[发明专利]一种对发酵原料处理的方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业发酵前处理工艺，特别是涉及用机械方法产生空化现象，并以此对发酵原料进行预处理的方法。

背景技术

目前，提高原料的利用效率对于大规模的工业发酵行业来说具有重大意义。对于固体原料而言，原料越细、分布越均匀、细胞壁越薄，越易于被微生物利用，具体有高温蒸煮、原料糊化、机械粉碎等方式，但是这些方法己经到了极限，无法进一步提高原料利用率，需要一种新的方式进一步提高原料利用率。

叶片在水中旋转时，会产生汽蚀现象，这是由于压力变化导致水中产生气泡并瞬间崩溃闭合，由此产生冲击力将叶片损坏，这种现象称为“空化效应”。生产中经常使用的均质机工作时也会产生空化现象，但是它产生的数量和强度均很小，均质机主要还是利用机械剪切力的原理进行工作。目前尚未见到专用于产生这种空化气泡集群的机器，也未见到专门利用空化现象的冲击力对发酵原料进行预处理的报道。

发明内容

本发明方法在于对发酵固体原料用“空化效应”的冲击力进行预处理，使发酵用固体原料的颗粒更细、分布更均匀、降低体系粘度同时促使原料细胞壁破裂，使细胞内容物流出，原料这样处理后有利于下一步发酵作业，从而大幅度提高发酵工业对原料的利用率。

发明是利用专门设计的机器在液体中产生大量的空化气泡集群来实现的。机器是由具有特别设计的定子和转子及腔体组成，当流体经过转子时，接触转子的那部分流体内部压力会骤降，导致液体达到沸点和溶解液体中的气体会因压力降低而引发大量的微小空化气泡集群。而液体流过转子时，压力恢复正常，空化气泡就会崩溃闭合，但在紧靠气泡的固体颗粒边界处气泡破裂是非均匀的，这导致产生穿透气泡的射流，它将气泡的势能转化为液体喷射的动能，射速达到400km/h，这个具有很高能量的冲击力对固体表面的破坏极大，它将固体颗粒粉碎至5微米以下、促使颗粒更均匀地分布在液体中、大大提高了固体颗粒在液体中的溶解性、将体系的粘度大幅下降同时使原料细胞的细胞壁破裂，使细胞内容物质更易于被下一步发酵作业利用，原料这样处理后就大幅提高了发酵的有效利用率。

附图说明

图1是空化气泡发生器的结构图

具体实施方式

实例1：将粗磨至平均颗粒尺寸为1毫米的玉米粉50公斤混入水温为40℃的150公斤水中，用泵送至每小时处理液体量为10吨的空化气泡发生器中，循环12分钟。取样分析，其玉米颗粒平均粒径为3～5微米，分布均匀。然后将上述处理后的混合物进行糖化后发酵，发酵参数为糖化醪中固形物含量25％、发酵成熟醪中酒精含量12％。以玉米重量计算其乙醇收率为40.6％，相应对照原玉米糊化糖化发酵工艺乙醇收率仅为31％。

实例2：将粗磨至2毫米大小的小麦秸杆粉与甲醇混合24小时后进入空化气泡发生器，循环5分钟，再将甲醇蒸出，将余下物质加入到纤维素酶发酵罐进行发酵，其乙醇得率高于常用的秸杆汽爆法预处理工艺15.4个百分点。在电子显微镜下观察上述处理后的秸杆粉发现其纤维素和木质素结晶区已遭到明显破坏，这样更易于酶对纤维素的处理，也就提高了秸杆的利用率。

实例3：将100公斤甜高粱茎粉碎至2毫米以下，在水温为30℃的200公斤水中浸泡2小时，混合物进入空化气泡发生器，循环8分钟，然后进入发酵，其乙醇得率(以甜高梁茎计算)高于榨汁发酵法22个百分点，而且工艺简洁，能耗明显低于原工艺。