专利名称：一种新的酒精(含燃料酒精)的工业生产技术的制作方法
技术领域：
本发明属于发酵法生产酒精的技术领域。
目前，由淀粉质原料发酵法生产酒精的工艺流程是一种通用的传统方法。其特点是发酵时采用全渣发酵技术，发酵完毕后进行带渣蒸馏提取酒精。因此传统酒精生产过程中存在如下严重问题1、产生大量酒糟水，COD值约为4～5万(mg/L)，难以处理，对环境污染很大。
2、酒精酵母和酒糟混在一起，无法分离，不能综合利用。
3、蒸馏酒精时，由于有酒糟存在，所以蒸馏效率低并且容易出现堵塔现象。
本发明的目的是提出一种新的酒精工业生产技术，是发明专利(ZL9911448.1)的改进。
本发明的内容如下几点1、淀粉质原料粉碎后加水调浆，粉料与加水的重量比的范围为1∶1.8～1∶3，最高可达1∶1.8，粉浆的最高浓度可比发明专利(ZL9911448.1)的最高粉浆浓度(1∶2.3)提高17.8％。
2、粉浆液化既可采用先进的蒸汽喷射液化工艺也可以采用传统的工艺，在液化工艺的选择的自由度比发明专利(ZL9911448.1)的自由度要大很多，更加有利于目前的传统酒精厂的改造。
3、本发明的酒精发酵前的“固液分离”的工艺是在淀粉质原料液化后并且“糖化后”再进行固液分离，与原有的发明有着本质的区别，另外在“固液分离”的设备选型可以使用板框或带式过滤机。
4、本发明对“糖化后”固液分离的滤液分成两种工艺方法进行操作一种是采用“真空浓缩”、“反渗透”等浓缩工艺使酒精发酵原料浓缩后进行高浓度酒精发酵，提高设备利用率与酒精的发酵水平。另一种是不采用浓缩工艺，直接进行发酵其优点是设备投资小，更有利于目前传统酒精厂的改造。(见附
图1)5、本发明对酒精发酵成熟后的酒精酵母进行分离，将活的酒精酵母分离出来回用发酵，可以增强酒精发酵中的酵母浓度可以显著地提高发酵速度，降低发酵周期，提高设备的利用率。
6、本发明在酒精蒸馏方面由于在蒸馏之前已经将酵母取出，因此根本不可能出现堵塔现象，提高了蒸馏效率。蒸馏出来的95％酒精采用恒沸精馏、吸附法、渗透汽化法理可以制成99％无水酒精即燃料酒精。
6、本发明在酒精提取的工艺流程中去除酒精发酵液中的低聚糖、有机酸是酒精提取工艺上的重大突破。因为低聚糖、有机酸是酒精发酵过程中的主要有害物质，抑制酒精酵母将糖类发酵转化为酒精。酒精废水中去除低聚糖、有机酸的之后的酒精废水的BOD、COD将大大减少并可进一步回收利用，一方面降低了废水的环保处理的难度与处理成本；另一方面使废水中的抑制酵母发酵的物质大大减少，使废水可以大部分回用发酵，降低了酒精工业的用水量，保护环境与节约水资源。(见附图2)7、本发明在去除酒精发酵液中的低聚糖、有机酸的工艺操作可以采用两套方案第一套方案在发酵液蒸馏前去除有机酸、低聚糖；第二套方案是在发酵液蒸馏后去除。这两套方案的本质上基本相类似，只是第二套方案更适合传统酒精厂的改造(见附图2)。有机酸的去除主要采用树脂吸附或电渗透的方法，低聚糖的去除主要采取树脂吸附或活性碳吸附的方法。
酒精生产废水含有残留糖分、有机酸、氨基酸以及酵母细胞碎片等是酒精废水比其他废水的BOD值高很多的主要原因。酒精废水的PH较低，大约3.5左右；BOD很高，大约3.5万mg/L这两点对“沼气法”处理废水都是十分不利的，更主要是可利用的资源转化为经济价值低的沼气是不合理的。
但是，这些都是饲料酵母等的理想碳源营养，添加极少量氮源、磷源，以上述废水为原料生产饲料酵母不仅能大幅度降低CODCr、BOD5做到物尽其用，变废为宝；而且饲料酵母的蛋白质含量在40％以上是一种理想的蛋白质资源可以替代进口鱼粉。目前国内传统的酒精厂采用“沼气——曝气”的处理方法，处理效果不太理想，往往无法真正达到国家排放标准，限制了酒精工业的“健康发展”。酵母法处理酒精废水与厌氧沼气法处理比较有以下明显的优点1.饲料酵母的价值远远超过厌氧沼气所产生的甲烷。
2.酵母法处理的PH范围较宽，适合3.5～6.8。
3.酵母法处理时间较短6～8hr，可以大大减少环保投资。
4.酵母法处理不会产生沼气法处理废水的不良气味。
5.酵母法处理CODCr去除率也可达80～90％。
