專利名稱：用頻繁供給酵母生產(chǎn)乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從淀粉植物原材料生產(chǎn)乙醇的方法。本發(fā)明尤其適合用于生產(chǎn)作為燃料的乙醇，但也適用于化學(xué)、制藥和化妝品工業(yè)，并且在精餾除去芳香族的物質(zhì)后，用于食品工業(yè)。本發(fā)明特別用小麥、玉米、大麥、高粱、黑麥或大米的汁液作為原料。
將淀粉植物原料的汁液進(jìn)行酶促液化處理以獲得液化汁液的生產(chǎn)乙醇的方法是已知的。然后對(duì)液化的汁液進(jìn)行至少部分酶促糖化處理，以獲得糖化汁液。淀粉至少被部分轉(zhuǎn)化為葡萄糖。然后將糖化的汁液分成第一部分和第二部分。用稀釋劑稀釋第一部分的糖化汁液，并將其放入預(yù)發(fā)酵罐中與酵母菌屬的酵母接觸，獲得酵母懸浮液。稀釋劑一般是水和/或酒糟，其用量要使酵母懸浮液的醇度數(shù)小于6％(體積)，且有使過高的醇濃度不妨礙酵母的生長(zhǎng)的效果。然后將此酵母懸浮液放在發(fā)酵罐中與第二部分糖化汁液接觸足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以獲得乙醇含量高于給定數(shù)值的酒。在通常的實(shí)踐中，此時(shí)間越是成比例地延長(zhǎng)，乙醇的含量就越高。例如，當(dāng)糖化時(shí)間為20小時(shí)時(shí)，為了獲得乙醇含量高于9％，而糖含量低于1g/l，通常必須允許在發(fā)酵罐中有40小時(shí)的接觸時(shí)間或發(fā)酵時(shí)間。已經(jīng)有主張通過在保持40小時(shí)的發(fā)酵時(shí)間內(nèi)也進(jìn)行糖化來減少糖化操作的時(shí)間到10小時(shí)。這樣總的操作時(shí)間就是50小時(shí)。為了獲得乙醇，要將酒進(jìn)行蒸餾。在此蒸餾的過程中，進(jìn)行除去尤其是對(duì)應(yīng)于酯的“討厭的味道”，使得能夠獲得酯含量低于百萬分之500份(500ppm)的乙醇，這一般是作為燃料的乙醇所要求的。在預(yù)發(fā)酵罐中連續(xù)地加入酸以保持某種程度的無菌操作，并用消毒劑給回路消毒也是必須的。
本發(fā)明通過一種比現(xiàn)有技術(shù)方法更短的生產(chǎn)乙醇的方法克服了這些缺點(diǎn)，它通過蒸餾直接得到這種低酯含量的醇，以致不再須要萃取這種酯，因此就能夠?qū)⑷魏翁砑拥乃岱峙涞筋A(yù)發(fā)酵罐中，降低了在生產(chǎn)回路中使用的消毒劑的量，而同時(shí)在所有條件都相同的條件下，酒具有更高的乙醇度數(shù)和相同的低糖含量。
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)乙醇的方法，它包括讓淀粉植物原料汁液與液化酶接觸，獲得液化的汁液，使該液化的汁液與糖化酶接觸，得到至少部分糖化的汁液；在預(yù)發(fā)酵罐中制備酵母菌屬的酵母在營(yíng)養(yǎng)介質(zhì)中的懸浮液，將糖化的汁液與足夠量的酵母懸浮液接觸足夠的時(shí)間，將在糖化汁液中所含的糖轉(zhuǎn)化為乙醇，得到糖含量低于3g/l，優(yōu)選低于2g/l，更優(yōu)選低于1g/l的酒，使得酒的乙醇度數(shù)至少為9.5％(基于體積-體積)，然后蒸餾酒得到乙醇。本方法的特征在于，它包括基本除去在預(yù)發(fā)酵罐中存在的所有酵母，并且在一定時(shí)間間隔內(nèi)重新加入新鮮酵母，使得在與下一次更換酵母的時(shí)間間隔內(nèi)，預(yù)發(fā)酵罐中的非酵母菌屬的微生物的濃度低于給定的閾值。
意外地發(fā)現(xiàn)，至今所必需的酵母懸浮液與糖化汁液的很長(zhǎng)的接觸時(shí)間，是由于在比較短的時(shí)間內(nèi)，酵母菌屬的酵母發(fā)生降解、突變和/或受到其它微生物的污染，特別是受到活性低得多的酒香酵母菌屬的酵母的污染。通過在此現(xiàn)象發(fā)生之前，特別優(yōu)選是在預(yù)發(fā)酵罐中每毫升有107個(gè)，更好是有106個(gè)非酵母菌屬酵母的微生物之前用新鮮的酵母菌屬酵母更新所有酵母，保持發(fā)酵酵母的活性，這樣就能夠縮短發(fā)酵罐中的接觸時(shí)間，使得在蒸餾的過程中實(shí)際上沒有更多的酯，具有更高的醇度數(shù)、免除了必須在預(yù)發(fā)酵罐中加入酸，并減少了消毒劑的用量。酵母懸浮液的新鮮程度對(duì)將糖轉(zhuǎn)化為乙醇這一步驟時(shí)間長(zhǎng)短起著極為重要的作用。給已經(jīng)受到污染的酵母菌提供新鮮的酵母僅對(duì)所需接觸時(shí)間提供很暫時(shí)性的改善。為了保持連續(xù)地縮短所需的接觸時(shí)間，必須在添加新鮮酵母之前除去可能的所有陳舊的酵母。
