專利名稱：大米直接干磨生產(chǎn)淀粉糖及無(wú)渣快速發(fā)酵燃料酒精方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬農(nóng)副產(chǎn)品深加工、糖和酒精產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在人類不斷面臨能源尤其是不可再生的石油、煤日益并明顯快速枯竭的嚴(yán)峻形勢(shì)下，可再生能源特別是生物能源的迅速研發(fā)及其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化自然就成世界各國(guó)和地區(qū)競(jìng)爭(zhēng)的主體目標(biāo)和任務(wù)之一且代表著其真實(shí)國(guó)力、是國(guó)際公認(rèn)的綜合評(píng)判一個(gè)國(guó)家國(guó)力強(qiáng)弱與持久發(fā)展能力的重大標(biāo)志和標(biāo)準(zhǔn)之一，故世界各國(guó)和地區(qū)都不遺余力地研發(fā)可再生能源，如我國(guó)“十一五”規(guī)劃綱要等明確規(guī)定大力發(fā)展可再生替代能源、并與同樣屬能源消耗大國(guó)美國(guó)達(dá)成在可再生替代能源技術(shù)發(fā)展方面互相合作協(xié)議，國(guó)務(wù)院能源國(guó)策也明確規(guī)定要大力加強(qiáng)可再生能源的技術(shù)研發(fā)和儲(chǔ)備、其各部委也都紛紛陸續(xù)制定與發(fā)布了與之配套實(shí)施的系列政策、文件，如國(guó)家發(fā)改委優(yōu)先發(fā)展可再生生物能源尤其是燃料酒精等重大國(guó)策等。在可再生能源的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化中、原料和市場(chǎng)最廣闊的非生物能源莫屬，其中又以農(nóng)業(yè)化且生長(zhǎng)收獲期即再生周期短、產(chǎn)量大、產(chǎn)地及面積廣闊的淀粉質(zhì)原料發(fā)酵生產(chǎn)燃料酒精成本最低而前景最為廣闊。盡管如此，鑒于目前全球燃料酒精生產(chǎn)起步時(shí)差不大、故其發(fā)酵技術(shù)與工藝基本都是在傳統(tǒng)酒及酒精基礎(chǔ)上略有改進(jìn)而沒(méi)有重大突破，如漫長(zhǎng)(150小時(shí)以上)的生產(chǎn)周期及相應(yīng)的投資大增等、都是嚴(yán)重制約燃料酒精迅速發(fā)展且靠目前技術(shù)難以逾越的瓶頸，導(dǎo)致其遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)需求、更談不上“替代”石油；另外，現(xiàn)有的傳統(tǒng)帶渣發(fā)酵酒精工藝技術(shù)用于規(guī)?；a(chǎn)燃料酒精，體積、能耗、水耗及環(huán)污問(wèn)題也難以忽視；再有，因燃料酒精為純酒精、與飲用酒相比產(chǎn)量少且價(jià)格很低，應(yīng)兼產(chǎn)市場(chǎng)及用途用量廣闊的糖業(yè)發(fā)展總趨勢(shì)的淀粉糖及綜合利用如結(jié)晶糖的母液再發(fā)酵酒精才能生存發(fā)展。
為進(jìn)一步加強(qiáng)了解和理解，不妨先將現(xiàn)有技術(shù)簡(jiǎn)要介紹如下、以供參考和分析方便之用綜觀目前酒及酒精生產(chǎn)，其發(fā)酵按物態(tài)大致可分為固態(tài)和液態(tài)兩大類、按工藝大致可分為間斷和連續(xù)兩大類、其它如半連續(xù)等則基本屬于介于其間的過(guò)渡類型、沒(méi)有顯著的本質(zhì)區(qū)別，其取酒則基本全部屬于一次性即成熟法-每次發(fā)酵結(jié)束后才取一次酒；固態(tài)發(fā)酵原料含水量遠(yuǎn)較液態(tài)發(fā)酵原料少、酵母體內(nèi)產(chǎn)生的酒精因原料含水量少而流動(dòng)性小且慢、很難迅速擴(kuò)散而積累在酵母細(xì)胞體內(nèi)及其近周而濃度很高，根據(jù)生成物抑制即減慢酶反應(yīng)原理不難理解固態(tài)發(fā)酵周期長(zhǎng)、一般需要數(shù)月乃至近一年且往往需分多次重新發(fā)酵與取酒如茅臺(tái)酒需近10個(gè)月和6-8次發(fā)酵與取酒才能完成，雖然固態(tài)發(fā)酵周期長(zhǎng)，但因飲用酒中還需要一些酒精發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物如呈香物質(zhì)等以增加品質(zhì)、而漫長(zhǎng)的間歇式固體發(fā)酵利于這些物質(zhì)的產(chǎn)生與積累及相互間更加復(fù)雜的反應(yīng)與產(chǎn)物和高檔酒價(jià)高足以彌補(bǔ)耗時(shí)長(zhǎng)的高成本等特點(diǎn)而被廣為采用至今并仍占主流與主體地位，如現(xiàn)仍廣泛用于價(jià)較高的中、高檔蒸餾飲用酒如高品質(zhì)的世界名酒茅臺(tái)酒、五糧液、劍南春、瀘州老窖等。