专利名称：薯类生淀粉介观一步法乙醇生产方法
技术领域：
一种薯类生淀粉介观一步法乙醇生产方法，用于薯类物质的 生淀粉水解发酵处理，属于以薯类生淀粉为原料生产乙醇的发酵工程技术领 域。
背景技术：
现有的薯类生产乙醇的工艺是通过包括高温和中温的蒸煮、 糊化、液化、糖化后再进行发酵生产酒醪，再直接对酒醪进行粗馏后再液固 分离，其酒液再精馏成乙醇，其工艺流程如下先将薯类原料加工成粉浆， 然后对其进行蒸煮，使其糊化和液化，然后加入糖化酶使其成为可发酵性糖， 然后在其中加入由酵母经过扩培获得的成熟种子进行发醇，再进行粗蒸和精 蒸。目前技术存在以下的问题和不足1、蒸煮过程耗能耗水；2、液化、糖 化与发酵过程分开进行；3、发酵后直接进行粗馏后再分离，使酒糟中的淀粉 无法再次发酵利用，形成废渣环保处理困难；4、粗馏精馏后的废液难以回收； 5、整个工艺流程较长，而且不容易小型化。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足和存在的问题，利用生淀粉水解发酵同步动态平衡的理论方法，发明了一种具有免蒸煮，高淀粉利 用率特点以及可以实现清洁生产的薯类生淀粉介观一步法乙醇生产方法。本发明是这样实现的本发明的薯类生淀粉介观一步法乙醇生产方法包 括以下几个生产过程组成，第一是预处理过程，在这个过程中，对反应物进 行预处理，包括鲜薯与薯干的生淀粉介观活化处理以及参加生淀粉水解过程 的反应水的介观活化处理；第二是主发酵过程，即薯类生淀粉的常温同步水 解发酵，发酵过程在液态下进行，形成醪液，里面有10%左右的乙醇含量； 第三是液固分离过程，将醪液直接进行液固分离，分离成酒液和醪渣；将酒 液进入粗馏生产工段，将醪渣进入后发酵工序；第四是后发酵过程，在这个
过程中，醪渣后发酵是以固态方式进行的发酵；第五是对后发酵过程产生的 醪渣进行固液分离，将醪渣中的酒液分离到粗馏生产工序，而剩下的废渣经 处理可成为饲料或有机肥料；第六是对进入粗馏生产工段的酒液进行液液分离，在粗馏、精馏后即成为含乙醇95%的酒精产品，而废液经处理后大部分 回用，少部份达标排放；本发明包括以下工艺过程第一步鲜薯与薯干的生淀粉进行介观活化处理过程在这一步中，运 用固态分子团簇能量结构改进技术对薯类生淀粉进行介观活化处理，并运用 液态分子团簇能量结构改进技术对参加生淀粉水解过程的反应水进行介观活 化处理；对薯类生淀粉进行常温同步水解发酵的薯粉和水的拌料固液比例是1:2 1:4;第二步对薯类生淀粉进行常温同步水解主发酵处理过程在这个过程 中，在薯类生淀粉料浆中同时加入复合水解酶和酵母，在常温条件下，对薯 类生淀粉实施免蒸煮的直接水解发酵，生成大于10%的乙醇含量的醪液，主发酵温度为23。C 45。C，酸碱度为pH3.0~5.5，残总糖为3%~8%，还原糖 1.5X 3。石，主发酵结束的判据是升酸幅度达到1.5~2倍；第三步酒液和醪渣分离处理过程将主发酵醪液直接用液固分离方法 分出酒液和醪渣，酒液直接进入粗馏与精馏过程，将醪渣直接进入后发酵过 程；第四步醪渣的再次发酵处理过程这个过程是后发酵过程，在后发酵过程中加入介观催化剂发酵，反应生成大于20%乙醇含量的酒液和废渣，将酒液与废渣用固液分离方法分离后，酒液进入粗馏精馏，废渣处理后作为饲料或肥料，后发酵温度为2CrC~42°C，酸碱度为pH3.5~6.0，残总糖0.5%~2%;还原糖为0.2%~1%;后发酵结束的判据是酵母的浓度小于0.5X 