通過取樣酵母懸浮液并用顯微鏡對(duì)其檢驗(yàn)可以檢測(cè)出預(yù)發(fā)酵罐中存在的酒香酵母。這時(shí)，酵母菌屬酵母，特別是釀酒酵母菌具有卵形形狀，而酒香酵母具有伸長(zhǎng)的形狀。也能夠由經(jīng)驗(yàn)得知觀察為加入新鮮酵母的時(shí)間間隔，并在4天以內(nèi)的時(shí)間間隔用酵母菌屬酵母系統(tǒng)地替換廢酵母。
按照一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，本發(fā)明在于將占糖化汁液重量10～30wt％，優(yōu)選占15～20wt％的第一部分稀釋，獲得淡汁液，其余的糖化汁液組成濃汁液。在預(yù)發(fā)酵罐中進(jìn)行淡汁液的預(yù)發(fā)酵，獲得預(yù)發(fā)酵的汁液，而在預(yù)發(fā)酵汁液存在下，把濃汁液放入發(fā)酵罐中足夠的時(shí)間以獲得酒。
優(yōu)選地，供給預(yù)發(fā)酵罐的新鮮酵母的量為使得在預(yù)發(fā)酵罐中獲得的濃度至少為每毫升大約106個(gè)細(xì)胞，優(yōu)選107個(gè)細(xì)胞。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，特別是對(duì)于酒中乙醇含量的9.5％的閾值，在發(fā)酵罐中的糖化時(shí)間和接觸時(shí)間的和僅僅是35小時(shí)。
本發(fā)明方法的第一階段涉及到將淀粉植物材料的汁液進(jìn)行酶促液化處理，獲得液化的汁液。
通過例如在錘磨機(jī)(牌號(hào)為PROMILL Promill-Stolz，RN 12Serville，28410 BU，3000rpm或者JACKERING Vorsterhauser Weg46 POPox1733，59007HAMM)(更確切地說，是在麩皮顆粒與面粉不分離的情況)，和一臺(tái)或多臺(tái)輥磨機(jī)(更確切地說，是麩皮顆粒與面粉分離的情況)(在其中研磨得更均勻)或其它任何研磨機(jī)中處理一次或兩次來研磨植物材料，特別是小麥。在淀粉精制的情況下，任選地能夠?qū)⒚娣鄯蛛x成兩個(gè)品級(jí)A級(jí)面粉是打算用來進(jìn)行淀粉精制加工的，而B級(jí)面粉是用于乙醇加工的?？梢匀芜x地先將小麥濕潤(rùn)至18～25wt％，然后再研磨，以改善面粉和麩皮顆粒的分離效果。
將得到的面粉過篩。篩中殘留物返回到磨中去，這樣，最粗的顆粒不超過2.5mm。一般大于1mm的顆粒的百分比不超過總量的10％。面粉的平均目數(shù)為0.3～2mm，0.6構(gòu)成普遍值。在篩子上分離出來的麩皮顆?；蛘咧匦录尤氲矫娣壑?，或者分離出去。這樣就得到了粗面粉或者是白面粉。
在粗面粉的情況下，隨后在混合器中將面粉與水、酒糟、氫氧化鈉和液化酶的溶液混合。此溶液是例如用串聯(lián)靜態(tài)混合器或在制備罐中制備的。可以在一個(gè)螺桿式混合器(牌號(hào)PROMILL Promill-Stolz，RN12 Serville，28410，BU轉(zhuǎn)速700～1200rpm)和/或然后在一個(gè)均化器(牌號(hào)APV GAULIN，壓力大約100bar)中，或者在一個(gè)攪拌罐中制備面粉/溶液的混合物。
在分離麩皮的情況下，來源于蒸餾間的酒糟不循環(huán)到制漿操作中。用來源于淀粉精制工藝的淀粉乳和B面粉制備此溶液。
如此得到固體含量為25～35wt％的汁液。由用于液化酶和糖化酶功能的最佳固體含量，并且不是出于經(jīng)濟(jì)上的考慮，來確定固體的百分比具有最大可能的固體含量，以限制在后續(xù)加工過程中蒸發(fā)酒糟的成本。供給混合器中面粉的量由SCHENCK，Chemin neuf BP17，78240CHAMBOURCY的計(jì)量裝置或者稱重帶來控制。
為了在澄清的酒糟(通過離心沉降分離酒糟中的不溶物)中具有最大可能的固體含量(4.5～7wt％)，尋求在制漿操作中加入盡可能多的酒糟，而不供給外來的水。這樣就確定了在制漿操作中酒糟對(duì)水的比例。澄清的酒糟表示40～80wt％的溶液用來進(jìn)行制漿操作。這里的水可以是井水、加工液體(蒸發(fā)凝液或水性餾出液)或預(yù)先通過砂濾器過濾的和/或紫外線輻照滅菌的河水。
水/酒糟混合物的溫度在40和最高70之間，這是為了容易混合并且為了限制用于液化的能耗，又使得不會(huì)在制漿操作的過程中發(fā)生淀粉凝膠化。根據(jù)蒸餾的方法不同離開離心沉降機(jī)(GuinardCentrifugation，ZI du Buxerious，BP 69，36002 Chteauroux；WestfaltaSeparator，18，avenue de L′Europe，BP120，02407 Chteau-Thierry)的酒糟溫度為70～100℃(在真空蒸餾時(shí)溫度較低)。面粉是在室溫。必須提供板式熱交換器或管式熱交換器或其它類型的熱交換器以加熱水獲得上述溫度的混合物。
