專利名稱：利用酵母回流法發(fā)酵甜高粱糖汁生產(chǎn)乙醇的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)乙醇的方法，具體地說是一種利用酵母回流法發(fā)酵甜高粱糖 汁生產(chǎn)燃料乙醇的方法。
背景技術：
發(fā)酵是微生物法生產(chǎn)乙醇的關鍵，它直接決定了噸乙醇耗原料、發(fā)酵設備利用率 也即發(fā)酵設備投資、后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(fā)酵時間的長短、乙醇在發(fā)酵醪液中濃度的高低和耗糖的好壞直接與醪液中 酵母數(shù)量有關。通常發(fā)酵酵母數(shù)量都控制在1.8億/ml以下，這主要原因是如果酵母數(shù)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(fā)酵時間過長這一難題?，F(xiàn)有利用甜高粱發(fā)酵乙醇的方法中，在發(fā)酵過程中需要不斷的補給發(fā)酵酵母，使 其酵母用量過大，生產(chǎn)成本過高。由于現(xiàn)有市售酵母性能單一，活性不佳，不適合反復利用。而甜高粱莖稈糖汁進入發(fā)酵前經(jīng)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(fā)酵中可以采用一種不同于一般方法 的發(fā)酵技術，以實現(xiàn)甜高粱糖汁短時間、高酒精濃度、低耗糖的發(fā)酵目的。
發(fā)明內(nèi)容
為了彌補現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明的目的在于提出一種優(yōu)化酵母，該優(yōu)化酵母性 能優(yōu)良，不僅活性極佳，適合回收反復使用，且糖份消耗低，使利用甜高粱糖汁生產(chǎn)燃料乙 醇的過程中原料液耗量大幅減少，發(fā)酵時間縮短。本發(fā)明的另一目的在于，提出一種利用酵母回流法酵甜高粱糖汁生產(chǎn)乙醇的方 法，該方法與本發(fā)明所述優(yōu)化酵母配合，可以使整個發(fā)酵過程效率提高，成本減少，最終酒 精濃度高。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的發(fā)明思路為對于現(xiàn)有技術中存在的酵母耗量過大 的問題，發(fā)明人經(jīng)過長期研究發(fā)現(xiàn)，在發(fā)酵過程中，為了保持發(fā)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，由于發(fā)酵時間長，因此酵母并未完全失活，如 何將失活酵母和仍具有發(fā)酵活性的酵母分離是首要需要解決的問題。發(fā)明人采用碟片分離 機，發(fā)酵醪液中的活性酵母沉淀在底部，很容易的回收得到了未失活的酵母，將該酵母繼續(xù) 活化后利用，從而大幅減少了酵母的用量。然而發(fā)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(fā)明人自行采集并優(yōu)化后得到了性能好并且適合上述方法的優(yōu)化 酵母，從而完成了本發(fā)明。本發(fā)明采用的具體技術方案為一種利用甜高粱糖汁發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的酵母，所述酵母為熱帶假絲酵母(Candida tropicalis) ZXNY-1，于2010年6月2日，保藏于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(qū)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(fā)酵甜高粱糖汁生產(chǎn)乙醇的方法，其是將甜高粱壓榨提汁后 進行發(fā)酵；發(fā)酵后進行乙醇蒸餾和乙醇脫水，最終制成乙醇；其中，所述發(fā)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(fā)酵甜高粱糖汁生產(chǎn)乙醇的方法，其是將甜高粱壓榨提汁后 進行發(fā)酵；發(fā)酵后進行乙醇蒸餾和乙醇脫水，最終制成乙醇；所述發(fā)酵的具體步驟為(1)預發(fā)酵將活化后的酵母加入已滅菌的發(fā)酵罐中，酵母濃度不低于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(diào)整至800L/min。25min時開攪拌，速度為 IOOrpm ；(2)發(fā)酵繼續(xù)加入甜高粱糖液，氣體流量提升至800 1200L/min ；持續(xù)攪拌， 1. 5 2h開始將pH值控制在4. 0 士 0. 1，保持至發(fā)酵結束；(3)發(fā)酵3_4h停止通氣，繼續(xù)加入甜高粱糖液，持續(xù)攪拌；發(fā)酵至6_7h停止加入 甜高粱糖液；25 35h停止發(fā)酵；(4)酵母分離回收活化將發(fā)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(diào)節(jié)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)分離活化后的回流酵母再次加入預發(fā)酵步驟中，總酵母濃度不 低于5. 