以木薯為原料發(fā)酵制備乙醇的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了以木薯為原料發(fā)酵制備乙醇的方法，包括木薯液化、糖化、固定化酵母發(fā)酵、蒸餾提取乙醇的步驟，所述固定化酵母發(fā)酵是向糖化醪中接種經(jīng)固定化的酵母菌，其用量以酵母菌計，為木薯重量的0.5‰～1‰，在38～40℃下發(fā)酵9～11h，收集流出液。本發(fā)明將活性酵母高密集包埋于于載體中，并不斷增殖，形成高密度的生物催化劑，從而具有發(fā)酵速度快，產(chǎn)酒率高，抗雜菌能力較強(qiáng)等優(yōu)點。
【專利說明】以木薯為原料發(fā)酵制備乙醇的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備乙醇的方法，具體涉及以木薯為原料發(fā)酵制備乙醇的方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]木薯是熱帶和亞熱帶廣泛種植的糧食和經(jīng)濟(jì)作物，適應(yīng)性很強(qiáng)，耐旱、耐貧瘠、耐水，對土質(zhì)要求不高，在各種土壤中都能生長。木薯淀粉含量較高，木薯的塊根淀粉含量達(dá)25~30%，木薯干淀粉含量達(dá)70%左右，被譽為“淀粉之王”，是很有前途的酒精生產(chǎn)原料。以木薯為原料生產(chǎn)燃料酒精可以加速國家擺脫石油危機(jī)、減少環(huán)境污染，具有很大的戰(zhàn)略意義和社會效益。
[0003]目前木薯酒精發(fā)酵工藝一般分為間歇發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵。間歇發(fā)酵是將制備好的糖化醪加到發(fā)酵罐中，然后接種一定量的酵母，經(jīng)過規(guī)定的發(fā)酵時間后，放出成熟醪液，接著又以同樣的操作進(jìn)行下一批發(fā)酵。這種方法是利用懸浮狀態(tài)的酵母菌，發(fā)酵周期較長，因而發(fā)酵罐單位容積生產(chǎn)的酒精的效率低。由于間歇發(fā)酵的全過程是在同一個發(fā)酵罐中進(jìn)行，一方面是由于發(fā)酵初期高的葡萄糖濃度對酵母發(fā)酵產(chǎn)生抑制，另一方面是該工藝也存在后糖化過程，酵母自身不能利用淀粉，發(fā)酵結(jié)束除了取決于酵母利用葡萄糖的速度，還取決于發(fā)酵后期糖化酶的后糖化速度。該工藝，糖化后高的葡萄糖對糖化酶的抑制使其活性下降較快，造成后糖化作用弱，發(fā)酵時間延長。連續(xù)發(fā)酵是一個開放系統(tǒng)，通過連續(xù)劉佳新鮮培養(yǎng)基并以同樣的流速排出發(fā)酵液的酒精發(fā)酵方法。連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)酒精，使設(shè)備始終處于發(fā)酵運行狀態(tài)，極大的減少了發(fā)酵輔助時間，同時，連續(xù)發(fā)酵排除了微生物繁殖中的遲滯期，醪液進(jìn)入發(fā)酵罐后即進(jìn)入主發(fā)酵期，因此大大提高了設(shè)備利用率和酒精產(chǎn)率，同時縮短了發(fā)酵周期。但連續(xù)發(fā)酵過程中，酵母會隨著醪液流出，造成酵母濃度迅速降低，發(fā)酵速度變慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種以木薯為原料制備乙醇的方法，該方法能將酵母一直停留在發(fā)酵罐中，保持較高的反應(yīng)速度，縮短發(fā)酵周期，提高乙醇產(chǎn)率。
[0005]本發(fā)明提供的技術(shù)方案是以木薯為原料發(fā)酵制備乙醇的方法，包括木薯液化、糖化、發(fā)酵、蒸餾提取乙醇的步驟，所述木薯液化是將木薯粉碎后加水?dāng)噭颍凑?~10U/g木薯的比例添加淀粉酶，在96~98°C下液化20~30min，得到液化漿液；