根據(jù)使用的液化酶的不同，必須用30％或50％的氫氧化鈉或任何其它的堿性試劑調(diào)節(jié)pH值。如果酶需要鈣鹽的話，可以任選地使用鈣鹽。使用的酶是真菌或細(xì)菌的α-淀粉酶，例如購(gòu)自NovoNordiskBioindustries S.A.(79，av.Francois-Arago，92017 Nanterre Cedex，F(xiàn)rance)的Termamyl 120L S型、L型或LS型、購(gòu)自Genencor(P.O.Box642，Delft，Netherland)的Spezyme AA或Spezyme AAL、購(gòu)自Rhodia(Poleacre Lane，Woodley，Stockport，Cheshire SK6 1PQ，UnitedKingdom)的Nervanase或G-Zyme G995。通過安裝在制漿裝置前的水/酒糟混合器上的pH值探頭控制氫氧化鈉的流速。根據(jù)使用的酶的不同，pH值的范圍可以在4.5～8之間。
在50～100℃之間的溫度下進(jìn)行液化?？梢酝ㄟ^管道將蒸汽直接注入液化罐中，或者通過噴射冷卻器把制成漿的汁液加熱到此溫度。在此情況下要借助于向噴嘴中注入蒸汽保持成漿汁液在100～150℃的溫度達(dá)幾秒鐘，然后迅速冷卻到80～95℃之間。可以通過控制面粉的流速來控制酶的流速。
可以用例如牌子為PMS，BP 72 91560 Crosne的攪拌器攪拌液化罐，該攪拌器裝有兩排槳葉的用在第一罐，并且裝有一排槳葉的用在第二罐，轉(zhuǎn)速第一罐是42rpm，第二罐是58rpm(此轉(zhuǎn)速可以在20～60rpm之間)。
在這些溫度條件下的停留時(shí)間為30分鐘～2小時(shí)。
根據(jù)所使用的酶，液化工藝的一般特征是溫度85～88℃；pH值5.5～6；固體含量32～35％；停留時(shí)間1小時(shí)；液化酶流速大約3.51/小時(shí)，對(duì)應(yīng)面粉流速為8t/小時(shí)。
如此液化的汁液在常規(guī)類型的熱交換器(板式熱交換器或管式熱交換器)中冷卻到60℃(取決于糖化酶的最佳工作條件，溫度可能在40～70℃)。
在某些情況下，可以用稀釋劑，例如，如上所述的水或來自蒸餾室的再循環(huán)的酒糟稀釋液化的汁液。
在液化的汁液中放入淀粉葡萄糖苷酶類的酶(例如Genencor國(guó)際公司(Box 642，2600 AP Delft，荷蘭)的Optimax 7525 HP、OptidexL300、Novo Nordisk生物工業(yè)公司(79，av.Francois-Arago，92017Nanterre Cedex，F(xiàn)rance)的Amg 300L、Rhodia公司(Poleacre Lane，Woodley，Stockport，Cheshire SK6 1PQ，United Kindom)的G-990或Ambazyme LE300)和粘度降低的酶(例如Alko生物技術(shù)公司(SF-05200Rajamaki，F(xiàn)inland)的Econase CE、Novo Nordisk生物工業(yè)公司(79，av.Francois-Arago，92017 Nanterre Cedex，F(xiàn)rance)的Celluclast、Rhodia公司(Poleacre Lane，Woodley，Stockport，Cheshire SK6 1PQ，UnitedKindom)的β-Glucanase 750L)。
根據(jù)使用的糖化酶的不同，可以用大約96％的硫酸或任何其它的酸化試劑調(diào)節(jié)pH值。用安裝在糖化入口處的pH探頭控制酸的流速。根據(jù)使用酶的最佳特征，pH值的范圍在3～7之間。
根據(jù)底物類型的不同，也可以使用具有蛋白酶活性的酶(如Rhodia公司(Poleacre Lane，Woodley，Stockport，Cheshire SK6 1PQ，UnitedKindom)的Proteinase 200L)和/或支鏈淀粉酶(如Rhodia公司(PoleacreLane，Woodley，Stockport，Cheshire SK6 1PQ，United Kindom)的Ambazyme P20或Genencor公司(Box642，Delft，Netherlands)的OptimaxL300)，以降解在液化汁液中存在的蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)是發(fā)酵有機(jī)體的潛在氮源，或者用來完成淀粉的酶促水解(支鏈淀粉酶對(duì)α-1～6鍵具有特異作用)。
可以由面粉的進(jìn)入流速控制酶的流速，它也取決于有關(guān)產(chǎn)生的葡萄糖濃度和剩余淀粉含量的實(shí)驗(yàn)室分析；此操作的目的是在進(jìn)入蒸餾間的酒中不殘留有淀粉的情況下，達(dá)到糖化或發(fā)酵的終點(diǎn)(取決于所采用的方法)。因此將此流速控制作為對(duì)每種類型酶的特異性酶活性的函數(shù)。
