一种白酒发酵渣再利用方法

1.本发明属于发酵技术领域，具体涉及一种白酒发酵渣再利用方法。


背景技术：

2.随着经济的发展和市场需求的增加，白酒行业发展迅速，已成为中国最发达、最赚钱的行业之一。中国白酒是一种传统的蒸馏酒，以其风味多样而闻名。白酒发酵渣是中国白酒工业产生的主要固体废物，白酒发酵渣，又称白酒酒糟，是白酒酿造过程中主要的固体发酵副产物，淀粉和木质纤维素含量高。据报道，2010年每生产一吨白酒产生约2.5吨白酒发酵渣，在堆填区处置这些固体废物会产生黑色渗滤液和难闻的气味，不仅对环境构成极大威胁，同时也是资源的浪费。因此，综合开发利用白酒发酵渣成为研究人员的重要任务。
3.白酒发酵渣因富含淀粉和木质纤维素，被认为是一种可靠且廉价的生物乙醇发酵糖源。然而，其发酵被白酒发酵渣中有价值的生物活性化合物如酚类化合物和有机酸所抑制，也对生产乙醇的微生物有剧毒，酚类化合物通过破坏细胞膜来抑制细胞代谢，而有机酸可能通过降低细胞内ph值而导致微生物死亡。一般来说，浓度为0.1％的酚类化合物和有机酸在发酵过程中对酿酒酵母菌、毕赤酵母和念珠菌等产乙醇微生物有较强的抑制作用，而浓度为0.5％的酚类化合物和2％的有机酸则有较强的抑制作用。这种情况下，高效地将酚类化合物、有机酸分离，对生物乙醇的发酵具有重要意义。同时，提取出的酚类化合物、有机酸等物质对人体有很多益处，如作为细胞能量来源、保护皮肤屏障和影响炎症反应等，可添加至护肤品中使用，做到废物利用，一举两得。
4.然而，目前使用白酒发酵渣制备生物乙醇的工艺还有很多不足，如何将酚类化合物、有机酸等物质高效的分离出来，是关键的一环，如liu等研究人员采用naoh处理了白酒酒糟，随后通过分步酶解去除了淀粉和木聚糖，并获得了淀粉酶解糖液和富含纤维素的白酒酒糟，经过同步糖化发酵工艺，将白酒酒糟中的可发酵糖转化为了乙醇，但其使用了大量的氢氧化钠，具有较强地腐蚀性，不符合当下绿色发展的理念，同时，其生物活性化合物的去除不够高效、彻底，造成较高的成本，难以大规模应用于实际生产。
5.因此，有必要提供一种白酒发酵渣再利用方法，能高效地分离生物活性物质，使白酒发酵渣以更高地效率、更低地成本，实现更高的产量，从而实现白酒发酵渣的可持续增值。


技术实现要素：

6.针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种低成本、高效、绿色、高产量的白酒发酵渣再利用方法。
7.为达此目的，本发明的技术方案如下：
8.本发明提供了一种白酒发酵渣再利用方法，具体包括以下步骤：
9.(1)在预处理液体中加入增效助剂，搅拌均匀，然后加入白酒发酵渣，初步提取20-30min；
10.(2)将步骤(1)的白酒发酵渣粉碎成粉末，过筛，在超临界流体萃取系统中，以co2和乙醇溶液为共溶剂，动态模式下进行萃取，萃取温度为55-65℃，萃取时间为115-125min；
11.(3)收集萃取后的白酒发酵渣粉末、加入蒸馏水，置于60-70℃的恒温水浴中，再加入α淀粉酶和复合葡萄糖淀粉酶，在旋转摇床中以100-150rpm的速度进行预糖化，6-8h后，冷却至50-55℃，用纤维素酶在120-140转/分的旋转振捣机上糖化24-48h，得到糖化浆料；
12.(4)将糖化浆料加入摇瓶中，接入酿酒干酵母，在30-35℃、110-130rpm的条件下发酵，发酵完成后，在75-80℃下进行蒸馏，得到生物乙醇。
13.在本发明的一些实施方案中，步骤(1)中所述预处理液体的质量为白酒发酵渣的3-5倍，提取温度为30-40℃，所述增效助剂的质量为预处理液体的0.1-0.2倍。
14.在本发明的一些实施方案中，步骤(1)中所述预处理液体的制备方法包括以下步骤：
15.s1：将3-氯-1,2-丙二醇和浓度为25-35％氨水混合，得到原料混合液，通入管式反应器中，在3-6mpa、60-70℃的条件下反应5-15min；
16.s2：在s1得到的产物中加入氯化胆碱，混合后，在80-85℃条件下加热1-1.5h，冷却即得预处理液体。
