用频繁供给酵母生产乙醇的方法

专利名称：用频繁供给酵母生产乙醇的方法
技术领域：
本发明涉及从淀粉植物原材料生产乙醇的方法。本发明尤其适合用于生产作为燃料的乙醇，但也适用于化学、制药和化妆品工业，并且在精馏除去芳香族的物质后，用于食品工业。本发明特别用小麦、玉米、大麦、高粱、黑麦或大米的汁液作为原料。
将淀粉植物原料的汁液进行酶促液化处理以获得液化汁液的生产乙醇的方法是已知的。然后对液化的汁液进行至少部分酶促糖化处理，以获得糖化汁液。淀粉至少被部分转化为葡萄糖。然后将糖化的汁液分成第一部分和第二部分。用稀释剂稀释第一部分的糖化汁液，并将其放入预发酵罐中与酵母菌属的酵母接触，获得酵母悬浮液。稀释剂一般是水和/或酒糟，其用量要使酵母悬浮液的醇度数小于6％(体积)，且有使过高的醇浓度不妨碍酵母的生长的效果。然后将此酵母悬浮液放在发酵罐中与第二部分糖化汁液接触足够长的时间，以获得乙醇含量高于给定数值的酒。在通常的实践中，此时间越是成比例地延长，乙醇的含量就越高。例如，当糖化时间为20小时时，为了获得乙醇含量高于9％，而糖含量低于1g/l，通常必须允许在发酵罐中有40小时的接触时间或发酵时间。已经有主张通过在保持40小时的发酵时间内也进行糖化来减少糖化操作的时间到10小时。这样总的操作时间就是50小时。为了获得乙醇，要将酒进行蒸馏。在此蒸馏的过程中，进行除去尤其是对应于酯的“讨厌的味道”，使得能够获得酯含量低于百万分之500份(500ppm)的乙醇，这一般是作为燃料的乙醇所要求的。在预发酵罐中连续地加入酸以保持某种程度的无菌操作，并用消毒剂给回路消毒也是必须的。
本发明通过一种比现有技术方法更短的生产乙醇的方法克服了这些缺点，它通过蒸馏直接得到这种低酯含量的醇，以致不再须要萃取这种酯，因此就能够将任何添加的酸分配到预发酵罐中，降低了在生产回路中使用的消毒剂的量，而同时在所有条件都相同的条件下，酒具有更高的乙醇度数和相同的低糖含量。
本发明涉及一种生产乙醇的方法，它包括让淀粉植物原料汁液与液化酶接触，获得液化的汁液，使该液化的汁液与糖化酶接触，得到至少部分糖化的汁液；在预发酵罐中制备酵母菌属的酵母在营养介质中的悬浮液，将糖化的汁液与足够量的酵母悬浮液接触足够的时间，将在糖化汁液中所含的糖转化为乙醇，得到糖含量低于3g/l，优选低于2g/l，更优选低于1g/l的酒，使得酒的乙醇度数至少为9.5％(基于体积-体积)，然后蒸馏酒得到乙醇。本方法的特征在于，它包括基本除去在预发酵罐中存在的所有酵母，并且在一定时间间隔内重新加入新鲜酵母，使得在与下一次更换酵母的时间间隔内，预发酵罐中的非酵母菌属的微生物的浓度低于给定的阈值。
意外地发现，至今所必需的酵母悬浮液与糖化汁液的很长的接触时间，是由于在比较短的时间内，酵母菌属的酵母发生降解、突变和/或受到其它微生物的污染，特别是受到活性低得多的酒香酵母菌属的酵母的污染。通过在此现象发生之前，特别优选是在预发酵罐中每毫升有107个，更好是有106个非酵母菌属酵母的微生物之前用新鲜的酵母菌属酵母更新所有酵母，保持发酵酵母的活性，这样就能够缩短发酵罐中的接触时间，使得在蒸馏的过程中实际上没有更多的酯，具有更高的醇度数、免除了必须在预发酵罐中加入酸，并减少了消毒剂的用量。酵母悬浮液的新鲜程度对将糖转化为乙醇这一步骤时间长短起着极为重要的作用。给已经受到污染的酵母菌提供新鲜的酵母仅对所需接触时间提供很暂时性的改善。为了保持连续地缩短所需的接触时间，必须在添加新鲜酵母之前除去可能的所有陈旧的酵母。
通过取样酵母悬浮液并用显微镜对其检验可以检测出预发酵罐中存在的酒香酵母。这时，酵母菌属酵母，特别是酿酒酵母菌具有卵形形状，而酒香酵母具有伸长的形状。也能够由经验得知观察为加入新鲜酵母的时间间隔，并在4天以内的时间间隔用酵母菌属酵母系统地替换废酵母。
