专利名称：利用酵母回流法发酵甜高粱糖汁生产乙醇的方法
技术领域：
本发明涉及一种生产乙醇的方法，具体地说是一种利用酵母回流法发酵甜高粱糖 汁生产燃料乙醇的方法。
背景技术：
发酵是微生物法生产乙醇的关键，它直接决定了吨乙醇耗原料、发酵设备利用率 也即发酵设备投资、后期蒸馏所需能耗及塔底废水排放量等各项重要指标。乙醇发酵时间的长短、乙醇在发酵醪液中浓度的高低和耗糖的好坏直接与醪液中 酵母数量有关。通常发酵酵母数量都控制在1.8亿/ml以下，这主要原因是如果酵母数量 过大，酵母本身增值的耗糖就会过多，造成吨乙醇耗原料过高，发酵时间过长这一难题。现有利用甜高粱发酵乙醇的方法中，在发酵过程中需要不断的补给发酵酵母，使 其酵母用量过大，生产成本过高。由于现有市售酵母性能单一，活性不佳，不适合反复利用。而甜高粱茎秆糖汁进入发酵前经过了两道过滤工序，所以糖汁中基本没有固形 物，甜高粱糖汁的这一特点决定了我们在甜高粱糖汁发酵中可以采用一种不同于一般方法 的发酵技术，以实现甜高粱糖汁短时间、高酒精浓度、低耗糖的发酵目的。
发明内容
为了弥补现有技术的缺陷，本发明的目的在于提出一种优化酵母，该优化酵母性 能优良，不仅活性极佳，适合回收反复使用，且糖份消耗低，使利用甜高粱糖汁生产燃料乙 醇的过程中原料液耗量大幅减少，发酵时间缩短。本发明的另一目的在于，提出一种利用酵母回流法酵甜高粱糖汁生产乙醇的方 法，该方法与本发明所述优化酵母配合，可以使整个发酵过程效率提高，成本减少，最终酒 精浓度高。为了实现上述目的，本发明的发明思路为对于现有技术中存在的酵母耗量过大 的问题，发明人经过长期研究发现，在发酵过程中，为了保持发酵效果和最终酒精含量，需 要不断补给酵母，从而造成酵母使用量过大，由于发酵时间长，因此酵母并未完全失活，如 何将失活酵母和仍具有发酵活性的酵母分离是首要需要解决的问题。发明人采用碟片分离 机，发酵醪液中的活性酵母沉淀在底部，很容易的回收得到了未失活的酵母，将该酵母继续 活化后利用，从而大幅减少了酵母的用量。然而发明人面临的另一个问题是市售酵母活性 不佳，回收率低的问题。发明人自行采集并优化后得到了性能好并且适合上述方法的优化 酵母，从而完成了本发明。本发明采用的具体技术方案为一种利用甜高粱糖汁发酵生产乙醇的酵母，所述酵母为热带假丝酵母(Candida tropicalis) ZXNY-1，于2010年6月2日，保藏于中国微生物菌种保藏 管理委员会普通微生物中心，地址北京市朝阳区北辰西路1号院3号，邮编100101。保藏 编号为CGMCC No. 3889。
一种利用酵母回流法发酵甜高粱糖汁生产乙醇的方法，其是将甜高粱压榨提汁后 进行发酵；发酵后进行乙醇蒸馏和乙醇脱水，最终制成乙醇；其中，所述发酵方法中使用的 酵母为热带假丝酵母(Candida tropicalis)ZXNY-1，保藏编号为CGMCC No. 3889。一种利用酵母回流法发酵甜高粱糖汁生产乙醇的方法，其是将甜高粱压榨提汁后 进行发酵；发酵后进行乙醇蒸馏和乙醇脱水，最终制成乙醇；所述发酵的具体步骤为(1)预发酵将活化后的酵母加入已灭菌的发酵罐中，酵母浓度不低于5. 0亿/ml， 加甜高粱糖液(24. 14g/100ml的糖液)，速度为200L/h,空气流量550L/min。15min时打 开温度控制程序，温度控制在32. 5°C，气体流量调整至800L/min。25min时开搅拌，速度为 IOOrpm ；(2)发酵继续加入甜高粱糖液，气体流量提升至800 1200L/min ；持续搅拌， 1. 5 2h开始将pH值控制在4. 0 士 0. 1，保持至发酵结束；(3)发酵3_4h停止通气，继续加入甜高粱糖液，持续搅拌；发酵至6_7h停止加入 甜高粱糖液；25 35h停止发酵；(4)酵母分离回收活化将发酵醪液中的酵母用碟片分离机分离，将分离出的酵 母液用浓度为的稀酸调节PH至4.0浸泡处理，温度保持在32 35°C 5min，备用；稀酸 可以选用稀硫酸或稀盐酸。