專利名稱：薯類生淀粉介觀一步法乙醇生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種薯類生淀粉介觀一步法乙醇生產(chǎn)方法，用于薯類物質(zhì)的 生淀粉水解發(fā)酵處理，屬于以薯類生淀粉為原料生產(chǎn)乙醇的發(fā)酵工程技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的薯類生產(chǎn)乙醇的工藝是通過包括高溫和中溫的蒸煮、 糊化、液化、糖化后再進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)酒醪，再直接對(duì)酒醪進(jìn)行粗餾后再液固 分離，其酒液再精餾成乙醇，其工藝流程如下先將薯類原料加工成粉漿， 然后對(duì)其進(jìn)行蒸煮，使其糊化和液化，然后加入糖化酶使其成為可發(fā)酵性糖， 然后在其中加入由酵母經(jīng)過擴(kuò)培獲得的成熟種子進(jìn)行發(fā)醇，再進(jìn)行粗蒸和精 蒸。目前技術(shù)存在以下的問題和不足1、蒸煮過程耗能耗水；2、液化、糖 化與發(fā)酵過程分開進(jìn)行；3、發(fā)酵后直接進(jìn)行粗餾后再分離，使酒糟中的淀粉 無法再次發(fā)酵利用，形成廢渣環(huán)保處理困難；4、粗餾精餾后的廢液難以回收； 5、整個(gè)工藝流程較長(zhǎng)，而且不容易小型化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足和存在的問題，利用生淀粉水解發(fā)酵同步動(dòng)態(tài)平衡的理論方法，發(fā)明了一種具有免蒸煮，高淀粉利 用率特點(diǎn)以及可以實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的薯類生淀粉介觀一步法乙醇生產(chǎn)方法。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的薯類生淀粉介觀一步法乙醇生產(chǎn)方法包 括以下幾個(gè)生產(chǎn)過程組成，第一是預(yù)處理過程，在這個(gè)過程中，對(duì)反應(yīng)物進(jìn) 行預(yù)處理，包括鮮薯與薯干的生淀粉介觀活化處理以及參加生淀粉水解過程 的反應(yīng)水的介觀活化處理；第二是主發(fā)酵過程，即薯類生淀粉的常溫同步水 解發(fā)酵，發(fā)酵過程在液態(tài)下進(jìn)行，形成醪液，里面有10%左右的乙醇含量； 第三是液固分離過程，將醪液直接進(jìn)行液固分離，分離成酒液和醪渣；將酒 液進(jìn)入粗餾生產(chǎn)工段，將醪渣進(jìn)入后發(fā)酵工序；第四是后發(fā)酵過程，在這個(gè)
過程中，醪渣后發(fā)酵是以固態(tài)方式進(jìn)行的發(fā)酵；第五是對(duì)后發(fā)酵過程產(chǎn)生的 醪渣進(jìn)行固液分離，將醪渣中的酒液分離到粗餾生產(chǎn)工序，而剩下的廢渣經(jīng) 處理可成為飼料或有機(jī)肥料；第六是對(duì)進(jìn)入粗餾生產(chǎn)工段的酒液進(jìn)行液液分離，在粗餾、精餾后即成為含乙醇95%的酒精產(chǎn)品，而廢液經(jīng)處理后大部分 回用，少部份達(dá)標(biāo)排放；本發(fā)明包括以下工藝過程第一步鮮薯與薯干的生淀粉進(jìn)行介觀活化處理過程在這一步中，運(yùn) 用固態(tài)分子團(tuán)簇能量結(jié)構(gòu)改進(jìn)技術(shù)對(duì)薯類生淀粉進(jìn)行介觀活化處理，并運(yùn)用 液態(tài)分子團(tuán)簇能量結(jié)構(gòu)改進(jìn)技術(shù)對(duì)參加生淀粉水解過程的反應(yīng)水進(jìn)行介觀活 化處理；對(duì)薯類生淀粉進(jìn)行常溫同步水解發(fā)酵的薯粉和水的拌料固液比例是1:2 1:4;第二步對(duì)薯類生淀粉進(jìn)行常溫同步水解主發(fā)酵處理過程在這個(gè)過程 中，在薯類生淀粉料漿中同時(shí)加入復(fù)合水解酶和酵母，在常溫條件下，對(duì)薯 類生淀粉實(shí)施免蒸煮的直接水解發(fā)酵，生成大于10%的乙醇含量的醪液，主發(fā)酵溫度為23。