相(重相為酵母濃液)把分離出 的酵母液用的稀硫酸液調節PH至4.0 (請具體給出用何種酸)浸泡處理，溫度保持在 33°C水浴保溫5min，備用。(5)利用步驟(4)分離活化後的酵母重複步驟(1)至步驟(4) 3-4次。本實施例酵 母細胞濃度測定酵母培養2h時4. 3億/ml。酵母培養IOh時4. 5億/ml。酵母培養12h時4. 6億/ml。酵母培養13h時4. 6億/ml。後期酵母數有所下降，到發酵結束時，酵母數為4. 2億/ml，可見本實施例中酵母
數保持穩定。本實施例發酵到22小時酒精的質量分數達到最高點11. 683%，體積比達到 14. 5%，殘總糖為0. 466%，總糖轉化率為93. 4%0實施例3甜高粱糖汁原料液總糖40. 75% (蔗糖23. 95%，葡萄糖7. 63%，果糖9. 17%)，配 製成總糖24. 14g/100ml的甜高粱糖液，pH為4。
稱取酵母(CGMCCNo. 3889) 30g,加水 200ml，35°C水浴保溫 5min，然後 30°C活化 15min備用。(1)預發酵將活化後的酵母加入已滅菌的發酵罐中，酵母濃度不低於5. 0億/ml， 加甜高粱糖液(24. 14g/100ml的糖液)，速度為200L/h,空氣流量550L/min。15min時打 開溫度控制程序，溫度控制在32. 5°C，氣體流量調整至800L/min。25min時開攪拌，速度為 IOOrpm ；(2)發酵繼續添加甜高粱糖液(24. 14g/100ml的糖液)，速度為180L/h，空氣流 量由800L/min提高至1000L/min，攪拌速度由IOOrpm升至150rpm，1. 5h時開pH值控制程 序，控制PH值在4. 0 士 0. 1，一直保持到發酵結束；(3)發酵4h時停止通氣，繼續添加甜高粱糖液(24. 14g/100ml的糖液)，速度為 180L/h，將發酵溫度保持在32. 5°C，攪拌轉速保持在150rpm，7h時添加結束；至32h時停止發酵。(4)酵母分離回收活化常溫(15°C 35V )下把上批次發酵醪液中的酵母用碟 片式離心機分離，轉速為5000 6000r/min，收集其中的重相(重相為酵母濃液)把分離 出的酵母液用1 %的稀硫酸液調節pH至4. 0浸泡處理，溫度保持在33°C水浴保溫5min，備 用。(5)利用步驟(4)分離活化後的酵母加入已滅菌的發酵罐中，並用新活化的酵母 調節發酵罐中酵母量，酵母濃度不低於5.0億/ml，重複步驟(1)至步驟(4)3-4次。本實施例酵母細胞濃度測定酵母培養2h時5. 1億/ml。酵母培養IOh時5. 5億/ml。酵母培養12h時5· 8億/ml。酵母培養13h時5. 7億/ml。後期酵母數有所下降，到發酵結束時，酵母數為4. 9億/ml。發酵到22小時酒精的質量分數達到最高點11. 929%，體積比達到14. 8%，殘總糖 為0. 456 %，總糖轉化率為93.6%。實施例4用市售酵母進行發酵且不回收酵母進行發酵的對比例甜高粱糖汁原料液總糖40. 75% (蔗糖23. 95%，葡萄糖7. 63%，果糖9. 17%)，用 經滅菌處理的生活飲用水配製成總糖24. 14g/100ml的甜高粱糖液，pH為4。酵母(普通市售酵母)30g(1)預發酵將現有市售夠買得到的常規酵母加入到發酵罐中，加甜高粱糖液 (24. 14g/100ml的糖液)，速度為100L/h，溫度控制在32. 5°C，25min時開攪拌，速度為 IOOrpm, Ih後停止加料，12h後停止通氣攪拌，預發酵結束；(2)發酵將預發酵完成液轉到發酵罐中，添加甜高粱糖液(24. 14g/100ml的糖 液)，速度為400L/h,攪拌速度150rpm, 1. 5h時開pH值控制程序，控制pH值在4. 0 士0. 1，一 直保持到發酵結束，發酵；(3)發酵Ih時調整甜高粱糖液(24. 14g/100ml的糖液)，速度為10L/h，將發酵溫 度保持在32. 5°C，攪拌轉速保持在150rpm，至48h時停止發酵。酵母預培養12h時5. 0億/ml。
酵母發酵開始時0· 5億/ml。酵母發酵12h時1. 5億/ml。酵母發酵24h時1. 5億/ml。後期酵母數有所下降，到發酵結束時，酵母數為1. 0億/ml。發酵到48小時酒精的質量分數達到最高點6. 529%，體積比為8. 2%，殘總糖為 5. 5%。
權利要求
