一种提高发酵成熟醪乙醇浓度的方法与流程

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1.本发明涉及燃料乙醇生产技术领域，特别涉及一种提高发酵成熟醪乙醇浓度的方法。


背景技术：

2.发酵成熟醪乙醇浓度的高低，不仅是一个重要的经济指标，而且也是体现发酵水平的标志。浓醪发酵，玉米粉浆用水量减少，这样将使蒸馏后的酒精糟液经卧式螺旋离心机离心后得到的酒精糟液数量大幅减少，除去大部分用于玉米粉调浆外剩余部分将是很少的，给耗能很大的ddgs处理酒精糟液的数量就将很少，即可减少蒸发设备投入和能源消耗。
3.在传统高浓乙醇发酵过程中，酵母、营养盐通常为一次性加入，酵母发酵过程中约2％的糖就能产生1％的酒精，当酵母菌消耗而产生酒精时，糖与酒精浓度的变化对酵母菌的生长影响很大。希望发酵成熟醪酒精浓度高，就需要有较高的糖分，但如果糖分浓度过高，即会超过酵母菌的耐受能力，发生底物抑制而失去生产能力；糖的浓度过低又不可能得到高酒精浓度的发酵成熟醪。营养过剩会造成酵母菌过快生长，同时大量消耗糖产生的酒精又会发生产物抑制。在显微镜下，营养过剩的酵母菌体积较大，但发酵后期产生酒精能力还不强。那么，如何控制使酵母不过快生长，糖分高又不影响酵母的渗透压；同时，又能提供酵母菌对糖分的营养需求，在酵母死亡之前将其全部转化为酒精，因此解决酵母缓慢供糖、避免底物抑制，同时兼顾酵母的营养需求是实现高浓乙醇发酵的关键技术问题。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种提高发酵成熟醪乙醇浓度的方法，该方法采用分段添加糖化酶，有效避免发酵初期由于原料糖化速率过快，导致高糖浓度对酵母的抑制，发酵后期补充氮源可保持酵母较好的活性，有利于降低发酵成熟醪液中残糖浓度，提高原料的出酒率，降低燃料乙醇生产成本，方法操作简单，对燃料乙醇企业具有重要的意义。克服了现有高浓乙醇发酵工艺采用糖化酶、氮源均为一次性加入，发酵前期存在高糖浓度抑制，发酵后期由于酵母缺乏营养而导致活性下降，甚至不再发酵产酒精，得到发酵成熟醪乙醇浓度不高，残糖浓度较高的不足。
5.本发明所采取的技术方案是：一种提高发酵成熟醪乙醇浓度的方法，该方法步骤如下：
6.一、培养基分为活化培养基和基础培养基，均为玉米燃料乙醇装置经灭菌后冷却至室温的玉米液化醪；
7.二、种子液的制备：将酿酒干酵母、糖化酶、酸性蛋白酶在无菌条件下加入活化培养基中，在通空气、搅拌的条件下发酵18h～24h，得到种子液；所述酿酒干酵母的添加量为0.1g/kg原料a～0.15g/kg原料a，酸性蛋白酶的添加量为5u/g原料a～10u/g原料a，糖化酶的添加量为40u/g原料a～80u/g原料a；上述原料a为活化培养基中的玉米液化醪干物；
8.三、乙醇发酵：在无菌条件下，将种子液按照体积比1:1的比例加入基础培养基中，
然后加入糖化酶、尿素、发酵促进剂，其中糖化酶的添加量为20u/g原料b～60u/g原料b，尿素的添加量为0.01g/kg原料b～0.02g/kg原料b，发酵促进剂的添加量为0.02g/kg原料b～0.04g/kg原料b；在搅拌、通气的条件下发酵23～25h时，加入糖化酶，此时糖化酶的添加量为60u/g原料b～100u/g原料b；在发酵47～49h时加入尿素，此时尿素的添加量为0.01g/kg原料b～0.02g/kg原料b；在发酵71～73h后得到发酵成熟醪液；上述原料b为活化培养基和基础培养基中的玉米液化醪干物总和。
9.进一步地，所述步骤一中，所述玉米液化醪的干物质量分数为32％～34％，de值为20％～25％。
10.进一步地，所述步骤二中，所述通空气速率为0.2l/min～0.8l/min，通气时间为12h～16h，发酵温度为31℃～34℃，搅拌转速为100r/min～300r/min。