然而間歇式固態(tài)發(fā)酵及其對(duì)高檔即高價(jià)格飲用酒來(lái)說(shuō)的優(yōu)點(diǎn)顯然不適用于燃料酒精和低檔次即低價(jià)格飲用酒的生產(chǎn)，因?yàn)槭紫壬a(chǎn)周期長(zhǎng)導(dǎo)致成本大幅提高、而其市場(chǎng)能接受如以石油產(chǎn)品為參考價(jià)的售價(jià)遠(yuǎn)低于其成本而沒(méi)有可行性，其次燃料酒精根本無(wú)需任何呈香物質(zhì)等，第三是發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的有些物質(zhì)如甘油(主要是在漫長(zhǎng)的發(fā)酵后期由酵母產(chǎn)生)、雜醇油(葡萄糖發(fā)酵生成的丙酮酸與氨基酸如胱氨酸作用生成雜醇油的主要成分異戊醇；另外，丙酮酸和乙酰CoA相結(jié)合，由于碳鏈的加長(zhǎng)，當(dāng)有蔗糖存在如糖蜜發(fā)酵時(shí)，也促進(jìn)高級(jí)醇即雜醇油的生成)、琥珀酸(葡萄糖與谷氨酸生成、同時(shí)還生成甘油)會(huì)耗費(fèi)糖分而降低酒精產(chǎn)量，第四是長(zhǎng)時(shí)間緊密密閉堆積發(fā)酵產(chǎn)生較多熱量又難以散發(fā)導(dǎo)致發(fā)酵溫度高于37℃時(shí)而易污染雜菌如醋酸菌(直接消耗酒精)生成醋酸、乳酸菌(消耗丙酮酸即葡萄糖)生成乳酸、丁酸也由葡萄糖而來(lái)、并因溫度高于酵母菌最適溫度(30-34℃)而抑制酵母菌的繁殖與活性、這些因素都減少酒精產(chǎn)量，第五是還需在蒸餾時(shí)從酒精中分離出這些物質(zhì)、否則會(huì)影響酒精尤其是純度要求較高的燃料酒精質(zhì)量而進(jìn)一步增加工藝復(fù)雜度且降低酒精收率而增加生產(chǎn)周期及廠房設(shè)備投資，第六是間歇式固態(tài)分段發(fā)酵工序和工作量重復(fù)增加若干倍并耗曲(重復(fù)用曲)耗時(shí)(重復(fù)培曲)耗糧(重復(fù)培養(yǎng)和用曲且多半轉(zhuǎn)化為不能轉(zhuǎn)變成酒精的菌體耗糧；另外，每次發(fā)酵與取酒都有酒耗最常見(jiàn)且損失較大又難以避免的如發(fā)酵過(guò)程中密封不嚴(yán)表面干枯導(dǎo)致開(kāi)裂的“漏(酒精和呈香物質(zhì)等)氣”和氧氣進(jìn)入減弱酒精發(fā)酵能力及產(chǎn)量并增加耗氧發(fā)酵及產(chǎn)物，反復(fù)搬運(yùn)、松散取酒用的發(fā)酵好的酒糟使酒精和呈香物質(zhì)大量揮發(fā)即俗稱的“敞氣”等酒精及其品質(zhì)與產(chǎn)量)損失。以上這些因素單一及綜合作用的結(jié)果導(dǎo)致酒精收率減少和成本增加。
液態(tài)發(fā)酵雖有間斷、半連續(xù)和連續(xù)之分，但均具與上述固態(tài)間斷式發(fā)酵有本質(zhì)且為共性的區(qū)別一周期一次性地完成發(fā)酵與取酒后即棄料而不再重復(fù)用作發(fā)酵原料及重新發(fā)酵，這就要求液態(tài)發(fā)酵要盡可能地發(fā)酵徹底即讓原料中的淀粉盡可能多地轉(zhuǎn)化成葡糖糖并同樣盡可能多地使葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精，且這些過(guò)程都要求連續(xù)地一次(一周期)性完成。相對(duì)于前述的固態(tài)間歇時(shí)發(fā)酵而言，液態(tài)發(fā)酵確有因水分含量高并因此又有一定流動(dòng)性使酒精易于溶解和較為均勻分布在整個(gè)液體中、使液體中的酒精溶解量及含量大增，并因此而減少酵母內(nèi)部及近周酒精濃度、導(dǎo)致生成酒精的酶反應(yīng)速度因生成物即酒精濃度的減小得以加快而縮短發(fā)酵周期，并減少前述的固態(tài)間歇發(fā)酵的各種酒精損失和糧耗及成本增加，從而基本克服或避免了上述的固態(tài)間歇發(fā)酵難以低成本大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)燃料酒精的系列嚴(yán)重缺點(diǎn)和關(guān)鍵性制約因素。