CN101070549A - 酒精生产的混合原料发酵工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种酒精生产的混合原料发酵工艺，包括原料处理、拌料、蒸煮液化、糖化、发酵、蒸馏工序，其中在原料处理工序中，将淀粉质原料粉碎，将甘蔗榨汁过滤成甘蔗汁，淀粉质原料粉与甘蔗汁的重量配比为1∶1～1∶10。淀粉质原料为木薯干、玉米、马铃薯、小麦、大麦或者甘薯干等。本发明的有益效果是：提高了甘蔗汁糖液中的总糖浓度，又降低淀粉质原料醪液的固形物浓度，改善流动性，提高成熟醪的酒精浓度，节约了蒸馏蒸汽用量，又减少单位吨酒精的排糟量，减少废糟的处理负荷，而且废糟更容易处理，使酒精生产过程环保。

Description

酒精生产的混合原料发酵工艺
技术领域
本发明涉及一种酒精及燃料乙醇生产工艺。
技术背景
目前，世界上为实现浓醪发酵，主要有两个方法：一是美国有的企业采用大颗粒玉米粉(直径3mm，减少黏度.另一种办法是将淀粉质原料糖化一步完成，即彻底糖化。然后采用逐步流加糖液的办法控制发酵。(-贾树标等新编酒精工艺学2004化学工业出版社P102)，还有由文献检索结果可知：采用新鲜薯类原料与热水和淀粉酶同时混合发酵生产酒精(中国发明专利公报，CN-1044941A)和混合使用高粱、玉米原料生产酒精(酿酒科技.1999(4).-40-42)已有报道；采用双底物双菌种实现混合糖连续发酵生产酒精(食品与发酵工业.1995(6).-39-43)、利用混合培养法由葡萄糖和木糖发酵生产酒精(四川食品工业科技.1993，12(3).-44-48)也有报道；还有较多的文献报道了酒精浓醪发酵技术及其新工艺研究(酿酒科技.1997(4).-52-54和酿酒科技.1998(5).-38-40)。
现有技术中用于酒精和燃料乙醇生产中的原料，基本上都是以单一原料为主，其中已有过木薯和甘薯混合生产酒精的实践，也有过以糖蜜和木薯原料混合的生产酒精的实践。但都未有甘蔗汁和淀粉质混合原料进行浓醪发酵酒精和进一步生产燃料乙醇的实践。
由于用淀粉质原料进行浓醪发酵工艺，存在固形物浓度增大，流动性差的缺点，容易发生沉淀，不利于大罐连续发酵，也又不利于蒸馏时醪塔塔釜的再沸器间接加热，其废糟由于含有COD浓度太高而不好处理。
而用单一的糖质原料的发酵解也存在以下缺点：
单一糖蜜原料的发酵，由于糖蜜原料中所含的灰分及其他杂质较高，浓醪发酵会妨碍酵母生长而不利。从而限制了糖蜜酒精的浓醪发酵。
单一甘蔗汁原料的发酵，由于甘蔗汁的含糖量不够高，直接发酵所得酒精浓度低，蒸馏时蒸汽量大，不合算。若先行适当的浓缩，可提高糖浓而提高酒度，但要多消耗蒸汽能量，也是不合算。而且甘蔗酒精废液的处理由于太稀薄，不好处理。世界上用甘蔗汁生产燃料乙醇最先进的巴西，处理酒精糟液方法多是采取暂时地塘的贮存，采用散布于农田作肥料使用，从而占用大量的暂时贮存的地塘面积，为此也在寻求解决方案。
浓醪发酵工艺在于一方面要求提高发酵强度[g/(L·h)]，另一方面是能源消耗和用水量大幅降低。(-贾树标等新编酒精工艺学2004化学工业出版社P100)
国内酒精普通企业发酵成熟醪的酒精浓度为9～10.5％(V)，每生产一吨95％(V)酒精，产生11.5m3废水。国内大型酒精企业成熟醪的酒精浓度大约在12％(V)左右。每生产一吨95％(V)酒精，产生9.6m3废水。而美国有的酒精厂的成熟醪的酒精浓度大约在18％(V)，并且向23％(V)努力。此时，每生产一吨95％(V)酒精，产生5.0m3废水。(-贾树标等新编酒精工艺学2004化学工业出版社P101)