對(duì)于糖化工藝，使用的相關(guān)的酶的一般特征是溫度55～65℃；pH值4～4.5；固體含量28～35％；停留時(shí)間15～20小時(shí)(實(shí)施例1A)；或8～13小時(shí)(實(shí)施例1B)；糖化酶流速大約4.5升/小時(shí)，對(duì)應(yīng)面粉進(jìn)速為8t/小時(shí)。
降低粘度酶的流速大約1.5升/小時(shí)，對(duì)應(yīng)面粉進(jìn)給速度為8t/小時(shí)。
糖化使用5個(gè)90m3的罐(根據(jù)實(shí)施例1A和1B)。
5個(gè)糖化罐具有機(jī)械攪拌(Sew-Usocome或PMS牌，BP7291560Crosne攪拌器，攪拌速度24rpm)，此攪拌使得在糖化過程中的汁液有良好的均勻性，并且隨后使酶和待水解的淀粉容易接觸。
在傳統(tǒng)的熱交換器中將糖化汁液冷卻到32℃(溫度在30～34℃之間，使得不抑制所用酵母的生長(zhǎng)和發(fā)酵)，然后轉(zhuǎn)送到下一個(gè)工廠。
可以實(shí)施兩個(gè)本方法的實(shí)施方案。這就是將大分子淀粉全部或部分生物轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵的葡萄糖分子。在第二種情況下(部分水解)，在發(fā)酵階段發(fā)生糖化，在糖化時(shí)的停留時(shí)間比第一種情況要短(實(shí)際上完全水解)。
預(yù)發(fā)酵可以有利地進(jìn)行預(yù)發(fā)酵或者說酵母(如釀酒酵母、非洲粟酒酵母等)繁殖，以在同時(shí)操作的4個(gè)預(yù)發(fā)酵罐(每個(gè)預(yù)發(fā)酵罐的體積45m3)中獲得至少每毫升107個(gè)細(xì)胞。
用水或酒糟稀釋來自糖化的糖化汁液，以獲得淡汁液(當(dāng)糖化汁液的流速為4～5m3/小時(shí)時(shí)，水的流速7～8m3/小時(shí)，如此獲得淡汁液中葡萄糖的濃度為50～90g/l)，其分布在4個(gè)預(yù)發(fā)酵罐中并作為微生物的生長(zhǎng)底物。此處的水可以是井水、加工液體(蒸發(fā)凝液、水性餾出液或來自淀粉精制的水)或通過砂床預(yù)過濾的和/或經(jīng)紫外線輻照滅菌的河水。
由冷卻板系統(tǒng)嚴(yán)格地監(jiān)測(cè)和控制預(yù)發(fā)酵罐的溫度，在冷卻板系統(tǒng)中冷卻液體在預(yù)發(fā)酵罐內(nèi)部或外部循環(huán)。
任何微生物的繁殖都導(dǎo)致溫度升高。溫度的任何變化都可能成為酵母繁殖的抑制因素。
預(yù)發(fā)酵罐中的溫度保持在30～35℃。
為了促進(jìn)酵母的生長(zhǎng)，這些微生物繁殖所需要的營(yíng)養(yǎng)介質(zhì)包括—以不同形式供給的氮，如尿素、氨或銨鹽；—以不同形式供給的磷，如磷酸或磷酸鹽；—以不同形式供給的硫，如硫酸或硫酸鹽；—氧；—可發(fā)酵的糖；—必要物質(zhì)，如果檢出有缺少的話。
這些營(yíng)養(yǎng)元素防止任何酵母繁殖的減慢。
穩(wěn)定地供給這些營(yíng)養(yǎng)元素和壓縮空氣形式的氧(或過氧化氫的水溶液)，以促進(jìn)酵母生長(zhǎng)而不是醇發(fā)酵。
作為例子—在每個(gè)預(yù)發(fā)酵罐中空氣的流速是大約30Nm3/h；—在每個(gè)預(yù)發(fā)酵罐中每小時(shí)以水溶液的形式加入5kg具有最低氮含量21％和最大水含量0.2％的硫酸銨(HOLVOET Chemie Chaussée deLeuze 144，Leuzessteenweg Belgium；INTERFERT，28rued′Armenonville，92200 Neuilly sur Seine等)和5kg具有最低純度95％和P2O5含量為52～55％的磷酸二銨(RHODIA Chimie，299，rue duPrésident Pompidou，BP 202，59561 La Madeleine Cedex；PRAYONFrance，80-82 rue de Paris，93804 Epinay sur Seine Cedex)。
因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)是對(duì)空氣敞開的，為了防止任何外來微生物感染的風(fēng)險(xiǎn)，要通過用過濾的河水輪流清洗，然后注入蒸汽最少10分鐘的預(yù)設(shè)定時(shí)間，給預(yù)發(fā)酵罐清潔和消毒。
此外，這還能夠避免被“野生型”酵母的感染和主要酵母菌株的逐漸降解。
在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)檢測(cè)出來的這些污染微生物進(jìn)行鑒定此微生物是布魯塞爾酒香酵母(Brettanomyces bruxellensis)。
這種酵母具有伸長(zhǎng)的形狀的特性，這與使用的釀酒酵母是很不相同的。