17.在本发明预处理液体的制备方法中，s1中所述3-氯-1,2-丙二醇和氨水的质量比为1:1-2。
18.在本发明预处理液体的制备方法中，s2中所述氯化胆碱的质量为s1得到的产物质量的1-1.2倍。
19.在本发明的一些实施方案中，步骤(1)中所述增效助剂的制备方法包括以下步骤：
20.s1：将短小芽孢杆菌移入ph值为6.9-7.1的菌种扩大培养基中，以废弃油脂为碳源，在27-33℃的温度、130-145r/min的转速下，振荡培养3-5d，然后将扩大培养的短小芽孢杆菌移入发酵培养基中，进行培养，2-3天后得到发酵液；
21.s2:将步骤s1得到的发酵液在10000-16000r/min的转速下，离心5-6min，去除短小芽孢杆菌，取上清液，在80-85℃下浓缩20-40min，得到浓缩发酵液，再加入氯化钠，静置12-24h，过滤收集沉淀，在40-45℃的温度下蒸干滤液，得到黄褐色沉淀，即为增效助剂。
22.在本发明增效助剂的制备方法中，s1中所述发酵培养基的组成成分(g/l)为：磷酸二氢钾0.3-0.5g、磷酸氢二钾0.5-0.8g、硝酸钠0.8-1g、氯化铁0.05-0.2g、氯化镁0.1-0.2g、废弃油脂8-10g。
23.在本发明增效助剂的制备方法中，s2中所述浓缩发酵液与氯化钠的重量比为5-8：1。
24.在本发明的一些实施方案中，步骤(2)中所述过筛的筛目为80-100目，所述乙醇溶液浓度为2-30％。
25.在本发明的一些实施方案中，步骤(3)中所述蒸馏水的质量为白酒发酵渣的3-5倍；所述α淀粉酶的添加量为110-130u/g，所述复合葡萄糖淀粉酶的添加量为50-70u/g，所述纤维素酶的添加量为10-20fpu/g。
26.在本发明的一些实施方案中，步骤(4)中所述的酿酒干酵母的接种量为1-5
‰
，所述发酵时间为3-5天。
27.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
28.本发明提供的白酒发酵渣再利用方法，首先使用预处理液体结合增效助剂对白酒发酵渣进行提取，将白酒发酵渣的生物活性物质快速富集、分离，提升提取效率，再利用超临界流体萃取方式萃取，将酚类化合物、有机酸的等物质以更高的提取效率、更短的提取时间和更低的溶剂消耗进行提取，使剩余的白酒发酵渣在发酵时，免去影响，高效的制备出生物乙醇。其中，预处理液体能促进白酒发酵渣中大分子多糖的分解，结合增效助剂，增效助剂可进一步改善预处理液体对木质素和半纤维素的去除，能对细胞壁产生破坏，增加作用的表面积，降低生物质的结晶度，使两者结合发挥出良好的提取效果，同时，预处理液体的制备价格低，绿色清洁，可大规模应用。另外，采用超临界流体萃取，以适当的乙醇添加量，在特定的温度和萃取时间下，能高效的提取出生物活性化学物质，再加入特定量的酶进行糖化，在糖化后，利用酿酒干酵母发酵制备生物乙醇。通过本发明提供的白酒发酵渣发酵方法，可高效地提取出生物活性物质，从而使生物乙醇的产率大大提高。
具体实施方式
29.以下将结合具体实施方案来说明本发明。需要说明的是，下面的实施例为本发明的示例，仅用来说明本发明，而不用来限制本发明。在不偏离本发明主旨或范围的情况下，可进行本发明构思内的其他组合和各种改良。在以下实施例中，所使用到的化合物及相关试剂均可从市场购得，其中，白酒发酵渣由贵州茅台酒股份有限公司提供，酿酒干酵母购自河南洲洋生物科技有限公司，α淀粉酶、复合葡萄糖淀粉酶、纤维素酶购自深圳乐芙生物科技有限公司，短小芽孢杆菌购自上海烜雅生物科技有限公司。
30.实施例1
31.一种白酒发酵渣发酵方法，具体包括以下步骤：
32.(1)在500g预处理液体中加入50g增效助剂，搅拌均匀，然后加入100g白酒发酵渣，初步提取30min；
33.(2)将步骤(1)的白酒发酵渣粉碎成粉末，过100目筛，在超临界流体萃取系统中，以co2和浓度为30％的乙醇溶液为共溶剂，在动态模式下进行萃取，萃取温度为60℃，萃取时间为120min；
