[发明专利]自絮凝细胞颗粒清液连续发酵淀粉质原料生产酒精

说明书

本发明属于生物工程技术领域，特别涉及到一种自絮凝细胞颗粒清液连续发酵淀粉质原料生产酒精的工艺技术。

迄今为止，国内外淀粉质原料酒精发酵均采用带渣发酵的生产工艺，主要以玉米为原料，并根据原料玉米前处理方法的不同分为干法和湿法二条技术路线。在湿法工艺中，原料玉米浸泡后经胚乳分离、蛋白分离和纤维分离等工艺步骤得到粗淀粉乳作为后续酒精发酵的原料；而在干法工艺中，原料玉米直接脱胚或脱胚脱皮粉碎后得到玉米粉作为后续酒精发酵的原料。其共同点为粉浆经双酶法液化和糖化后得到的醪液不经过滤或澄清处理直接送入发酵工段，酵母细胞将可发酵性糖发酵生成酒精和二氧化碳后得到的发酵醪中含有原料残渣和大量酵母细胞。

发酵醪蒸馏过程中从粗馏塔塔釜排出大量废糟液。由于原料残渣及酵母细胞在酒精蒸馏过程中受热分解产生很多副产物，当废糟液直接循环使用时，尽管这些副产物在系统中达到平衡浓度，但实验研究和生产实践均表明，如果废糟液直接循环使用的比例高于50％，这些副产物在系统中的平衡浓度会明显抑制酵母细胞的生长和酒精发酵过程。因此，现有淀粉质原料带渣发酵工艺中50％以上的废糟液不得不采用全蒸发浓缩即DDGS(Dry Distilled Grain Soluble)技术处理，蒸发装置投资大，运行过程能耗高。

本发明的目的在于提出一种采用自絮凝细胞颗粒的淀粉质原料清液酒精发酵的工艺技术路线，即粉浆液化糖化后得到的醪液在酒精发酵之前进行固液分离，去除原料残渣得到澄清糖化液，在此基础上使用自絮凝细胞颗粒连续发酵使之生成酒精和二氧化碳。由于细胞自絮凝形成毫米级大小的颗粒，因而在生物反应器中可以实现完全固定化，不仅生物反应器单位体积的细胞密度显著提高，酒精发酵的平均发酵时间相应缩短，而且送至蒸馏工段的发酵液不再含有原料残渣和细胞，蒸馏后得到的废液中有害副产物减少，可以全部直接循环使用。

实现本发明的工艺步骤如下：

1、粉浆配制：淀粉乳或玉米粉按照工艺要求的料水比(视淀粉乳的实际浓度和玉米粉的淀粉含量而定)配制成粉浆，使粉浆的淀粉总糖浓度达到20-22％(w/v)，调节pH值为6.0-6.2，并按每克淀粉15-20活力单位加入淀粉酶，预热至55-60℃。

2、粉浆液化：采用蒸汽直接喷射液化技术使粉浆快速加热到108-110℃后进入维持器，维持8-10分钟后常压闪蒸冷却到97-98℃后进入液化柱，继续液化90分钟。

3、糖化：液化醪冷却到60-62℃后，使用硫酸调节pH值为4.0-4.5，并按每克淀粉150-200活力单位加入糖化酶，糖化时间为10-15h，使DE值达到90以上，满足后续自絮凝细胞颗粒酒精发酵工艺对糖化工艺的特殊要求。

4、固液分离：采用过滤或沉降的方式分离糖化醪中的原料残渣，得到澄清糖化液。

5、种子培养与连续发酵：使用自絮凝细胞颗粒，种子培养级数和生物反应器规模可根据装置的生产规模确定，应保证逐级接种的接种量为5-10％。种子扩大培养用培养基为糖浓度稀释到10-12Bx、添加5g/L NH₄HCO₃和1.5g/LKH₂PO₄、pH值调节到5.0-5.5的糖化液，培养方式为间歇培养和连续流加培养结合，即接种后先间歇培养至残糖浓度降低到1.0％(w/v)，然后开始流加糖化液进行连续培养。种子培养的工艺条件如下：

1)培养温度：30-32℃；

2)pH值：3.8-4.2；

3)以0.1vvm的速率通风供氧；

4)通过调节培养基流加速率控制残糖浓度为0.8-1.0％(w/v)；

5)生物反应器中单位体积细胞密度以细胞干重计达到40-50g/L。