按照一个优选的实施方案，本发明在于将占糖化汁液重量10～30wt％，优选占15～20wt％的第一部分稀释，获得淡汁液，其余的糖化汁液组成浓汁液。在预发酵罐中进行淡汁液的预发酵，获得预发酵的汁液，而在预发酵汁液存在下，把浓汁液放入发酵罐中足够的时间以获得酒。
优选地，供给预发酵罐的新鲜酵母的量为使得在预发酵罐中获得的浓度至少为每毫升大约106个细胞，优选107个细胞。
已经发现，特别是对于酒中乙醇含量的9.5％的阈值，在发酵罐中的糖化时间和接触时间的和仅仅是35小时。
本发明方法的第一阶段涉及到将淀粉植物材料的汁液进行酶促液化处理，获得液化的汁液。
通过例如在锤磨机(牌号为PROMILL Promill-Stolz，RN 12Serville，28410 BU，3000rpm或者JACKERING Vorsterhauser Weg46 POPox1733，59007HAMM)(更确切地说，是在麸皮颗粒与面粉不分离的情况)，和一台或多台辊磨机(更确切地说，是麸皮颗粒与面粉分离的情况)(在其中研磨得更均匀)或其它任何研磨机中处理一次或两次来研磨植物材料，特别是小麦。在淀粉精制的情况下，任选地能够将面粉分离成两个品级A级面粉是打算用来进行淀粉精制加工的，而B级面粉是用于乙醇加工的。可以任选地先将小麦湿润至18～25wt％，然后再研磨，以改善面粉和麸皮颗粒的分离效果。
将得到的面粉过筛。筛中残留物返回到磨中去，这样，最粗的颗粒不超过2.5mm。一般大于1mm的颗粒的百分比不超过总量的10％。面粉的平均目数为0.3～2mm，0.6构成普遍值。在筛子上分离出来的麸皮颗粒或者重新加入到面粉中，或者分离出去。这样就得到了粗面粉或者是白面粉。
在粗面粉的情况下，随后在混合器中将面粉与水、酒糟、氢氧化钠和液化酶的溶液混合。此溶液是例如用串联静态混合器或在制备罐中制备的。可以在一个螺杆式混合器(牌号PROMILL Promill-Stolz，RN12 Serville，28410，BU转速700～1200rpm)和/或然后在一个均化器(牌号APV GAULIN，压力大约100bar)中，或者在一个搅拌罐中制备面粉/溶液的混合物。
在分离麸皮的情况下，来源于蒸馏间的酒糟不循环到制浆操作中。用来源于淀粉精制工艺的淀粉乳和B面粉制备此溶液。
如此得到固体含量为25～35wt％的汁液。由用于液化酶和糖化酶功能的最佳固体含量，并且不是出于经济上的考虑，来确定固体的百分比具有最大可能的固体含量，以限制在后续加工过程中蒸发酒糟的成本。供给混合器中面粉的量由SCHENCK，Chemin neuf BP17，78240CHAMBOURCY的计量装置或者称重带来控制。
为了在澄清的酒糟(通过离心沉降分离酒糟中的不溶物)中具有最大可能的固体含量(4.5～7wt％)，寻求在制浆操作中加入尽可能多的酒糟，而不供给外来的水。这样就确定了在制浆操作中酒糟对水的比例。澄清的酒糟表示40～80wt％的溶液用来进行制浆操作。这里的水可以是井水、加工液体(蒸发凝液或水性馏出液)或预先通过砂滤器过滤的和/或紫外线辐照灭菌的河水。
水/酒糟混合物的温度在40和最高70之间，这是为了容易混合并且为了限制用于液化的能耗，又使得不会在制浆操作的过程中发生淀粉凝胶化。根据蒸馏的方法不同离开离心沉降机(GuinardCentrifugation，ZI du Buxerious，BP 69，36002 Chteauroux；WestfaltaSeparator，18，avenue de L′Europe，BP120，02407 Chteau-Thierry)的酒糟温度为70～100℃(在真空蒸馏时温度较低)。面粉是在室温。必须提供板式热交换器或管式热交换器或其它类型的热交换器以加热水获得上述温度的混合物。