0億/ml ；重復步驟(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%的甜高粱原料液配制而成，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，然后再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(fā)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(fā)酵溫度控制在30 35°C，攪 拌速度為150 180rpm。所述將發(fā)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(fā)明發(fā)酵后的醪液可進入乙醇生產(chǎn)工藝中的乙醇蒸餾、乙醇脫水步驟，最終制 備成工業(yè)燃料乙醇，這些步驟均是本領域內(nèi)公知步驟，在此不一一贅述。本發(fā)明的優(yōu)點與效益本發(fā)明在發(fā)酵成熟醪進入蒸餾前常溫下先采用碟片分離機把發(fā)酵成熟醪中的酵 母分離出來，然后用稀酸液進行浸泡處理，把處理后的酵母回用到第一發(fā)酵罐再次利用，從 而增加酵母數(shù)量，這樣酵母數(shù)量增加了，但因該酵母已經(jīng)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(xiàn)酵母用量大為減少，原料糖液糖耗少，發(fā)酵醪液中酵母濃度可達到4億/ml以上，發(fā)酵時間縮短為22小時。而現(xiàn)有乙醇發(fā)酵 酵母添加量為1. 8億/毫升，發(fā)酵時間48 72小時，酵母菌體隨發(fā)酵醪液排出。本發(fā)明真 正實現(xiàn)了甜高粱糖汁短時間、高酒分、低糖耗發(fā)酵，發(fā)酵醪液中酒份超過14% (v/v)，殘總 糖低于0. 55%，糖轉化率高于90%，發(fā)酵時間不高于22小時。本發(fā)明所提供的保藏編號為 CGMCC No. 3889的酵母，發(fā)酵性能較之現(xiàn)有市售酵母更優(yōu)，其糖耗更低，活性更好，極適合大 規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，具有很好的市場前景和應用前景。
圖1為本發(fā)明工藝流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明使用的原料液可以通過市售夠買獲得，也可以通過常規(guī)的甜高粱壓榨工藝 制備，只要保證總糖含量如本發(fā)明所述即可。本發(fā)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(nèi)蒙古五原縣生產(chǎn)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，并進一步篩選得出的個體優(yōu)良菌株。碟片分離機德國產(chǎn)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(jīng)滅菌處理的生活飲用水配制成總糖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，然后 30°C活化 15min備用。(1)預發(fā)酵將浸泡殺菌后的回用酵母加入已滅菌的發(fā)酵罐中，并用新活化的酵 母調(diào)節(jié)發(fā)酵罐中酵母量，使酵母濃度不低于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(diào)整至750L/min。20min時開攪拌，速度為IOOrpm ；(2)發(fā)酵繼續(xù)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(fā)酵結束；(3)發(fā)酵3. 5h時停止通氣，繼續(xù)添加甜高粱糖液(23. 63g/100ml的糖液)，速度為 130L/h，將發(fā)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(fā)酵。(4)酵母分離回收活化常溫(15°C 35°C )下把上批次發(fā)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(diào)節(jié)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)分離活化后的酵母重復步驟(1)至步驟(4)3-4次。本實施例中酵母濃度的測定酵母培養(yǎng)2h時4. 1億/ml。
