CN111139269A

CN111139269A - 一种以木薯淀粉生料生产乙醇的混菌发酵方法

Info

Publication number: CN111139269A
Application number: CN201911347236.1A
Authority: CN
Inventors: 顾佳宇; 陈玉; 丁利; 郜普源
Original assignee: JIANGSU LIANHAI BIOLOGICAL TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: JIANGSU LIANHAI BIOLOGICAL TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2019-12-24
Publication date: 2020-05-12

Abstract

本发明提供了一种以木薯淀粉生料生产乙醇的混菌发酵方法，先将木薯淀粉生料加水配置成质量体积比1:2.8~1:3.3的混合物以木薯淀粉生料中淀粉干重计，向配置的混合物中添加8~12U/g液化酶、100~200U/g糖化酶、0.1~0.3%磷酸氢二铵；接入质量分数0.1~0.5%的活性耐高温干酵母，体积分数10%黑曲霉LH‑011培养液，在32~35℃下恒温发酵培养48~72h，于前期8~12h间歇震荡，观察酵母细胞和黑曲霉生长状况并计细胞数和孢子数，后期12~72h静置发酵；对得到的发酵醪蒸馏、提纯处理后得到乙醇。本发明的方法既降低了木薯淀粉高值化利用过程中的能耗、缩短了乙醇发酵周期，又能得到乙醇含量10~14%、残糖浓度0.128~0.236%的发酵醪液，通过蒸馏提纯后，乙醇的品质达到食品级标准，具有广阔的市场应用前景。

Description

一种以木薯淀粉生料生产乙醇的混菌发酵方法

技术领域

本发明属于乙醇生产技术领域，尤其涉及一种以木薯淀粉生料生产乙醇的混菌发酵方法。

背景技术

木薯淀粉在食品、饲料、发酵等行业中有非常重要的用途，由于其生长方式粗犷以及非粮生物质的特性，因此在利用木薯淀粉生产燃料乙醇过程中具有“不与粮争地，不与人争粮”的优点。传统的利用木薯淀粉生料酿酒是通过高温蒸煮的方法，此法存在较大的能源浪费，尤其是蒸煮糊化过程。高温蒸煮所需要的热能大概占全部生产所需能耗的30~40%。随着各种商品化酶制剂的生产，又先后出现了低温蒸煮分步/同步糖化发酵法，以中温和低温替代高温蒸煮。传统低温蒸煮工艺采用稍高于淀粉液化的温度，但低于100℃，此法在环保和节能方面比传统的蒸煮有着较为明显的优势。但是在发展新型绿色低碳经济的大背景下，上述三种传统发酵模式仍存在着能耗高，操作过程繁琐的缺点。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种以木薯淀粉生料生产乙醇的混菌发酵方法，该方法省略了传统发酵高温蒸煮过程，使乙醇发酵过程中的能耗减少10~30%，不但节省了发酵成本和劳动成本，还能得到较高的酒精得率。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种以木薯淀粉生料生产乙醇的混菌发酵方法，包括如下步骤，

S1、将木薯淀粉生料加水配置成质量体积比1:2.8~1:3.3的混合物；

S2、以木薯淀粉生料中淀粉干重计，向S1配置成的混合物中添加8~12U/g液化酶、100~200U/g糖化酶、0.1~0.3%磷酸氢二铵；

S3、向S2中接入质量分数0.1~0.5%的活性耐高温干酵母，体积分数10%黑曲霉LH-011培养液，在32℃下恒温发酵培养48~72h，于前期8~12h间歇震荡，观察酵母细胞和黑曲霉生长状况并计细胞数和孢子数，后期12~72h静置发酵；

S4、将S3得到的发酵醪蒸馏、提纯处理后得到乙醇。

优选地，所述S1中的水来自于谷朊粉生产过程中的小麦淀粉洗筋废水，淀粉含量为7%，pH为6.0。

优选地，所述S2中液化酶由α-淀粉酶、中性纤维素酶、果胶酶、中性蛋白酶按10：2：1：1质量比复配而成，其中淀粉酶活力单位100000U/g，中性纤维素酶活力单位1000U/g，果胶酶活力单位10000 U/g，中性蛋白酶活力单位50000 U/g。

优选地，所述S2中黑曲霉LH-011发酵培养液，其发酵生产条件为：初始pH4.5，培养温度范围24~41℃，培养过程中定期搅拌通风，液体培养基为PDA加富培养基，发酵周期48~96h，发酵中后期形成孢子，发酵液功能菌含菌（孢子）量≥1×10¹⁰个/ml。