根据使用的液化酶的不同，必须用30％或50％的氢氧化钠或任何其它的碱性试剂调节pH值。如果酶需要钙盐的话，可以任选地使用钙盐。使用的酶是真菌或细菌的α-淀粉酶，例如购自NovoNordiskBioindustries S.A.(79，av.Francois-Arago，92017 Nanterre Cedex，France)的Termamyl 120L S型、L型或LS型、购自Genencor(P.O.Box642，Delft，Netherland)的Spezyme AA或Spezyme AAL、购自Rhodia(Poleacre Lane，Woodley，Stockport，Cheshire SK6 1PQ，UnitedKingdom)的Nervanase或G-Zyme G995。通过安装在制浆装置前的水/酒糟混合器上的pH值探头控制氢氧化钠的流速。根据使用的酶的不同，pH值的范围可以在4.5～8之间。
在50～100℃之间的温度下进行液化。可以通过管道将蒸汽直接注入液化罐中，或者通过喷射冷却器把制成浆的汁液加热到此温度。在此情况下要借助于向喷嘴中注入蒸汽保持成浆汁液在100～150℃的温度达几秒钟，然后迅速冷却到80～95℃之间。可以通过控制面粉的流速来控制酶的流速。
可以用例如牌子为PMS，BP 72 91560 Crosne的搅拌器搅拌液化罐，该搅拌器装有两排桨叶的用在第一罐，并且装有一排桨叶的用在第二罐，转速第一罐是42rpm，第二罐是58rpm(此转速可以在20～60rpm之间)。
在这些温度条件下的停留时间为30分钟～2小时。
根据所使用的酶，液化工艺的一般特征是温度85～88℃；pH值5.5～6；固体含量32～35％；停留时间1小时；液化酶流速大约3.51/小时，对应面粉流速为8t/小时。
如此液化的汁液在常规类型的热交换器(板式热交换器或管式热交换器)中冷却到60℃(取决于糖化酶的最佳工作条件，温度可能在40～70℃)。
在某些情况下，可以用稀释剂，例如，如上所述的水或来自蒸馏室的再循环的酒糟稀释液化的汁液。
在液化的汁液中放入淀粉葡萄糖苷酶类的酶(例如Genencor国际公司(Box 642，2600 AP Delft，荷兰)的Optimax 7525 HP、OptidexL300、Novo Nordisk生物工业公司(79，av.Francois-Arago，92017Nanterre Cedex，France)的Amg 300L、Rhodia公司(Poleacre Lane，Woodley，Stockport，Cheshire SK6 1PQ，United Kindom)的G-990或Ambazyme LE300)和粘度降低的酶(例如Alko生物技术公司(SF-05200Rajamaki，Finland)的Econase CE、Novo Nordisk生物工业公司(79，av.Francois-Arago，92017 Nanterre Cedex，France)的Celluclast、Rhodia公司(Poleacre Lane，Woodley，Stockport，Cheshire SK6 1PQ，UnitedKindom)的β-Glucanase 750L)。
根据使用的糖化酶的不同，可以用大约96％的硫酸或任何其它的酸化试剂调节pH值。用安装在糖化入口处的pH探头控制酸的流速。根据使用酶的最佳特征，pH值的范围在3～7之间。
根据底物类型的不同，也可以使用具有蛋白酶活性的酶(如Rhodia公司(Poleacre Lane，Woodley，Stockport，Cheshire SK6 1PQ，UnitedKindom)的Proteinase 200L)和/或支链淀粉酶(如Rhodia公司(PoleacreLane，Woodley，Stockport，Cheshire SK6 1PQ，United Kindom)的Ambazyme P20或Genencor公司(Box642，Delft，Netherlands)的OptimaxL300)，以降解在液化汁液中存在的蛋白质，该蛋白质是发酵有机体的潜在氮源，或者用来完成淀粉的酶促水解(支链淀粉酶对α-1～6键具有特异作用)。
