专利名称：一种制备乙醇的方法
技术领域：
本发明是关于乙醇的制备方法，更具体地是关于甜高粱制备乙醇的方法。
背景技术：
现有技术的采用甜高粱制备乙醇的方法主要包括液体发酵和固体发酵 两种，其中，所述液体发酵的方法主要包括以下两个步骤1)将甜高粱进 行破碎，得到甜高粱糖汁；2)发酵得到的甜高粱糖汁。
甜高粱也叫芦栗、甜杆或糖高粱，是一种具有较高生物产量和糖产量的 作物品种。甜高粱的主要成分是糖类，以葡萄糖和蔗糖为主，其次还含有少 量的蛋白质和脂肪，是发酵工业的良好碳源，作为碳源可广泛应用于抗生素、 有机酸、味精、酒精、酵母及核苷酸的发酵生产中，亦可作为添加剂直接用 于食品工业中。由于甜高粱用途较为广泛，加之茎杆中含糖量较高，而且较 容易转化为酒精，从能源安全和经济发展方面来说，由甜高粱茎杆得到的汁 液制取燃料乙醇具有较为广阔的前景。
但是，由于甜高粱的种植具有季节性，在制备乙醇时，需要将部分未能 及时用于发酵的甜高粱糖汁储存起来。
如CN1792278A公开了一种甜高粱杆汁液的贮藏方法，该方法包括采收 成熟的甜高粱；榨汁前除去甜高粱茎杆表面附着的泥沙；将处理后的甜高粱 茎杆移入己消毒灭菌的压榨加工车间，榨汁，将所得汁液经纱布过滤；在装 液前，对贮罐进行灭菌处理，将甜高粱茎杆汁液装入贮藏罐中，加入防腐剂， 密封，在室温条件下贮藏，所用防腐剂至少为苯甲酸、苯甲酸钠、漂白粉、 山梨酸、山梨酸钾和尼泊金酯类中的一种。
3在釆用现有的经储存的甜高粱糖汁发酵制备乙醇的方法得到的乙醇产 率较低。
发明内容
本发明的目的是克服现有的甜高粱制备乙醇的方法得到的乙醇产率较 低的缺陷，提供一种乙醇产率较高的甜高粱制备乙醇的方法。
本发明的发明人发现，现有技术的制备乙醇的方法中甜高粱汁的储存方 法为直接在甜高粱糖汁中加入防腐剂后将糖汁密封在贮藏罐中，并于室温下
存放，按照现有方法，甜高粱糖汁一般只能保存20-30天。且与采用新鲜的
高粱糖汁发酵制备乙醇的方法比较，采用现有的经储存的甜高粱糖汁发酵制
得的乙醇的产率明显降低，推测原因可能在于在甜高粱糖汁的储存过程中， 随着放置时间的增加，糖汁中微生物的繁殖加快，微生物的快速繁殖很容易
将甜高粱糖汁中的糖分分解，使得仅仅在储存20-30天后甜高粱糖汁的糖锤
度便开始下降，含糖量也开始明显降低。此外，微生物数量的增长，还有可 能导致糖汁中挥发酸浓度不断升高(挥发酸浓度升高对后续发酵过程会产生 哪些影响)，因此，采用经储存的甜高粱糖汁发酵制备得到的乙醇产率较低。 本发明的发明人意外的发现，在将甜高粱糖汁浓縮并加入防腐剂后，在放置
180-230天后，甜高粱糖汁的糖锤度仅下降了 0.5。Bx-l。Bx，说明糖汁中的糖 分只是稍有损失，说明微生物对糖汁中糖分的分解速度明显减缓。
本发明提供了一种制备乙醇的方法，该方法包括储存甜高粱糖汁并发酵 经过储存的甜高粱糖汁，其中，所述储存甜高粱糖汁的方法包括将新鲜的甜 高粱糖汁浓縮至糖锤度为50-70。Bx，并在糖锤度为50-70。Bx的甜高粱糖汁 中添加防腐剂并放置。