用顯微鏡(Zeiss牌萬能透射光顯微鏡(universal transmission lightmicroscope of the ZIESS brand)，放大400倍)每天對(duì)加了酵母的汁液的觀察放在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，以即時(shí)檢測(cè)這些野生型的酒香酵母的外觀。
通過顯微鏡在陪替式培養(yǎng)皿上進(jìn)行的計(jì)數(shù)和形態(tài)識(shí)別操作給出觀察的后天確認(rèn)(posteriori confirmation)。
在陪替式培養(yǎng)皿上計(jì)數(shù)使用的介質(zhì)已知是MALT WICKERHAM介質(zhì)，對(duì)于其2升制劑由以下成分制成—3g麥芽汁(參考Merck實(shí)驗(yàn)室105391)；—5g蛋白胨(參考Merck實(shí)驗(yàn)室7212)；—3g酵母提取物(參考Merck實(shí)驗(yàn)室103753)；—10g葡萄糖；—10g營(yíng)養(yǎng)瓊脂(參考Merck實(shí)驗(yàn)室1614)。
將加了酵母的汁液試樣在生理鹽水(9‰的氯化鈉容液)中進(jìn)行連續(xù)的10倍稀釋，直至獲得如下的稀釋液10-5、10-6、10-7。按照傳統(tǒng)微生物學(xué)的技術(shù)用MALT WICKERHAM介質(zhì)將1升這些稀釋液進(jìn)行深度接種。
發(fā)酵過程中加入所需菌株在頻率上的區(qū)間最終導(dǎo)致主要被不希望微生物的污染，這就使發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)，降低產(chǎn)生的含酒溶液的質(zhì)量(例如酯含量增加)。不考慮本發(fā)明方法的變量，能夠觀察到過這個(gè)現(xiàn)象。
添加所需菌株和更換陳舊酵母的必要頻率延遲會(huì)導(dǎo)致須要加速添加酵母，以根除由于含有污染生物體的澄清酒糟循環(huán)到制漿操作中所造成的持續(xù)不斷的污染。
用新鮮酵母更換陳舊酵母的方法在新鮮酵母繁殖的過程中，例如在4個(gè)預(yù)發(fā)酵罐中選擇一個(gè)進(jìn)行這個(gè)操作，進(jìn)行的操作如下騰空一個(gè)預(yù)發(fā)酵罐、用水洗滌，然后用蒸汽(例如壓力＝3bar絕對(duì)的，溫度＝130℃)清洗最少10min的預(yù)定時(shí)間。
此清洗也可以用甲醛水溶液(30.5％甲醛Caldic France B.P.72251056 REIMS)或任何常規(guī)的消毒劑進(jìn)行，例如鹵素族化合物氯或碘以及它們的衍生物；氧化劑(過氧化氫、高錳酸鉀)；胺類化合物(以0.2～0.5％的溶液使用的Bactanios，Anios PavéduMoulin 59260 Lille Hellemmes)；強(qiáng)酸和強(qiáng)堿(以5～10％稀釋液使用的96％的濃硫酸，TessenderloChimie，rue du Trne 130 B Brussels)、(以1～2％的稀釋液加熱使用的30.5％苛性鈉，CLEMENT RPC Ets LOMME，rue Pelouze，BP 117 59461LOMME cedex)、(以2～7.5％的稀釋液使用的AgrobacMINOTAPURA，88rue de Marquillies 59044 LILLE cedex)、(以5～7％的稀釋液使用的Agromousse，MINOT APURA，88 rue de Marquillies 59044LILLE cedex)、(以1～1.5％的劑量使用的Aniosteril消毒劑酸，AniosPavédu Moulin 59260 Lille Hellemmes)、(以1～5％的劑量使用的GalorC7，Anios Pavédu Moulin 59260 Lille Hellemmes)；醛和表面活性劑(以0.5％的劑量作為噴霧劑使用的Anios W4，接觸時(shí)間5～10分鐘，或者以0.4％的劑量循環(huán)，接觸時(shí)間20-30分鐘，Anios Pavédu Moulin 59260 Lille Hellemmes)。
上面指出的百分比都是以重量基礎(chǔ)表示的。
清洗—消毒的操作可以包括如下5個(gè)步驟—預(yù)洗滌或預(yù)清潔噴水機(jī)械去除粗的污物；—清洗用清洗溶液去除余下的污物；
—漂洗去除其中分散有污垢的清洗溶液；—消毒用消毒劑溶液對(duì)生物污染的表面進(jìn)行化學(xué)破壞；—最終漂洗去除殘留的消毒劑溶液。
結(jié)合上述的操作在所有的情況下就能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)發(fā)酵罐的充分消毒，該預(yù)發(fā)酵罐用來接受新鮮酵母而沒有陳舊酵母的污染。
用淡汁液充滿預(yù)發(fā)酵罐的大約三分之一體積，該淡汁液比正常的略稀。
