[发明专利]一种生产发酵产品的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物化工领域，特别是涉及一种发酵法生产发酵产品的工艺改进，尤其是醇类发酵过程的改进。

背景技术

由于化石能源的日趋枯竭和环境破坏的日益严重，发展可再生的生物能源替代化石能源越来越受到世界各国的关注。在所开发的生物能源中，生物乙醇的发展最为受到重视，尤其是从可再生资源生产乙醇。众所周知，乙醇是由糖发酵生产的，而可利用的发酵原料来源广泛。这些原料一方面可从含发酵糖的植物，如甘蔗、甜菜、甜高粱等获得，另一方面，也可通过谷物、土豆和木薯等淀粉质原料水解获得，或从稻草、秸秆等各种木质纤维原料水解获得。这些糖在一定浓度的水溶液中可被细菌或酵母菌代谢转化为乙醇。无论使用哪种原料，在发酵后期，乙醇溶液质量分数大致可以达到6％到12％。因此，分离浓缩乙醇稀溶液是整个过程中能耗最高的。在典型的传统乙醇发酵过程中，生产过程中有大量的未发酵原料，最终将产生大量的废水。废水的处理会造成的严重的环境问题并会增加乙醇生产的费用。

传统乙醇发酵过程中的可发酵糖可以通过从甘蔗、甜高粱压榨糖汁或从甜菜中提取，或者液化糖化含淀粉的谷物或木薯类原料获得。这些糖通常不需要处理便可进行批式发酵。发酵罐中首先装入糖液，然后加入少量微生物种子液，通常是酵母，进行发酵。发酵过程的第一步通常是酵母在将过量碳源转化为乙醇前先消耗其中一部分糖用于自身生长。在此阶段，由于发酵液中有较高的糖浓度和较低的酵母浓度，从未灭菌的底物中带入的其它微生物将会迅速生长并消耗糖，从而会导致乙醇产量降低和副产物增加。传统的乙醇发酵时间在40到80个小时之间，需要较大体积且造价昂贵的发酵罐。此外，如此长的发酵时间会导致部分酵母分解产生另一些副产物。因此典型的传统发酵工艺，不仅发酵时间长、乙醇产量低，而且副产物多，产品纯度不高。另外，传统乙醇发酵结束后发酵液通常没有进行进一步的净化处理即进行蒸馏。这样将会损失所有的酵母菌体并排到废水中。这些废水不能直接排放，需要进行处理。通常采用蒸发对废水进行处理，而此过程能耗巨大。同时每个发酵批次都需要新鲜的酵母种子液，需要增加种子液培养设备和接种设备。在一些生产中，对发酵液进行离心以回收酵母液循环用于下一批发酵。但同样地，此过程也需要投入额外的设备和能量。而且如此获得的酵母液含有一定浓度的乙醇和不可发酵的物质，因此这种酵母循环的方法是受限的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的连续发酵技术，以实现高细胞密度发酵并将发酵菌体和水分循环用于发酵过程，从而提高发酵速率、产量，降低生产成本。

本发明的目的是采用以下技术方案来实现的：

一种生产发酵产品的方法，所述方法包括将发酵后的发酵醪液进行蒸发，得到了主要含所述发酵产品的气相物流和主要含发酵菌种的菌体的液固混合物流；然后再将液固混合物流中含有的发酵菌种的菌体分离出，循环使用于发酵过程。上述方法可以适用于大多数易蒸发、低沸点的发酵产品的生产，如醇类产品，优选为乙醇。用于生产乙醇的发酵菌株是所属领域熟知的，如各种已知的筛选的高产细菌或酵母菌株等，也可利用重组的工程菌株。

以生产乙醇为例，上述方法的具体实施过程可如下述：

一种发酵法生产乙醇的方法，所述方法为循环使用细菌或酵母菌体的连续发酵过程，包括将发酵后的发酵醪液在真空蒸发器中进行蒸发后得到以下两种物流：1)气相物流，其中含有乙醇蒸汽、水蒸汽和不凝性气体；2)液固混合物流，其中含有水、乙醇、细菌或酵母菌体，并且可以进一步将该液固混合物流分成两部分，一部分循环用于发酵过程，另一部分进行浓缩和干燥得到菌体蛋白。

其中，优选地，所述真空蒸发器的操作温度为32℃-50℃，更优选为38℃-45℃。

优选地，所述真空蒸发器的级数大于或等于1级。

优选地，所述真空蒸发器各级蒸发得到的气相物流经冷凝后，得到乙醇水溶液。

优选地，所述真空蒸发器各级蒸发得到的气相物流还可以通过蒸汽压缩机压缩后用于真空蒸发器至少1级的供热，同时得到乙醇水溶液；若气相物流中的乙醇未完全冷凝，则再通过后续的冷凝设备进行冷凝。

优选地，所述真空蒸发器各级蒸发得到的气相物流还可以通过蒸汽压缩机压缩后用于真空蒸发器所有级的供热，同时得到乙醇水溶液；若气相物流中的乙醇未完全冷凝，则再通过后续的冷凝设备进行冷凝。