(5)利用步骤(4)分离活化后的回流酵母再次加入预发酵步骤中，总酵母浓度不 低于5. 0亿/ml ；重复步骤(1)至步骤(4) 3 4次。所述方法中使用的酵母为热带假丝酵母(Candida tropicalis)ZXNY-1，保藏编号 为CGMCC No. 3889。所述甜高粱糖液是由含糖量为30 45%的甜高粱原料液配制而成，其糖液总糖 为 20 30g/ml，pH 为 4。所述步骤(1)前先将酵母加水35°C水浴活化5 lOmin，然后再30°C活化15 20mino所述步骤(1)中甜高粱糖液加入速度为100 200L/min，空气流量为450 550L/ min，搅拌速度为100 150rpm。所述步骤(2)中甜高粱糖液加入速度为100 200L/min，搅拌速度为150 180rpm,发酵温度控制在30 35°C。所述步骤(3)中甜高粱糖液加入速度为0. 350L/h,发酵温度控制在30 35°C，搅 拌速度为150 180rpm。所述将发酵醪液中的酵母用碟片分离机分离，转速为5000 6000r/min，收集其 中下层重相，重相为酵母浓液。本发明发酵后的醪液可进入乙醇生产工艺中的乙醇蒸馏、乙醇脱水步骤，最终制 备成工业燃料乙醇，这些步骤均是本领域内公知步骤，在此不一一赘述。本发明的优点与效益本发明在发酵成熟醪进入蒸馏前常温下先采用碟片分离机把发酵成熟醪中的酵 母分离出来，然后用稀酸液进行浸泡处理，把处理后的酵母回用到第一发酵罐再次利用，从 而增加酵母数量，这样酵母数量增加了，但因该酵母已经是成熟酵母，自身基本不再消耗糖 汁中的糖份，但却可以进行糖转化乙醇作用。从而实现酵母用量大为减少，原料糖液糖耗少，发酵醪液中酵母浓度可达到4亿/ml以上，发酵时间缩短为22小时。而现有乙醇发酵 酵母添加量为1. 8亿/毫升，发酵时间48 72小时，酵母菌体随发酵醪液排出。本发明真 正实现了甜高粱糖汁短时间、高酒分、低糖耗发酵，发酵醪液中酒份超过14% (v/v)，残总 糖低于0. 55%，糖转化率高于90%，发酵时间不高于22小时。本发明所提供的保藏编号为 CGMCC No. 3889的酵母，发酵性能较之现有市售酵母更优，其糖耗更低，活性更好，极适合大 规模工业生产，具有很好的市场前景和应用前景。
图1为本发明工艺流程图。
具体实施例方式本发明使用的原料液可以通过市售够买获得，也可以通过常规的甜高粱压榨工艺 制备，只要保证总糖含量如本发明所述即可。本发明所用的热带假丝酵母(Candida tropicalis)ZXNY-1，保藏编号为CGMCC No. 3889。其直接来源和原始来源均为从内蒙古五原县生产的甜高粱渣中，筛选分离得到 酵母菌，在实验室条件下进行加代繁殖，并进一步筛选得出的个体优良菌株。碟片分离机德国产HDA50-06-006型号碟片分离机实施例1甜高粱糖汁原料液总糖40. 75% (蔗糖23. 95%，葡萄糖7. 63%，果糖9. 17%)，用 经灭菌处理的生活饮用水配制成总糖23. 43g/100ml的甜高粱糖液，pH为4。称取酵母(CGMCCNo. 3889) 20g,加水 200ml，35°C水浴保温 5min，然后 30°C活化 15min备用。(1)预发酵将浸泡杀菌后的回用酵母加入已灭菌的发酵罐中，并用新活化的酵 母调节发酵罐中酵母量，使酵母浓度不低于4. 0亿/ml，加甜高粱糖液(23. 63g/100ml的糖 液)，速度为150L/h，空气流量500L/min。15min时打开温度控制程序，温度控制在32. 5°C， 气体流量调整至750L/min。20min时开搅拌，速度为IOOrpm ；(2)发酵继续添加甜高粱糖液(23. 63g/100ml的糖液)，速度为130L/h，空气流 量由750L/min提高至1000L/min，搅拌速度由IOOrpm升至150rpm，1. 5h时开pH值控制程 序，控制PH值在4. 0 士 0. 1，一直保持到发酵结束；(3)发酵3. 5h时停止通气，继续添加甜高粱糖液(23. 63g/100ml的糖液)，速度为 130L/h，将发酵温度保持在32. 5°C，搅拌转速保持在150rpm，6. 2h时添加结束；至30h时停
