[发明专利]一种超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术

说明书

一种超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术，实现延长酵母寿命，使其可回收利用的技术。通过在发酵培养基中添加表面活性剂作为酵母细胞的保护剂，大幅提高了酵母细胞的寿命和在超高浓度乙醇发酵液中的存活率，使其可循环再利用。首先将酵母粉、葡萄糖、表面活性剂、硫酸溶液混合进行发酵，发酵结束后分别采用冷冻离心分离和减压蒸馏回收酵母和表面活性剂用于新的发酵过程。本发明不仅提高了酵母的循环利用效率，而且实现了表面活性剂与硫酸同步回收再利用，发酵工艺简单，可有效降低燃料乙醇生产成本、提高发酵效率，具有重要的应用前景。

技术领域

本发明涉及发酵工艺生产乙醇领域，具体涉及一种超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术。

背景技术

随着世界经济的发展，特别是汽车工业的发展，石油供不应求，各国政府开始考虑燃料的自给问题。燃料乙醇工业的出现，有效地缓解了石油资源短缺问题，减轻对石油的依赖程度；有利于环境的改善。使用车用乙醇汽油，可使汽车尾气污染水平平均降低30%以上，因而燃料乙醇是一种“绿色能源”可以有效缓解能源危机，为保持经济社会的可持续发展开辟了新的途径。

专利US20100143993A1及WO2010/065595A2采用离子液体作为萃取剂从发酵体系原位连续萃取乙醇以保证酵母活性；文献（Appl Microbiol Biotechnol,2000(54):476-486）报道了一种双水相（ATPS）发酵体系，将PEG-6000作为萃取剂与培养基同时加入培养瓶，发酵30分钟体系即发生分相，上层为PEG-6000/乙醇相，用泵抽出后蒸馏可回收90%乙醇，而且下层酵母可以反复利用，该方法适合连续化生产；传统的燃料乙醇的生产工艺主要问题是废水排放大、分离能耗高。

而超高浓度发酵是一种能够提高乙醇发酵经济指标的技术，超高浓度乙醇发酵具有如下优点：①提高单位设备的生产率和利用率；②减少水耗；③增加单位体积醪液中的乙醇，降低蒸煮、发酵、蒸馏和DDGS浓缩干燥过程的能耗；④抑制杂菌的生长。但是，超高浓度乙醇发酵因为起始糖浓度明显提高也带来了一些问题，一方面高糖浓度作用下酵母细胞受到高渗透压的胁迫，导致生长和存活率下降，发酵时间延长和发酵不完全；另一方面酵母细胞受到高浓度乙醇的强产物抑制；还有营养不足也会抑制发酵的进行。文献（Biomass andBioenergy39，2012:48-52）和（Energies2012,5,3178-3197）探讨了在超高浓度乙醇发酵（VHG）条件下加入不同种类的氮源改善终点乙醇浓度。在专利CA201310416058中尝试在发酵培养中添加非离子表面活性剂，用以减小酒精抑制，降低高糖浓度引起的渗透压，提高酿酒酵母细胞在特殊环境下的成活率及生长速率，最终获得了160g·L^-1的终点乙醇浓度，有效降低了发酵过程中水的消耗和精馏过程的能源消耗。但是对于酵母的回收及表面活性剂的再利用并没有进行深入探讨。

超高浓度发酵属于间歇式发酵法，而间歇式发酵的主要优点之一就是利用固体酵母粉进行发酵时，能够将酵母从产物中进行分离，回收的酵母可在下一批发酵过程中得到再利用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术不足，提供一种超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术。该技术的基本思路是，将固体酵母粉、可发酵碳水化合物、表面活性剂、预先配置好的pH溶液混合均匀进行发酵，发酵后进行离心分离，分别回收不溶物和上清液，不溶物为固体酵母粉可再利用；上层液体进行蒸馏，剩余液体为表面活性剂、硫酸及少量副产物甘油等，将表面活性剂混合物用于下一次发酵过程。

本发明提供了一种超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术，以可发酵碳水化合物为原料，添加表面活性剂、预先配置好的pH的溶液，固体酵母粉，在不添加任何营养成分的条件下进行发酵；发酵结束后，回收固体酵母和表面活性剂。所述固体酵母粉的接种量为1%-20%（优选为7%）；所述发酵体系中表面活性剂与pH溶液的质量比为1%-50%（优选为33%）。发酵体系中表面活性剂与水的质量比为1:4。

本发明提供的超高浓度乙醇发酵过程酵母回收技术，所述发酵温度为25-38℃，发酵时间1-86小时。