108个/毫升；第五步粗馏与精熘处理过程在这个过程中，对酒液进行粗馏和精馏， 生成含量为95%的乙醇产品，产生的废液大部分回收，少部分处理后排放；在实施本发明的生产方法中采用的复合水解酶是经过诱变筛选的，具备 转动和振动能级特征从而具有较高亲和作用的多功能微生物复合酶曲种，含有能使生淀粉高效快速分解成单糖的淀粉水解酶；采用的酵母是与本工艺采用的复合水解酶相匹配的而且能在常温下实施水解与发酵动态平衡的特种酵 母。本发明的优点和有益效果是在本发酵工艺中，糖化和发酵是同步进行 的，糖化得到的葡萄糖能马上被酵母利用，这个处理过程免去了所有高温蒸煮与低温蒸煮过程，发酵过程在23'C 45'C的常温状态下进行，可以起到大 量节约能源的目的；醪液在粗馏前直接分离，经过分离得到的固体醪渣继续 进行催化水解发酵，可以实现对残留淀粉的水解发酵，淀粉再次利用率达到 80%以上，从而使整个生产工艺的淀粉利用率达到95%以上。本工艺的废液 可以大部分回用，少部分处理后排放，是环保清洁生产工艺。具体实施方法下面进一步对本发明的工艺步骤进行详细的说明，本发明包括以下工艺过程第一步鲜薯与薯干的生淀粉进行介观活化处理在这一步中，运用固 态分子团簇能量结构改进技术对薯类生淀粉进行介观活化处理，并运用液态 分子团簇能量结构改进技术对参加生淀粉水解过程的反应水进行液态介观活 化处理，介观活化处理的固态分子团簇能量结构改进是运用机械磨浆技术将鲜薯与薯干的生淀粉在常温下进行多次磨制，使其颗粒达到300目以上，液
体介观活化处理的液态分子团簇能量是使液体在常温下通过5000 8000高 斯的梯度磁场，使溶氧能力提高到30%以上。第二步对薯类生淀粉进行常温同步水解发酵处理这个发酵过程是主发酵过程，在这一发酵过程，同时加入复合水解酶、酵母，对薯类生淀粉实施免蒸煮的液态直接水解发酵，通过水解发酵动态平衡反应生成大于10%乙 醇含量的醪液。第三步酒液和醪渣分离处理将主发酵获得的醪液直接用液固分离方法分出酒液和醪渣，酒液直接进入粗馏与精馏过程，将醪渣直接进入后发酵 过程。第四步醪渣再次发酵处理这个发酵过程是后发酵过程，在这个过程中加入介观催化剂进行催化发酵，反应生成大于20%乙醇含量的酒液与废渣，将酒液与废渣用固液分离方法分离后，酒液进入粗馏精馏，废渣处理后作为 饲料或肥料，介观催化剂是一种天然来源的有机酸类物质，作为酵母的生长刺激剂，可抑制杂菌生长，提高发酵水平，其添加量在100~500ppm时可提 高淀粉出酒率1~3%。第五步粗馏精馏过程处理对酒液进行粗馏精馏，形成乙醇含量95% 的产品，所产生的废液大部分回用，少部分处理后排放。对所述薯类生淀粉进行常温同步水解发酵处理过程中同步加入的复合水 解酶、酵母，薯粉与水的拌料固液比例是1:2~1:4。在所述薯类生淀粉进行常温同步水解发酵处理过程中，残总糖控制在 3%~8%，还原糖控制在1.5%~3%,生成醪液乙醇浓度大于10%。在所述主发酵过程中，实施液态水解发酵的主发酵结束的判据是升酸幅 度达到1.5~2倍。