可以由面粉的进入流速控制酶的流速，它也取决于有关产生的葡萄糖浓度和剩余淀粉含量的实验室分析；此操作的目的是在进入蒸馏间的酒中不残留有淀粉的情况下，达到糖化或发酵的终点(取决于所采用的方法)。因此将此流速控制作为对每种类型酶的特异性酶活性的函数。
对于糖化工艺，使用的相关的酶的一般特征是温度55～65℃；pH值4～4.5；固体含量28～35％；停留时间15～20小时(实施例1A)；或8～13小时(实施例1B)；糖化酶流速大约4.5升/小时，对应面粉进速为8t/小时。
降低粘度酶的流速大约1.5升/小时，对应面粉进给速度为8t/小时。
糖化使用5个90m3的罐(根据实施例1A和1B)。
5个糖化罐具有机械搅拌(Sew-Usocome或PMS牌，BP7291560Crosne搅拌器，搅拌速度24rpm)，此搅拌使得在糖化过程中的汁液有良好的均匀性，并且随后使酶和待水解的淀粉容易接触。
在传统的热交换器中将糖化汁液冷却到32℃(温度在30～34℃之间，使得不抑制所用酵母的生长和发酵)，然后转送到下一个工厂。
可以实施两个本方法的实施方案。这就是将大分子淀粉全部或部分生物转化为可发酵的葡萄糖分子。在第二种情况下(部分水解)，在发酵阶段发生糖化，在糖化时的停留时间比第一种情况要短(实际上完全水解)。
预发酵可以有利地进行预发酵或者说酵母(如酿酒酵母、非洲粟酒酵母等)繁殖，以在同时操作的4个预发酵罐(每个预发酵罐的体积45m3)中获得至少每毫升107个细胞。
用水或酒糟稀释来自糖化的糖化汁液，以获得淡汁液(当糖化汁液的流速为4～5m3/小时时，水的流速7～8m3/小时，如此获得淡汁液中葡萄糖的浓度为50～90g/l)，其分布在4个预发酵罐中并作为微生物的生长底物。此处的水可以是井水、加工液体(蒸发凝液、水性馏出液或来自淀粉精制的水)或通过砂床预过滤的和/或经紫外线辐照灭菌的河水。
由冷却板系统严格地监测和控制预发酵罐的温度，在冷却板系统中冷却液体在预发酵罐内部或外部循环。
任何微生物的繁殖都导致温度升高。温度的任何变化都可能成为酵母繁殖的抑制因素。
预发酵罐中的温度保持在30～35℃。
为了促进酵母的生长，这些微生物繁殖所需要的营养介质包括—以不同形式供给的氮，如尿素、氨或铵盐；—以不同形式供给的磷，如磷酸或磷酸盐；—以不同形式供给的硫，如硫酸或硫酸盐；—氧；—可发酵的糖；—必要物质，如果检出有缺少的话。
这些营养元素防止任何酵母繁殖的减慢。
稳定地供给这些营养元素和压缩空气形式的氧(或过氧化氢的水溶液)，以促进酵母生长而不是醇发酵。
作为例子—在每个预发酵罐中空气的流速是大约30Nm3/h；—在每个预发酵罐中每小时以水溶液的形式加入5kg具有最低氮含量21％和最大水含量0.2％的硫酸铵(HOLVOET Chemie Chaussée deLeuze 144，Leuzessteenweg Belgium；INTERFERT，28rued′Armenonville，92200 Neuilly sur Seine等)和5kg具有最低纯度95％和P2O5含量为52～55％的磷酸二铵(RHODIA Chimie，299，rue duPrésident Pompidou，BP 202，59561 La Madeleine Cedex；PRAYONFrance，80-82 rue de Paris，93804 Epinay sur Seine Cedex)。
因为工业生产是对空气敞开的，为了防止任何外来微生物感染的风险，要通过用过滤的河水轮流清洗，然后注入蒸汽最少10分钟的预设定时间，给预发酵罐清洁和消毒。
此外，这还能够避免被“野生型”酵母的感染和主要酵母菌株的逐渐降解。