止发酵。(4)酵母分离回收活化常温(15°C 35°C )下把上批次发酵醪液中的酵母用碟 片式离心机分离，转速为5000 6000r/min，收集其中的重相(重相为酵母浓液)把分离 出的酵母液用1 %的稀硫酸液调节pH至4. 0浸泡处理，温度保持在33°C水浴保温5min，备 用。(5)利用步骤(4)分离活化后的酵母重复步骤(1)至步骤(4)3-4次。本实施例中酵母浓度的测定酵母培养2h时4. 1亿/ml。
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酵母培养IOh时4. 4亿/ml。酵母培养12h时4· 5亿/ml。酵母培养13h时4. 5亿/ml。后期酵母数稍有下降，到发酵结束时，酵母数为4. 0亿/ml。可见本实施例中酵母 数保持稳定。发酵到22小时酒精的质量分数达到最高点11. 521%，体积比达到14. 3%，残总糖 为0. 505 %，总糖转化率为92.7%。实施例2甜高粱糖汁原料液总糖38. 61% (蔗糖20. 69%，葡萄糖8. 23%，果糖9. 69%)，配 制成总糖23. 76g/100ml的甜高粱糖液，pH为4。称取酵母(CGMCCNo. 3889) 25g，加水 200ml，35°C水浴保温 5min，然后 30°C活化 15min备用。(1)预发酵将浸泡杀菌后的回用酵母加入已灭菌的发酵罐中，并用新活化的酵 母调节发酵罐中酵母量，使酵母浓度不低于4.0亿/ml，加甜高粱糖液(23. 76g/100ml的糖 液)，速度为180L/h，空气流量500L/min。15min时打开温度控制程序，温度控制在32. 5°C, 气体流量调整至780L/min。20min时开搅拌，速度为IOOrpm ；(2)发酵继续添加甜高粱糖液(23. 63g/100ml的糖液)，速度为150L/h，空气流 量由780L/min提高至1000L/min，搅拌速度由IOOrpm升至150rpm，1. 5h时开pH值控制程 序，控制PH值在4. O 士 0. 1，一直保持到发酵结束；(3)发酵3h时停止通气，继续添加甜高粱糖液(23. 63g/100ml的糖液)，速度为 150L/h，将发酵温度保持在32. 5°C，搅拌转速保持在150rpm，6h时添加结束；至32h时停止发酵。(4)酵母分离回收活化常温(15°C 35°C )下把上批次发酵醪液中的酵母用碟 片式离心机分离，转速为5000 6000r/min，收集其中的重相(重相为酵母浓液)把分离出 的酵母液用的稀硫酸液调节PH至4.0 (请具体给出用何种酸)浸泡处理，温度保持在 33°C水浴保温5min，备用。(5)利用步骤(4)分离活化后的酵母重复步骤(1)至步骤(4) 3-4次。本实施例酵 母细胞浓度测定酵母培养2h时4. 3亿/ml。酵母培养IOh时4. 5亿/ml。酵母培养12h时4. 6亿/ml。酵母培养13h时4. 6亿/ml。后期酵母数有所下降，到发酵结束时，酵母数为4. 2亿/ml，可见本实施例中酵母
数保持稳定。本实施例发酵到22小时酒精的质量分数达到最高点11. 683%，体积比达到 14. 5%，残总糖为0. 466%，总糖转化率为93. 4%0实施例3甜高粱糖汁原料液总糖40. 75% (蔗糖23. 95%，葡萄糖7. 63%，果糖9. 17%)，配 制成总糖24. 14g/100ml的甜高粱糖液，pH为4。