C 45。C，酸堿度為pH3.0~5.5，殘總糖為3%~8%，還原糖 1.5X 3。石，主發(fā)酵結(jié)束的判據(jù)是升酸幅度達(dá)到1.5~2倍；第三步酒液和醪渣分離處理過程將主發(fā)酵醪液直接用液固分離方法 分出酒液和醪渣，酒液直接進(jìn)入粗餾與精餾過程，將醪渣直接進(jìn)入后發(fā)酵過 程；第四步醪渣的再次發(fā)酵處理過程這個(gè)過程是后發(fā)酵過程，在后發(fā)酵過程中加入介觀催化劑發(fā)酵，反應(yīng)生成大于20%乙醇含量的酒液和廢渣，將酒液與廢渣用固液分離方法分離后，酒液進(jìn)入粗餾精餾，廢渣處理后作為飼料或肥料，后發(fā)酵溫度為2CrC~42°C，酸堿度為pH3.5~6.0，殘總糖0.5%~2%;還原糖為0.2%~1%;后發(fā)酵結(jié)束的判據(jù)是酵母的濃度小于0.5X 108個(gè)/毫升；第五步粗餾與精熘處理過程在這個(gè)過程中，對(duì)酒液進(jìn)行粗餾和精餾， 生成含量為95%的乙醇產(chǎn)品，產(chǎn)生的廢液大部分回收，少部分處理后排放；在實(shí)施本發(fā)明的生產(chǎn)方法中采用的復(fù)合水解酶是經(jīng)過誘變篩選的，具備 轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)能級(jí)特征從而具有較高親和作用的多功能微生物復(fù)合酶曲種，含有能使生淀粉高效快速分解成單糖的淀粉水解酶；采用的酵母是與本工藝采用的復(fù)合水解酶相匹配的而且能在常溫下實(shí)施水解與發(fā)酵動(dòng)態(tài)平衡的特種酵 母。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是在本發(fā)酵工藝中，糖化和發(fā)酵是同步進(jìn)行 的，糖化得到的葡萄糖能馬上被酵母利用，這個(gè)處理過程免去了所有高溫蒸煮與低溫蒸煮過程，發(fā)酵過程在23'C 45'C的常溫狀態(tài)下進(jìn)行，可以起到大 量節(jié)約能源的目的；醪液在粗餾前直接分離，經(jīng)過分離得到的固體醪渣繼續(xù) 進(jìn)行催化水解發(fā)酵，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)殘留淀粉的水解發(fā)酵，淀粉再次利用率達(dá)到 80%以上，從而使整個(gè)生產(chǎn)工藝的淀粉利用率達(dá)到95%以上。本工藝的廢液 可以大部分回用，少部分處理后排放，是環(huán)保清潔生產(chǎn)工藝。具體實(shí)施方法下面進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明的工藝步驟進(jìn)行詳細(xì)的說明，本發(fā)明包括以下工藝過程第一步鮮薯與薯干的生淀粉進(jìn)行介觀活化處理在這一步中，運(yùn)用固 態(tài)分子團(tuán)簇能量結(jié)構(gòu)改進(jìn)技術(shù)對(duì)薯類生淀粉進(jìn)行介觀活化處理，并運(yùn)用液態(tài) 分子團(tuán)簇能量結(jié)構(gòu)改進(jìn)技術(shù)對(duì)參加生淀粉水解過程的反應(yīng)水進(jìn)行液態(tài)介觀活 化處理，介觀活化處理的固態(tài)分子團(tuán)簇能量結(jié)構(gòu)改進(jìn)是運(yùn)用機(jī)械磨漿技術(shù)將鮮薯與薯干的生淀粉在常溫下進(jìn)行多次磨制，使其顆粒達(dá)到300目以上，液
