专利名称：利用废糖蜜为原料高效发酵生产酒精的工艺方法
技术领域：
本发明属于工业微生物发酵工程技术领域，特别涉及酒精发酵的工艺方法。
目前广泛使用的酒精工业发酵菌种存在着耐高糖渗透压能力不强，耐高酒精能力不强等缺点，使酒精发酵的起始糖浓度偏低，杂菌因此容易生长，杂菌的大量生长降低了糖的利用率，遏制了酵母的生长和发酵，使酒精转化率大为减少。同时，随着发酵的进行，酒精浓度不断上升，最后产生了底物的遏制作用，导致最终酒精浓度偏低，一般在7-10％之间变动，虽然采用固定化技术可以把最终酒精浓度稳定在10％左右，但染菌和底物的遏制作用仍然没有解决。其主要原因是传统的酒精发酵工艺均采用单一酵母菌，而在发酵全过程中，随着发酵液的含糖量不断降低、酒精浓度不断上升，一种酵母菌很难始终保持最好的发酵生产酒精的能力。
本发明的目的在于，为克服已有生产酒精的工艺方法的不足之处，提出一种新的利用废糖蜜为原料高效发酵生产酒精的工艺方法，即采用两株或三株特性不同的酵母菌，利用他们各自的特点，采用两步法，或/和三步法，或者结合固定化技术；使其可在不改变现有发酵设备的情况下具有实施方便，减少染杂菌的可能，减少残糖量，提高废糖蜜转化为酒精的效率和最终酒精产率；若进一步采用固定化技术则可重复利用酵母细胞，减少培养酵母的糖蜜消耗，同时可缩短整个发酵周期等诸多优点，从而降低发酵酒精的生产成本。
本发明提出一种利用废糖蜜为原料高效发酵生产酒精的工艺方法，其特征在于，采用两种具有不同特性的产酒精酵母进行两步发酵过程，即将利用废糖蜜生产酒精的整个流程按发酵溶液中的酒精浓度的含量分为酒精浓度含量低的第一阶段与酒精浓度含量高的第二阶段，在每一阶段中分别采用适合该酒精浓度的产酒精酵母B、C，以提高每个阶段的生长和/或发酵生产酒精的能力。上述方法的特点是起始发酵糖蜜的含糖量较低。
上述制备工艺的具体步骤为把所说的B、C酵母分别培养在两个不同的发酵罐中，当第一阶段B酵母的发酵罐中发酵液的酒精浓度高于预定值后，把B酵母的发酵液导入培养C酵母的发酵罐中，使C酵母在较高的酒精浓度下把剩糖转化为酒精。
上述制备工艺还可为把B酵母和C酵母分别固定在载体上，然后一起置于同一发酵罐中的发酵，重复使用酵母细胞。
上述制备工艺也可为把B酵母和C酵母分别固定在载体上，然后分别置于两个发酵罐中发酵，使两步发酵过程能连续进行。
当起始发酵糖蜜的含糖量较高时，本发明制备工艺的具体步骤可包括三步发酵过程，即将所说的第一阶段再按溶液的含糖量分为含糖量高的起始阶段与含糖量低的后续阶段，在所说的两个阶段中，分别采用适合该含糖量的产酒精酵母A、B。该工艺方法可使起始阶段的发酵液含糖量提高，以进一步提高生长和/或发酵生产酒精的能力。
上述制备工艺也可为把所说的A、B、C酵母分别培养在三个不同的发酵罐中，当起始阶段A酵母的发酵液含糖量低于预定值后，把A酵母的发酵液导入培养B酵母的发酵罐中继续发酵，当发酵液的酒精浓度高于预定值后，再把B酵母的发酵液导入培养C酵母的发酵罐中，使C酵母在较高的酒精浓度下把剩糖转化为酒精。
上述制备工艺还可为通过酵母细胞的固定化技术将培养好的A、B、C酵母分别固定在三个不同的发酵罐中，使三步发酵过程能连续进行。
上述制备工艺也可为将培养好的A、B、C酵母分别固定在载体上，然后一起置于同一发酵罐中进行发酵，重复使用酵母细胞。
本发明所述方法中，所说的第一阶段酒精浓度低于8％，当酒精浓度高于8％后为第二阶段。
所说的第一阶段酒精浓度低于6％-12％，当酒精浓度高于6％-12％后为第二阶段；该第一阶段的起始阶段含糖量高于13％-30％，当含糖量低于13％-30％后为后续阶段。
本发明所述方法中，所说的A酵母为耐高含糖量的酵母，包括日本接合酵母、鲁氏酵母等；所说的B酵母为目前酒精发酵工业常用的酵母，包括古巴2号酵母、南洋酒精酵母等；所说的C酵母为耐高酒精的酵母，包括粟酒裂殖酵母、八孢裂殖酵母等。
所述的废糖蜜发酵全过程中，pH值在4.0到5.5之间。
所述的废糖蜜发酵全过程中，温度控制在25℃到42℃之间。
所述的B酵母发酵所用时间40到50小时，C酵母所用时间10到20小时；B、C酵母发酵总共用时40到80小时。