发明内容
本发明的目的是提供一种克服了上述现有技术中单一原料的发酵的缺陷，用甘蔗汁代替现有技术中的工艺水，以一定的比例加入淀粉质原料中，混合成甘蔗汁粉浆，通过现有技术的蒸煮液化、糖化、发酵、蒸馏工艺生产酒精及燃料乙醇的新工艺，既提高成熟醪的酒精浓度，又节约了蒸馏蒸汽，还减少废槽的处理量。
本发明的技术解决方案是：酒精生产的混合原料发酵工艺，包括原料处理、拌料、蒸煮液化、糖化、发酵、蒸馏工序，其中在原料处理工序中，将淀粉质原料粉碎，将甘蔗榨汁过滤成甘蔗汁，淀粉质原料粉与甘蔗汁的重量配比为1∶1～1∶10。
由甘蔗汁替代工艺搅拌水，和淀粉质拌料后形成混合原料粉浆，既提高了甘蔗汁糖液中的总糖浓度，又降低淀粉质原料醪液的固形物浓度，改善流动性，提高成熟醪的酒精浓度，可实现浓醪发酵工艺；醪液中有蔗糖存在，酵母可在发酵前期先行利用，使糖化酶有足够时间在发酵过程逐步糖化淀粉物质，这样，还可起到防止前期糖浓过高而产生高的渗透压，伤害酵母的活性；实现一边发酵一边糖化，保持酵母的活力，保证了浓醪发酵的进行；酒精废糟的固形物比单一甘蔗汁酒精废水高、而又比单一淀粉质原料酒精浓醪发酵的废糟低，使酒精废糟变得容易处理，使酒精生产容易实现无污染的环境保护；由于成熟醪的含酒量水平比现有技术高，因此既节约了蒸馏蒸汽用量，又减少单位吨酒精的排糟量，减少废槽的处理负荷。
甘蔗汁可以一次加入淀粉质原料粉中全部用于拌料，也可以先将部份甘蔗汁直接加入淀粉质原料粉中用于拌料，剩余部份甘蔗汁分别在蒸煮液化、糖化或发酵三个工序中任一个工序或多个工序中加入。
这样可以利用以后加入的甘蔗汁降低物料的温度，减少冷却水的用量，同时可以提高现有拌料、蒸煮液化、糖化工序的设备利用率，减少设备投资，降低成本。
对不用于拌料工序使用的剩余部分甘蔗汁应进行无菌处理，方法之一是可以添加抗菌素，这样可以保证后续的发酵正常进行。
所述的淀粉质原料为木薯干、玉米、马铃薯、小麦、大麦或者甘薯干等。这样的原料便于获得，降低酒精生产的成本。
本发明的有益效果是：提高了甘蔗汁糖液中的总糖浓度，又降低淀粉质原料醪液的固形物浓度，改善流动性，提高成熟醪的酒精浓度，节约了蒸馏蒸汽用量，又减少单位吨酒精的排糟量，减少废糟的处理负荷，而且废糟更容易处理，使酒精生产过程环保。
具体实施方式
实例1：一次加入法，
以年产22000吨的酒精厂，以木薯干∶甘蔗汁＝1∶3配料工艺为例：
每小时用甘蔗汁18吨，加入粉碎木薯干6吨，在拌料罐内，将料浆调整到所需浓度，料浆品温控制在60～65℃，加入适量淀粉酶。在液化罐内，调整好PH值至5.2～5.5，并加入Ca2+，加入耐高温α-淀粉酶、料浆液后搅拌均匀，然后用泵将粉浆打入喷射液化器。在喷射器中粉浆和蒸汽直接相遇，喷射器处理此浆料时，剪切搅拌的效果，有利于气液两相均匀混合与加热，可确保浆料中颗粒的均匀加热及完全蒸煮。控制出料温度100～105℃；从喷射器出来的料液，进入液化保温管中保温维持5-10min后，料液经闪蒸罐排乏汽，同时淀粉进一步分散，蛋白进一步凝固，然后进入二次液化罐，温度降低至95～97℃，液化约45～55min，使之冷却降温至60℃，用泵输送料液进入糖化罐，在糖化罐内用酸将PH值调至4.2～4.5然后加入糖化酶，60℃保温10～25min后，然后将料液用泵输送经螺旋板冷却器循环冷却至30～35℃去发酵工序使用。
在发酵工序采用活性干酵母大罐连续发酵技术，经30～50小时左右的连续发酵，获得15.3％(V)酒份的成熟醪。
用泵将成熟醪送去蒸馏工序进行蒸馏酒精。每吨酒精产生废糟6.5吨，比现有淀粉质原料每吨酒精产生废糟11.5吨，减少了5吨(43％)。