體介觀活化處理的液態(tài)分子團(tuán)簇能量是使液體在常溫下通過5000 8000高 斯的梯度磁場(chǎng)，使溶氧能力提高到30%以上。第二步對(duì)薯類生淀粉進(jìn)行常溫同步水解發(fā)酵處理這個(gè)發(fā)酵過程是主發(fā)酵過程，在這一發(fā)酵過程，同時(shí)加入復(fù)合水解酶、酵母，對(duì)薯類生淀粉實(shí)施免蒸煮的液態(tài)直接水解發(fā)酵，通過水解發(fā)酵動(dòng)態(tài)平衡反應(yīng)生成大于10%乙 醇含量的醪液。第三步酒液和醪渣分離處理將主發(fā)酵獲得的醪液直接用液固分離方法分出酒液和醪渣，酒液直接進(jìn)入粗餾與精餾過程，將醪渣直接進(jìn)入后發(fā)酵 過程。第四步醪渣再次發(fā)酵處理這個(gè)發(fā)酵過程是后發(fā)酵過程，在這個(gè)過程中加入介觀催化劑進(jìn)行催化發(fā)酵，反應(yīng)生成大于20%乙醇含量的酒液與廢渣，將酒液與廢渣用固液分離方法分離后，酒液進(jìn)入粗餾精餾，廢渣處理后作為 飼料或肥料，介觀催化劑是一種天然來源的有機(jī)酸類物質(zhì)，作為酵母的生長(zhǎng)刺激劑，可抑制雜菌生長(zhǎng)，提高發(fā)酵水平，其添加量在100~500ppm時(shí)可提 高淀粉出酒率1~3%。第五步粗餾精餾過程處理對(duì)酒液進(jìn)行粗餾精餾，形成乙醇含量95% 的產(chǎn)品，所產(chǎn)生的廢液大部分回用，少部分處理后排放。對(duì)所述薯類生淀粉進(jìn)行常溫同步水解發(fā)酵處理過程中同步加入的復(fù)合水 解酶、酵母，薯粉與水的拌料固液比例是1:2~1:4。在所述薯類生淀粉進(jìn)行常溫同步水解發(fā)酵處理過程中，殘總糖控制在 3%~8%，還原糖控制在1.5%~3%,生成醪液乙醇濃度大于10%。在所述主發(fā)酵過程中，實(shí)施液態(tài)水解發(fā)酵的主發(fā)酵結(jié)束的判據(jù)是升酸幅 度達(dá)到1.5~2倍。
主發(fā)酵后生成的含有大于10%乙醇的醪液采用液固分離技術(shù)直接分離成酒液與醪渣，分離的醪渣進(jìn)入后發(fā)酵的過程，并被摻入具有發(fā)酵促進(jìn)功能 的介觀催化劑進(jìn)行后發(fā)酵，本次發(fā)酵過程的殘總糖控制在0.5%~2%,還原糖 控制在0.2%~1%;在后發(fā)酵過程中，實(shí)施固態(tài)發(fā)酵的后發(fā)酵過程結(jié)束判據(jù)是酵母的濃度小于0.5xl08個(gè)/毫升；在薯類生淀粉后發(fā)酵結(jié)束后采用固液分離技術(shù)將醪液分離成酒液與廢渣；所述主發(fā)酵溫度為23°C~45°C，后發(fā)酵溫度為20°C~42°C; 所述主發(fā)酵酸堿度為pH3.0~5.5，后發(fā)酵酸堿度為pH3.5 6.0; 以紅薯生淀粉生產(chǎn)酒精的實(shí)施例第一步對(duì)反應(yīng)物的介觀活化處理過程1、 先將紅薯生淀粉用固體分子團(tuán)簇能量結(jié)構(gòu)改進(jìn)技術(shù)對(duì)其介觀活化處理，增加反應(yīng)物質(zhì)的親和作用；2、 將參加反應(yīng)的水通過水分子團(tuán)簇能量結(jié)構(gòu)改進(jìn)系統(tǒng)對(duì)其團(tuán)簇結(jié)構(gòu)進(jìn) 行改進(jìn)，使其團(tuán)簇結(jié)構(gòu)變小，能級(jí)結(jié)構(gòu)變高，溶氧能力增加30%以上；3、 將處理后的紅薯生料與處理后的水以1: 3的比例進(jìn)行拌料后進(jìn)入主第二步主發(fā)酵過程1、 將復(fù)合水解酶和與之匹配的酵母同時(shí)加入主發(fā)酵罐；2、 在常溫28。C以上開始進(jìn)入主發(fā)酵階段；3、 主發(fā)酵過程中每八小時(shí)測(cè)定一次溫度主發(fā)酵溫度為3(TC 32"C， 酸堿度pH3.6 4.5;
