[发明专利]一种高浓度酒精发酵的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物工程技术领域，特别涉及到一种发酵生产高浓度酒精的方法，能快速、高效地生产高浓度酒精。

背景技术

随着能源危机的到来，利用可再生资源(粮食或植物纤维)发酵生产乙醇，作为生物能源来代替或部分代替石油被提上了日程。燃料乙醇作为清洁能源，在日益重视环保的今天，更是倍受关注。

目前，以淀粉质原料作为底物，美国的酒精厂可以达到12％(V/V，下同)。而我国的燃料乙醇生产技术主要是以淀粉质为原料的酒精生产技术，发酵液中乙醇含量为8％～10％，低于世界水平，乙醇发酵效率为88％～90％。该生产技术能耗高，废水多，COD负荷大。高浓度酒精发酵(Very High Gravity，简称VHG)，可以降低能耗、提高产率，降低蒸馏费用，从而有效降低成本。高浓度酒精发酵技术将是酒精发酵工艺的重大技术进步之一。

国内外有许多关于酒精浓醪发酵的报道，但往往为理想状态下的实验结果，并且只考虑乙醇浓度一个指标，因此存在发酵效率低、发酵时间长、发酵温度低等不足，以致综合效能不高。

1.发酵效率低于现有的生产工艺(88％～90％)。如，国外专利报道(专利号DE3207676-A)，以红薯为原料高浓度发酵，43h可以得到16.9％的乙醇，但是发酵效率只有84％。Alfenore等(Alfenore S，Molina-Jouve C，et al.Improving ethanol production and viability of Saccharomyees cerevisiae by avitamin feeding strategy during fed-batch process.Appl Microbiol Biotechnol，2002，60：67～72)描述了一种以葡萄糖为碳源，经45h发酵，乙醇浓度达到19％的流加糖发酵工艺，但是发酵效率只有82.2％。

2.发酵温度低，发酵时间长达100h以上。如，Hayashida等(HayashidaS，Ohta K.Formation of high concentrations of alcohol by various yeasts.J InstBrew，1981，87：42～44)报道的一种生产乙醇浓度为20.5％的工艺，发酵时间为20天。Thomas等(Thomas K C，Ingledew W M.Production of 21％(v/v)ethanol by fermentation of very high gravity(VHG)wheat mashes.J IndMicrobiol，1992，10：61～68)发明了一种20℃发酵小麦淀粉生产浓度为21％乙醇的方法，发酵时间为175h。这种低温发酵工艺，需要大量冷却水。而且发酵时间太长，生产过程能耗大，设备利用率低，无疑增加了成本。

纵观这些发酵工艺，未能兼顾乙醇浓度、发酵效率和时间。若能寻找到一种更优的发酵工艺，在追求高浓度乙醇的同时，若发酵效率高、时间短，则将大大降低乙醇生产成本。

要得到高浓度的乙醇必然需要高浓度的可发酵糖。过高的糖浓度所产生的渗透压会使酵母死亡，较高的乙醇浓度对酵母细胞有毒性。因此解决渗透压和乙醇毒性对酵母菌的影响成为高浓度酒精发酵的关键因素。在发酵培养基里加入相应的酵母生长的必需物质，创造条件使酵母菌维持旺盛的生长繁殖能力，可得到较高浓度的乙醇，并使糖发酵彻底。

研究高浓度酒精发酵的学者对促进剂的研究也很多，如添加抗坏血酸，吐温，不饱和脂肪酸，固醇，大豆粉，氨基酸，酵母膏，蛋白胨等等。这些促进剂对酵母乙醇发酵有一定的促进作用，但是不明显，酒精浓度不高。如国内专利(CN 200410094105)报道了一种酒曲促进剂，发酵淀粉质原料，乙醇浓度也只有15％～16％，最终发酵醪的乙醇浓度提高1°～2°。而且有的促进剂成本高。因此，寻找一种廉价而又适合于大生产的酒精发酵促进剂，降低乙醇对酵母的毒害，是实现高浓度乙醇发酵的关键因素之一。

发明内容

本发明的目的是针对现有高浓度酒精发酵工艺的不足，提出一种发酵生产高浓度酒精的新方法。该方法简单、有效，是以酿酒酵母为菌种，采用通气、补料、添加发酵促进剂和均一发酵体系，从而提供了一种提高发酵速率和乙醇浓度的方法，最终发酵得到高浓度酒精。

本发明发酵生产高浓度酒精的技术包括：发酵前期通入无菌空气，使发酵液的溶解氧为50％～100％；发酵至8～30h时补加高浓度糖液、发酵促进剂和相应比例的无机盐等其它营养成分；振荡或搅拌，使发酵液为均一的发酵体系。