节约蒸汽：
当进料成熟醪的酒份为15.3％(V)，蒸馏汽耗为2.56吨汽/吨酒(95％V)，
节约蒸汽：2.8-2.56＝0.245吨汽/吨酒精，(按照100元/吨汽计，相当于24.5元/吨酒精)
年产1万吨酒精，年可增加效益24.5万元。
年产10万吨酒精，年可增加效益245万元。
如若生产无水乙醇，可采用现有生产技术将酒精脱水为无水乙醇即可。
实施例2：一次加入法
以年产18000吨的酒精厂，以甘薯干∶甘蔗汁＝1∶1配料工艺为例：
每小时压榨甘蔗汁6吨，粉碎甘薯干6吨。
以甘薯干∶甘蔗汁＝1∶1左右进行拌料，在拌料罐内，将料浆调整到所需浓度，料浆品温控制在60～65℃，加入适量淀粉酶。在液化罐内，调整PH值至5.2～5.5，并加入Ca2+，加入耐高温α-淀粉酶、料液搅拌均匀后用泵将蔗汁粉浆打入喷射液化器。在喷射器中粉浆和蒸汽直接相遇，喷射器处理此浆料时，剪切搅拌的效果，有利于气液两相均匀混合与加热，可确保浆料中颗粒的均匀加热及完全蒸煮。控制出料温度100～105℃。从喷射器出来的料液，进入液化保温管中保温维持5-10min，料液经闪蒸罐排乏汽，同时淀粉进一步分散，蛋白进一步凝固，然后进入二次液化罐，温度降低至95～97℃，液化约45～55min；降温至60℃，用泵输送料液进入糖化罐，在糖化罐内用酸将PH值调至4.2～4.5然后加入糖化酶，60℃保温10～25min后，然后将料液用泵输送经螺旋板冷却器循环冷却至30～35℃去发酵工序使用。在发酵工序采用现有生产技术的活性干酵母大罐连续发酵技术，经30～50小时左右的连续发酵，获得23.7％(V)酒份的成熟醪.
用泵送去蒸馏工序采用现有生产技术进行蒸馏酒精。每吨酒精产生废糟3.83吨.比现有淀粉质原料每吨酒精产生废糟11.5吨，减少了7.67吨(66.7％)。
节约蒸汽：
当进料成熟醪的酒份为23.7％V(19.43％W)，蒸馏汽耗为1.905t/t酒。
节约蒸汽：2.8-1.905＝0.895吨汽/吨酒精。(按100元/吨汽计，相当于89.5元/吨酒精)
年产1万吨酒精，年可增加效益89.5万元。
年产10万吨酒精，年可增加效益895万元。
如若生产无水乙醇，可采用(现有生产技术)：酒精脱水为无水乙醇即可。
实例3：二次加入法
以年产15000吨的酒精厂，以木薯干∶甘蔗汁＝1∶6配料工艺为例：
每小时压榨甘蔗汁18吨，粉碎木薯干3.0吨。
先以木薯干∶甘蔗汁＝1∶3左右进行拌料，以9吨(即先用50％)甘蔗汁作木薯干粉原料的拌料水进行拌料，在拌料罐内，将料浆调整到所需浓度，料浆品温控制在60～65℃，加入适量淀粉酶。在液化罐内，调整PH值至5.2～5.5，并加入Ca2+，加入耐高温α-淀粉酶、料液搅拌均匀后用泵将蔗汁粉浆打入喷射液化器。在喷射器中粉浆和蒸汽直接相遇，喷射器处理此浆料时，剪切搅拌的效果，有利于气液两相均匀混合与加热，可确保浆料中颗粒的均匀加热及完全蒸煮。控制出料温度100～105℃。从喷射器出来的料液，进入液化保温管中保温维持5-10min，料液经闪蒸罐排乏汽，同时淀粉进一步分散，蛋白进一步凝固，然后进入二次液化罐，温度降低至95～97℃，液化约45～55min；这时可以加入9吨(50％)常温的甘蔗汁，搅拌均匀使之混合降温至60℃，可节省这部份的冷却水，用泵输送料液进入糖化罐，在糖化罐内用酸将PH值调至4.2～4.5然后加入糖化酶，60℃保温10～25min后，然后将料液用泵输送经螺旋板冷却器循环冷却至30～35℃去发酵工序使用；另一种添加方法是：先不在液化后的95～97℃醪液中加入，而先将料液用泵输送经螺旋板冷却器循环冷却至60℃去糖化罐内，保温10～25min后，才加入9吨(50％)常温的甘蔗汁，搅拌均匀使之混合降温至30～33℃，用泵输送去发酵工序使用，同样可以节省这部分的冷却水。