但相對(duì)于燃料酒精高純度與高產(chǎn)量且生產(chǎn)速度快系列關(guān)鍵與瓶頸性要求而言、目前液態(tài)發(fā)酵仍有系列嚴(yán)重缺陷，如蒸煮導(dǎo)致淀粉水解速度慢，水解產(chǎn)物不徹底(如產(chǎn)生大量糊精等非直接發(fā)酵性糖即非葡萄糖)及淀粉糊精變性老化難以迅速或徹底水解成可發(fā)酵性糖而大幅增加發(fā)酵如前發(fā)酵(10小時(shí)以上)尤其是后發(fā)酵(40小時(shí)以上)時(shí)間大幅延長(zhǎng)生產(chǎn)周期而同樣大幅降低酒精產(chǎn)量；淀粉與糊精膨脹增加液體粘稠度降低其流動(dòng)性、減少液體與酵母的表面交換面積與交換速度并減慢酒精發(fā)酵速度延長(zhǎng)生產(chǎn)周期、且易因此污染雜菌而降低酒精產(chǎn)量與質(zhì)量，只有增加酵母用量的高昂代價(jià)才能有效克服，或降低液體物料濃度以減小粘稠性增加流動(dòng)性、但這也必然是以減少單位時(shí)間酒精生成量即產(chǎn)量為代價(jià)故同樣高昂，以上問(wèn)題在現(xiàn)有技術(shù)中雖可經(jīng)過(guò)曲霉糖化酶的作用部分生成可發(fā)酵性糖且在酒精發(fā)酵過(guò)程中糖化醪中的淀粉和糊精繼續(xù)被糖化酶水解即后糖化作用，但相對(duì)于本發(fā)明設(shè)計(jì)的先徹底水解成可發(fā)酵性糖即葡萄糖后再發(fā)酵而言仍有上述系列及下述帶渣發(fā)酵及副產(chǎn)物等缺陷且較嚴(yán)重；更重要的是帶渣蒸煮與發(fā)酵不僅處理量太大，且因體積大增而大量占用設(shè)備與廠房有效容積與時(shí)間、空間，同時(shí)大幅增加能耗水耗與環(huán)污，還因渣中的大量蛋白質(zhì)水解導(dǎo)致菌體過(guò)度繁殖耗費(fèi)過(guò)多能源即葡萄糖而降低酒精產(chǎn)量，且如前述同樣需耗費(fèi)葡糖糖生成燃料酒精并不需要且影響其品質(zhì)而必須增加工序與設(shè)備、時(shí)間等成本以除去的雜醇油等副產(chǎn)物及相應(yīng)減少酒精產(chǎn)量。上述系列問(wèn)題如不解決好，燃料酒精工業(yè)與行業(yè)就難以迅速長(zhǎng)足發(fā)展而必然嚴(yán)重制約國(guó)家可再生能源重大國(guó)策的實(shí)施、也必將嚴(yán)重制約世界與人類能源供給與替代能力及前進(jìn)速度與步伐。
目前最新技術(shù)進(jìn)展為采用細(xì)胞固定化技術(shù)改造傳統(tǒng)的酒精發(fā)酵工藝，具固定化酵母可重復(fù)使用、使用期限在160天以上、抗雜菌能力強(qiáng)不用滅菌、不再需要酒母培養(yǎng)、發(fā)酵時(shí)間縮短一半、發(fā)酵設(shè)備生產(chǎn)能力提高1倍以上、在同等發(fā)酵條件下產(chǎn)酒率比傳統(tǒng)發(fā)酵工藝提高5％左右等特征與優(yōu)點(diǎn)，歸納起來(lái)看主要是減少用曲及其培養(yǎng)、糧耗和前、后發(fā)酵時(shí)間，但固定化工藝的規(guī)模生產(chǎn)能力則因受到固定化柱的處理能力較小和成本售價(jià)較高等核心性因素的限制而很有限、且短期內(nèi)難有根本性突破或改觀，加上其仍未能解決好糖化及純度與濃度、帶渣及處理大、設(shè)備廠房利用率低投資大成本高系列主體問(wèn)題和政府工作報(bào)告及國(guó)家第十一個(gè)五年發(fā)展規(guī)劃綱要中硬性規(guī)定予以限制的能耗、水耗、環(huán)污硬性指標(biāo)等同樣是瓶頸性的系列難題，難以適用于燃料酒精需大規(guī)模、低成本生產(chǎn)的必須與基本要求條件。目前還有節(jié)能的生料直接發(fā)酵，但發(fā)酵周期需數(shù)天以上周期長(zhǎng)成本高，發(fā)酵負(fù)荷及處理量和體積太大，易染菌、變質(zhì)、腐敗等，因此對(duì)燃料酒精快速高產(chǎn)低成本必備要求而言可行性及意義都不大。
隨著人口和工商服務(wù)等業(yè)及荒漠化占地的增長(zhǎng)、全人類及人人都面臨著人均可耕地越來(lái)越少且難以克服的現(xiàn)實(shí)與長(zhǎng)遠(yuǎn)生存難題，加上傳統(tǒng)主流制糖作物甘蔗的生產(chǎn)周期長(zhǎng)達(dá)10個(gè)月、剩下的2個(gè)月時(shí)間因短于任何一種主要能源性農(nóng)作物如糖類甜菜、油類油菜及豆科作物或淀粉主要來(lái)源禾谷類與薯類作物等的基本生長(zhǎng)與成熟周期故其基本耗盡了全年生長(zhǎng)期，導(dǎo)致主流糖類蔗糖價(jià)格不斷攀升、迫使國(guó)家一再大規(guī)模動(dòng)用國(guó)庫(kù)儲(chǔ)備糖平抑與調(diào)控糖價(jià)，但顯然這只是暫時(shí)的、因?yàn)閲?guó)庫(kù)及其調(diào)控能力與調(diào)控空間總是有限的，只有從根本上解決糖源來(lái)源才能達(dá)到調(diào)控目的。