主发酵后生成的含有大于10%乙醇的醪液采用液固分离技术直接分离成酒液与醪渣，分离的醪渣进入后发酵的过程，并被掺入具有发酵促进功能 的介观催化剂进行后发酵，本次发酵过程的残总糖控制在0.5%~2%,还原糖 控制在0.2%~1%;在后发酵过程中，实施固态发酵的后发酵过程结束判据是酵母的浓度小于0.5xl08个/毫升；在薯类生淀粉后发酵结束后采用固液分离技术将醪液分离成酒液与废渣；所述主发酵温度为23°C~45°C，后发酵温度为20°C~42°C; 所述主发酵酸碱度为pH3.0~5.5，后发酵酸碱度为pH3.5 6.0; 以红薯生淀粉生产酒精的实施例第一步对反应物的介观活化处理过程1、 先将红薯生淀粉用固体分子团簇能量结构改进技术对其介观活化处理，增加反应物质的亲和作用；2、 将参加反应的水通过水分子团簇能量结构改进系统对其团簇结构进 行改进，使其团簇结构变小，能级结构变高，溶氧能力增加30%以上；3、 将处理后的红薯生料与处理后的水以1: 3的比例进行拌料后进入主第二步主发酵过程1、 将复合水解酶和与之匹配的酵母同时加入主发酵罐；2、 在常温28。C以上开始进入主发酵阶段；3、 主发酵过程中每八小时测定一次温度主发酵温度为3(TC 32"C， 酸碱度pH3.6 4.5;
4、 当主发酵进入72小时后，对其升酸幅度进行每两小时测试，在主发酵达到84小时的时侯，升酸幅度达到1.8倍，结束主发酵过程，此时残总糖5%，还原糖2%;5、 让醪液从主发酵罐直接进入液固分离系统。第三步液固分离过程1、 将进入液固分离器的醪液在常温下进行分离，分离形成液态物质酒液和固态物质醪渣；2、 将获得的醪渣装入后发酵罐进行后发酵；3、 将酒液注入粗馏装置进行粗馏。第四步后发酵过程1、 将醪渣装入后发酵装置，加入介观催化剂；2、 在后发酵过程中每八小时测定测定一次数据温度32°C~33°C，酸 碱度pH4.5 5.1;3、 后发酵进入60小时后，对酵母浓度进行每小时测试，当酵母浓度小 于0.5X108个/毫升时，结束后发酵过程，此时残总糖1.0~1.2%，还原糖 0.5~0线4、 将后发酵的醪渣液装入固液分离装置进行分离，分离后的酒液进入 粗馏和精馏过程，分离后的废渣进入后加工阶段；第五步粗馏精馏过程.1、粗馏后的酒液进入精馏，废液处理后大部分回用，小部分排放； 2、对精馏后形成的酒精和废液进行处理，废液大部分回用，小部分处 理后排放。
权利要求
1、薯类生淀粉介观一步法乙醇生产方法，其特征在于其生产方法由以下步骤完成第一步鲜薯与薯干的生淀粉进行介观活化处理在这一步中，运用固态分子团簇能量结构改进技术对薯类生淀粉进行介观活化处理，并运用液态分子团簇能量结构改进技术对参加生淀粉水解过程的反应水进行液态介观活化处理；第二步对薯类生淀粉进行常温同步水解主发酵处理这个发酵过程是主发酵过程，在这一发酵过程，同时加入复合水解酶、酵母，对薯类生淀粉实施免蒸煮的液态直接水解发酵，通过水解发酵动态平衡反应生成大于10％乙醇含量的醪液；第三步酒液和醪渣分离处理将主发酵获得的醪液直接用液固分离方法分出酒液和醪渣，酒液直接进入粗馏与精馏过程，将醪渣直接进入后发酵过程；第四步醪渣再次发酵处理这个发酵过程是后发酵过程，在这个过程中加入介观催化剂进行催化发酵，反应生成大于20％乙醇含量的酒液与废渣，将酒液与废渣用固液分离方法分离后，酒液进入粗馏精馏，废渣处理后作为饲料或肥料；第五步粗馏精馏过程处理对酒液进行粗馏精馏，形成乙醇含量95％的产品，所产生的废液大部分回用，少部分处理后排放。