在现场对检测出来的这些污染微生物进行鉴定此微生物是布鲁塞尔酒香酵母(Brettanomyces bruxellensis)。
这种酵母具有伸长的形状的特性，这与使用的酿酒酵母是很不相同的。
用显微镜(Zeiss牌万能透射光显微镜(universal transmission lightmicroscope of the ZIESS brand)，放大400倍)每天对加了酵母的汁液的观察放在生产现场，以即时检测这些野生型的酒香酵母的外观。
通过显微镜在陪替式培养皿上进行的计数和形态识别操作给出观察的后天确认(posteriori confirmation)。
在陪替式培养皿上计数使用的介质已知是MALT WICKERHAM介质，对于其2升制剂由以下成分制成—3g麦芽汁(参考Merck实验室105391)；—5g蛋白胨(参考Merck实验室7212)；—3g酵母提取物(参考Merck实验室103753)；—10g葡萄糖；—10g营养琼脂(参考Merck实验室1614)。
将加了酵母的汁液试样在生理盐水(9‰的氯化钠容液)中进行连续的10倍稀释，直至获得如下的稀释液10-5、10-6、10-7。按照传统微生物学的技术用MALT WICKERHAM介质将1升这些稀释液进行深度接种。
发酵过程中加入所需菌株在频率上的区间最终导致主要被不希望微生物的污染，这就使发酵时间延长，降低产生的含酒溶液的质量(例如酯含量增加)。不考虑本发明方法的变量，能够观察到过这个现象。
添加所需菌株和更换陈旧酵母的必要频率延迟会导致须要加速添加酵母，以根除由于含有污染生物体的澄清酒糟循环到制浆操作中所造成的持续不断的污染。
用新鲜酵母更换陈旧酵母的方法在新鲜酵母繁殖的过程中，例如在4个预发酵罐中选择一个进行这个操作，进行的操作如下腾空一个预发酵罐、用水洗涤，然后用蒸汽(例如压力＝3bar绝对的，温度＝130℃)清洗最少10min的预定时间。
此清洗也可以用甲醛水溶液(30.5％甲醛Caldic France B.P.72251056 REIMS)或任何常规的消毒剂进行，例如卤素族化合物氯或碘以及它们的衍生物；氧化剂(过氧化氢、高锰酸钾)；胺类化合物(以0.2～0.5％的溶液使用的Bactanios，Anios PavéduMoulin 59260 Lille Hellemmes)；强酸和强碱(以5～10％稀释液使用的96％的浓硫酸，TessenderloChimie，rue du Trne 130 B Brussels)、(以1～2％的稀释液加热使用的30.5％苛性钠，CLEMENT RPC Ets LOMME，rue Pelouze，BP 117 59461LOMME cedex)、(以2～7.5％的稀释液使用的AgrobacMINOTAPURA，88rue de Marquillies 59044 LILLE cedex)、(以5～7％的稀释液使用的Agromousse，MINOT APURA，88 rue de Marquillies 59044LILLE cedex)、(以1～1.5％的剂量使用的Aniosteril消毒剂酸，AniosPavédu Moulin 59260 Lille Hellemmes)、(以1～5％的剂量使用的GalorC7，Anios Pavédu Moulin 59260 Lille Hellemmes)；醛和表面活性剂(以0.5％的剂量作为喷雾剂使用的Anios W4，接触时间5～10分钟，或者以0.4％的剂量循环，接触时间20-30分钟，Anios Pavédu Moulin 59260 Lille Hellemmes)。
上面指出的百分比都是以重量基础表示的。
清洗—消毒的操作可以包括如下5个步骤—预洗涤或预清洁喷水机械去除粗的污物；—清洗用清洗溶液去除余下的污物；