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酵母培養(yǎng)IOh時4. 4億/ml。酵母培養(yǎng)12h時4· 5億/ml。酵母培養(yǎng)13h時4. 5億/ml。后期酵母數(shù)稍有下降，到發(fā)酵結束時，酵母數(shù)為4. 0億/ml?？梢姳緦嵤├薪湍?數(shù)保持穩(wěn)定。發(fā)酵到22小時酒精的質(zhì)量分數(shù)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 制成總糖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，然后 30°C活化 15min備用。(1)預發(fā)酵將浸泡殺菌后的回用酵母加入已滅菌的發(fā)酵罐中，并用新活化的酵 母調(diào)節(jié)發(fā)酵罐中酵母量，使酵母濃度不低于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(diào)整至780L/min。20min時開攪拌，速度為IOOrpm ；(2)發(fā)酵繼續(xù)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(fā)酵結束；(3)發(fā)酵3h時停止通氣，繼續(xù)添加甜高粱糖液(23. 63g/100ml的糖液)，速度為 150L/h，將發(fā)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(fā)酵。(4)酵母分離回收活化常溫(15°C 35°C )下把上批次發(fā)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(diào)節(jié)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)分離活化后的酵母重復步驟(1)至步驟(4) 3-4次。本實施例酵 母細胞濃度測定酵母培養(yǎng)2h時4. 3億/ml。酵母培養(yǎng)IOh時4. 5億/ml。酵母培養(yǎng)12h時4. 6億/ml。酵母培養(yǎng)13h時4. 6億/ml。后期酵母數(shù)有所下降，到發(fā)酵結束時，酵母數(shù)為4. 2億/ml，可見本實施例中酵母
數(shù)保持穩(wěn)定。本實施例發(fā)酵到22小時酒精的質(zhì)量分數(shù)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 制成總糖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，然后 30°C活化 15min備用。(1)預發(fā)酵將活化后的酵母加入已滅菌的發(fā)酵罐中，酵母濃度不低于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(diào)整至800L/min。25min時開攪拌，速度為 IOOrpm ；(2)發(fā)酵繼續(xù)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(fā)酵結束；(3)發(fā)酵4h時停止通氣，繼續(xù)添加甜高粱糖液(24. 14g/100ml的糖液)，速度為 180L/h，將發(fā)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(fā)酵。(4)酵母分離回收活化常溫(15°C 35V )下把上批次發(fā)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(diào)節(jié)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)分離活化后的酵母加入已滅菌的發(fā)酵罐中，并用新活化的酵母 調(diào)節(jié)發(fā)酵罐中酵母量，酵母濃度不低于5.0億/ml，重復步驟(1)至步驟(4)3-4次。本實施例酵母細胞濃度測定酵母培養(yǎng)2h時5. 1億/ml。酵母培養(yǎng)IOh時5. 5億/ml。酵母培養(yǎng)12h時5· 8億/ml。酵母培養(yǎng)13h時5. 7億/ml。后期酵母數(shù)有所下降，到發(fā)酵結束時，酵母數(shù)為4. 9億/ml。發(fā)酵到22小時酒精的質(zhì)量分數(shù)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(fā)酵且不回收酵母進行發(fā)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(jīng)滅菌處理的生活飲用水配制成總糖24. 14g/100ml的甜高粱糖液，pH為4。酵母(普通市售酵母)30g(1)預發(fā)酵將現(xiàn)有市售夠買得到的常規(guī)酵母加入到發(fā)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后停止加料，12h后停止通氣攪拌，預發(fā)酵結束；(2)發(fā)酵將預發(fā)酵完成液轉到發(fā)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(fā)酵結束，發(fā)酵；(3)發(fā)酵Ih時調(diào)整甜高粱糖液(24. 14g/100ml的糖液)，速度為10L/h，將發(fā)酵溫 度保持在32. 5°C，攪拌轉速保持在150rpm，至48h時停止發(fā)酵。酵母預培養(yǎng)12h時5. 0億/ml。