本发明在酒精废水的环保处理上建议采用废水处理模式是以“酒精废水生产饲料酵母”为主结合“接触氧化养鱼”、“生物滤床”等一系列环保处理技术的方式实现酒精废水达标排放。(见附图3)附图的图面说明附图1淀粉质为原料付产饲料、酒精酵母的清液发酵工艺流程框图附图2回收有机酸、低聚糖的酒精提取工艺流程框图附图3付产饲料酵母的废水处理工艺流程框图
6、本发明工艺适用于国内外目前使用的酒精酵母，如安琪酒精活性干酵母，K-酵母、1300酒精酵母、Sb724酒精酵母，粟酒酒精酵母、高温K-酵母，以及应用于发酵的运动单胞菌(细菌)等。
本发明工艺适用于大米。玉米、高梁、山芋干、木薯及野生淀粉质原料橡子、竹竿、薯蓣、巴蕉芋等。
本发明的优点(1)最主要是淀粉质原料液化再“糖化后”进行固液分离更有利于传统酒精厂的改造，克服了酒精生产中产生酒糟水的问题，即从根本上解决了酒精工业的环保问题；(2)在酒精发酵成熟之后分离活的酒精酵母，回用发酵控制酒精发酵液中的酵母浓度，缩短发酵周期，提高设备利用率。(3)酒精废水去除抑制发酵的有机酸、低聚糖之后大部分回用发酵，节约了酒精工业的水资源的消耗，保护了环境。
实施例1(固液分离后不浓缩直接发酵)称取300克大米粉，细度40目～60目，加水调浆后定容到1000毫升，加入10单位/克α-淀粉酶，电炉上加热至97～100℃液化20分钟(工业上采用喷射液化)，碘液检测合格后，加自来水补足1000毫升，大米液化液冷却至60℃，添加糖化酶100单位/克，在60℃的水浴锅中保温12小时完成大米糖化过程，糖化完毕后使用布氏漏斗过滤得到糖化液(工业上采用板框压滤或带式过滤机)。
种子液配制在250毫升三角瓶中装20毫升上述糖化液，加0.1％(m/m)比例的尿素溶解均匀，作为种子培养液。在此三角瓶中接入K-酵母(一种酒精酵母)，接种量为一白金耳，在恒温摇床(中科院武汉科学仪器厂)温度控制在32土2℃；转速控制在220转/分钟，摇瓶培养24小时后接入发酵三角瓶，此时酵母细胞总数在1.2～1.5亿/毫升左右。
发酵液配制在250毫升三角瓶中装200毫升糖化液，不添加尿素等营养成份，冷却至32℃，接入培养好的种子液，于32士2℃培养箱中发酵60小时后测定，残糖＜0.1％，酒度达10.05％。此发酵液已经发酵成熟。
酒精酵母利用将成熟的发酵液采用4℃冷冻沉降或采用6000转/分钟的离心分离的方法将活的酒精酵母取出，返回至新鲜的发酵液中进行发酵，此时不接入新鲜的种子液，于32士2℃培养箱中发酵20～40小时后测定，发酵已经完毕，残糖＜0.1％，酒度达10.05％。
实施例2(固液分离经浓缩后再发酵)称取250克玉米粉，细度在40目～60目之间，加水调浆定容至1000毫升，加入4单位/克α-淀粉酶，在电炉上加热至100℃±5℃维持30分钟，然后放入灭菌锅中120℃蒸煮1小时后取出(工业上采用蒸煮的方式)，蒸煮好的玉米液化液再冷却至60℃，添加糖化酶100单位/克，在60℃的水浴锅中保温12小时完成玉米糖化过程，糖化完毕后使用布氏漏斗过滤得到糖化液(工业上采用板框压滤或带式过滤机)。
糖化液的浓缩将上述所获得的玉米糖化液于60℃～65℃进行真空浓缩至总糖浓度22～24％(工业上一般可以采用多效真空浓缩的方式)。
种子液配制在250毫升三角瓶中装20毫升上述糖化液，加0.25％(m/m)比例的尿素溶解均匀，作为种子培养液。在此三角瓶中接入K-酵母(一种酒精酵母)，接种量为一白金耳，在恒温摇床(中科院武汉科学仪器厂)温度控制在32土2℃；转速控制在220转/分钟，摇瓶培养24小时后接入发酵三角瓶，此时酵母细胞总数在1.2～1.5亿/毫升左右。
发酵液配制在250毫升三角瓶中装200毫升糖化液，不添加尿素等营养成份，冷却至32℃，接入培养好的种子液，于32士2℃培养箱中发酵65小时后测定，残糖＜0.1％，酒度达11.5％。此发酵液已经发酵成熟。
酒精酵母利用将成熟的发酵液采用4℃冷冻沉降或采用6000转/分钟的离心分离的方法将活的酒精酵母取出，返回至新鲜的发酵液中进行发酵，此时不接入新鲜种子液，于32士2℃培养箱中发酵35～50小时后测定，发酵已经完毕，残糖＜0.1％，酒度达11.5％。
实施例3(酒精废水树脂处理)取成熟发酵液800毫升，酒度11.5％，通过酒精蒸馏装置将酒精蒸馏出来，此时PH＝3.8为酸性不适合回用发酵。将蒸馏出的酒精废水通过701(OH)弱碱性阴离子交换树脂去除与吸附废水中的有机酸。