淀粉糖則是唯一出路和明智選擇，因其作物種類、來(lái)源與分布廣，產(chǎn)量高且生長(zhǎng)周期短、一般3-5個(gè)月左右、故一年可2-3熟，且為營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高的葡萄糖或品質(zhì)更高、更甜的果葡糖(漿)及果糖，加上能大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)故價(jià)格也更低廉、目前已成為發(fā)達(dá)國(guó)家主流糖源，發(fā)展中國(guó)家尤其是人多地少的中國(guó)等也應(yīng)該且會(huì)成必然選擇與發(fā)展總趨勢(shì)。CN1070425A玉米酶酸直接生產(chǎn)葡糖糖的方法發(fā)明專利公開(kāi)說(shuō)明書(shū)就是順應(yīng)這種趨勢(shì)的一個(gè)很好的嘗試它去渣即先把原料加工生產(chǎn)成淀粉漿或初淀粉、再根據(jù)酶的專一性原理采用高溫酶三段液化和酸糖化即不帶渣直接優(yōu)質(zhì)快速(相對(duì)于后述的酸、酸酶和全酶法而言)生產(chǎn)葡萄糖，從而克服了傳統(tǒng)酸法需價(jià)高的精淀粉及高溫高壓設(shè)備和用酸量大環(huán)污重、復(fù)合反應(yīng)嚴(yán)重和副產(chǎn)物量大等問(wèn)題，也克服了改良法酸酶法(較酸法用酸量和溫度及副產(chǎn)物低)、尤其是全酶法需時(shí)長(zhǎng)等缺點(diǎn)，但其濕磨法制淀粉漿工藝仍須耗時(shí)長(zhǎng)達(dá)48-72小時(shí)，淀粉流失大、水耗與環(huán)污也大，淀粉漿處理不及時(shí)易染菌、變質(zhì)、腐敗，淀粉因需耗能干燥且因干燥粉塵損失收率低環(huán)污大故價(jià)高、還需重新耗水兌成淀粉漿，亞硫酸對(duì)人體和酒精發(fā)酵不利(見(jiàn)后述)及乳酸較貴且酸性弱用量大還不穩(wěn)定，且濕磨或干磨三段液化的加酶又殺酶是寶貴且昂貴的酶資源浪費(fèi)，與之匹配的升、降和保溫相應(yīng)也增加能耗、時(shí)耗和(冷卻和保溫)水耗，更重要的是加熱至120-140℃且長(zhǎng)達(dá)5-8分鐘淀粉變性焦化色深、使糖液精制困難和收率(包括發(fā)酵如酒精)下降而未解決好糖化及綜合利用并快速?gòu)氐装l(fā)酵酒精等重大難題。
發(fā)明目的本發(fā)明就是為解決上述系列問(wèn)題而設(shè)計(jì)的大米直接干磨生產(chǎn)淀粉糖及無(wú)渣快速發(fā)酵燃料酒精方法，而且本發(fā)明解決了上述所有且是現(xiàn)有較新的對(duì)比文獻(xiàn)(遠(yuǎn)較一般不超過(guò)三篇的慣例要求為多)總共也未能解決的系列問(wèn)題如兼產(chǎn)糖和酒精并快速、徹底、純凈且不帶渣發(fā)酵而使發(fā)酵同樣快速、徹底、副產(chǎn)物少、收得率高、品質(zhì)好；底物專一性高溫酶液化同時(shí)熟化并除去渣中毒物使其更安全、營(yíng)養(yǎng)與口感更好而飼料價(jià)值高，還因液化徹底使糖化和發(fā)酵液濃度高使酒精產(chǎn)量大幅提高，更重要的是解決了傳統(tǒng)蒸煮液因粘稠度高難以分離渣而必需帶渣處理的巨大工作量和高能耗、水耗、環(huán)污及高投資與成本等系列歷史性難題而名副其實(shí)地同樣具有上述系列目前技術(shù)不可替代的重大創(chuàng)新、優(yōu)點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)再將本發(fā)明的主要科技原理和其它較為重要的創(chuàng)新簡(jiǎn)介本發(fā)明根據(jù)酶與底物結(jié)合及其催化反應(yīng)的高度專一性原理，采用90℃以上高溫淀粉水解酶并在同樣溫度下專一性地將原料中的淀粉迅速及徹底液化、而對(duì)其他成分不起作用并同時(shí)熟化與通過(guò)高溫加熱處理而去除渣毒、使飼料適口性好畜禽愛(ài)吃且營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高；更重要的是因液化徹底液化液的黏度低故渣的分離容易，且分離后的渣因含水量低體積與重量均小又不粘稠而易運(yùn)輸且運(yùn)輸量小、易干燥并節(jié)能、節(jié)時(shí)、節(jié)設(shè)備與空間；因分離渣后的液化液體積小、粘度低而濃度大且流動(dòng)性好故糖化處理量??