4、 當(dāng)主發(fā)酵進(jìn)入72小時(shí)后，對(duì)其升酸幅度進(jìn)行每?jī)尚r(shí)測(cè)試，在主發(fā)酵達(dá)到84小時(shí)的時(shí)侯，升酸幅度達(dá)到1.8倍，結(jié)束主發(fā)酵過程，此時(shí)殘總糖5%，還原糖2%;5、 讓醪液從主發(fā)酵罐直接進(jìn)入液固分離系統(tǒng)。第三步液固分離過程1、 將進(jìn)入液固分離器的醪液在常溫下進(jìn)行分離，分離形成液態(tài)物質(zhì)酒液和固態(tài)物質(zhì)醪渣；2、 將獲得的醪渣裝入后發(fā)酵罐進(jìn)行后發(fā)酵；3、 將酒液注入粗餾裝置進(jìn)行粗餾。第四步后發(fā)酵過程1、 將醪渣裝入后發(fā)酵裝置，加入介觀催化劑；2、 在后發(fā)酵過程中每八小時(shí)測(cè)定測(cè)定一次數(shù)據(jù)溫度32°C~33°C，酸 堿度pH4.5 5.1;3、 后發(fā)酵進(jìn)入60小時(shí)后，對(duì)酵母濃度進(jìn)行每小時(shí)測(cè)試，當(dāng)酵母濃度小 于0.5X108個(gè)/毫升時(shí)，結(jié)束后發(fā)酵過程，此時(shí)殘總糖1.0~1.2%，還原糖 0.5~0線4、 將后發(fā)酵的醪渣液裝入固液分離裝置進(jìn)行分離，分離后的酒液進(jìn)入 粗餾和精餾過程，分離后的廢渣進(jìn)入后加工階段；第五步粗餾精餾過程.1、粗餾后的酒液進(jìn)入精餾，廢液處理后大部分回用，小部分排放； 2、對(duì)精餾后形成的酒精和廢液進(jìn)行處理，廢液大部分回用，小部分處 理后排放。
權(quán)利要求
1、薯類生淀粉介觀一步法乙醇生產(chǎn)方法，其特征在于其生產(chǎn)方法由以下步驟完成第一步鮮薯與薯干的生淀粉進(jìn)行介觀活化處理在這一步中，運(yùn)用固態(tài)分子團(tuán)簇能量結(jié)構(gòu)改進(jìn)技術(shù)對(duì)薯類生淀粉進(jìn)行介觀活化處理，并運(yùn)用液態(tài)分子團(tuán)簇能量結(jié)構(gòu)改進(jìn)技術(shù)對(duì)參加生淀粉水解過程的反應(yīng)水進(jìn)行液態(tài)介觀活化處理；第二步對(duì)薯類生淀粉進(jìn)行常溫同步水解主發(fā)酵處理這個(gè)發(fā)酵過程是主發(fā)酵過程，在這一發(fā)酵過程，同時(shí)加入復(fù)合水解酶、酵母，對(duì)薯類生淀粉實(shí)施免蒸煮的液態(tài)直接水解發(fā)酵，通過水解發(fā)酵動(dòng)態(tài)平衡反應(yīng)生成大于10％乙醇含量的醪液；第三步酒液和醪渣分離處理將主發(fā)酵獲得的醪液直接用液固分離方法分出酒液和醪渣，酒液直接進(jìn)入粗餾與精餾過程，將醪渣直接進(jìn)入后發(fā)酵過程；第四步醪渣再次發(fā)酵處理這個(gè)發(fā)酵過程是后發(fā)酵過程，在這個(gè)過程中加入介觀催化劑進(jìn)行催化發(fā)酵，反應(yīng)生成大于20％乙醇含量的酒液與廢渣，將酒液與廢渣用固液分離方法分離后，酒液進(jìn)入粗餾精餾，廢渣處理后作為飼料或肥料；第五步粗餾精餾過程處理對(duì)酒液進(jìn)行粗餾精餾，形成乙醇含量95％的產(chǎn)品，所產(chǎn)生的廢液大部分回用，少部分處理后排放。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薯類生淀粉介觀一步法乙醇生產(chǎn)方法，其特征在于對(duì)所述薯類生淀粉進(jìn)行常溫同步水解發(fā)酵處理過程中同步加入復(fù)合水解酶、酵母，薯粉與水的拌料固液比例是1:2 1:4。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薯類生淀粉介觀一步法乙醇生產(chǎn)方法，其特 征在于在所述薯類生淀粉進(jìn)行同步常溫水解主發(fā)酵處理過程中，殘總糖控制在3% 8%，還原糖控制在1. 5% 3%，生成醪液乙醇濃度大于10%。
4、 據(jù)權(quán)利要求1所述的薯類生淀粉介觀一步法乙醇生產(chǎn)方法，其特征在于在所述主發(fā)酵過程中，實(shí)施液態(tài)水解發(fā)酵的主發(fā)酵結(jié)束的判據(jù)是升酸幅度達(dá)到1.5 2倍。