本发明的制备乙醇的方法中所述甜高粱的储存方法包括先将甜高粱糖 汁浓縮至糖锤度为50-70。Bx，然后在糖锤度为50-70。Bx的甜高粱糖汁中加入防腐剂并放置。本发明的方法可以延缓微生物对糖汁中糖分的分解速度， 减少糖分的损失，因此，采用本发明的储存后的糖汁进行发酵制备得到的乙 醇的产率得到显著提高。例如，在其它条件都相同的情况下，实施例l的乙
醇产率达8.35%，而对比例1的乙醇产率仅为6.02%，提高幅度高达38.7%。
具体实施例方式
按照本发明，所述甜高粱制备乙醇的方法包括储存甜高粱糖汁并发酵经 过储存的甜高粱糖汁，其中，所述储存甜高粱糖汁的方法包括将新鲜的甜高 粱糖汁浓缩至糖锤度为50-70°Bx，优选为60-65°Bx;并在糖锤度为50-70。Bx 的甜高粱糖汁中添加防腐剂并放置。
按照本发明的方法，若将甜高粱糖汁浓縮至更高的糖锤度，如高于 70。Bx，或更低，如低于50°Bx，都不利于糖汁的储存。因为，当糖汁的糖 缍度高于70。Bx时，在浓缩过程中容易发生美拉德反应，即，使得糖容易预 氨基酸发生反应而生成不可转化物，所述不可转化物无法与酵母反应，导致 可转化的糖含量下降，此外，还容易引起糖的焦化，同时浓縮的耗能也较高; 当糖汁的糖锤度低于50。Bx时，微生物细胞的渗透压较低，不利于抑制微生 物的生长，亦易导致糖分损失。
所述糖锤度定义为糖溶液中的固溶物的百分含量，所述糖溶液中的固 溶物包括糖以及少量可溶性的杂质，简写为。Bx，糖溶液中固溶物的百分含 量为1%，即为1。Bx。所述糖锤度的测定方法可以采用常规的各种测定方法， 例如，通过测定糖汁的折光率而得到，所述糖锤度的测定方法为制糖工业普 遍使用的监测方法。
所述将新鲜的甜高粱糖汁浓縮的方法可以采用本领域常规的各种浓縮 方法，如蒸发脱水浓縮的方法，例如，所述浓縮的条件包括浓縮的温度可以 为室温至12(TC，优选为80-105。C，浓縮的压力可以为0.01-0.1兆帕，优选
5为0.04-0.1兆帕下浓縮，浓缩的时间没有特别限定，浓縮的条件只要保证浓 縮后糖汁的糖锤度为50-70。Bx，优选为60-65。Bx即可，按照本发明，达到 上述糖锤度的浓縮的时间可以为10分钟-2小时。工业上通常采用五效蒸发 的方法，第一效加热蒸汽为电力站发电排出的废气，在115-12(TC下进行蒸 发浓縮；第二至第五效加热蒸汽使用各自前一效的汁汽，第二效蒸发的温度 可以为105至小于115。C;第三效蒸发的温度可以为100至小于105。C;第 四效蒸发的温度可以为80至小于IO(TC;第五效蒸发的温度可以为60至小 于8(TC;其中，第四效和第五效可以采用真空蒸发的方法，以提高加热温度 差，从而提高蒸发强度；所述真空度可以为0.01-0.09兆帕。所述真空度定 义为绝对压力与大气压力的差值的绝对值。
按照本发明，所述糖锤度的测定方法可以采用本领域技术人员公知的各 种方法，如采用糖锤度计测定糖汁的糖锤度。
例如具体测定方法包括取一个适当容积的量筒，先以少量糖液冲洗 量筒内壁，洗毕弃去。然后盛满糖液，静置，待样液内部空气逸出，泡沫浮 上液面后，将泡沫除去。用糖液冲洗干燥的锤度计，然后徐徐插入量筒中(如 锤度计不附温度计，则另行插入温度计)，当温度计正确表示样品的温度时， 以水平视线按糖汁的真正液面高度读数，记下观测锤度，并记录当时的温度
读数。査表校正成2(TC时的数值。
