[发明专利]一种利用固定化酵母发酵生产乙醇的方法

说明书

本发明涉及一种利用固定化酵母发酵生产乙醇的方法；首先将鲜木薯和木薯干粉碎，与水混合，加入α‑淀粉酶，得到液化液，升温灭菌；再降温糖化，再加入糖化酶得到可发酵糖液，再降温进行发酵；发酵时添加适量氮源与营养成分；将安琪酿酒活性干酵母放入灭菌后的酵母活化培养基中，置于恒温水浴中振荡培养；当细胞数达到3.0×108个/ml～6.0×108个/ml时结束活化；取酵母菌悬液加入到海藻酸钠和聚氧化乙烯混合溶液中，滴加到氯化钙溶液中，形成小球，得到的凝胶，固定化酵母增殖培养；发酵，得含乙醇的浓醪液；本方法材料为食品级，对发酵无毒害，可在发酵完后回收制备饲料，醪液中乙醇的质量浓度达到13.6%～14.8%，乙醇发酵效率高。

技术领域：

本发明属于发酵工程和生物、医学工程领域，特别涉及利用固定化酵母发酵生产乙醇的方法。

背景技术：

木薯是一种多年生植物，产于热带和亚热带地区的丘陵地带，它有加工性能良好及不与粮争地的优点，且具有粗生易栽、耐旱、耐瘠、适应性强、单产高等特性，被认为是最经济的能源作物之一。

目前一般都是使用鲜木薯作为原料生产乙醇，存在的主要问题是发酵成熟醪的酒份低，过滤困难、发酵液中酵母细胞密度低、发酵液中乙醇对酵母细胞的抑制作用、糖解速率低、发酵速率低并且设备利用率、劳动生产率、能源利用率都偏低，生产成本较高。改进的方法是提高发酵醪液浓度和酵母细胞浓度。

专利CN101629189A是将第一次粉碎后的鲜木薯进行调浆，加温液化过滤，用热水洗涤滤渣，回收滤渣中残糖，过滤得到的滤液可用于第一次鲜木薯粉碎，用第一次滤液作为第二次鲜木薯的粉碎液，粉碎得到的浆料作为原料用于浓醪酒精发酵。但此方法能耗水耗过高。专利CN101245354A以干木薯为原料采用两级拌料制浆生产工艺，一级拌料制浆得到黏度较低的稀粉浆进行沉降除沙操作，稀浆再经过二次木薯粉拌料制浆得到较浓的粉浆。但此方法的原料除沙率低，不利于后期发酵。

但是，上述方法都无法从根本上避免在乙醇发酵中，发酵液中酵母细胞密度低、发酵液中乙醇对酵母细胞的抑制作用，随着发酵液中乙醇产物浓度的上升，当乙醇质量浓度达到9%以上时，酵母细胞就会完全停止生长，发酵会处于停滞状态。所以单独提高发酵醪液浓度不利于提高发酵速率，无法降低乙醇生产成本。

酵母细胞的固定化技术是生产乙醇的一种高新技术。不但可以解决发酵液中酵母细胞数量的问题，还可以提高酵母细胞对乙醇的抑制性。但要将固定化技术应用于工业生产中，首先要解决固定化载体在生产中的软化、破裂、成本和使用时间等一系列问题，目前酵母固定化大部分采用海藻酸钙、聚乙烯醇等包埋法，但存在成本较高、机械强度低、固定化过程较繁琐，载体软化现象等缺点。

发明内容：

本发明的目的是提供一种以木薯为原料利用固定化酵母生产乙醇的方法。既能够提高发酵醪液浓度又能够提高酵母细胞浓度的木薯乙醇生产方法。

本发明所述的一种以木薯为原料利用固定化酵母生产乙醇的方法，制备的步骤和条件如下：

采用鲜木薯和木薯干为原料利用固定化酵母发酵生产乙醇。所用原料有鲜木薯和木薯干、α-淀粉酶、糖化酶、海藻酸钠、聚氧化乙烯、安琪酿酒高活性干酵母。

本发明分为三个步骤，首先是发酵醪液的制备过程，然后是酵母固定细胞的制备过程，最后进行发酵。

在发酵醪液的制备过程，要控制原料粉碎粒度及其混合比例（鲜木薯粒度在1.4mm～1.7mm，木薯干粒度在0.21mm～0.25mm。按鲜木薯粉︰木薯干粉︰水的重量比例为1︰2︰5.5～8混合），控制好α-淀粉酶与糖化酶的添加量与温度：α-淀粉酶用量为10U/g～20U/g，液化温度在75℃～95℃，保温120分钟～140分钟，之后升温到105℃～110℃灭菌5分钟～10分钟。糖化酶用量240U/g～260U/g，糖化温度在56℃～62℃，保温20分钟～60分钟，使原料达到充分糖化的目的。