；因糖化液不帶渣而純度高，故采用酸代替前述的酶糖化使處理容易且快速，如一般酶糖化需數(shù)十小時(shí)而酸糖化僅需數(shù)小時(shí)；更重要的是酵母發(fā)酵酒精必需保持在酸性環(huán)境下、否則會(huì)使發(fā)酵向生成甘油的方向進(jìn)行，特別是發(fā)酵后期、因甘油主要在酒精發(fā)酵后期產(chǎn)生，雖然酒精發(fā)酵尤其是后期可能因雜菌污染如醋酸菌而產(chǎn)生醋酸、但其是揮發(fā)性酸，還可能污染乳酸菌產(chǎn)生乳酸、但雜菌污染及其產(chǎn)酸屬于酒精發(fā)酵中嚴(yán)格防范與控制的生產(chǎn)事故，傳統(tǒng)用非揮發(fā)性酸硫酸雖能保持酒精發(fā)酵全期特別是后期穩(wěn)定的酸性、但會(huì)產(chǎn)生對(duì)人及環(huán)境和酒精發(fā)酵都有害的物質(zhì)(詳見(jiàn)后述)，而本發(fā)明用鹽酸糖化及之后的直接發(fā)酵酒精無(wú)這些缺點(diǎn)且具節(jié)約用酸等重大優(yōu)點(diǎn)(詳見(jiàn)后述)；最為重要的是因酵母需利用發(fā)酵液營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如糖(含淀粉和糊精等)、蛋白質(zhì)與氨基酸、微量元素如鎂等增殖細(xì)胞數(shù)量，而且發(fā)酵醪中如果有容易利用的氮源存在則能阻止或延遲酵母的解體和氨基酸的分解及因此而產(chǎn)生的雜醇油(其機(jī)制前已介紹過(guò))，加上淀粉酶催化的高度專一性即保留了除淀粉外的其它一切營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及如上述的其催化產(chǎn)物糖等成分可被酵母用于細(xì)胞增殖、再結(jié)合酸催化的廣譜性即糖化的同時(shí)液化液及糖化液中殘存的蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)也被催化成氨基酸即上述的容易利用的氮源等小分子物質(zhì)，故酶液化與酸糖化不僅時(shí)間短且因液化液、糖化液和發(fā)酵液均不帶渣而處理量小且濃度高，從而通過(guò)利用提高反應(yīng)物濃度可加快酶反應(yīng)速度而提高生成物濃度的酶反應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)快速生產(chǎn)酒精的發(fā)明目的，還因上述的需殘存蛋白質(zhì)等物質(zhì)供酸解及其酸水解產(chǎn)物利于發(fā)酵酒精和提高品質(zhì)使液化液和糖化液均不用精制、再次大幅減少處理量及環(huán)污而大幅節(jié)約時(shí)間與成本；此外，本發(fā)明用其快速且低成本生產(chǎn)的酸糖化液代替?zhèn)鹘y(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間酶糖化液提高產(chǎn)力也是成功應(yīng)用酶與底物契合可立即進(jìn)行并加快酶反應(yīng)原理于酒精發(fā)酵生產(chǎn)實(shí)踐的發(fā)明目的及其理論與系列重大應(yīng)用價(jià)值如基本省下前發(fā)酵10小時(shí)、后發(fā)酵40余小時(shí)共約50余小時(shí)漫長(zhǎng)時(shí)間和因節(jié)時(shí)、節(jié)能、節(jié)水、糧耗及環(huán)污小并可有效防止雜菌污染而提高酒精品質(zhì)與收率等。
還特別值得一提的是本發(fā)明的另一重大創(chuàng)新即科學(xué)與合理利用降低生成物濃度可使酶反應(yīng)朝生成物方向進(jìn)行的酶即發(fā)酵反應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)快速生產(chǎn)酒精的發(fā)明目的，現(xiàn)也將主要原理與優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)介目前不論哪種液態(tài)發(fā)酵酒精方法都是待(固態(tài)則是每次)發(fā)酵完成后一次性提取酒精，表面看其好似工藝簡(jiǎn)單合理、但稍加分析就會(huì)很容易地發(fā)現(xiàn)其缺點(diǎn)不少而且還很嚴(yán)重，限于篇幅、現(xiàn)僅作簡(jiǎn)要綜合性分析供參考根據(jù)上述的降低生成物濃度可使酶反應(yīng)朝生成物方向進(jìn)行的原理反推可知生成物及其濃度會(huì)嚴(yán)重阻礙發(fā)酵即降低酒精生成速度且往往是第一限制因素、其比降低反應(yīng)物即底物糖的濃度的影響大得多，因?yàn)樘菨舛鹊椭皇墙档途凭漠a(chǎn)速、對(duì)酵母本身沒(méi)有危害即不會(huì)因此而減弱其發(fā)酵的本質(zhì)性能力與潛力，而隨著酒精濃度的不斷提高，其一方面反饋性地抑制即降低產(chǎn)酒速度、但這也僅僅相當(dāng)于上述的糖減少的影響而已，更重要的還在于酒精可導(dǎo)致細(xì)胞不可逆脫水和蛋白不可逆變性使細(xì)胞和酶(蛋白)包括前述的傳統(tǒng)酶糖化工藝及其糖化酶變性、失活而直接且不可逆性地被其抑制、鈍化甚至殺滅，導(dǎo)致發(fā)酵速度減慢或完全停止使發(fā)酵不徹底，或使傳統(tǒng)工藝本已十分漫長(zhǎng)如液態(tài)法的40小時(shí)、固態(tài)法的數(shù)十天乃至數(shù)月以上的后發(fā)酵過(guò)程變得更長(zhǎng)，均會(huì)嚴(yán)重降低產(chǎn)能與