使用糖锤度计时，如糖液温度不是2(TC (标准温度)所测得数值就不正 确，在较高的温度下，也就是说超过2(TC时所得数值比应有读数低，反之， 低于2(TC时所得读数比应有读数高(因为没有热膨胀原因)，所以对温度高 低都有一个温度改正数，关于温度改正数可在食品工业手册上都可查到。
艮口， T〉20。C，用测得数+改正数；
T<2(TC，用测得数一改正数。
按照本发明的方法，能够保证经储存的甜高粱糖汁的糖分损失最小，有
6利于后续的发酵制备乙醇的操作，按照本发明的方法，所述甜高粱糖汁在储
存180-230天后，糖锤度仅降低了 0.8-1.6%;但是，如果储存时间过长仍然
会造成甜高粱糖汁中糖分的损失而不利于乙醇产率的提高，因此，优选情况 下，在发酵前，所述甜高粱糖汁的储存时间可根据生产需要而定， 一般不超
过240天，优选为10-230天。
按照本发明，在甜高粱糖汁的储存过程中，需要在浓縮后的甜高粱糖汁 中添加防腐剂，所述防腐剂可以为本领域技术人员公知的各种用于甜高粱糖 汁储存用的防腐剂，如，可以选自苯甲酸钠、山梨酸钾、苯甲酸和山梨酸中 的一种或几种；所述防腐剂的用量没有特别限定，优选情况下，以每克浓縮 后的甜高粱糖汁计，所述防腐剂的用量为3.5X10—5-2.2X10—4克，更优选为 5X1(T5-1.5X10一4克。
所述将甜高粱糖汁放置的条件没有特别限定，可以为常规的甜高粱糖汁 的储存条件，如，放置温度一般不高于60°C，优选为0-4(TC，越低的储存 温度越不利于微生物的繁殖，也越利于糖汁的储存，但是，考虑到成本，通 常情况下，所述放置温度一般为室温，如20-35°C。浓縮后的甜高粱糖汁的 pH值一般为弱酸性，如4.5-7，优选为4.5-5.5，弱酸性的环境更容易抑制微 生物的生长。
本发明仅涉及对甜高粱糖汁储存方式的改变，制备糖汁的方法以及将经 过储存的甜高粱糖汁发酵的方法可以采用本领域常规的各种方法进行。
例如，所述新鲜糖汁的制备方法包括甜高粱进行破碎、压榨得到甜高粱 糖汁，所述将甜高粱破碎的方法可以采用本领域的各种常规的破碎甜高粱的 方法，如利用各种破碎设备，例如撕解机，将甜高粱进行破碎，将甜高粱杆 中的长纤维破碎成短纤维，以利于压榨步骤中糖汁被充分搾出。
压搾破碎后的甜高粱的方法可以采用本领域的各种常规的压榨方法， 如，利用压榨设备压榨破碎后的甜高粱得到甜高粱糖汁。所述压榨的条件、
7方法和设备为本领域技术人员所公知。
所述发酵经过储存的甜高粱糖汁的方法亦可以采用本领域技术人员公 知的各种方法进行，例如，所述方法包括将酵母与甜高粱糖汁混合，并在最 适条件下进行发酵，所述发酵用酵母的种类以及酵母的接种量没有特别限 定。
甜高粱含有大量蔗糖、葡萄糖和果糖，能够发酵单糖如葡萄糖和/或果 糖、寡糖如蔗糖和/或半乳糖的微生物都可以用于本发明的发酵过程，由于酿 酒酵母有分解蔗糖的蔗糖酶以及果糖、葡萄糖之间相互转化的异构酶，因此， 采用酿酒酵母可以直接对甜高粱的糖汁进行酒精发酵，本发明优选所述发酵 所使用的酵母为酿酒酵母。
以每克甜高粱糖汁计，发酵所使用的酵母的接种量为103-108菌落形成 单位，更优选为104-106菌落形成单位。