—漂洗去除其中分散有污垢的清洗溶液；—消毒用消毒剂溶液对生物污染的表面进行化学破坏；—最终漂洗去除残留的消毒剂溶液。
结合上述的操作在所有的情况下就能够实现预发酵罐的充分消毒，该预发酵罐用来接受新鲜酵母而没有陈旧酵母的污染。
用淡汁液充满预发酵罐的大约三分之一体积，该淡汁液比正常的略稀。
严格地控制预发酵罐的温度(低于34℃)。
在此预发酵罐中加入300kg固体含量大约32％的新鲜酵母。
提供并控制营养盐和空气的供给。
继续加入淡汁液，同时监测预发酵罐中的密度和温度。
一旦充填完毕，将该预发酵罐与其它已经腾空的、预先用蒸汽或化学方法清洗和灭菌的预发酵罐相继连通起来，使新鲜酵母不会被陈旧酵母污染。
如此逐个用新鲜酵母装满4个预发酵罐。
发酵可以以14～22m3/小时的流速，用从糖化阶段获得的糖化汁液进行醇发酵，直至获得的酒的含糖量低于3g/l，优选低于2g/l，更优选低于1g/l，酒的醇度数至少为9.5vol％。
可以进行两种类型的发酵。
“分批”或间歇发酵，其中每步发酵都单独进行，即在每个发酵罐中进行发酵直至完成；连续发酵，其中发酵罐以串联的方式工作，即在每个发酵罐中仅进行部分发酵，直到最后一个，在该发酵罐中发酵得以完成。
“分批”或间歇发酵用从预发酵罐获得的含酵母的汁液交替接种每个发酵罐。
按照如下的方法输送预发酵的汁液—将1个预发酵罐(容积45m3)完全腾空到发酵罐中；—同时部分输送其它3个预发酵罐中的预发酵汁液，在发酵罐中形成“酵母原液”。
输送的含酵母的汁液的总体积相当于发酵罐体积的大约30～70％。发酵罐中的温度保持在30～35℃之间。
发酵使用两个90m3的罐和6个180m3的罐。然后将发酵的汁液输送到酒桶里，随后再送到蒸馏厂。
连续发酵不再如上所述交替地向发酵罐送入含酵母的汁液和糖化的汁液，而是按照如下的方法进行将含酵母的汁液和糖化汁液连续地送入发酵罐，或前两个或前三个发酵罐，称作头发酵罐，后面的称作回落(fall-off)发酵罐。
加入到头发酵罐的流速可以是含酵母汁液的流速9～16m3/h；糖化汁液的流速15～25m3/h；发酵罐中的温度保持在30～35℃之间。
然后继续在每个发酵罐中进行连续不断的发酵，直至获得的酒的含糖量低于3g/l，优选低于2g/l，更优选低于1g/l，而酒的醇度数至少为9.5vol％，然后将最后一个发酵罐中的发酵的汁液连续地输送到酒桶中，随后送到蒸馏厂。
在这种连续发酵中，通过在所有发酵罐中发酵的汁液的体积除以酒进入蒸馏塔中的速度就计算出发酵时间。在连续发酵中获得的发酵时间是与间歇发酵相同。
用YSI 2700 SELECT生化分析仪(ROUCAIRE，2av du PacifiqueBP 78 Les Ulis 91493 Courtaboeuf Cedex)酶确定酒的醇度数。用软化水将样品酒稀释50倍，再将此样品过滤，然后送入YSI 2700 SELECT生化分析仪，它自动地给出乙醇含量(g/l)。为了获得醇度数的结果(体积-体积％)，在考虑了稀释因子后，将此值除以7.88。
用YSI 2300 STAT PLUS生化分析仪(ROUCAIRE，2 av.duPacifique BP 78 Les Ulis 91493 Courtaboeuf Cedex)酶确定剩余的葡萄糖含量。按照假设的剩余葡萄糖含量进行必要的样品稀释。然后将样品过滤并送入到YSI 2300 STAT PLUS生化分析仪中，它给出以mg/dl表示的剩余葡萄糖含量。为了获得以g/l表示的值，在考虑了可能的稀释因子后，将获得的结果乘上100。
生产含酒溶液(粗醇)通过直接注入的方式、借助于蒸馏釜或者通过热力压缩，用来自例如酒糟浓缩(蒸馏副产品)的蒸汽加热能够在真空或在压力下以并联或串联(两倍的效果)方式工作的蒸馏塔(供货方KREBS-SPEICHIM，14 rue Hoche，92800 PUTEAUX，JAAKKO-PYRY，Garden Part-Dieu，65 Bd Vivier Merle 69482 LYONSCEDEX 03)，以改善此装置的热效率。这些蒸汽也加热了Lutter塔。