34.(3)取萃取后的白酒发酵渣粉末50g、蒸馏水100g加入摇瓶，置于60℃的恒温水浴中，再加入120uα淀粉酶和60u复合葡萄糖淀粉酶，在旋转摇床中，以100rpm的速度进行预糖化，8h后，冷却至50℃，用15fpu纤维素酶在120转/分的旋转振捣机上糖化48h，得到糖化浆料；
35.(4)将糖化浆料加入摇瓶中，按5
‰
的接种量接入酿酒干酵母，在30℃、130rpm的条件下发酵3天，发酵完成后，在75℃下进行蒸馏，得到生物乙醇。
36.其中，步骤(1)中所述预处理液体的制备方法包括以下步骤：
37.s1：将100g3-氯-1,2-丙二醇和150g浓度为35％氨水混合，得到原料混合液，通入管式反应器中，在6mpa、70℃的条件下反应15min；
38.s2：取50g在s1得到的产物，加入60g氯化胆碱，混合后，在80℃下加热1.5h，冷却即得预处理液体。
39.其中，步骤(1)中所述增效助剂的制备方法包括以下步骤：
40.s1：将100g短小芽孢杆菌移入ph值为7的菌种扩大培养基中，以废弃油脂为碳源，
在27℃的温度、130r/min的转速下，振荡培养5d，然后将扩大培养的短小芽孢杆菌移入发酵培养基中，进行培养，3天后得到发酵液；
41.s2:将步骤s1得到的发酵液在16000r/min的转速下，离心5min，去除短小芽孢杆菌，取上清液，在85℃下浓缩20min，得到浓缩发酵液，取50g浓缩发酵液与10g氯化钠混合，静置12-24h，过滤收集沉淀，在40℃的温度下蒸干滤液，得到黄褐色沉淀，即为增效助剂。
42.在本发明增效助剂的制备方法中，s1中所述发酵培养基的组成成分(g/l)为：磷酸二氢钾0.5g、磷酸氢二钾0.8g、硝酸钠1g、氯化铁0.2g、氯化镁0.1g、废弃油脂10g。
43.实施例2
44.一种白酒发酵渣发酵方法，具体包括以下步骤：
45.(1)在300g预处理液体中加入30g增效助剂，搅拌均匀，然后加入100g白酒发酵渣，初步提取30min；
46.(2)将步骤(1)的白酒发酵渣粉碎成粉末，过100目筛，在超临界流体萃取系统中，以co2和浓度为30％的乙醇溶液为共溶剂，在动态模式下进行萃取，萃取温度为60℃，萃取时间为120min；
47.(3)取萃取后的白酒发酵渣粉末50g、蒸馏水100g加入摇瓶，置于60℃的恒温水浴中，再加入120uα淀粉酶和60u复合葡萄糖淀粉酶，在旋转摇床中，以100rpm的速度进行预糖化，8h后，冷却至50℃，用15fpu纤维素酶在120转/分的旋转振捣机上糖化48h，得到糖化浆料；
48.(4)将糖化浆料加入摇瓶中，按5
‰
的接种量接入酿酒干酵母，在30℃、130rpm的条件下发酵3天，发酵完成后，在75℃下进行蒸馏，得到生物乙醇。
49.其中，步骤(1)中所述预处理液体的制备方法包括以下步骤：
50.s1：将100g3-氯-1,2-丙二醇和150g浓度为35％氨水混合，得到原料混合液，通入管式反应器中，在6mpa、70℃的条件下反应15min；
51.s2：取50g在s1得到的产物，加入60g氯化胆碱，混合后，在80℃下加热1.5h，冷却即得预处理液体。
52.其中，步骤(1)中所述增效助剂的制备方法包括以下步骤：
53.s1：将100g短小芽孢杆菌移入ph值为7的菌种扩大培养基中，以废弃油脂为碳源，在27℃的温度、130r/min的转速下，振荡培养5d，然后将扩大培养的短小芽孢杆菌移入发酵培养基中，进行培养，3天后得到发酵液；
54.s2:将步骤s1得到的发酵液在16000r/min的转速下，离心5min，去除短小芽孢杆菌，取上清液，在85℃下浓缩20min，得到浓缩发酵液，取50g浓缩发酵液与10g氯化钠混合，静置12-24h，过滤收集沉淀，在40℃的温度下蒸干滤液，得到黄褐色沉淀，即为增效助剂。
55.在本发明增效助剂的制备方法中，s1中所述发酵培养基的组成成分(g/l)为：磷酸二氢钾0.5g、磷酸氢二钾0.8g、硝酸钠1g、氯化铁0.2g、氯化镁0.1g、废弃油脂10g。
56.实施例3
57.一种白酒发酵渣发酵方法，具体包括以下步骤：
58.(1)在300g预处理液体中加入60g增效助剂，搅拌均匀，然后加入100g白酒发酵渣，初步提取20min；