11.进一步地，所述步骤三中，所述发酵温度为32℃～34℃，搅拌转速为100r/min～300r/min。
12.进一步地，所述步骤三中，所述通空气速率为0.4l/min～1.6l/min，通气时间为16h～24h。
13.本发明的有益效果是：本发明采用分段添加糖化酶，有效避免发酵初期由于原料糖化速率过快，导致高糖浓度对酵母的抑制，发酵后期补充氮源可保持酵母较好的活性，有利于降低发酵成熟醪液中残糖浓度，提高原料的出酒率，降低燃料乙醇生产成本，方法操作简单，对燃料乙醇企业具有重要的意义。
具体实施方式：
14.实施例1
15.向三角瓶中加入干物质量分数为32.5％、de值为21％的200ml室温玉米液化醪，在无菌条件下加入0.12g/kg原料a的酿酒干酵母、50u/g原料a的糖化酶、6u/g原料a的酸性蛋白酶，在通空气速率为0.3l/min、通气时间为13h、搅拌转速为150r/min、温度为32℃的条件下发酵20h，得到种子液。在无菌条件下，将种子液全部加入200ml室温玉米液化醪中，然后加入30u/g原料b的糖化酶、0.015g/kg原料b的尿素、0.025g/kg原料b的发酵促进剂，在搅拌转速为150r/min、通气速率为0.5l/min、通气时间18h的条件下，发酵24h，加入70u/g原料b的糖化酶；发酵47.5h加入0.012g/kg原料b的尿素；发酵71.5h得到发酵成熟醪液，发酵成熟醪液中乙醇体积分数达18.2％，残总糖浓度1.2g/100ml。
16.实施例2
17.向三角瓶中加入干物质量分数为33％、de值为23％的300ml室温玉米液化醪，在无菌条件下加入0.13g/kg原料a的酿酒干酵母、75u/g原料a的糖化酶、9u/g原料a的酸性蛋白酶，在通空气速率为0.7l/min、通气时间为14h、搅拌转速为200r/min、温度为33℃的条件下发酵23h，得到种子液。在无菌条件下，将种子液全部加入300ml室温玉米液化醪中，然后加入50u/g原料b的糖化酶、0.018g/kg原料b的尿素、0.03g/kg原料b的发酵促进剂，在搅拌转速为260r/min、通气速率为1.4l/min、通气时间22h的条件下的条件下发酵24.5h，加入90u/g原料b的糖化酶；发酵48h加入0.015g/kg原料b的尿素；发酵72.5h得到发酵成熟醪液，发酵成熟醪液中乙醇体积分数达18.3％，残总糖浓度1.3g/100ml。
18.实施例3
19.向三角瓶中加入干物质量分数为32％、de值为20％的400ml室温玉米液化醪，在无菌条件下加入0.10g/kg原料a的酿酒干酵母、40u/g原料a的糖化酶、5u/g原料a的酸性蛋白酶，在通空气速率为0.2l/min、通气时间为12h、搅拌转速为100r/min、温度为31℃的条件下发酵18h，得到种子液。在无菌条件下，将种子液全部加入400ml室温玉米液化醪中，然后加入20u/g原料b的糖化酶、0.01g/kg原料b的尿素、0.02g/kg原料b的发酵促进剂，在搅拌转速为100r/min、通气速率为0.4l/min、通气时间16h的条件下的条件下发酵23h，加入60u/g原料b的糖化酶；发酵47h加入0.01g/kg原料b的尿素；发酵73h得到发酵成熟醪液，发酵成熟醪液中乙醇体积分数达18.2％，残总糖浓度1.4g/100ml。
20.实施例4
21.向三角瓶中加入干物质量分数为34％、de值为25％的500ml室温玉米液化醪，在无菌条件下加入0.15g/kg原料a的酿酒干酵母、80u/g原料a的糖化酶、10u/g原料a的酸性蛋白酶，在通空气速率为0.8l/min、通气时间为16h、搅拌转速为300r/min、温度为34℃的条件下发酵24h，得到种子液。在无菌条件下，将种子液全部加入500ml室温玉米液化醪中，然后加入60u/g原料b的糖化酶、0.02g/kg原料b的尿素、0.04g/kg原料b的发酵促进剂，在搅拌转速为300r/min、1.6l/min、通气时间24h的条件下发酵25h，加入100u/g原料b的糖化酶；发酵49h加入0.02g/kg原料b的尿素；发酵71h得到发酵成熟醪液，发酵成熟醪液中乙醇体积分数达18.6％，残总糖浓度1.1g/100ml。