酵母發(fā)酵開始時0· 5億/ml。酵母發(fā)酵12h時1. 5億/ml。酵母發(fā)酵24h時1. 5億/ml。后期酵母數(shù)有所下降，到發(fā)酵結束時，酵母數(shù)為1. 0億/ml。發(fā)酵到48小時酒精的質(zhì)量分數(shù)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(fā)酵生產(chǎn)乙醇的酵母，其特征在于，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(fā)酵甜高粱糖汁生產(chǎn)乙醇的方法，其是將甜高粱壓榨提汁后進 行發(fā)酵；發(fā)酵后進行乙醇蒸餾和乙醇脫水，最終制成乙醇；其特征在于，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(fā)酵甜高粱糖汁生產(chǎn)乙醇的方法，其是將甜高粱壓榨提汁后進 行發(fā)酵；發(fā)酵后進行乙醇蒸餾和乙醇脫水，最終制成乙醇；其特征在于，所述發(fā)酵方法具體 步驟為(1)預發(fā)酵向活化好的酵母中持續(xù)加入甜高粱糖液，10 15min后將溫度控制在 30 35°C，空氣流量為700 800L/min ；20 25min后開始攪拌；(2)發(fā)酵繼續(xù)加入甜高粱糖液，空氣流量提升至800 1200L/min；持續(xù)攪拌，1. 5 2h開始將pH值控制在4. 0 士 0. 1，保持至發(fā)酵結束；(3)發(fā)酵3 4h停止通氣，繼續(xù)加入甜高粱糖液，持續(xù)攪拌；發(fā)酵至6 7h停止加入 甜高粱糖液；25 35h停止發(fā)酵；(4)酵母分離回收活化將發(fā)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(diào)節(jié)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)分離活化后的回流酵母再次加入預發(fā)酵步驟中，總酵母濃度不低于 5. 0億/ml ；重復步驟(1)至步驟(4) 3 4次。
4.根據(jù)權利要求3所述的利用酵母回流法發(fā)酵甜高粱糖汁生產(chǎn)乙醇的方法，其特征 在于，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(jù)權利要求4所述的利用酵母回流法發(fā)酵甜高粱糖汁生產(chǎn)乙醇的方法，其特征 在于，所述甜高粱糖液是由含糖量為30 45%的甜高粱原料液配制而成，其糖液總糖為 20-30g/ml, pH 為 4。
6.根據(jù)權利要求5所述的利用酵母回流法發(fā)酵甜高粱糖汁生產(chǎn)乙醇的方法，其特征在 于，所述步驟(1)前先將酵母加水35°C水浴活化5 lOmin，然后再30°C活化15 20min。
7.根據(jù)權利要求6所述的利用酵母回流法發(fā)酵甜高粱糖汁生產(chǎn)乙醇的方法，其特征在 于，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(jù)權利要求7所述的利用酵母回流法發(fā)酵甜高粱糖汁生產(chǎn)乙醇的方法，其特征在 于，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(fā)酵 溫度控制在30 35°C。
9.根據(jù)權利要求8所述的利用酵母回流法發(fā)酵甜高粱糖汁生產(chǎn)乙醇的方法，其特征在 于，所述步驟(3)中甜高粱糖液加入速度為130 150L/h，發(fā)酵溫度控制在30 35°C，攪 拌速度為150 180rpm。
10.根據(jù)權利要求3至9中任意一項所述的利用酵母回流法發(fā)酵甜高粱糖汁生產(chǎn)乙醇 的方法，其特征在于，所述將發(fā)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(fā)明公開了一種利用酵母回流法酵甜高粱糖汁生產(chǎn)乙醇的方法，其是將甜高粱壓榨提汁后進行發(fā)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(fā)明在發(fā)酵成熟醪進入蒸餾前常溫下先采用碟片分離機把發(fā)酵成熟醪中的酵母分離出來，然后用稀酸液進行浸泡處理，把處理后的酵母回用到第一發(fā)酵罐再次利用，從而增加酵母數(shù)量，這樣酵母數(shù)量增加了，但因該酵母已經(jīng)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(xiàn)酵母用量大為減少，原料糖液糖耗少，發(fā)酵醪液中酵母濃度可達到4億/ml以上；真正實現(xiàn)了甜高粱糖汁短時間、高酒分、低糖耗發(fā)酵，發(fā)酵醪液中酒份超過14％(v/v)，殘總糖低于0.55％，糖轉化率高于90％，發(fā)酵時間不高于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(yōu)先權日2010年7月5日
發(fā)明者凌豐, 曹珺, 王維平, 謝雙平 申請人:中興能源(內(nèi)蒙古)有限公司