59.(2)将步骤(1)的白酒发酵渣粉碎成粉末，过100目筛，在超临界流体萃取系统中，
以co2和浓度为2％的乙醇溶液为共溶剂，在动态模式下进行萃取，萃取温度为60℃，萃取时间为120min；
60.(3)取萃取后的白酒发酵渣粉末50g、蒸馏水100g加入摇瓶，置于60℃的恒温水浴中，再加入120uα淀粉酶和60u复合葡萄糖淀粉酶，在旋转摇床中，以100rpm的速度进行预糖化，8h后，冷却至50℃，用15fpu纤维素酶在120转/分的旋转振捣机上糖化48h，得到糖化浆料；
61.(4)将糖化浆料加入摇瓶中，按5
‰
的接种量接入酿酒干酵母，在30℃、130rpm的条件下发酵3天，发酵完成后，在75℃下进行蒸馏，得到生物乙醇。
62.其中，步骤(1)中所述预处理液体的制备方法包括以下步骤：
63.s1：将100g3-氯-1,2-丙二醇和150g浓度为35％氨水混合，得到原料混合液，通入管式反应器中，在6mpa、70℃的条件下反应15min；
64.s2：取50g在s1得到的产物，加入60g氯化胆碱，混合后，在80℃下加热1.5h，冷却即得预处理液体。
65.其中，步骤(1)中所述增效助剂的制备方法包括以下步骤：
66.s1：将100g短小芽孢杆菌移入ph值为7的菌种扩大培养基中，以废弃油脂为碳源，在27℃的温度、130r/min的转速下，振荡培养5d，然后将扩大培养的短小芽孢杆菌移入发酵培养基中，进行培养，3天后得到发酵液；
67.s2:将步骤s1得到的发酵液在16000r/min的转速下，离心5min，去除短小芽孢杆菌，取上清液，在85℃下浓缩20min，得到浓缩发酵液，取50g浓缩发酵液与10g氯化钠混合，静置12-24h，过滤收集沉淀，在40℃的温度下蒸干滤液，得到黄褐色沉淀，即为增效助剂。
68.在本发明增效助剂的制备方法中，s1中所述发酵培养基的组成成分(g/l)为：磷酸二氢钾0.5g、磷酸氢二钾0.8g、硝酸钠1g、氯化铁0.2g、氯化镁0.1g、废弃油脂10g。
69.实施例4
70.与实施例1的区别在于：增效助剂的质量为预处理液体的0.05倍。
71.实施例5
72.与实施例1的区别在于：超临界逆流提取的温度为30℃。
73.对比例1
74.与实施例1的区别在于：不添加增效助剂。
75.对比例2
76.与实施例1的区别在于：不使用预处理液体处理。
77.对比例3
78.与实施例1的区别在于，步骤(2)的操作步骤为：将步骤(1)的白酒发酵渣粉碎成粉末，过筛，取50g加入500g浓度为60％的乙醇溶液，在温度为80℃条件下，超声波提取70min，提取完毕后进行过滤，收集产物。
79.对各实施例、对比例进行性能测试，糖醇转化率＝(发酵浆液中乙醇的浓度/原料中总糖的浓度)*0.789*100％，总酚去除率＝(原料中总酚含量-萃取后总酚含量)/原料中总酚含量，有机酸去除率＝(原料中有机酸含量-萃取后有机酸含量)/原料中有机酸含量，乙醇测定采用气相色谱法测定，总糖测定采用分光光度测定；总酚含量使用福林-乔卡勒比色法测定，有机酸的测定使用酸碱滴定法，结果见表1。
80.表1
[0081][0082]
通过表1可以得出，本发明提供的白酒发酵渣再利用方法，使用预处理液体结合增效助剂对白酒发酵渣进行粗提，再利用超临界流体萃取方式萃取，将酚类化合物、有机酸的等物质以更高的提取效率、更短的提取时间和更低的溶剂消耗进行提取，使剩余的白酒发酵渣在发酵时，免去影响，高效的制备出生物乙醇。可有效提高生物乙醇的生产效率，成本低、绿色清洁，该方法具有良好的应用前景。
[0083]