发酵的汁液或由发酵获得的酒，在通过一个热交换器以后，平行地送入蒸馏塔中。从塔中出来的醇蒸汽在热交换器中冷凝。
在塔底留下的酒糟被送到酒糟分离车间进行澄清(将可溶物与不溶物分离)，然后输送到酒糟浓缩工厂。
储存前，在蒸馏塔中将醇或含酒的溶液浓缩到90～96vol％(取决于投资的限制)，然后在热交换器中冷却。在蒸馏塔中也进行挥发性杂质的提取，以改善含酒溶液的质量(按照所希望的酯含量)。这些很难分解的提取出的讨厌的味道被储存在另一个罐中。
下面的实施例说明本发明。
实施例1A糖化时间＝15～20小时(用小麦试验)装满所有的糖化罐，以实现淀粉分子基本上完全被酶水解成为可发酵的糖。此工厂的产量是大约24m3/h的糖化汁液。
以短于4天的频率，用300kg压制成固体含量32％的酵母(例如，酿酒酵母)更换陈旧的酵母，每克产品含大约10×109个活细胞，淡汁液的葡萄糖浓度为50～90g/l，这取决于车间情况的不同(淡汁液的流速12～13m3/小时)。使用冷冻干燥的酵母或工业浓缩酵母乳(酿酒酵母或非洲粟酒酵母)也得到了同样的结果(酵母供给商Lallemand公司，Complex scientifique Rangeuil，Hall Gibert Durand 3，BP 4412，31405Toulouse Cedex 4；LESAFFRE，41，rue Etienne Marcin，75001 Paris等)。
观察到的发酵时间是18～24小时(平均20小时)，获得的酒的醇度数高于9.5vol％的最小值，并且剩余的糖含量低于1g/l，这与在使用一般工业条件下(生产商推荐的或者在文献中给出的在淀粉底物上的传统发酵时间是大约40～60小时)的35～45小时，剩余糖含量突然和偶发地高达20～30g/l的情况相反。
发酵时间是按下面的方法计算的用糖化汁液充填发酵罐的时间加上跌落时间(即，获得残余葡萄糖含量在0g/l的区域所用的时间，即如果不能达到残留葡萄糖含量在0g/l区域，就用将酒送到用于蒸馏的所花的时间)。
还获得在简单蒸馏后，不用提取挥发性杂质，生产的粗醇(含酒溶液)中的酯含量低于300ppm(即与通常获得的酯含量相比，降低了50％以上)。
实施例1B糖化时间＝对于8～13小时(用小麦试验)将一些糖化罐分路以实现淀粉分子部分酶促水解为可发酵的糖。工厂的产量是大约24m3/h糖化汁液。
以同样的频率用压缩成固体含量32％的酵母(例如酿酒酵母)更换陈旧的酵母到相同的量。
观察到发酵时间是22～30小时(平均25小时)，获得的酒的醇度数高于9.5vol％最低值，剩余糖含量低于1g/l，这与在使用一般工业条件下(生产商推荐的或者在文献中给出的在淀粉底物上的常规发酵时间是大约40～60小时)的35～45小时，剩余含糖量突然和偶发地高达20～30g/l的情况相反。
在简单蒸馏后，不用提取挥发性杂质，获得的粗醇(含酒溶液)中的酯含量低于300ppm(即与通常获得的酯含量相比，降低了50％以上)。
实施例2A用玉米进行试验将玉米用作淀粉底物(淀粉含量61～78％，蛋白质含量6～12％)进行如实施例1A的工业加工。工厂的产量是大约20～24m3/h。
以同样的频率更换压缩成固体含量32％的酵母(如酿酒酵母)到同样的量。
观察到发酵时间为18～24小时，获得的酒的醇度数高于9.5vol％最低值，残留糖的浓度再次低于1g/l。
在简单蒸馏后，不用提取挥发性杂质，获得的粗醇(含酒溶液)中的酯含量低于300ppm(即与通常获得的酯含量相比，降低了50％以上)。
实施例2B用大麦进行试验将大麦用作淀粉底物(淀粉含量65～75％，蛋白质含量8～15％)进行如实施例1A的工业加工。工厂的产量大约为20～24m3/h。