產(chǎn)量；由于發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致雜菌污染而降低品質(zhì)與收率，且使酒精分離工藝復(fù)雜與困難、同樣降低收率與增加成本，還因發(fā)酵周期長(zhǎng)占用設(shè)備容積和廠房面積大增而大幅降低生產(chǎn)能力、必須以同比例(視產(chǎn)能、產(chǎn)量與品質(zhì)至少30％以上乃至成倍)地增加設(shè)備與廠房投資為高昂代價(jià)彌補(bǔ)；另外，發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)和母液包括其中的酵母不能或回收循環(huán)利用率低等必將導(dǎo)致其能耗、糧耗、環(huán)污及水耗負(fù)荷等同步加重而不利降能降耗和環(huán)保國(guó)策的實(shí)施，生產(chǎn)成本也會(huì)因此大增而削弱產(chǎn)品市場(chǎng)份額與競(jìng)爭(zhēng)能力，而這正是企業(yè)和產(chǎn)品的命脈之所在。
本工藝原料及液化、糖化處理技術(shù)充分利用酶作用專一性原理和優(yōu)良的酶制劑，使酶法水解在較高溫度下(90℃)進(jìn)行，從而解決了直接投料的實(shí)現(xiàn)，收到了淀粉液化率97％以上的效果，蛋白質(zhì)和淀粉易于分離，過(guò)濾容易，液化液葡萄糖(DE)值高達(dá)28-30，使糖化反應(yīng)十分迅速和徹底，從而使原有工藝中長(zhǎng)達(dá)50小時(shí)以上糖化周期縮短到幾個(gè)小時(shí)，并且使生產(chǎn)過(guò)程中液化液質(zhì)量高，高純度，副產(chǎn)物小，基本上解決了雙酶法注射糖澄明度不易達(dá)標(biāo)的缺點(diǎn)，使生產(chǎn)注射、口服、食用和工業(yè)用糖在同一套設(shè)備中生產(chǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，為生產(chǎn)帶來(lái)了極大的靈活性。除此以外，由于糖液精制后DE值在99.5以上，以此糖液生產(chǎn)的口服糖無(wú)須結(jié)晶就已達(dá)到FCC-《美國(guó)食用化學(xué)品法典》標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)衛(wèi)生部部頒口服糖標(biāo)準(zhǔn)，就是按注射糖標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)同類產(chǎn)品也可以確保老工藝70多個(gè)小時(shí)的結(jié)晶周期縮短8-12小時(shí)左右，而且該工藝對(duì)原料中的蛋白質(zhì)等不起破壞作用，只起濃縮作用，最終所獲糖渣是熟化和去毒的口感(適口性)好、營(yíng)養(yǎng)十分豐富的高蛋白粉料，為理想的食品和飼料開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)資源。


圖1是本發(fā)明工藝技術(shù)的工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
本發(fā)明方法如下。
a大米干磨法生產(chǎn)大米粉乳 常溫下將大米用金鋼砂磨轉(zhuǎn)速為800-1000轉(zhuǎn)/分加硬水磨細(xì)成粉乳狀，要求粉粒大于300um的比例約為40％，小于300um的比例約為60％，大米粉乳濃度25-30％，碳酸鈣或鹽酸調(diào)PH為6.0-7.0。
b酶酸生產(chǎn)葡萄糖液 將大米粉乳按a-淀粉酶50-60單位/克干淀粉的加酶總量一次性加入液化酶，在90-93℃下進(jìn)行高溫糊化和液化，保持到葡萄糖值25-30或至碘反應(yīng)消失；常規(guī)過(guò)濾去渣；濾液真空濃縮到30-35％濃度、加鹽酸調(diào)pH到1.2-1.8，0.3-0.35兆帕蒸汽壓酸糖化到DE值90-95得葡萄糖液；c注射用葡萄糖的生產(chǎn) 在生產(chǎn)注射用葡萄糖的葡萄糖液中加10-15％碳酸鈉中和、活性炭脫色后過(guò)濾，樹(shù)脂處理作離子交換，在0.06-0.067兆帕下蒸發(fā)濃縮到比重1.250/45℃濃度，在70-80℃下加活性炭攪拌25-30分鐘脫色過(guò)濾，在0.06-0.067兆帕下第二次濃縮到比重為1.3450/45℃濃度，在50小時(shí)內(nèi)控制溫度由44℃-22℃進(jìn)行結(jié)晶、離心，真空干燥到水分含量小于5％、得注射用高純度(DE值99.5％以上)藥品葡萄糖；d酒精發(fā)酵葡萄糖液的生產(chǎn) 