所述酵母可以采用常规的方法接种，例如向糖汁中加入5-12体积％的 种子液。所述种子液可以为干酵母的水溶液或培养基溶液，也可以为干酵母 或商购菌种的活化种子液。
本发明发酵所使用的酵母可以为商购酵母固体制剂(比如干酵母粉)或 酵母菌种(比如古巴l号酵母、古巴2号酵母、4608酵母)。
所述酵母的菌落形成单位的定义为将稀释后的一定量的菌液通过浇注 或涂布的方法，让其内的微生物单细胞一一分散在培养基平板上，待培养后， 每一活细胞就形成一个菌落。即每毫升菌液中含有的单细胞的数目。
所述酵母的菌落形成单位可以通过本领域公知的方法测定，比如亚甲基 蓝染色活菌计数法。亚甲基蓝染色活菌计数法的具体方法如下
将1克干酵母粉溶于10毫升无菌水中，或将1毫升菌种活化液用无菌 水稀释至10毫升，加入0.5毫升0.1重量％亚甲基蓝，在35。C下保温30分 钟。在IO倍光学显微镜下，用血球计数板计数保温后的溶液中活菌的数目(死菌染色，活菌不染色)，可得1克干酵母或1毫升菌种活化液中活菌的 数目，即菌落形成单位数。
所述发酵的温度可以为任何适于酵母生长的温度，优选为30-36°C，更 优选为32-35'C。 pH值为3.0-5.0，优选为3.5-4.5。所述发酵的时间可以为从 接种开始至酵母生长的衰亡期出现(即发酵时间为迟滞期、对数期加上稳定 期)的时间，优选发酵的时间为25-70小时，更优选25-65小时。发酵产物 乙醇可以用常规的方法，根据不同工业产品的要求(比如燃料酒精要求乙醇 的纯度达99%以上)分离并精制，比如蒸馏、浓縮、除水。
下面结合实施例对本发明进行更详细的说明。
参考实施例1
本实施例用于说明采用新鲜的甜高粱糖汁制备乙醇的方法。 收割新鲜的甜高粱，将1000千克甜高粱送入两台串联的撕解机(南宁 克林机械有限公司；第一台撕解机的回旋直径(转辊外侧设置的成180度相 对的两片撕解刀的刀尖之间的距离)为1.2米，功率为138千瓦；第二台撕 解机的回旋直径为1.1米，功率为110千瓦)中进行撕解破碎，得到破碎后 的甜高粱破碎物，然后将甜高粱破碎物直接送入五台串联的压搾机(中信重 型机械公司；压榨机的转辊线速度为18米/秒，转辊直径450毫米，长800 毫米，转辊间距为20毫米，每台压搾机的功率为60千瓦)中进行搾汁，过 滤后，共收集得到650千克甜高粱糖汁，测定该糖汁的糖锤度为18。Bx (采 用阿贝折光仪测定，上海凯来实验设备有限公司生产；测定温度为2(TC)。
取l千克糖汁进行发酵，以每克糖汁的重量计，接种105菌落形成单位 的酿酒酵母(安琪超级酿酒高活性干酵母，湖北安琪酵母股份公司)，所得 混合物在32i:下于发酵罐中搅拌培养65小时。在IO(TC蒸馏所得发酵产物， 所得蒸馏馏分在78.3。C下二次蒸馏可得乙醇84.6克。按照下式计算乙醇产率
9为8.46%。
乙醇产率=100%乂乙醇重量/糖汁的重量 实施例1