以同样的频率更换压缩成固体含量32％的酵母(如酿酒酵母)到同样的量。
观察到的发酵时间为18～24小时，获得的酒的醇度数高于9.5vol％最低值，残留糖的浓度再次低于1g/l。
在简单蒸馏后，不用提取挥发性杂质，获得的粗醇(含酒溶液)中的酯含量低于300ppm(即相对于通常获得的酯含量，降低了50％以上)。
对比例用新鲜酵母进行部分再接种试验用新鲜的酿酒酵母进行预发酵罐的部分再接种试验。
装满所有的糖化罐，以尽可能完全地进行淀粉分子的酶促水解，生成可以发酵的糖(与实施例1A相似)。该工厂的产量大约24m3/小时糖化汁液。
以短于4天的频率，供给200kg压制成固体含量32％的酵母(酿酒酵母)，依据车间情况的不同(淡汁液的流速12～13m3/h)淡汁液的葡萄糖浓度为50～90g/l。
不再像实施例1A那样在事先洗涤和清洁的预发酵罐中加入酵母，代之以将200kg酵母均匀地分布在残留有陈旧的受污染的酵母(在每个预发酵罐中大约25m3汁液)的4个预发酵罐中(每个预发酵罐50kg)。
得不到在如上述实施例1A中所述的结果，无论在发酵时间还是在蒸馏含酒溶液的质量方面都没有观察到改善发酵时间仍然为大约35～45小时，含糖量仍然可能突然和偶发地达到20～30g/l，在不提取挥发性杂质时的酯含量高于300ppm。
权利要求
1.生产乙醇的方法，该方法包括将淀粉植物原材料汁液与液化酶接触获得液化的汁液；将所述液化的汁液与糖化酶接触获得至少部分糖化的汁液；在预发酵罐中制备营养介质中的酵母菌属酵母的悬浮液；将所述糖化汁液与足够量的酵母悬浮液接触足够的时间，以将糖化汁液中所含的糖转化为乙醇，获得糖含量低于3g/l，优选低于2g/l，更优选低于1g/l的酒，其醇度数至少是9.5％(基于体积对体积比)；以及蒸馏所述酒，以获得乙醇，该方法的特征在于，其包括以一个时间间隔，除去清洁和消毒的预发酵罐中存在的基本上所有的酵母，并用新鲜的酵母更换这些酵母，使得在更换酵母后的时间间隔内，所述预发酵罐中酵母菌属酵母以外的微生物的浓度低于给定的阈值。
2.如权利要求1的方法，其特征在于所述阈值低于每毫升107个细胞。
3.如权利要求1的方法，其特征在于所述阈值低于每毫升106个细胞。
4.如权利要求1～3中之一的方法，其特征在于一旦用显微镜观察到伸长形状的微生物，就尽快用新鲜的酵母更换预发酵罐中的所有酵母。
5.如权利要求1～3中之一的方法，其特征在于以短于4天的时间间隔用新鲜的酵母更换预发酵罐中的所有酵母。
6.如上述各项权利要求中之一的方法，其特征在于包括用一定量的新鲜酵母更换预发酵罐中的所有酵母，使得在预发酵罐中获得的浓度至少等于每毫升106个细胞，优选每毫升107个细胞。
7.如上述各项权利要求中之一的方法，其特征在于包括稀释占糖化汁液10～30wt％，优选15～20wt％的第一部分，得到淡汁液；其余的糖化汁液构成浓汁液；该淡汁液在预发酵罐中发酵获得预发酵的汁液；并在预发酵汁液存在下，将浓汁液放入发酵罐中足够的时间，以获得酒。
8.如上述各项权利要求中之一的方法，其特征在于包括在30～35℃下将糖化汁液与酵母悬浮液接触。
9.如上述各项权利要求中之一的方法，其特征在于所述植物原材料是小麦。
10.如权利要求1～8中之一的方法，其特征在于所述植物原材料是玉米、大麦、水稻、黑麦或高粱。
全文摘要
用酵母菌属酵母对淀粉植物材料的汁液进行酶处理生产乙醇的方法,用新鲜酵母更换所有陈旧的酵母,以保持发酵时间在20～24小时之间。
文档编号C12P7/06GK1344327SQ0080528
公开日2002年4月10日 申请日期2000年1月28日 优先权日1999年2月4日
发明者G·M·阿拉德, P·J·劳克斯, A·Y·G·毛林, L·R·布拉瑟尔 申请人:诺德皮卡迪生物酒业公司