將c所述的葡萄糖液加入10-15％碳酸鈉與1-5％碳酸鎂共同調(diào)pH為4.5-5.1，將d所述的結(jié)晶和離心后的母液加入鹽酸調(diào)pH為4.0-4.3、再加入10-15％碳酸鈉與1-5％碳酸鎂共同調(diào)pH為4.5-5.1、真空濃縮到30-35％濃度得酒精發(fā)酵用葡萄糖液，二種酒精發(fā)酵用葡萄糖液?jiǎn)斡没蛞匀魏伪壤嫌茫籩食品用葡萄糖漿的生產(chǎn) d所述的中和葡萄糖液即為食品用葡萄糖漿；f食品用葡萄糖的生產(chǎn) 將d所述的中和葡萄糖液噴霧干燥到含水量5％以下得食品葡萄糖；g口服葡萄糖的生產(chǎn) 將d所述的第二次濃縮后的葡萄糖液噴霧干燥到含水量符合藥典標(biāo)準(zhǔn)得口服糖；h工業(yè)用葡萄糖的生產(chǎn) 將d所述的結(jié)晶和離心后的母液再濃縮、噴霧干燥到含水量5％以下得工業(yè)糖；i果葡糖漿的生產(chǎn) 用常規(guī)異構(gòu)酶及用量和設(shè)備將e所述的葡萄糖漿中的一部分葡萄糖轉(zhuǎn)化成果糖，常規(guī)離子交換精制得果葡糖漿；j果糖漿的生產(chǎn) 將i所述的果葡糖漿常規(guī)分離果糖漿；k果糖的生產(chǎn) 將j所述的果糖漿噴霧干燥得果糖；l燃料酒精發(fā)酵與提取按酵母細(xì)胞數(shù)量1-5千萬(wàn)/毫升用曲、一次性加入，溫度控制在30-34℃；當(dāng)發(fā)酵液的溫度開(kāi)始降低時(shí)，壓濾分離酒精液和酵母、將酒精液真空負(fù)壓30-34℃沸騰提取酒精；母液和分離的酵母返回原罐并添加新糖液至標(biāo)定容積，保持30-34℃繼續(xù)發(fā)酵、溫度降低時(shí)壓濾分離酒精液和酵母、將酒精液真空負(fù)壓30-34℃沸騰提取酒精；母液和分離的酵母返回原罐并添加新糖液至標(biāo)定容積、繼續(xù)發(fā)酵到無(wú)CO2產(chǎn)生、常規(guī)提取酒精。
為方便及加深理解本發(fā)明，現(xiàn)再說(shuō)明如下1、大米干磨法生產(chǎn)大米粉乳常溫下將大米用金鋼砂磨加硬水如自來(lái)水等飲用水(含鈣以維護(hù)和提高后續(xù)高溫液化工藝中液化酶的高溫活性與穩(wěn)定性)磨細(xì)(轉(zhuǎn)速為800-1000轉(zhuǎn)/分)成粉乳狀，要求粉粒大于300um的比例約為40％，小于300um的比例約為60％，因大米蛋白質(zhì)與淀粉結(jié)合緊密難分離，故保持這樣的較細(xì)的粉粒大小比例總表面積更大、與酶的接觸更容易，故液化率較好，過(guò)濾速度也較快；并視漿液酸堿性用碳酸鈣或強(qiáng)酸鹽酸調(diào)PH為6.0-7.0為液化酶適宜值，使渣可作飼料并節(jié)約酸堿用量及避免后續(xù)處理難度，因鹽酸中和產(chǎn)物為溶于水的氯化鈣且濃度很低而易在后續(xù)酒精提取工藝中除去，但卻也可維系上述功能與用途的高活性鈣離子；調(diào)乳濃度、控制漿液濃度在25-30％左右。
2、大米酶酸生產(chǎn)葡萄糖液將大米粉乳按a-淀粉酶50-60單位/克干淀粉的加酶總量計(jì)算加酶量一次性加入液化酶，鹽酸調(diào)pH為6.0-7.0，濃度為30-35％，在90-93℃下進(jìn)行高溫糊化和液化，保持到葡萄糖值(DE值)25-30或至碘反應(yīng)消失為止的液化程度，用這種方法液化大米粉乳，一般可以像高溫三段液化一樣將因淀粉粒老化而形成的難液化的死淀粉也充分液化、但卻無(wú)淀粉焦化、色深問(wèn)題，而且節(jié)水、節(jié)能、節(jié)時(shí)，可以提高糖和酒精收率與質(zhì)量及大幅縮短糖化與酒精后發(fā)酵時(shí)間，常規(guī)過(guò)濾去渣，渣作飼料；濾液改常規(guī)加硫酸H2SO4為鹽酸HCl(其系列重要功效和優(yōu)點(diǎn)見(jiàn)后述的相關(guān)內(nèi)容)調(diào)pH到1.2-1.8，在蒸汽壓0.3-0.35兆帕下進(jìn)行酸糖化、保持20-25分鐘得葡萄糖液，分別用作下述的各種葡萄糖(漿)、果糖(漿)和酒精發(fā)酵的原料糖液。
3、注射用葡萄糖的生產(chǎn)在生產(chǎn)注射用葡萄糖的葡萄糖液中加第一次(見(jiàn)下述)用過(guò)的活性炭中和脫色后壓濾機(jī)壓濾；樹(shù)脂處理作離子交換去除鹽份等，在0.06-0.067兆帕下蒸發(fā)濃縮到比重1.250/45℃濃度，加新活性炭在70-80℃下攪拌25-30分鐘脫色過(guò)濾，在0.06-0.067兆帕下第二次濃縮到比重為1.3450/45℃濃度，在50小時(shí)內(nèi)控制溫度由44℃-22℃進(jìn)行結(jié)晶、離心，真空干燥到水分含量小于5％、得注射用高純度(DE值99.5％以上)藥品葡萄糖。
4、口服葡萄糖的生產(chǎn)將上述3中濃縮后的糖液噴霧干燥到含水量符合藥典標(biāo)準(zhǔn)得口服糖。
5、食品用葡萄糖漿和葡萄糖的生產(chǎn)上述3中濃縮后的糖液即為食品用葡萄糖漿，將糖液噴霧干燥到含水量5％以下、得食品用葡萄糖。