5、 據(jù)權(quán)利要求1所述的薯類生淀粉介觀一步法乙醇生產(chǎn)方法，其特征在于主發(fā)酵后生成的含有大于10%乙醇的醪液采用液固分離技術(shù)直接分離成酒液與醪渣，分離的醪渣進(jìn)入后發(fā)酵的過程，并被慘入具有發(fā)酵促進(jìn)功能的介觀催化劑進(jìn)行后發(fā)酵，后發(fā)酵過程的殘總糖控制在0. 5% 2%，還 原糖控制在0. 2% 1%。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薯類生淀粉介觀一步法乙醇生產(chǎn)方法，其特征在于在后發(fā)酵過程中，實(shí)施固態(tài)發(fā)酵的后發(fā)酵過程結(jié)束判據(jù)是酵母的濃度小于O. 5X108個(gè)/毫升。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薯類生淀粉介觀一步法乙醇生產(chǎn)方法，其特征在于在薯類生淀粉后發(fā)酵結(jié)束后采用固液分離技術(shù)將醪液分離成酒液與廢渣。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薯類生淀粉介觀一步法乙醇生產(chǎn)方法，其特 征在于所述主發(fā)酵溫度為23°C 45°C，后發(fā)酵溫度為20。C 42。C。
9、 據(jù)權(quán)利要求1所述的薯類生淀粉介觀一步法乙醇生產(chǎn)方法，其特征 在于所述主發(fā)酵酸堿度為pH3.0、5. 5，后發(fā)酵酸堿度為pH3.5 6.0。
10、 據(jù)權(quán)利要求1所述的薯類生淀粉介觀一步法乙醇生產(chǎn)方法，其特征在于所述介觀活化處理的固態(tài)分子團(tuán)簇能量結(jié)構(gòu)改進(jìn)是用機(jī)械磨漿技 術(shù)將鮮薯與薯干的生淀粉在常溫下進(jìn)行磨制，使其顆粒達(dá)到300目以上。
11、 據(jù)權(quán)利要求1所述的薯類生淀粉介觀一步法乙醇生產(chǎn)方法，其特征 在于所述液體介觀活化處理的液態(tài)分子團(tuán)簇能量是使液體在常溫下通過5000 8000高斯的梯度磁場(chǎng)，使溶氧能力提高到30%以上。
12、 據(jù)權(quán)利要求1所述的薯類生淀粉介觀一步法乙醇生產(chǎn)方法，其特征在于所述的介觀催化劑是一種天然的有機(jī)酸類物質(zhì)。
全文摘要
一種薯類生淀粉介觀一步法乙醇生產(chǎn)方法，用于薯類物質(zhì)的發(fā)酵處理，屬于乙醇的發(fā)酵工藝技術(shù)領(lǐng)域，包括鮮薯與薯干及生淀粉進(jìn)行介觀活化處理、對(duì)薯類生淀粉進(jìn)行同步常溫水解主發(fā)酵處理、酒液和醪渣分離處理、醪渣再次發(fā)酵處理和粗餾精餾過程處理五工藝過程，本發(fā)明采用免蒸煮、同步水解發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的方法，發(fā)明了一種由主發(fā)酵和后發(fā)酵直接完成液體和固體分離的薯類生淀粉介觀一步法乙醇生產(chǎn)方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于液化、糖化與發(fā)酵過程分開進(jìn)行所造成的高低溫反復(fù)蒸煮消耗大量水和能源的問題；同時(shí)解決了目前發(fā)酵后直接進(jìn)行粗餾后再分離，使酒糟中的淀粉無法再次發(fā)酵利用，形成廢渣難以處理，粗餾精餾后的廢液難以回收的問題；本發(fā)明發(fā)酵過程在常溫狀態(tài)下進(jìn)行，具有節(jié)約能源、淀粉再次利用率達(dá)到80％以上，總的淀粉利用率達(dá)到95％以上的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C12P7/06GK101165189SQ20071005023
公開日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2007年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月15日
發(fā)明者蘭先秋, 劉錦超, 李建民 申請(qǐng)人:四川循環(huán)科技有限公司