称取500g新的701树脂，先用2.5(v/v)的8％的HCl浸泡16小时后，用去离子水洗至中性，再用2.5(v/v)的8％的NaOH浸泡8小时后，用去离子水洗至8～9装柱即可。
酒精废水通过701(OH)树脂柱，流速控制在2v/(v·h)，酒精废水通过701(OH)树脂处理之后，PH由原来的PH＝3.8上升至PH＝6.0，则此液体中的有机酸大部分被除去。
去除有机酸之后的酒精废水再通过碳柱吸附低聚糖、色素、少量水溶性蛋白质以及胶体物质，碳柱所使用的颗粒活性碳也用稀酸、洗碱洗至中性后使用，酒精废水通过碳柱的流速控制在1.5(v/v·h)即可。此时的酒精废水的颜色明显变浅，废水中的大部分糖类，色素以及胶体物质已被去除。
取上述去除有机酸、低聚糖的酒精废水300ml再添加700ml新鲜的自来水混合，再添加300克的大米粉，搅拌均匀调浆后，其余操作如实例1，最终发酵完毕，残糖＜0.1％，酒度达10.05％。
实施例4(酒精废水电渗透处理)取成熟发酵液2500毫升，酒度10％，通过酒精蒸馏装置将酒精蒸馏出来，此时发酵液为酸性不适合回用发酵。将蒸馏出的酒精废水用泵打入电渗析器的淡化室中，在直流电场的作用之下，酒精废水中有机酸根离子以及其它阴离子向阳极迁移最终进入电渗析器的浓缩室；金属离子以及其它阳离子向阴极移动最终也进入电渗析器的浓缩室中；而糖类及非电解质的物质则截留在电渗析器中的谈水室中。
酒精废水通过电渗析器后则除去了有机酸与其它电解质，从电渗析器的淡水室中取出500ml的处理液，再通过碳柱去除低聚糖、色素、少量水溶性蛋白质以及胶体物质后获得300ml的处理液。
取上述去除有机酸、低聚糖的酒精废水300ml再添加700ml新鲜的自来水混合，再添加300克的大米粉，搅拌均匀调浆后，其余操作如实例1，最终发酵完毕，残糖＜0.1％，酒度达10.05％。
权利要求
1.本发明的第一特点是淀粉质原料在发酵前的固液分离是在“糖化后”进行的，更适合传统酒精厂的改造。
2.本发明的第二特点是酒精发酵成熟后分离活的酒精酵母，将活的酒精酵母回用发酵，缩短发酵周期，提高设备利用率。
3.本发明的第三特点是酒精在提取工艺中去除有机酸、低聚糖等抑制酒精发酵的有害物质，使酒精废水可以实现回用发酵。
4.权利要求1所述的方法，其进一步特征是粉浆浓度(加水比)可以高达1∶1.8，可实现酒精的高浓发酵，酒精最终浓度可达11.5％。
5.权利要求1所述的方法，其进一步特征是粉浆液化既能使用喷射液化方式也可以使用蒸煮液化的方式。
6.权利要求1所述的方法，其进一步特征是固液分离后的糖化液既能使用浓缩的方式进入发酵系统；也可以直接进入发酵系统。
7.权利要求2所述的方法，其进一步特征是发酵成熟后分离的活酵母可以全部回用发酵，也可以将活酵母部分回用，缩短周期。
8.如权利要求3所述的方法，其进一步特征是去除有机酸、低聚糖等抑制酒精发酵的有害物质既可以在酒精蒸馏前去除，也可以在酒精蒸馏后去除。
9.本方法适用于淀粉质原料大米、玉米、高梁、山芋干、木薯、橡子、竹竿、薯蓣、巴蕉芋。
10.如权利要求1所述的方法，其进一步特征是本方法适用于下列酒精酵母安谋活性酒精干酵母、K-酵母、1300酒精酵母、Sb724酒精酵母、粟酒酒精酵母、高温K-酵母及运动单胞菌。
全文摘要
本发明采用在发酵前先分离出原料中的固形物，使酒精发酵过程中的原料、酵母浓度、发酵周期均得到显著改善，提高发酵水平。采用在发酵前“糖化后”过滤技术，降低液化的技术要求，既可用高温蒸煮液化，又可用喷射液化，有利于改造传统酒精工业。采用酒精酵母分离与部分回用技术缩短发酵周期，提高发酵强度；实现酒精酵母的综合利用，提高经济效益。本发明采用先进的废水处理技术，回收废水中的有机酸、低聚糖等。使处理过的废水可部分回用，节约用水、减轻废水处理负担，减少废水总量，处理后可达标排放，提高环保效益和社会效益。
文档编号C12P7/06GK1435487SQ0211066
公开日2003年8月13日 申请日期2002年1月28日 优先权日2002年1月28日
发明者金丰秋, 金其荣 申请人:金丰秋