在发酵工序采用现有生产技术的活性干酵母大罐连续发酵技术，经30～50小时左右的连续发酵，获得11.7％(V)酒份的成熟醪。近似现有国内发酵水平。
用泵送去蒸馏工序采用现有生产技术进行蒸馏酒精。每吨酒精产生废糟9吨.比现有淀粉质原料每吨酒精产生废糟11.5吨，减少了2.5吨(21.7％)。
实施例4：三次加入法
以年产20000吨的酒精厂，以玉米∶甘蔗汁＝1∶10配料工艺为例：
每小时压榨甘蔗汁30吨，粉碎玉米3.0吨。
先以玉米∶甘蔗汁＝1∶3左右进行拌料，以9吨甘蔗汁作玉米粉原料的拌料水进行拌料，在拌料罐内，将料浆调整到所需浓度，料浆品温控制在60～65℃，加入适量淀粉酶。在液化罐内，调整PH值至5.2～5.5，并加入Ca2+，加入耐高温α-淀粉酶、料液搅拌均匀后用泵将蔗汁粉浆打入喷射液化器。在喷射器中粉浆和蒸汽直接相遇，喷射器处理此浆料时，剪切搅拌的效果，有利于气液两相均匀混合与加热，可确保浆料中颗粒的均匀加热及完全蒸煮。控制出料温度100～105℃。从喷射器出来的料液，进入液化保温管中保温维持5-10min，料液经闪蒸罐排乏汽，同时淀粉进一步分散，蛋白进一步凝固，然后进入二次液化罐，温度降低至95～97℃，液化约45～55min；这时可以第二次加入12吨常温的甘蔗汁，搅拌均匀使之混合降温至60℃左右，可节省这部份的冷却水，用泵输送料液进入糖化罐，在糖化罐内用酸将PH值调至4.2～4.5然后加入糖化酶，并保温10～25min后，再在糖化罐内第三次加入9吨常温的甘蔗汁，搅拌均匀使之混合降温45~50℃，同样可以节省这部分的冷却水；然后将料液用泵输送经螺旋板冷却器循环进一步冷却至30～35℃去发酵工序使用。另一种方法：第三次加入9吨常温的甘蔗汁，可以改在第2～3个发酵罐流加，用于调节发酵醪液的糖度。
在发酵工序采用活性干酵母大罐连续发酵技术，经30～50小时左右的连续发酵，获得9.6％(V)酒份的成熟醪。属正常水平生产。
用泵将成熟醪送去蒸馏工序进行蒸馏酒精。每吨酒精产生废糟11.2吨，和国内企业现有淀粉质原料每吨酒精产生废糟11.5吨近似。
如若生产无水乙醇，可采用现有生产技术将酒精脱水为无水乙醇即可。
还可以使用马铃薯、大麦或小麦替代玉米作为淀粉质原料使用。

Claims (5)

1、酒精生产的混合原料发酵工艺，包括原料处理、拌料、蒸煮液化、糖化、发酵、蒸馏工序，其特征在于：其中在原料处理工序中，将淀粉质原料粉碎，将甘蔗榨汁过滤成甘蔗汁，淀粉质原料粉与甘蔗汁的重量配比为1∶1～1∶10。
2、根据权利要求1所述的酒精生产的混合原料发酵工艺，其特征在于：甘蔗汁一次加入淀粉质原料粉中全部用于拌料。
3、根据权利要求1所述的酒精生产的混合原料发酵工艺，其特征在于：部份甘蔗汁直接加入淀粉质原料粉中用于拌料，剩余部份甘蔗汁分别在蒸煮液化、糖化或发酵三个工序中的至少一个工序中加入。
4、根据权利要求3所述的酒精生产的混合原料发酵工艺，其特征在于：对不用于拌料工序使用的剩余部分甘蔗汁进行无菌处理。
5、根据权利要求1、2、3或4所述的酒精生产的混合原料发酵工艺，其特征在于：所述的淀粉质原料为木薯干、玉米、马铃薯、小麦、大麦或者甘薯干。
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