22.本发明采用分段添加糖化酶的方法，可有效避免因原料糖化速率过快而导致高糖浓度对酵母的抑制，另外在发酵后期补充氮源，可维持酵母细胞的活性，有利于降低发酵成熟醪液中残糖浓度，提高原料的出酒率，降低燃料乙醇生产成本。
23.本发明不仅适用于以玉米为原料的乙醇发酵生产工艺，也适用于以小麦、糖蜜、木薯、高粱农作物为原料的乙醇发酵生产工艺。
24.可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种提高发酵成熟醪乙醇浓度的方法，其特征在于：该方法步骤如下：一、培养基分为活化培养基和基础培养基，均为玉米燃料乙醇装置经灭菌后冷却至室温的玉米液化醪；二、种子液的制备：将酿酒干酵母、糖化酶、酸性蛋白酶在无菌条件下加入活化培养基中，在通空气、搅拌的条件下发酵18h～24h，得到种子液；所述酿酒干酵母的添加量为0.1g/kg原料a～0.15g/kg原料a，酸性蛋白酶的添加量为5u/g原料a～10u/g原料a，糖化酶的添加量为40u/g原料a～80u/g原料a；上述原料a为活化培养基中的玉米液化醪干物；三、乙醇发酵：在无菌条件下，将种子液按照体积比1:1的比例加入基础培养基中，然后加入糖化酶、尿素、发酵促进剂，其中糖化酶的添加量为20u/g原料b～60u/g原料b，尿素的添加量为0.01g/kg原料b～0.02g/kg原料b，发酵促进剂的添加量为0.02g/kg原料b～0.04g/kg原料b；在搅拌、通气的条件下发酵23～25h时，加入糖化酶，此时糖化酶的添加量为60u/g原料b～100u/g原料b；在发酵47～49h时加入尿素，此时尿素的添加量为0.01g/kg原料b～0.02g/kg原料b；在发酵71～73h后得到发酵成熟醪液；上述原料b为活化培养基和基础培养基中的玉米液化醪干物总和。2.按照权利要求1所述的提高发酵成熟醪乙醇浓度的方法，其特征在于：所述步骤一中，所述玉米液化醪的干物质量分数为32％～34％，de值为20％～25％。3.按照权利要求1所述的提高发酵成熟醪乙醇浓度的方法，其特征在于：所述步骤二中，所述通空气速率为0.2l/min～0.8l/min，通气时间为12h～16h，发酵温度为31℃～34℃，搅拌转速为100r/min～300r/min。4.按照权利要求1所述的提高发酵成熟醪乙醇浓度的方法，其特征在于：所述步骤三中，所述发酵温度为32℃～34℃，搅拌转速为100r/min～300r/min。5.按照权利要求1所述的提高发酵成熟醪乙醇浓度的方法，其特征在于：所述步骤三中，所述通空气速率为0.4l/min～1.6l/min，通气时间为16h～24h。

技术总结
本发明涉及燃料乙醇生产技术领域，特别涉及一种提高发酵成熟醪乙醇浓度的方法。该方法步骤如下：一、培养基分为活化培养基和基础培养基，均为玉米燃料乙醇装置经灭菌后冷却至室温的玉米液化醪；二、种子液的制备；三、乙醇发酵。本发明采用分段添加糖化酶，有效避免发酵初期由于原料糖化速率过快，导致高糖浓度对酵母的抑制，发酵后期补充氮源可保持酵母较好的活性，有利于降低发酵成熟醪液中残糖浓度，提高原料的出酒率，降低燃料乙醇生产成本，方法操作简单，对燃料乙醇企业具有重要的意义。对燃料乙醇企业具有重要的意义。


技术研发人员：惠继星 宁艳春 陈希海 钱世凯 岳军 胡世洋 刘乃青 徐友海
受保护的技术使用者：中国石油天然气股份有限公司
技术研发日：2022.03.02
技术公布日：2023/9/12