[0006]所述糖化是將木薯液化得到的漿液真空降溫至58~62°C，采用注射方式加入硫酸調(diào)節(jié)pH4.5~5.0，再按照150~200U/g木薯的比例往木薯液化漿液中加入糖化酶保溫糖化40~50min,得到糖化醪。
[0007]在木薯液化步驟中，將木薯粉碎至粒度為1.2~1.5mm的細(xì)粉，水的加入量為木薯重量的2.5~3.0倍。
[0008]所述固定化酵母發(fā)酵是向糖化醪中接種經(jīng)固定化的酵母菌，其用量以酵母菌計，為木薯重量的0.5%。~1%。，在38~40°C下發(fā)酵9~llh，收集流出液，即為發(fā)酵成熟醪液。[0009]所述酵母菌的固定化方法為:將活化酵母與2w%的海藻酸鈉溶液混勻后用注射器逐滴滴加到2w%的氯化鈣溶液中，反應(yīng)2h形成海藻酸鈣凝膠顆粒；再將海藻酸鈣凝膠顆粒水洗后移入到2w%的氯化鈣溶液中，在4°C下平衡12h，用蒸餾水洗滌3次后，移入到lw%的硫酸鋁溶液中，在4°C下交換12h，得到海藻酸鋁凝膠顆粒。
[0010]所述蒸餾是蒸餾成熟醪液，即為乙醇。
[0011]本發(fā)明是是將活酵母高密集包埋于載體中，并不斷增殖，形成高密度的生物催化劑，從而具有發(fā)酵速度快，產(chǎn)酒率高，抗雜菌能力較強(qiáng)等優(yōu)點。本發(fā)明所選擇的高分子載體為海藻酸鋁，具有價格便宜，制備簡單，安全無毒、擴(kuò)散系數(shù)大，機(jī)械強(qiáng)度好，固定化條件溫和等優(yōu)點，同時具有很強(qiáng)的耐鹽能力，尤其是耐磷酸鹽的能力，選用海藻酸鋁合凝膠固定化酵母菌能明顯延長固定化酵母的使用壽命，降低生產(chǎn)成本。
【具體實施方式】
[0012]以下具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但不作為對本發(fā)明的限定。
[0013]實施例1[0014]I)木薯粉碎至粒度為1.2_的細(xì)粉后加水?dāng)噭?，水的加入量為木薯重量?.5倍，按照5U/g木薯的比例添加淀粉酶，在96°C下液化20min，得到液化漿液；
[0015]2)將木薯液化得到的漿液真空降溫至58°C，采用注射方式加入硫酸調(diào)節(jié)pH4.5，再按照150U/g木薯的比例往木薯液化漿液中加入糖化酶保溫糖化40min，得到糖化醪；
[0016]3)將活化酵母與2w%的海藻酸鈉溶液混勻后用注射器逐滴滴加到2w%的氯化鈣溶液中，反應(yīng)2h形成海藻酸鈣凝膠顆粒；再將海藻酸鈣凝膠顆粒水洗后移入到2w%的氯化鈣溶液中，在4°C下平衡12h，用蒸餾水洗滌3次后，移入到lw%的硫酸鋁溶液中，在4°C下交換12h，得到海藻酸鋁凝膠顆粒；
[0017]4)向糖化醪中接種海藻酸鋁凝膠顆粒，其用量以酵母菌計，為木薯重量的0.5%。，在38°C下發(fā)酵9h，收集流出液，即為發(fā)酵成熟醪液；測定成熟醪液中乙醇含量為18.7%。
[0018]5)蒸餾成熟醪液，即得乙醇。
[0019]實施例2
[0020]I)木薯粉碎至粒度為1.5mm的細(xì)粉后加水?dāng)噭?，水的加入量為木薯重量?.0倍，按照?ου/g木薯的比例添加淀粉酶，在98°C下液化30min，得到液化漿液；
[0021]2)將木薯液化得到的漿液真空降溫至62°C，采用注射方式加入硫酸調(diào)節(jié)pH5.0，再按照150~200U/g木薯的比例往木薯液化漿液中加入糖化酶保溫糖化50min，得到糖化醪；
[0022]3)將活化酵母與2w%的海藻酸鈉溶液混勻后用注射器逐滴滴加到2w%的氯化鈣溶液中，反應(yīng)2h形成海藻酸鈣凝膠顆粒；再將海藻酸鈣凝膠顆粒水洗后移入到2w%的氯化鈣溶液中，在4°C下平衡12h，用蒸餾水洗滌3次后，移入到lw%的硫酸鋁溶液中，在4°C下交換12h，得到海藻酸鋁凝膠顆粒；
[0023]4)向糖化醪中接種海藻酸鋁凝膠顆粒，其用量以酵母菌計，為木薯重量的1%。，在40°C下發(fā)酵llh，收集流出液，即為發(fā)酵成熟醪液；測定成熟醪液中乙醇含量為19.3%。
[0024]5)蒸餾成熟醪液，即得乙醇。
[0025]實施例3[0026]I)木薯粉碎至粒度為1.4mm的細(xì)粉后加水?dāng)噭?，水的加入量為木薯重量?.8倍，按照8U/g木薯的比例添加淀粉酶，在97°C下液化25min，得到液化漿液；