2、 根据权利要求1所述的薯类生淀粉介观一步法乙醇生产方法，其特征在于对所述薯类生淀粉进行常温同步水解发酵处理过程中同步加入复合水解酶、酵母，薯粉与水的拌料固液比例是1:2 1:4。
3、 根据权利要求1所述的薯类生淀粉介观一步法乙醇生产方法，其特 征在于在所述薯类生淀粉进行同步常温水解主发酵处理过程中，残总糖控制在3% 8%，还原糖控制在1. 5% 3%，生成醪液乙醇浓度大于10%。
4、 据权利要求1所述的薯类生淀粉介观一步法乙醇生产方法，其特征在于在所述主发酵过程中，实施液态水解发酵的主发酵结束的判据是升酸幅度达到1.5 2倍。
5、 据权利要求1所述的薯类生淀粉介观一步法乙醇生产方法，其特征在于主发酵后生成的含有大于10%乙醇的醪液采用液固分离技术直接分离成酒液与醪渣，分离的醪渣进入后发酵的过程，并被惨入具有发酵促进功能的介观催化剂进行后发酵，后发酵过程的残总糖控制在0. 5% 2%，还 原糖控制在0. 2% 1%。
6、 根据权利要求1所述的薯类生淀粉介观一步法乙醇生产方法，其特征在于在后发酵过程中，实施固态发酵的后发酵过程结束判据是酵母的浓度小于O. 5X108个/毫升。
7、 根据权利要求1所述的薯类生淀粉介观一步法乙醇生产方法，其特征在于在薯类生淀粉后发酵结束后采用固液分离技术将醪液分离成酒液与废渣。
8、 根据权利要求1所述的薯类生淀粉介观一步法乙醇生产方法，其特 征在于所述主发酵温度为23°C 45°C，后发酵温度为20。C 42。C。
9、 据权利要求1所述的薯类生淀粉介观一步法乙醇生产方法，其特征 在于所述主发酵酸碱度为pH3.0、5. 5，后发酵酸碱度为pH3.5 6.0。
10、 据权利要求1所述的薯类生淀粉介观一步法乙醇生产方法，其特征在于所述介观活化处理的固态分子团簇能量结构改进是用机械磨浆技 术将鲜薯与薯干的生淀粉在常温下进行磨制，使其颗粒达到300目以上。
11、 据权利要求1所述的薯类生淀粉介观一步法乙醇生产方法，其特征 在于所述液体介观活化处理的液态分子团簇能量是使液体在常温下通过5000 8000高斯的梯度磁场，使溶氧能力提高到30%以上。
12、 据权利要求1所述的薯类生淀粉介观一步法乙醇生产方法，其特征在于所述的介观催化剂是一种天然的有机酸类物质。
全文摘要
一种薯类生淀粉介观一步法乙醇生产方法，用于薯类物质的发酵处理，属于乙醇的发酵工艺技术领域，包括鲜薯与薯干及生淀粉进行介观活化处理、对薯类生淀粉进行同步常温水解主发酵处理、酒液和醪渣分离处理、醪渣再次发酵处理和粗馏精馏过程处理五工艺过程，本发明采用免蒸煮、同步水解发酵生产乙醇的方法，发明了一种由主发酵和后发酵直接完成液体和固体分离的薯类生淀粉介观一步法乙醇生产方法，解决了现有技术中由于液化、糖化与发酵过程分开进行所造成的高低温反复蒸煮消耗大量水和能源的问题；同时解决了目前发酵后直接进行粗馏后再分离，使酒糟中的淀粉无法再次发酵利用，形成废渣难以处理，粗馏精馏后的废液难以回收的问题；本发明发酵过程在常温状态下进行，具有节约能源、淀粉再次利用率达到80％以上，总的淀粉利用率达到95％以上的特点。
文档编号C12P7/06GK101165189SQ20071005023
公开日2008年4月23日 申请日期2007年10月15日 优先权日2007年10月15日
发明者兰先秋, 刘锦超, 李建民 申请人:四川循环科技有限公司