本实施例用于说明本发明的采用甜高粱制备乙醇的方法。 取与参考实施例1中相同重量的糖汁进行发酵制备乙醇，不同的是，在 发酵前，将糖汁在反应釜中进行电加热(反应釜容积为2升，上海比朗仪器 有限公司，电阻丝功率1500瓦)进行蒸发浓縮，蒸发浓缩的温度为105°C， 压力为0.1兆帕，时间为30分钟，将糖汁浓縮至糖锤度为61.5。Bx (采用阿 贝折光仪测定，上海凯来实验设备有限公司生产，测定温度为2(TC)，以每 克浓縮后的糖汁加入1X10—4克防腐剂的量加入苯甲酸钠，并混合均匀。然 后在室温下(25°C)，将浓縮后的甜高粱糖汁密封放置180天。按照上述方 法测定储存后甜高粱糖汁的糖锤度为60.5。Bx。
在发酵前将浓縮的糖汁与水混合，水的用量使糖汁的糖锤度为12.8。Bx， 并以每克糖汁的重量计，接种105菌落形成单位的酒精酵母(安琪超级酿酒 高活性干酵母，湖北安琪酵母股份公司)，所得混合物在32'C下于发酵罐中 搅拌培养65小时，在IO(TC蒸馏所得发酵产物，所得蒸馏馏分在78.3"C下二 次蒸馏可得乙醇80.8克。按照实施例1的公式计算乙醇的产率为8.08%。
对比例1
本对比例用于说明现有技术的采用甜高粱制备乙醇的方法。 按照实施例1的方法取与参考实施例1中相同重量的糖汁制备乙醇，不 同的是，所述甜高粱糖汁的储存方法为在室温下(25°C)，将新鲜甜高粱糖 汁直接密封在容器中，放置20天。并按照实施例1的方法测定储存后的甜 高粱糖汁的糖锤度为12.8。Bx;按照实施例1的方法发酵储存后的糖汁，得到乙醇60.2克，并按照参考实施例1中的公式计算乙醇的产率为6.02%。
本实施例用于说明本发明的采用甜高粱制备乙醇的方法。 取与参考实施例1中相同重量的糖汁制备乙醇，不同的是，将糖汁在反
应釜中进行电加热(反应釜容积为2升，上海比朗仪器有限公司)进行蒸发 浓縮，蒸发浓縮的温度为95°C，压力为0.1兆帕，时间为40分钟，将糖汁 浓縮至糖锤度为65。Bx (采用阿贝折光仪测定，上海凯来实验设备有限公司 生产，测定温度为2(TC)，以每克浓縮后的糖汁加入0.8X10^克防腐剂的量 加入苯甲酸钠，并混合均匀。然后在室温下(25°C)，将浓縮后的甜高粱糖 汁密封放置230天。按照上述方法测定储存后甜高梁糖汁的糖锤度为64。Bx。 并按照实施例1的方法发酵储存后的糖汁，二次蒸馏可得乙醇80.1克。按照 实施例1的公式计算乙醇的产率为8.01°%。
本实施例用于说明本发明的采用甜高粱制备乙醇的方法。 取与参考实施例1中相同重量的糖汁制备乙醇，不同的是，将糖汁在反
应釜中进行电加热(反应釜容积为2升，上海比朗仪器有限公司)进行蒸发 浓缩，蒸发浓縮的温度为105°C，压力为0.1兆帕，时间为20分钟，将糖汁 浓縮至糖锤度为51。Bx (釆用阿贝折光仪测定，上海凯来实验设备有限公司 生产，测定温度为2(TC)，以每克浓縮后的糖汁加入1X10—4克防腐剂的量 加入苯甲酸钠，并混合均匀。然后在室温下(25°C)，将浓縮后的甜高粱糖 汁密封放置180天。按照上述方法测定储存后甜高粱糖汁的糖锤度为50。Bx。 并按照实施例1的方法发酵储存后的糖汁，二次蒸馏可得乙醇78.8克。按照 实施例1的公式计算乙醇的产率为7.88%。实施例4
本实施例用于说明本发明的采用甜高粱制备乙醇的方法。 取与参考实施例1中相同重量的糖汁制备乙醇，不同的是，将糖汁在反