称取酵母(CGMCCNo. 3889) 30g,加水 200ml，35°C水浴保温 5min，然后 30°C活化 15min备用。(1)预发酵将活化后的酵母加入已灭菌的发酵罐中，酵母浓度不低于5. 0亿/ml， 加甜高粱糖液(24. 14g/100ml的糖液)，速度为200L/h,空气流量550L/min。15min时打 开温度控制程序，温度控制在32. 5°C，气体流量调整至800L/min。25min时开搅拌，速度为 IOOrpm ；(2)发酵继续添加甜高粱糖液(24. 14g/100ml的糖液)，速度为180L/h，空气流 量由800L/min提高至1000L/min，搅拌速度由IOOrpm升至150rpm，1. 5h时开pH值控制程 序，控制PH值在4. 0 士 0. 1，一直保持到发酵结束；(3)发酵4h时停止通气，继续添加甜高粱糖液(24. 14g/100ml的糖液)，速度为 180L/h，将发酵温度保持在32. 5°C，搅拌转速保持在150rpm，7h时添加结束；至32h时停止发酵。(4)酵母分离回收活化常温(15°C 35V )下把上批次发酵醪液中的酵母用碟 片式离心机分离，转速为5000 6000r/min，收集其中的重相(重相为酵母浓液)把分离 出的酵母液用1 %的稀硫酸液调节pH至4. 0浸泡处理，温度保持在33°C水浴保温5min，备 用。(5)利用步骤(4)分离活化后的酵母加入已灭菌的发酵罐中，并用新活化的酵母 调节发酵罐中酵母量，酵母浓度不低于5.0亿/ml，重复步骤(1)至步骤(4)3-4次。本实施例酵母细胞浓度测定酵母培养2h时5. 1亿/ml。酵母培养IOh时5. 5亿/ml。酵母培养12h时5· 8亿/ml。酵母培养13h时5. 7亿/ml。后期酵母数有所下降，到发酵结束时，酵母数为4. 9亿/ml。发酵到22小时酒精的质量分数达到最高点11. 929%，体积比达到14. 8%，残总糖 为0. 456 %，总糖转化率为93.6%。实施例4用市售酵母进行发酵且不回收酵母进行发酵的对比例甜高粱糖汁原料液总糖40. 75% (蔗糖23. 95%，葡萄糖7. 63%，果糖9. 17%)，用 经灭菌处理的生活饮用水配制成总糖24. 14g/100ml的甜高粱糖液，pH为4。酵母(普通市售酵母)30g(1)预发酵将现有市售够买得到的常规酵母加入到发酵罐中，加甜高粱糖液 (24. 14g/100ml的糖液)，速度为100L/h，温度控制在32. 5°C，25min时开搅拌，速度为 IOOrpm, Ih后停止加料，12h后停止通气搅拌，预发酵结束；(2)发酵将预发酵完成液转到发酵罐中，添加甜高粱糖液(24. 14g/100ml的糖 液)，速度为400L/h,搅拌速度150rpm, 1. 5h时开pH值控制程序，控制pH值在4. 0 士0. 1，一 直保持到发酵结束，发酵；(3)发酵Ih时调整甜高粱糖液(24. 14g/100ml的糖液)，速度为10L/h，将发酵温 度保持在32. 5°C，搅拌转速保持在150rpm，至48h时停止发酵。酵母预培养12h时5. 0亿/ml。
酵母发酵开始时0· 5亿/ml。酵母发酵12h时1. 5亿/ml。酵母发酵24h时1. 5亿/ml。后期酵母数有所下降，到发酵结束时，酵母数为1. 0亿/ml。发酵到48小时酒精的质量分数达到最高点6. 529%，体积比为8. 2%，残总糖为 5. 5%。
权利要求
一种利用甜高粱糖汁发酵生产乙醇的酵母，其特征在于，所述酵母为热带假丝酵母(Candida tropicalis)ZXNY-1，保藏编号为CGMCCNo.3889。
2.一种利用酵母回流法发酵甜高粱糖汁生产乙醇的方法，其是将甜高粱压榨提汁后进 行发酵；发酵后进行乙醇蒸馏和乙醇脱水，最终制成乙醇；其特征在于，所述方法中使用的 酵母为热带假丝酵母(Candida tropicalis)ZXNY-1，保藏编号为CGMCC No. 3889。