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种白酒发酵渣再利用方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）在预处理液体中加入增效助剂，搅拌均匀，然后加入白酒发酵渣，初步提取20-30min；（2）将步骤（1）的处理后的白酒发酵渣粉碎成粉末，过筛，在超临界流体萃取系统中，以co2和乙醇溶液为共溶剂，动态模式下进行萃取，萃取温度为55-65℃，萃取时间为115-125min；（3）收集萃取后的白酒发酵渣粉末，加入蒸馏水，置于60-70℃的恒温水浴中，加入α淀粉酶和复合葡萄糖淀粉酶，在旋转摇床中以100-150 rpm的速度进行预糖化，6-8 h后，冷却至50-55℃，用纤维素酶在120-140转/分的旋转振捣机上糖化24-48h，得到糖化浆料；（4）将糖化浆料加入摇瓶中，接入酿酒干酵母，在30-35℃、110-130rpm的条件下发酵，发酵完成后，在75-80℃下进行蒸馏，得到生物乙醇。2.根据权利要求1所述的白酒发酵渣再利用方法，其特征在于，步骤（1）中所述预处理液体的质量为白酒发酵渣的3-5倍，所述提取温度为30-40℃，所述增效助剂的质量为预处理液体的0.1-0.2倍。3.根据权利要求1所述的白酒发酵渣再利用方法，其特征在于，步骤（1）中所述预处理液体的制备方法包括以下步骤：s1：将3-氯-1,2-丙二醇和浓度为25-35%氨水混合，得到原料混合液，通入管式反应器中，在3-6mpa、60-70℃的条件下反应5-15min；s2：在s1得到的产物中加入氯化胆碱，混合后，在80-85℃条件下加热1-1.5h，冷却即得预处理液体。4.根据权利要求3所述的白酒发酵渣再利用方法，其特征在于，s1中所述3-氯-1,2-丙二醇和氨水的质量比为1:1-2；s2中所述氯化胆碱的质量为s1得到的产物质量的1-1.2倍。5.根据权利要求1所述的白酒发酵渣再利用方法，其特征在于，步骤（1）中所述增效助剂的制备方法包括以下步骤：s1：将短小芽孢杆菌移入ph值为6.9-7.1的菌种扩大培养基中，以废弃油脂为碳源，在27-33℃的温度、130-145r/min的转速下，振荡培养3-5d，然后将扩大培养的短小芽孢杆菌移入发酵培养基中，进行培养，2-3天后得到发酵液；s2：将步骤s1得到的发酵液在10000-16000r/min的转速下，离心5-6min，去除短小芽孢杆菌，取上清液，在80-85℃下浓缩20-40min，得到浓缩发酵液，再加入氯化钠，静置12-24h，过滤收集沉淀，在40-45℃下蒸干滤液，得到黄褐色沉淀，即为增效助剂。6.根据权利要求5所述的白酒发酵渣再利用方法，其特征在于，s1中所述发酵培养基的组成成分(g/l)为：磷酸二氢钾0.3-0.5g、磷酸氢二钾0.5-0.8g、硝酸钠0.8-1g、氯化铁 0.05-0.2g、氯化镁0.1-0.2g、废弃油脂8-10g。7.根据权利要求5所述的白酒发酵渣再利用方法，其特征在于，s2中所述浓缩发酵液与氯化钠的重量比为5-8：1。8.根据权利要求1所述的白酒发酵渣再利用方法，其特征在于，步骤（2）中所述过筛的筛目为80-100目，所述乙醇溶液浓度为2-30%。9.根据权利要求1所述的白酒发酵渣再利用方法，其特征在于，步骤（3）中所述蒸馏水的质量为白酒发酵渣的3-5倍；所述α淀粉酶的添加量为110-130 u/g，所述复合葡萄糖淀粉
酶的添加量为50-70 u/g，所述纤维素酶的添加量为10-20 fpu/g。10.根据权利要求1所述的白酒发酵渣再利用方法，其特征在于，步骤（4）中所述的酿酒干酵母的接种量为1-5
‰
，所述发酵时间为3-5天。

技术总结
本发明提供了一种白酒发酵渣再利用方法，以白酒发酵渣为原料，通过预处理液体和增效助剂结合处理，对白酒发酵渣进行初步提取，然后通过超临界流体萃取系统以CO2和乙醇溶液为共溶剂，进行萃取，萃取温度为55-65℃，萃取时间为115-125min，萃取结束后，收集白酒发酵渣粉末进行糖化，然后发酵，得到生物乙醇。本发明提供的白酒发酵渣再利用方法，成本低、绿色清洁、生物乙醇产量高，具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。


技术研发人员：郑羽西 张春林 李柏翰
受保护的技术使用者：茅台学院
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/8/9