嚴(yán)格地控制預(yù)發(fā)酵罐的溫度(低于34℃)。
在此預(yù)發(fā)酵罐中加入300kg固體含量大約32％的新鮮酵母。
提供并控制營(yíng)養(yǎng)鹽和空氣的供給。
繼續(xù)加入淡汁液，同時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)發(fā)酵罐中的密度和溫度。
一旦充填完畢，將該預(yù)發(fā)酵罐與其它已經(jīng)騰空的、預(yù)先用蒸汽或化學(xué)方法清洗和滅菌的預(yù)發(fā)酵罐相繼連通起來，使新鮮酵母不會(huì)被陳舊酵母污染。
如此逐個(gè)用新鮮酵母裝滿4個(gè)預(yù)發(fā)酵罐。
發(fā)酵可以以14～22m3/小時(shí)的流速，用從糖化階段獲得的糖化汁液進(jìn)行醇發(fā)酵，直至獲得的酒的含糖量低于3g/l，優(yōu)選低于2g/l，更優(yōu)選低于1g/l，酒的醇度數(shù)至少為9.5vol％。
可以進(jìn)行兩種類型的發(fā)酵。
“分批”或間歇發(fā)酵，其中每步發(fā)酵都單獨(dú)進(jìn)行，即在每個(gè)發(fā)酵罐中進(jìn)行發(fā)酵直至完成；連續(xù)發(fā)酵，其中發(fā)酵罐以串聯(lián)的方式工作，即在每個(gè)發(fā)酵罐中僅進(jìn)行部分發(fā)酵，直到最后一個(gè)，在該發(fā)酵罐中發(fā)酵得以完成。
“分批”或間歇發(fā)酵用從預(yù)發(fā)酵罐獲得的含酵母的汁液交替接種每個(gè)發(fā)酵罐。
按照如下的方法輸送預(yù)發(fā)酵的汁液—將1個(gè)預(yù)發(fā)酵罐(容積45m3)完全騰空到發(fā)酵罐中；—同時(shí)部分輸送其它3個(gè)預(yù)發(fā)酵罐中的預(yù)發(fā)酵汁液，在發(fā)酵罐中形成“酵母原液”。
輸送的含酵母的汁液的總體積相當(dāng)于發(fā)酵罐體積的大約30～70％。發(fā)酵罐中的溫度保持在30～35℃之間。
發(fā)酵使用兩個(gè)90m3的罐和6個(gè)180m3的罐。然后將發(fā)酵的汁液輸送到酒桶里，隨后再送到蒸餾廠。
連續(xù)發(fā)酵不再如上所述交替地向發(fā)酵罐送入含酵母的汁液和糖化的汁液，而是按照如下的方法進(jìn)行將含酵母的汁液和糖化汁液連續(xù)地送入發(fā)酵罐，或前兩個(gè)或前三個(gè)發(fā)酵罐，稱作頭發(fā)酵罐，后面的稱作回落(fall-off)發(fā)酵罐。
加入到頭發(fā)酵罐的流速可以是含酵母汁液的流速9～16m3/h；糖化汁液的流速15～25m3/h；發(fā)酵罐中的溫度保持在30～35℃之間。
然后繼續(xù)在每個(gè)發(fā)酵罐中進(jìn)行連續(xù)不斷的發(fā)酵，直至獲得的酒的含糖量低于3g/l，優(yōu)選低于2g/l，更優(yōu)選低于1g/l，而酒的醇度數(shù)至少為9.5vol％，然后將最后一個(gè)發(fā)酵罐中的發(fā)酵的汁液連續(xù)地輸送到酒桶中，隨后送到蒸餾廠。
在這種連續(xù)發(fā)酵中，通過在所有發(fā)酵罐中發(fā)酵的汁液的體積除以酒進(jìn)入蒸餾塔中的速度就計(jì)算出發(fā)酵時(shí)間。在連續(xù)發(fā)酵中獲得的發(fā)酵時(shí)間是與間歇發(fā)酵相同。
用YSI 2700 SELECT生化分析儀(ROUCAIRE，2av du PacifiqueBP 78 Les Ulis 91493 Courtaboeuf Cedex)酶確定酒的醇度數(shù)。用軟化水將樣品酒稀釋50倍，再將此樣品過濾，然后送入YSI 2700 SELECT生化分析儀，它自動(dòng)地給出乙醇含量(g/l)。為了獲得醇度數(shù)的結(jié)果(體積-體積％)，在考慮了稀釋因子后，將此值除以7.88。
用YSI 2300 STAT PLUS生化分析儀(ROUCAIRE，2 av.duPacifique BP 78 Les Ulis 91493 Courtaboeuf Cedex)酶確定剩余的葡萄糖含量。按照假設(shè)的剩余葡萄糖含量進(jìn)行必要的樣品稀釋。然后將樣品過濾并送入到Y(jié)SI 2300 STAT PLUS生化分析儀中，它給出以mg/dl表示的剩余葡萄糖含量。為了獲得以g/l表示的值，在考慮了可能的稀釋因子后，將獲得的結(jié)果乘上100。
生產(chǎn)含酒溶液(粗醇)通過直接注入的方式、借助于蒸餾釜或者通過熱力壓縮，用來自例如酒糟濃縮(蒸餾副產(chǎn)品)的蒸汽加熱能夠在真空或在壓力下以并聯(lián)或串聯(lián)(兩倍的效果)方式工作的蒸餾塔(供貨方KREBS-SPEICHIM，14 rue Hoche，92800 PUTEAUX，JAAKKO-PYRY，Garden Part-Dieu，65 Bd Vivier Merle 69482 LYONSCEDEX 03)，以改善此裝置的熱效率。這些蒸汽也加熱了Lutter塔。