3.一种利用酵母回流法发酵甜高粱糖汁生产乙醇的方法，其是将甜高粱压榨提汁后进 行发酵；发酵后进行乙醇蒸馏和乙醇脱水，最终制成乙醇；其特征在于，所述发酵方法具体 步骤为(1)预发酵向活化好的酵母中持续加入甜高粱糖液，10 15min后将温度控制在 30 35°C，空气流量为700 800L/min ；20 25min后开始搅拌；(2)发酵继续加入甜高粱糖液，空气流量提升至800 1200L/min；持续搅拌，1. 5 2h开始将pH值控制在4. 0 士 0. 1，保持至发酵结束；(3)发酵3 4h停止通气，继续加入甜高粱糖液，持续搅拌；发酵至6 7h停止加入 甜高粱糖液；25 35h停止发酵；(4)酵母分离回收活化将发酵醪液中的酵母用碟片分离机分离，将分离出的酵母液 用浓度为的稀酸调节PH至4.0，浸泡处理，温度保持在32 35°C 5min，备用；(5)利用步骤(4)分离活化后的回流酵母再次加入预发酵步骤中，总酵母浓度不低于 5. 0亿/ml ；重复步骤(1)至步骤(4) 3 4次。
4.根据权利要求3所述的利用酵母回流法发酵甜高粱糖汁生产乙醇的方法，其特征 在于，所述方法中使用的酵母为热带假丝酵母(CandidatropicalidZXNY-l，保藏编号为 CGMCC No. 3889。
5.根据权利要求4所述的利用酵母回流法发酵甜高粱糖汁生产乙醇的方法，其特征 在于，所述甜高粱糖液是由含糖量为30 45%的甜高粱原料液配制而成，其糖液总糖为 20-30g/ml, pH 为 4。
6.根据权利要求5所述的利用酵母回流法发酵甜高粱糖汁生产乙醇的方法，其特征在 于，所述步骤(1)前先将酵母加水35°C水浴活化5 lOmin，然后再30°C活化15 20min。
7.根据权利要求6所述的利用酵母回流法发酵甜高粱糖汁生产乙醇的方法，其特征在 于，所述步骤(1)中甜高粱糖液加入速度为100 200L/h，空气流量为450 550L/min，搅 拌速度为100 150rpm。
8.根据权利要求7所述的利用酵母回流法发酵甜高粱糖汁生产乙醇的方法，其特征在 于，所述步骤(2)中甜高粱糖液加入速度为100 200L/h，搅拌速度为150 ISOrpm，发酵 温度控制在30 35°C。
9.根据权利要求8所述的利用酵母回流法发酵甜高粱糖汁生产乙醇的方法，其特征在 于，所述步骤(3)中甜高粱糖液加入速度为130 150L/h，发酵温度控制在30 35°C，搅 拌速度为150 180rpm。
10.根据权利要求3至9中任意一项所述的利用酵母回流法发酵甜高粱糖汁生产乙醇 的方法，其特征在于，所述将发酵醪液中的酵母用碟片分离机分离，转速为5000 6000r/ min，收集分离得到的重相。
全文摘要
本发明公开了一种利用酵母回流法酵甜高粱糖汁生产乙醇的方法，其是将甜高粱压榨提汁后进行发酵；所述方法中使用的酵母为热带假丝酵母(Candidatropicalis)ZXNY-1，保藏编号为CGMCC No.3889。本发明在发酵成熟醪进入蒸馏前常温下先采用碟片分离机把发酵成熟醪中的酵母分离出来，然后用稀酸液进行浸泡处理，把处理后的酵母回用到第一发酵罐再次利用，从而增加酵母数量，这样酵母数量增加了，但因该酵母已经是成熟酵母，自身基本不再消耗糖汁中的糖份，但却可以进行糖转化乙醇作用。从而实现酵母用量大为减少，原料糖液糖耗少，发酵醪液中酵母浓度可达到4亿/ml以上；真正实现了甜高粱糖汁短时间、高酒分、低糖耗发酵，发酵醪液中酒份超过14％(v/v)，残总糖低于0.55％，糖转化率高于90％，发酵时间不高于22小时。
文档编号C12R1/74GK101886091SQ20101021726
公开日2010年11月17日 申请日期2010年7月5日 优先权日2010年7月5日
发明者凌丰, 曹珺, 王维平, 谢双平 申请人:中兴能源(内蒙古)有限公司