应釜中进行电加热(反应釜容积为2升，上海比朗仪器有限公司)进行蒸发 浓縮，蒸发浓縮的温度为80°C，压力为0.1兆帕，时间为35分钟，将糖汁 浓縮至糖锤度为63.5。Bx (采用阿贝折光仪测定，上海凯来实验设备有限公 司生产，测定温度为2(TC)，以每克浓縮后的糖汁加入1X10—4克防腐剂的 量加入山梨酸钾，并混合均匀。然后在室温下(25°C)，将浓縮后的甜高粱 糖汁密封放置200天。按照上述方法测定储存后甜高粱糖汁的糖锤度为 63。Bx。并按照实施例1的方法发酵储存后的糖汁，二次蒸馏可得乙醇82.3 克。按照实施例1的公式计算乙醇的产率为8.23%。
从上述结果可以看出，与储存前比较，采用本发明的方法将甜高粱糖汁 浓縮并放置一段时间后，甜高粱糖汁的糖锤度只是稍有下降，说明经储存的 甜高粱糖汁中糖分的损失较少。与采用新鲜的甜高粱糖汁发酵制得的乙醇产 率比较，采用本发明的经储存的甜高粱糖汁发酵制得的乙醇的产率只稍有下 降；与现有的方法比较，采用本发明的将储存的甜高粱糖汁发酵制得的乙醇 的产率得到显著提高。
1权利要求
1、一种制备乙醇的方法，该方法包括储存甜高粱糖汁并发酵经过储存的甜高粱糖汁，其特征在于，所述储存甜高粱糖汁的方法包括将新鲜的甜高粱糖汁浓缩至糖锤度为50-70°Bx，并在糖锤度为50-70°Bx的甜高粱糖汁中添加防腐剂并放置。
2、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述甜高粱糖汁的糖锤度为 60-65。Bx。
3、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述防腐剂选自苯甲酸钠、山 梨酸钾、苯甲酸和山梨酸中的一种或几种；以每克浓縮后的甜高粱糖汁计， 所述防腐剂的用量为3.5X10—、2.2X10—4克。
4、 根据权利要求3所述的方法，其中，以每克浓縮后的甜高粱糖汁计， 所述防腐剂的用量为5X 10—5-1.5X 10—4克。
5、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述甜高粱糖汁的放置温度不 高于6(TC，放置时间不超过240天。
6、 根据权利要求5所述的方法，其中，所述甜高粱糖汁的放置温度为 0-40。C，放置时间为10-230天。
7、 根据权利要求l、 5或6所述的方法，其中，所述放置为密封放置。
8、 根据权利要求1所述的方法，其中，发酵经过储存的甜高粱糖汁的 方法包括将酵母与甜高粱糖汁混合，以每克甜高粱糖汁计，发酵所使用的酵 母的接种量为103-108菌落形成单位，所述发酵的温度为30-36。C，发酵的时 间为25-70小时。
全文摘要
制备乙醇的方法，该方法包括储存甜高粱糖汁并发酵经过储存的甜高粱糖汁，其中，所述储存甜高粱糖汁的方法包括将新鲜的甜高粱糖汁浓缩至糖锤度为50-70°Bx，并在糖锤度为50-70°Bx的甜高粱糖汁中添加防腐剂并放置。采用本发明的经储存的糖汁发酵制得的乙醇的产率得到显著提高。
文档编号C12P7/06GK101497900SQ20081005715
公开日2009年8月5日 申请日期2008年1月30日 优先权日2008年1月30日
发明者严明奕, 彬 熊, 旭 王, 谭玉栋, 邓立康, 虎 韦, 高纯林 申请人:中粮集团有限公司