优选地，所述S4中蒸馏、提纯采用六塔差压热耦合精馏技术和变温变压分子筛脱水技术。

本发明的有益效果体现在：既降低了木薯淀粉高值化利用过程中30~40%的能耗、缩短了乙醇发酵周期，又能得到乙醇含量10~14%、残糖浓度0.128~0.236%的发酵醪液，通过蒸馏提纯后，乙醇的品质达到食品级标准，经济效益远大于直接利用传统高温/低温蒸煮法发酵木薯淀粉生产乙醇，具有广阔的市场应用前景。

具体实施方法

本发明揭示了一种以木薯淀粉生料生产乙醇的混菌发酵方法，其中还揭示了一种能直接发酵生料淀粉产生乙醇的工程菌，该微生物是真菌，属真核微生物的曲霉属（aspergillus）的菌株LH-011，主要生物学特性为：菌丛呈黑褐色，顶囊大球形，分生孢子为球形，呈黑、黑褐色。对紫外线耐性强，菌丝发达，好氧生长，氧化葡萄糖产气，氧化纤维素、果胶产酸，可利用柠檬酸，淀粉水解阳性，分解酸性蛋白阳性。

上述发酵菌是从淀粉厂附近土壤中分离得到，16S rRNA测序鉴定为曲霉属，命名为黑曲霉LH-011。

用上述一种以木薯淀粉生料生产乙醇的混菌发酵方法生产得到的发酵液pH3.5~4.0、残总糖1.125~1.784%、残还原糖0.128~0.236%、发酵乙醇酒度10~14（V/V）。具体的技术方案包括以下步骤：

S1、将木薯淀粉生料加水配置成质量体积比1:3的混合物；

S2、以木薯淀粉生料中淀粉干重计，向S1的混合物中添加12U/g液化酶、200U/g糖化酶、0.2%磷酸氢二铵，再接入质量分数0.3%活性耐高温干酵母，体积分数10%黑曲霉LH-011培养液，33℃恒温发酵培养72h，前期12h间歇震荡，观察酵母细胞和黑曲霉生长状况并计细胞数和孢子数，后期60h静置发酵；

S3、将S2得到的发酵醪蒸馏提纯处理后得到乙醇。发酵完成后乙醇及发酵醪中残总糖、残还原糖测定如表1。

表1：经混菌发酵后各参数列表

物料比（W/V）	乙醇发酵酒度（V/V）	残总糖（%）	残还原糖（%）	蒸汽消耗（吨）
					1：3	13.8	1.131	0.102	2.2

表1表明通过本发明技术及生产工艺生产的乙醇酒度高，残总糖和残还原糖很低，最关键的是整个工艺过程消耗蒸汽量较常规的高温蒸煮发酵工艺减少了约30%。以上数据充分说明了本发明技术及生产工艺利用木薯淀粉生料生产乙醇混菌发酵的可行性，且极大的降低了生产过程中的能耗，具有节能环保的优点。

当然本发明尚有多种具体的实施方法，在此就不一一列举。凡采用等同替换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims

1.一种以木薯淀粉生料生产乙醇的混菌发酵方法，其特征在于：包括如下步骤，

S3、向S2中接入质量分数0.1~0.5%的活性耐高温干酵母，体积分数10%黑曲霉LH-011培养液，在32~35℃下恒温发酵培养48~72h，于前期8~12h间歇震荡，观察酵母细胞和黑曲霉生长状况并计细胞数和孢子数，后期12~72h静置发酵；

S4、将S3得到的发酵醪蒸馏、提纯处理后得到乙醇。

2.如权利要求1所述的一种以木薯淀粉生料生产乙醇的混菌发酵方法，其特征在于：所述S1中的水来自于谷朊粉生产过程中的小麦淀粉洗筋废水，淀粉含量为7%，pH为6.0。

3.如权利要求1所述的一种以木薯淀粉生料生产乙醇的混菌发酵方法，其特征在于：所述S2中液化酶由α-淀粉酶、中性纤维素酶、果胶酶、中性蛋白酶按10：2：1：1质量比复配而成，其中淀粉酶活力单位100000U/g，中性纤维素酶活力单位1000U/g，果胶酶活力单位10000 U/g，中性蛋白酶活力单位50000 U/g。

4.如权利要求1所述的一种以木薯淀粉生料生产乙醇的混菌发酵方法，其特征在于：所述S2中黑曲霉LH-011发酵培养液，其发酵生产条件为：初始pH4.5，培养温度范围24~41℃，培养过程中定期搅拌通风，液体培养基为PDA加富培养基，发酵周期48~96h，发酵中后期形成孢子，发酵液功能菌含菌（孢子）量≥1×10¹⁰个/ml。

5.如权利要求1所述的一种以木薯淀粉生料生产乙醇的混菌发酵方法，其特征在于：所述S4中蒸馏、提纯采用六塔差压热耦合精馏技术和变温变压分子筛脱水技术。