所述的第一阶段所用时间10到25小时；第二阶段所用时间25到35小时；第三阶段所用时间10到25小时；A、B、C酵母发酵总共用时40到80小时。
本发明的主要贡献在于，提出采用两株或三株特性不同的酵母菌，利用他们各自的特点，采用两步法，或/和三步法，或者结合固定化技术，来提高发酵酒精的最终浓度。本发明实施方便，可在不改变现有发酵设备的情况下达到提高酒精产率的目的。另一方面，采用三步发酵法可利用高浓度的废糖蜜起始发酵，减少了染杂菌的可能，同时耐高酒精的酵母的使用，减少了残糖量，为发酵废水的后期处理提供了方便。采用固定化技术则可重复利用酵母细胞，减少培养酵母的糖蜜消耗，同时缩短了整个发酵周期。
实施例一。本发明所用的A、B、C酵母分别具有下列特性A酵母具有在含糖量高于20％的糖蜜中生长和/或发酵生产酒精的能力，B酵母能够在含糖量为20％以下的糖蜜中高效转化糖份为酒精，但当酒精浓度超过8％后，B酵母发酵效率大为降低，C酵母可在酒精浓度在9％到18％利用废糖蜜生产酒精。
A酵母是从废糖蜜中分离得到的鲁氏酵母，B酵母是目前酒精发酵工业常用的菌种古巴2号酵母，C酵母是通过一系列的高浓度酒精培养后得到的一株耐高浓度酒精的酵母菌株粟酒裂殖酵母。
A、B、C酵母先分别在装有废糖蜜的5升发酵罐中培养，分别得到干重约为20克/升的A、B、C酵母细胞，在无菌条件下，离心浓缩这些酵母细胞，得到A、B、C酵母菌体各约100克。然后分别把这100克的A、B、C酵母菌体分别转入三个五升的发酵罐中(分别命名为A、B、C罐)。
把经稀释、灭菌的含总糖量为30％的废糖蜜(pH＝4-5)3升无菌接入A罐，在30-35℃下发酵10到15小时，然后把A罐的发酵液无菌转入B罐，发酵25到30小时，继续把B罐发酵液无菌转到C罐中，发酵10到15小时。在上述发酵过程中，要间或搅拌，使物料和酵母保持充分的接触，同时排除过量积累的二氧化碳，并把发酵温度尽量控制在40℃以下。最后的酒精浓度在13％以上。
实施例二。本实施例所用的A日本综合酵母、B古巴2号酵母、C八孢裂殖酵母和A、B、C发酵罐。
把A、B、C酵母各100克分别固定在海藻酸钠上，然后分别投入A、B、C发酵罐中。在A罐中加入3升灭过菌的含总糖量为30％的废糖蜜(pH＝4-5)，在30-35℃下发酵10到15小时，然后把发酵液转入B罐，固定化的A酵母留在A罐中，同时再把3升灭过菌的含总糖量为30％的废糖蜜(pH＝4-5)加入A罐中，在30-35℃下继续用固定化的A酵母发酵。B罐发酵25到30小时后，把发酵液转入C罐，B酵母留下，继续发酵A罐转来的发酵液，C罐发酵10到15小时后，把发酵液送到下一级的酒精蒸馏工艺，而留下的C固定化酵母继续发酵B罐过来的发酵液。整个过程不断连续的进行。最终酒精的浓度都可达到13％以上。
实施例三。本实施例所用的A、B、C酵母和发酵罐同实施例一。
把A、B、C酵母各100克分别固定在海藻酸钠上，然后一起投入一个五升的发酵罐中。在此发酵罐中加入3升灭过菌的含总糖量为30％的废糖蜜(pH＝4-5)，在25-42℃下发酵40到60小时，最终酒精的浓度都可达到13％以上。
实施例四。本实施例所用的B、C酵母和发酵罐同实施例一。
把B、C酵母各100克分别固定在海藻酸钠上，然后一起投入一个五升的发酵罐中。在此发酵罐中加入3升灭过菌的含总糖量为20％的废糖蜜(pH＝4-5)，在25-40℃下发酵25到40小时，再加入1升灭过菌的含糖量为43％废糖蜜(pH＝4-5)，在25-40℃下发酵25到30小时，最终酒精的浓度都可达到13％左右。
实施例五。本实施例所用的B、C酵母和B、C发酵罐同实施例一。
把B、C酵母各100克分别固定在海藻酸钠上，然后分别投入B、C发酵罐中。在B发酵罐中加入3升灭过菌的含总糖量为20％的废糖蜜(pH＝4-5)，在25-40℃下B罐发酵40到50小时，把发酵液转入C罐，B酵母留下，继续发酵3升灭过菌的含总糖量为20％的废糖蜜(pH＝4-5，30℃)。C罐发酵10到15小时后，把发酵液送到下一级的酒精蒸馏工艺，而留下的C固定化酵母继续发酵B罐过来的发酵液。整个过程不断连续的进行。最终酒精的浓度都可达到11％左右。
权利要求