發(fā)酵的汁液或由發(fā)酵獲得的酒，在通過一個(gè)熱交換器以后，平行地送入蒸餾塔中。從塔中出來的醇蒸汽在熱交換器中冷凝。
在塔底留下的酒糟被送到酒糟分離車間進(jìn)行澄清(將可溶物與不溶物分離)，然后輸送到酒糟濃縮工廠。
儲(chǔ)存前，在蒸餾塔中將醇或含酒的溶液濃縮到90～96vol％(取決于投資的限制)，然后在熱交換器中冷卻。在蒸餾塔中也進(jìn)行揮發(fā)性雜質(zhì)的提取，以改善含酒溶液的質(zhì)量(按照所希望的酯含量)。這些很難分解的提取出的討厭的味道被儲(chǔ)存在另一個(gè)罐中。
下面的實(shí)施例說明本發(fā)明。
實(shí)施例1A糖化時(shí)間＝15～20小時(shí)(用小麥試驗(yàn))裝滿所有的糖化罐，以實(shí)現(xiàn)淀粉分子基本上完全被酶水解成為可發(fā)酵的糖。此工廠的產(chǎn)量是大約24m3/h的糖化汁液。
以短于4天的頻率，用300kg壓制成固體含量32％的酵母(例如，釀酒酵母)更換陳舊的酵母，每克產(chǎn)品含大約10×109個(gè)活細(xì)胞，淡汁液的葡萄糖濃度為50～90g/l，這取決于車間情況的不同(淡汁液的流速12～13m3/小時(shí))。使用冷凍干燥的酵母或工業(yè)濃縮酵母乳(釀酒酵母或非洲粟酒酵母)也得到了同樣的結(jié)果(酵母供給商Lallemand公司，Complex scientifique Rangeuil，Hall Gibert Durand 3，BP 4412，31405Toulouse Cedex 4；LESAFFRE，41，rue Etienne Marcin，75001 Paris等)。
觀察到的發(fā)酵時(shí)間是18～24小時(shí)(平均20小時(shí))，獲得的酒的醇度數(shù)高于9.5vol％的最小值，并且剩余的糖含量低于1g/l，這與在使用一般工業(yè)條件下(生產(chǎn)商推薦的或者在文獻(xiàn)中給出的在淀粉底物上的傳統(tǒng)發(fā)酵時(shí)間是大約40～60小時(shí))的35～45小時(shí)，剩余糖含量突然和偶發(fā)地高達(dá)20～30g/l的情況相反。
發(fā)酵時(shí)間是按下面的方法計(jì)算的用糖化汁液充填發(fā)酵罐的時(shí)間加上跌落時(shí)間(即，獲得殘余葡萄糖含量在0g/l的區(qū)域所用的時(shí)間，即如果不能達(dá)到殘留葡萄糖含量在0g/l區(qū)域，就用將酒送到用于蒸餾的所花的時(shí)間)。
還獲得在簡(jiǎn)單蒸餾后，不用提取揮發(fā)性雜質(zhì)，生產(chǎn)的粗醇(含酒溶液)中的酯含量低于300ppm(即與通常獲得的酯含量相比，降低了50％以上)。
實(shí)施例1B糖化時(shí)間＝對(duì)于8～13小時(shí)(用小麥試驗(yàn))將一些糖化罐分路以實(shí)現(xiàn)淀粉分子部分酶促水解為可發(fā)酵的糖。工廠的產(chǎn)量是大約24m3/h糖化汁液。
以同樣的頻率用壓縮成固體含量32％的酵母(例如釀酒酵母)更換陳舊的酵母到相同的量。
觀察到發(fā)酵時(shí)間是22～30小時(shí)(平均25小時(shí))，獲得的酒的醇度數(shù)高于9.5vol％最低值，剩余糖含量低于1g/l，這與在使用一般工業(yè)條件下(生產(chǎn)商推薦的或者在文獻(xiàn)中給出的在淀粉底物上的常規(guī)發(fā)酵時(shí)間是大約40～60小時(shí))的35～45小時(shí)，剩余含糖量突然和偶發(fā)地高達(dá)20～30g/l的情況相反。
在簡(jiǎn)單蒸餾后，不用提取揮發(fā)性雜質(zhì)，獲得的粗醇(含酒溶液)中的酯含量低于300ppm(即與通常獲得的酯含量相比，降低了50％以上)。
實(shí)施例2A用玉米進(jìn)行試驗(yàn)將玉米用作淀粉底物(淀粉含量61～78％，蛋白質(zhì)含量6～12％)進(jìn)行如實(shí)施例1A的工業(yè)加工。工廠的產(chǎn)量是大約20～24m3/h。
以同樣的頻率更換壓縮成固體含量32％的酵母(如釀酒酵母)到同樣的量。
觀察到發(fā)酵時(shí)間為18～24小時(shí)，獲得的酒的醇度數(shù)高于9.5vol％最低值，殘留糖的濃度再次低于1g/l。
在簡(jiǎn)單蒸餾后，不用提取揮發(fā)性雜質(zhì)，獲得的粗醇(含酒溶液)中的酯含量低于300ppm(即與通常獲得的酯含量相比，降低了50％以上)。
實(shí)施例2B用大麥進(jìn)行試驗(yàn)將大麥用作淀粉底物(淀粉含量65～75％，蛋白質(zhì)含量8～15％)進(jìn)行如實(shí)施例1A的工業(yè)加工。工廠的產(chǎn)量大約為20～24m3/h。
以同樣的頻率更換壓縮成固體含量32％的酵母(如釀酒酵母)到同樣的量。
觀察到的發(fā)酵時(shí)間為18～24小時(shí)，獲得的酒的醇度數(shù)高于9.5vol％最低值，殘留糖的濃度再次低于1g/l。