一種利用甜高粱糖汁發酵生產乙醇的酵母，其特徵在於，所述酵母為熱帶假絲酵母(Candida tropicalis)ZXNY-1，保藏編號為CGMCCNo.3889。
2.一種利用酵母回流法發酵甜高粱糖汁生產乙醇的方法，其是將甜高粱壓榨提汁後進 行發酵；發酵後進行乙醇蒸餾和乙醇脫水，最終製成乙醇；其特徵在於，所述方法中使用的 酵母為熱帶假絲酵母(Candida tropicalis)ZXNY-1，保藏編號為CGMCC No. 3889。
3.一種利用酵母回流法發酵甜高粱糖汁生產乙醇的方法，其是將甜高粱壓榨提汁後進 行發酵；發酵後進行乙醇蒸餾和乙醇脫水，最終製成乙醇；其特徵在於，所述發酵方法具體 步驟為(1)預發酵向活化好的酵母中持續加入甜高粱糖液，10 15min後將溫度控制在 30 35°C，空氣流量為700 800L/min ；20 25min後開始攪拌；(2)發酵繼續加入甜高粱糖液，空氣流量提升至800 1200L/min；持續攪拌，1. 5 2h開始將pH值控制在4. 0 士 0. 1，保持至發酵結束；(3)發酵3 4h停止通氣，繼續加入甜高粱糖液，持續攪拌；發酵至6 7h停止加入 甜高粱糖液；25 35h停止發酵；(4)酵母分離回收活化將發酵醪液中的酵母用碟片分離機分離，將分離出的酵母液 用濃度為的稀酸調節PH至4.0，浸泡處理，溫度保持在32 35°C 5min，備用；(5)利用步驟(4)分離活化後的回流酵母再次加入預發酵步驟中，總酵母濃度不低於 5. 0億/ml ；重複步驟(1)至步驟(4) 3 4次。
4.根據權利要求3所述的利用酵母回流法發酵甜高粱糖汁生產乙醇的方法，其特徵 在於，所述方法中使用的酵母為熱帶假絲酵母(CandidatropicalidZXNY-l，保藏編號為 CGMCC No. 3889。
5.根據權利要求4所述的利用酵母回流法發酵甜高粱糖汁生產乙醇的方法，其特徵 在於，所述甜高粱糖液是由含糖量為30 45%的甜高粱原料液配製而成，其糖液總糖為 20-30g/ml, pH 為 4。
6.根據權利要求5所述的利用酵母回流法發酵甜高粱糖汁生產乙醇的方法，其特徵在 於，所述步驟(1)前先將酵母加水35°C水浴活化5 lOmin，然後再30°C活化15 20min。
7.根據權利要求6所述的利用酵母回流法發酵甜高粱糖汁生產乙醇的方法，其特徵在 於，所述步驟(1)中甜高粱糖液加入速度為100 200L/h，空氣流量為450 550L/min，攪 拌速度為100 150rpm。
8.根據權利要求7所述的利用酵母回流法發酵甜高粱糖汁生產乙醇的方法，其特徵在 於，所述步驟(2)中甜高粱糖液加入速度為100 200L/h，攪拌速度為150 ISOrpm，發酵 溫度控制在30 35°C。
9.根據權利要求8所述的利用酵母回流法發酵甜高粱糖汁生產乙醇的方法，其特徵在 於，所述步驟(3)中甜高粱糖液加入速度為130 150L/h，發酵溫度控制在30 35°C，攪 拌速度為150 180rpm。
10.根據權利要求3至9中任意一項所述的利用酵母回流法發酵甜高粱糖汁生產乙醇 的方法，其特徵在於，所述將發酵醪液中的酵母用碟片分離機分離，轉速為5000 6000r/ min，收集分離得到的重相。
全文摘要
本發明公開了一種利用酵母回流法酵甜高粱糖汁生產乙醇的方法，其是將甜高粱壓榨提汁後進行發酵；所述方法中使用的酵母為熱帶假絲酵母(Candidatropicalis)ZXNY-1，保藏編號為CGMCC No.3889。本發明在發酵成熟醪進入蒸餾前常溫下先採用碟片分離機把發酵成熟醪中的酵母分離出來，然後用稀酸液進行浸泡處理，把處理後的酵母回用到第一發酵罐再次利用，從而增加酵母數量，這樣酵母數量增加了，但因該酵母已經是成熟酵母，自身基本不再消耗糖汁中的糖份，但卻可以進行糖轉化乙醇作用。從而實現酵母用量大為減少，原料糖液糖耗少，發酵醪液中酵母濃度可達到4億/ml以上；真正實現了甜高粱糖汁短時間、高酒分、低糖耗發酵，發酵醪液中酒份超過14％(v/v)，殘總糖低於0.55％，糖轉化率高於90％，發酵時間不高於22小時。
文檔編號C12R1/74GK101886091SQ20101021726
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月5日 優先權日2010年7月5日
發明者凌豐, 曹珺, 王維平, 謝雙平 申請人:中興能源(內蒙古)有限公司