专利名称：燃料乙醇清洁生产技术的制作方法
技术领域：
本发明属于生物技术领域，涉及一种新的乙醇，特别是燃料乙醇的清洁生产技术。
背景技术：
发酵法生产的乙醇是食品、医药、化工等行业的基本原料，也是环境友好的可再生清洁能源。然而，发酵法乙醇生产过程却产生大量废糟液。以淀粉质原料为例，目前国内普遍采用游离酵母带渣发酵的工艺技术路线，原料不进行前处理或对玉米原料只进行简单的脱胚处理，原料中的蛋白和纤维等残渣全部进入发酵系统，不仅原料综合利用水平低，而且吨乙醇生产约产生10吨COD高达50000～60000ppm的废糟液，对粮食类淀粉质原料，一般采用全蒸发浓缩技术(DDGS)处理。DDGS技术处理废糟液不仅设备投资大，运行能耗高，而且产生的二次蒸汽，其冷凝水COD仍然高达3000ppm以上，对环境的二次污染十分严重。国外虽然针对玉米原料开发了基于湿法浸泡的前处理技术，分离胚芽、蛋白、纤维等组分，但这一技术路线前处理设备投资大，一般应用在大规模淀粉糖生产中，剩余品质较差的粗淀粉乳用来生产乙醇，生产过程同样产生大量COD浓度高的有机废水，蒸发浓缩后生产玉米浆，乙醇发酵后酵母回收使用碟片离心机。
设备投资小且运行能耗低的乙醇清洁生产技术，一直是人们追求的目标，其中基本上没有设备投资，不产生运行费用的废糟液直接循环使用技术，更是被给予极大的关注。然而，现有乙醇发酵技术游离酵母带渣发酵的特点无法实现这一目标。一方面，工业生产中淀粉质原料液化和糖化使用的酶制剂都是粗酶，原料中蛋白、脂肪、纤维等组分在液化和糖化温度及相应酶的作用下，产生很多组成复杂的副产物；另一方面，乙醇发酵使用的游离酵母，与进入发酵系统的固体残渣无法分离，随固体残渣一同进入精馏系统，在精馏操作温度下，酵母细胞自溶，释放大量以蛋白、脂肪和核酸为主要成分的生物大分子，这些物质与发酵剩余残糖进一步发生复合反应，生成对酵母细胞生长和乙醇发酵产生强烈抑制效应的有害副产物。当废糟液直接循环使用时，这些有害副产物发生积累，严重影响酵母生长和乙醇发酵的进行，表现为发酵终点残糖升高，工业生产装置运行实践充分证明了这一点，国内外迄今为止还没有一套游离酵母带渣发酵装置，能够在废糟液全循环条件下运行。
对淀粉质原料，特别是玉米原料进行干法前处理，脱去胚芽，液化糖化后，过滤去除固体残渣，得到糖化液，然后使用自絮凝酵母SPSC01(参见本发明人在先专利CN01138778.5)进行乙醇发酵，由于酵母细胞以自絮凝颗粒的形态在发酵罐中被截留，实现了固定化，不随发酵液进入后续精馏系统，发酵液乙醇精馏后产生废糟液COD有一定程度的降低。但是由于过滤是在糖化后进行，液化糖化过程中，特别是8～10小时的糖化过程，淀粉酶和糖化酶中的杂酶作用于固体残渣中蛋白、脂肪和纤维，产生组成复杂的副产物，同时糖化后除渣的过滤操作，是一个低于60℃温度下操作的开放系统，杂菌对糖液的污染十分严重，而且自絮凝酵母融合株SPSC01在长期连续操作条件下絮凝稳定性差，乙醇发酵性能差的缺点也十分突出，严重妨碍了这一技术在工业生产中的实际应用。
因此，目前迫切需要开发一种能够保证糖液质量，有效防止杂菌污染，稳定可靠的自絮凝酵母连续发酵乙醇生产方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够保证糖液质量，有效防止杂菌污染，稳定可靠的自絮凝酵母连续发酵乙醇生产方法。
在本发明的第一方面，提供一种乙醇生产方法，所述的方法包括以下步骤(a)对淀粉质原料粉浆进行液化，得到液化醪；(b)过滤除去液化醪中的固体残渣，得到液化液；(c)对液化液进行糖化，得到糖化液；(d)用酿酒酵母对糖化液进行发酵，得到发酵液；和
(e)从发酵液中分离出乙醇。
在本发明的另一优选例中，淀粉质原料的粉浆是通过将淀粉质原料粉碎后，将获得的粉料与适当比例的水混合来制备的，淀粉质原料与水的配比为1∶1-4；更优选的，配比为1∶1.5-3；比如所述配比可以为1∶2、或1∶2.25。
在本发明的另一优选例中，所述的淀粉质原料选自粮食类淀粉质原料(如玉米、小麦、早籼稻)，或非粮食类淀粉质原料(如薯类)。