1.一种利用废糖蜜为原料高效发酵生产酒精的工艺方法，其特征在于，采用两种具有不同特性的产酒精酵母进行两步发酵过程，即将利用废糖蜜生产酒精的整个流程按发酵溶液中的酒精浓度的含量分为酒精浓度含量低的第一阶段与酒精浓度含量高的第二阶段，在每一阶段中分别采用适合该酒精浓度的产酒精酵母B、C，以提高每个阶段的生长和/或发酵生产酒精的能力。
2.如权利要求1所述的生产酒精的工艺方法，其特征在于具体步骤为把所说的B、C酵母分别培养在两个不同的发酵罐中，当第一阶段B酵母的发酵罐中发酵液的酒精浓度高于预定值后，把B酵母的发酵液导入培养C酵母的发酵罐中，使C酵母在较高的酒精浓度下把剩糖转化为酒精。
3.如权利要求1所述的生产酒精的工艺方法，其特征在于，把B酵母和C酵母分别固定在载体上，然后一起置于同一发酵罐中的发酵，重复使用酵母细胞。
4.如权利要求1所述的生产酒精的工艺方法，其特征在于，把B酵母和C酵母分别固定在载体上，然后分别置于两个发酵罐中发酵，使两步发酵过程能连续进行。
5.如权利要求1所述的生产酒精的工艺方法，其特征在于，包括三步发酵过程，即将所说的第一阶段再按溶液的含糖量分为含糖量高的起始阶段与含糖量低的后续阶段，在所说的两个阶段中，分别采用适合该含糖量的产酒精酵母A、B。该工艺方法可使起始阶段的发酵液含糖量提高，以进一步提高生长和/或发酵生产酒精的能力。
6.如权利要求5所述的生产酒精的工艺方法，其特征在于具体步骤为；把所说的A、B、C酵母分别培养在三个不同的发酵罐中，当起始阶段A酵母的发酵液含糖量低于预定值后，把A酵母的发酵液导入培养B酵母的发酵罐中继续发酵，当发酵液的酒精浓度高于预定值后，再把B酵母的发酵液导入培养C酵母的发酵罐中，使C酵母在较高的酒精浓度下把剩糖转化为酒精。
7.如权利要求5所述的生产酒精的工艺方法，其特征在于，通过酵母细胞的固定化技术将培养好的A、B、C酵母分别固定在三个不同的发酵罐中，使三步发酵过程能连续进行。
8.如权利要求5所述的生产酒精的工艺方法，其特征在于，具体步骤为将培养好的A、B、C酵母分别固定在载体上，然后一起置于同一发酵罐中进行发酵，重复使用酵母细胞。
9.如权利要求1、2、3或4所述的生产酒精的工艺方法，其特征在于，所说的第一阶段酒精浓度低于8％，当酒精浓度高于8％后为第二阶段。
10.如权利要求5、6、7或8所述的生产酒精的工艺方法，其特征在于，所说的第一阶段酒精浓度低于6％-12％，当酒精浓度高于6％-12％后为第二阶段；该第一阶段的起始阶段含糖量高于13％-30％，当含糖量低于13％-30％后为后续阶段。
11.如权利要求1、5所述的生产酒精的工艺方法，其特征在于，所说的A酵母为耐高含糖量的酵母，包括日本接合酵母、鲁氏酵母等；所说的B酵母为目前酒精发酵工业常用的酵母，包括古巴2号酵母、南洋酒精酵母等；所说的C酵母为耐高酒精的酵母，包括粟酒裂殖酵母、八孢裂殖酵母等。
12.如权利要求1、5所述的生产酒精的工艺方法，其特征在于，所述的废糖蜜发酵全过程中，pH值在4.0到5.5之间。
13.如权利要求1、5所述的生产酒精的工艺方法，其特征在于，所述的废糖蜜发酵全过程中，温度控制在25℃到42℃之间。
14.如权利要求1所述的生产酒精的工艺方法，其特征在于，所述的B酵母发酵所用时间40到50小时，C酵母所用时间10到20小时；B、C酵母发酵总共用时40到80小时。
15.如权利要求5所述的生产酒精的工艺方法，其特征在于，所述的第一阶段所用时间10到25小时；第二阶段所用时间25到35小时；第三阶段所用时间10到25小时；A、B、C酵母发酵总共用时40到80小时。
全文摘要
本发明属于工业微生物发酵工程领域。本发明采用两步或三步发酵过程,即将利用废糖蜜生产酒精的整个流程按发酵溶液中的含糖量、酒精浓度的含量分为两个阶段或个三阶段,在每一阶段中分别采用具有不同特性的产酒精酵母。本发明可在不改变现有发酵设备的情况下达到提高酒精产率的目的。还可减少了染杂菌的可能,减少了残糖量,采用固定化技术则可重复利用酵母细胞,减少培养酵母的糖蜜消耗,同时缩短了整个发酵周期。
文档编号C12P7/06GK1260399SQ9912190
公开日2000年7月19日 申请日期1999年10月14日 优先权日1999年10月14日
发明者周全, 顾燕松, 陈国强 申请人:清华大学