在簡(jiǎn)單蒸餾后，不用提取揮發(fā)性雜質(zhì)，獲得的粗醇(含酒溶液)中的酯含量低于300ppm(即相對(duì)于通常獲得的酯含量，降低了50％以上)。
對(duì)比例用新鮮酵母進(jìn)行部分再接種試驗(yàn)用新鮮的釀酒酵母進(jìn)行預(yù)發(fā)酵罐的部分再接種試驗(yàn)。
裝滿所有的糖化罐，以盡可能完全地進(jìn)行淀粉分子的酶促水解，生成可以發(fā)酵的糖(與實(shí)施例1A相似)。該工廠的產(chǎn)量大約24m3/小時(shí)糖化汁液。
以短于4天的頻率，供給200kg壓制成固體含量32％的酵母(釀酒酵母)，依據(jù)車間情況的不同(淡汁液的流速12～13m3/h)淡汁液的葡萄糖濃度為50～90g/l。
不再像實(shí)施例1A那樣在事先洗滌和清潔的預(yù)發(fā)酵罐中加入酵母，代之以將200kg酵母均勻地分布在殘留有陳舊的受污染的酵母(在每個(gè)預(yù)發(fā)酵罐中大約25m3汁液)的4個(gè)預(yù)發(fā)酵罐中(每個(gè)預(yù)發(fā)酵罐50kg)。
得不到在如上述實(shí)施例1A中所述的結(jié)果，無論在發(fā)酵時(shí)間還是在蒸餾含酒溶液的質(zhì)量方面都沒有觀察到改善發(fā)酵時(shí)間仍然為大約35～45小時(shí)，含糖量仍然可能突然和偶發(fā)地達(dá)到20～30g/l，在不提取揮發(fā)性雜質(zhì)時(shí)的酯含量高于300ppm。
權(quán)利要求
1.生產(chǎn)乙醇的方法，該方法包括將淀粉植物原材料汁液與液化酶接觸獲得液化的汁液；將所述液化的汁液與糖化酶接觸獲得至少部分糖化的汁液；在預(yù)發(fā)酵罐中制備營(yíng)養(yǎng)介質(zhì)中的酵母菌屬酵母的懸浮液；將所述糖化汁液與足夠量的酵母懸浮液接觸足夠的時(shí)間，以將糖化汁液中所含的糖轉(zhuǎn)化為乙醇，獲得糖含量低于3g/l，優(yōu)選低于2g/l，更優(yōu)選低于1g/l的酒，其醇度數(shù)至少是9.5％(基于體積對(duì)體積比)；以及蒸餾所述酒，以獲得乙醇，該方法的特征在于，其包括以一個(gè)時(shí)間間隔，除去清潔和消毒的預(yù)發(fā)酵罐中存在的基本上所有的酵母，并用新鮮的酵母更換這些酵母，使得在更換酵母后的時(shí)間間隔內(nèi)，所述預(yù)發(fā)酵罐中酵母菌屬酵母以外的微生物的濃度低于給定的閾值。
2.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述閾值低于每毫升107個(gè)細(xì)胞。
3.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述閾值低于每毫升106個(gè)細(xì)胞。
4.如權(quán)利要求1～3中之一的方法，其特征在于一旦用顯微鏡觀察到伸長(zhǎng)形狀的微生物，就盡快用新鮮的酵母更換預(yù)發(fā)酵罐中的所有酵母。
5.如權(quán)利要求1～3中之一的方法，其特征在于以短于4天的時(shí)間間隔用新鮮的酵母更換預(yù)發(fā)酵罐中的所有酵母。
6.如上述各項(xiàng)權(quán)利要求中之一的方法，其特征在于包括用一定量的新鮮酵母更換預(yù)發(fā)酵罐中的所有酵母，使得在預(yù)發(fā)酵罐中獲得的濃度至少等于每毫升106個(gè)細(xì)胞，優(yōu)選每毫升107個(gè)細(xì)胞。
7.如上述各項(xiàng)權(quán)利要求中之一的方法，其特征在于包括稀釋占糖化汁液10～30wt％，優(yōu)選15～20wt％的第一部分，得到淡汁液；其余的糖化汁液構(gòu)成濃汁液；該淡汁液在預(yù)發(fā)酵罐中發(fā)酵獲得預(yù)發(fā)酵的汁液；并在預(yù)發(fā)酵汁液存在下，將濃汁液放入發(fā)酵罐中足夠的時(shí)間，以獲得酒。
8.如上述各項(xiàng)權(quán)利要求中之一的方法，其特征在于包括在30～35℃下將糖化汁液與酵母懸浮液接觸。
9.如上述各項(xiàng)權(quán)利要求中之一的方法，其特征在于所述植物原材料是小麥。
10.如權(quán)利要求1～8中之一的方法，其特征在于所述植物原材料是玉米、大麥、水稻、黑麥或高粱。
全文摘要
用酵母菌屬酵母對(duì)淀粉植物材料的汁液進(jìn)行酶處理生產(chǎn)乙醇的方法,用新鮮酵母更換所有陳舊的酵母,以保持發(fā)酵時(shí)間在20～24小時(shí)之間。
文檔編號(hào)C12P7/06GK1344327SQ0080528
公開日2002年4月10日 申請(qǐng)日期2000年1月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月4日
發(fā)明者G·M·阿拉德, P·J·勞克斯, A·Y·G·毛林, L·R·布拉瑟爾 申請(qǐng)人:諾德皮卡迪生物酒業(yè)公司