在本发明的另一优选例中，在步骤(a)中，采用淀粉酶对淀粉质原料粉浆进行液化；在步骤(c)中，采用糖化酶对液化液进行糖化。
在本发明的另一优选例中，在步骤(d)中，所述的酿酒酵母为絮凝酿酒酵母。
在本发明的另一优选例中，所述的絮凝酿酒酵母选自自絮凝酿酒酵母CGMCC No.1602、或CGMCC No.0587。
在本发明的另一优选例中，在步骤(e)中，包括步骤从发酵液中分离出酵母，获得去除了酵母后的发酵液；和对去除了酵母后的发酵液进行蒸馏，排出废槽液，得到含乙醇的蒸馏液。
在本发明的另一优选例中，采用自沉降方式从发酵液中分离出酵母。
在本发明的另一优选例中，对回收酵母后的发酵液进行精馏。
在本发明的另一优选例中，还包括步骤对含乙醇的蒸馏液进行脱水处理和/或变性处理，获得乙醇。
在本发明的另一优选例中，对接近共沸组成的含水乙醇进行脱水及变性处理，获得燃料乙醇。
在本发明的另一优选例中，还包括步骤将所述废漕液返回加入步骤(a)中，配制粉浆。
在本发明的另一优选例中，在步骤(b)中，采用滤布作为过滤介质。
在本发明的另一优选例中，滤布型号视原料种类和液化醪中的固体残渣细度来确定。
在本发明的另一优选例中，在步骤(d)中，发酵液的温度为32±3℃。
在本发明的另一优选例中，在步骤(d)中，发酵液的pH值为4.2±0.4。
在本发明的另一优选例中，所述的乙醇为燃料乙醇。
本发明的其它方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。
图1显示了乙醇生产的工艺流程图。
图2显示了四级串联乙醇发酵系统工艺及设备流程图。其中，乙醇发酵系统工艺流程图中设备、阀及控制系统编号及规格为1、WM-2A型无油空压机；2、空气转子流量计(0～150mL/分钟)；3、针型阀；4、LP-3000pH指示及控制系统；5、温度指示及控制系统；6、φ8mm电磁阀；7、250mL氨水贮槽；8、恒温水槽；9、恒温水进口；10、恒温水出口；11培养基贮罐(2000mL三角瓶)；12、HL-2S型蠕动泵；13、总容积约1500mL(内径φ110×高度H150mm)，工作容积约1000mL(在底部向上110mm处有φ6mm，向下倾斜30°的溢流口)，带有保温夹套的自制玻璃罐体；14、90-1型磁力搅拌器，配φ8×30mm搅拌子；15、发酵液贮罐(2000mL三角瓶)；16、HL-2S酵母乳采出蠕动泵；17、自絮凝酵母沉降罐(容积约500mL，内径φ60×高度H200mm，下部锥角约60°)；18、沉降得到的酵母泥。
具体实施例方式
本发明人经过深入的研究和长期的试验，找到一种能够有效保证糖液质量，防止杂菌污染，稳定可靠的乙醇生产方法。所述方法即是在淀粉质原料粉浆液化之后和糖化之前进行过滤除渣，不仅高温条件下过滤速度快，而且克服了以往在糖化后过滤除渣时，由于淀粉酶和糖化酶中杂酶在长达8-10小时的糖化过程中，作用于原料残渣中蛋白、脂肪和纤维等组分，产生多种复杂副产物及低温条件下过滤容易导致糖液被杂菌污染的危险。基于此完成了本发明。
乙醇生产菌株适用于本发明的酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)没有特别的限制，可以采用本领域常规的能够将可发酵性糖转化成乙醇和二氧化碳的任何酿酒酵母。
优选地，所述的酿酒酵母为絮凝酿酒酵母。与游离酵母相比，絮凝酵母因其能够自絮凝形成毫米尺度的酵母颗粒，可以被有效截留在发酵罐内，达到固定化的效果，而且发酵后酵母分离可以采用自沉降，节省离心机的设备投资与运行能耗。与各种载体材料固定化酵母相比，絮凝酵母在固定化过程中不消耗任何载体材料，发酵过程抗杂菌污染能力强，而且由于发酵过程酵母颗粒的解离和絮凝是一个可逆过程，始终维持动态平衡，因此不存在载体固定化酵母的寿命问题，同时乙醇发酵过程副产的酵母易于分离得到纯品。所述的絮凝酵母可用环境胁迫驯化的方式筛选得到。
在本发明的更优选的方式中，所述的絮凝酿酒酵母包括自絮凝酵母SPSC01(CGMCC 0587)(公开于中国专利申请CN02110807.2，
发明者白凤武, 任剑刚, 葛旭萌, 林志龙, 刘勃如 申请人:大连理工大学