[0027]2)將木薯液化得到的漿液真空降溫至60°C，采用注射方式加入硫酸調(diào)節(jié)pH4.7，再按照185U/g木薯的比例往木薯液化漿液中加入糖化酶保溫糖化46min，得到糖化醪；
[0028]3)將活化酵母與2w%的海藻酸鈉溶液混勻后用注射器逐滴滴加到2w%的氯化鈣溶液中，反應(yīng)2h形成海藻酸鈣凝膠顆粒；再將海藻酸鈣凝膠顆粒水洗后移入到2w%的氯化鈣溶液中，在4°C下平衡12h，用蒸餾水洗滌3次后，移入到lw%的硫酸鋁溶液中，在4°C下交換12h，得到海藻酸鋁凝膠顆粒；
[0029]4)向糖化醪中接種海藻酸鋁凝膠顆粒，其用量以酵母菌計，為木薯重量的0.75%0，在39°C下發(fā)酵10.5h，收集流出液，即為發(fā)酵成熟醪液；測定成熟醪液中乙醇含量為19.6%。
[0030]5)蒸餾成熟醪液，即得乙醇。
[0031]實施例4
[0032]I)木薯粉碎至粒度為1.2mm的細(xì)粉后加水?dāng)噭?，水的加入量為木薯重量?.0倍，按照5U/g木薯的比例添加淀粉酶，在98°C下液化20min，得到液化漿液；
[0033]2)將木薯液化得到的漿液真空降溫至62°C，采用注射方式加入硫酸調(diào)節(jié)pH4.5，再按照200U/g木薯的比例往木薯液化漿液中加入糖化酶保溫糖化40min，得到糖化醪；
[0034] 3)將活化酵母與2w%的海藻酸鈉溶液混勻后用注射器逐滴滴加到2w%的氯化鈣溶液中，反應(yīng)2h形成海藻酸鈣凝膠顆粒；再將海藻酸鈣凝膠顆粒水洗后移入到2w%的氯化鈣溶液中，在4°C下平衡12h，用蒸餾水洗滌3次后，移入到lw%的硫酸鋁溶液中，在4°C下交換12h，得到海藻酸鋁凝膠顆粒；
[0035]4)向糖化醪中接種海藻酸鋁凝膠顆粒，其用量以酵母菌計，為木薯重量的1%。，在38°C下發(fā)酵llh，收集流出液，即為發(fā)酵成熟醪液；測定成熟醪液中乙醇含量為18.9%。
[0036]5)蒸餾成熟醪液，即得乙醇。
【權(quán)利要求】
1.以木薯為原料發(fā)酵制備乙醇的方法，包括木薯液化、糖化、固定化酵母發(fā)酵、蒸餾提取乙醇的步驟，其特征在于:所述木薯液化是將木薯粉碎后加水?dāng)噭颍凑?~10U/g木薯的比例添加淀粉酶，在96~98°C下液化20~30min，得到液化漿液； 所述糖化是將木薯液化得到的漿液真空降溫至58~62°C，采用注射方式加入硫酸調(diào)節(jié)pH4.5~5.0，再按照150~200U/g木薯的比例往木薯液化漿液中加入糖化酶保溫糖化40~50min,得到糖化醪； 所述固定化酵母發(fā)酵是向糖化醪中接種經(jīng)固定化的酵母菌，其用量以酵母菌計，為木薯重量的0.5%。~1%。，在38~40°C下發(fā)酵9~llh，收集流出液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以木薯為原料發(fā)酵制備乙醇的方法，其特征在于:水的加入量為木薯重量的2.5~3.0倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以木薯為原料發(fā)酵制備乙醇的方法，其特征在于:所述粉碎是將木薯粉碎至粒度為1.2~1.5mm的細(xì)粉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以木薯為原料發(fā)酵制備乙醇的方法，其特征在于:所述酵母菌的固定化方法為:將活化酵母與2w%的海藻酸鈉溶液混勻后用注射器逐滴滴加到2w%的氯化鈣溶液中，反應(yīng)2h形成海藻酸鈣凝膠顆粒；再將海藻酸鈣凝膠顆粒水洗后移入到2w%的氯化鈣溶液中，在4°C下平衡12h，用蒸餾水洗滌3次后，移入到1?%的硫酸鋁溶液中，在4°C下交換12h，得到海藻酸鋁`凝膠顆粒。
【文檔編號】C12P7/06GK103484504SQ201310461955
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】徐大鵬, 馮英 申請人:徐大鵬