6、工業(yè)用葡萄糖的生產(chǎn)將上述3中結(jié)晶和離心后的母液再濃縮、噴霧干燥，得工業(yè)糖，對(duì)食鹽和葡糖糖(DE值)含量要求不高。
7、果葡糖漿的生產(chǎn)用常規(guī)異構(gòu)酶及用量將上述3中的葡萄糖漿中的一部分葡萄糖轉(zhuǎn)化成果糖，離子交換精制得果葡糖漿。
8、果糖漿和果糖的生產(chǎn)將上述7中精制后的果葡糖漿常規(guī)分離、分別得葡萄糖漿和果糖漿，此葡萄糖漿與上述3中的葡萄糖漿合并以綜合利用、果糖漿單獨(dú)應(yīng)用或噴霧干燥得果糖。
9、酒精發(fā)酵用葡萄糖漿的生產(chǎn)將上述3中結(jié)晶和離心后的母液鹽酸調(diào)PH為4.0-4.3、濃縮到30-35％濃度，單獨(dú)或與上述2中的葡萄糖液一道、用于生產(chǎn)酒精發(fā)酵用葡糖糖漿在上述的經(jīng)酸化處理后的母液和葡糖糖液中分別加入10-15％碳酸鈉與1-5％碳酸鎂共同調(diào)pH為4.5-5.1，使發(fā)酵液呈弱酸性、以保障發(fā)酵向酒精而非甘油等方向進(jìn)行，且生成的鹽主要為對(duì)發(fā)酵和人體均無(wú)害的氯化鈉并因其在水中的溶解度和穩(wěn)定性均高即水溶性好而極易除去，生成的碳酸為極不穩(wěn)定即揮發(fā)性與分解性均很強(qiáng)且為酒精發(fā)酵過(guò)程中的本來(lái)產(chǎn)物而易除去、故對(duì)酒精發(fā)酵同樣無(wú)害，另生成的小量鹽為可促進(jìn)發(fā)酵即對(duì)酒精生產(chǎn)極為有利的氯化鎂，這是因?yàn)樵诰凭l(fā)酵過(guò)程中由葡萄糖生成丙酮酸的反應(yīng)(稱作E-M途徑)中的葡萄糖磷酸化、1，6-二磷酸果糖、3-磷酸甘油酸、2-磷酸烯醇式丙酮酸的生成和丙酮酸在無(wú)氧條件下由酵母菌繼續(xù)降解產(chǎn)生乙醇的脫羧生成乙醛的反應(yīng)都需Mg++激活，雖然普通水中也含有鎂、但因其是難溶于水且受熱沉淀溶解度更小的碳酸鎂、難以確保上述反應(yīng)之需，氯化鎂因溶解度和穩(wěn)定性都好而無(wú)這些缺陷、則可保發(fā)酵之需，而用硫酸調(diào)pH則生成人體和酒精發(fā)酵都不需要且往往有害如易使人泄瀉不止的硫酸鈉和硫酸鎂，易產(chǎn)生能與乙醛起加成作用生成難溶的結(jié)晶狀的乙醛亞硫酸鈉加成物的亞硫酸氫鈉等、迫使乙醛不能作為受氫體而必須由磷酸二羥丙酮代替它作為受氫體并生成3-磷酸甘油、在3-磷酸甘油酸脂酶催化下生成甘油而降低酒精產(chǎn)量與質(zhì)量，故本發(fā)明上述這些設(shè)計(jì)及多方面優(yōu)異功效對(duì)實(shí)現(xiàn)發(fā)酵快速和高產(chǎn)發(fā)明目的很有必要而且實(shí)施簡(jiǎn)便。
10、燃料酒精發(fā)酵傳統(tǒng)工藝是將淀粉質(zhì)原料經(jīng)過(guò)蒸煮使淀粉呈溶解狀態(tài)、又經(jīng)過(guò)曲霉糖化酶的作用生成部分可發(fā)酵性糖、在糖化醪中接入酵母菌將糖分轉(zhuǎn)變?yōu)榫凭虲O2、分離獲得酒精產(chǎn)品，但因液化和糖化的不徹底存在后糖化(糖化醪中的淀粉和糊精繼續(xù)被糖化酶水解，生成糖分)作用、還有蛋白質(zhì)在曲霉蛋白酶進(jìn)一步水解下生成低分子含氮化合物如肽和氨基酸等的作用，生成的這些物質(zhì)有的被酵母吸收利用合成酵母菌體細(xì)胞、另一部分則被發(fā)酵而生成酒精和CO2及其它副產(chǎn)物。相比于本發(fā)明不帶渣糖化及發(fā)酵且僅在數(shù)小時(shí)的液化與糖化階段就已完成這些過(guò)程、傳統(tǒng)方法則帶渣并需多耗費(fèi)50余小時(shí)(前發(fā)酵階段10小時(shí)以上、后發(fā)酵階段40小時(shí)以上)漫長(zhǎng)時(shí)間才能使糖化醪中的淀粉和糊精繼續(xù)被分解生成可發(fā)酵的糖分；因酒精可以任何比例與水混合、由酵母體內(nèi)排出的酒精便溶于周圍的醪液中，又因發(fā)酵中產(chǎn)生的CO2溶解度較小發(fā)酵醪很快就會(huì)被其飽和并吸附在酵母細(xì)胞表面直至其超過(guò)細(xì)胞吸附能力時(shí)CO2變?yōu)闅鈶B(tài)、形成小的氣泡上升，又由于CO2氣泡相互碰撞形成較大氣泡而逸出液面、CO2氣泡的上升也帶動(dòng)了醪液中的物料和酵母細(xì)胞上下游動(dòng)使酵母細(xì)胞能更充分地與醪液中糖分接觸即相當(dāng)于增加了反應(yīng)物濃度使得發(fā)酵作用更快更充分和徹底、并使酒精更加分散于液體中即相當(dāng)于降低了生成物濃度而使酒精生產(chǎn)速度得以加快、這種類型的發(fā)酵稱作被動(dòng)式發(fā)酵，但如果發(fā)酵醪液較粘稠則氣泡到達(dá)液面后并不破裂且形成的泡沫持久不散、有時(shí)泡沫還可能由罐頂溢出造成糖分損失、這種類型的發(fā)酵稱做泡抹發(fā)酵，介質(zhì)中氧多甚至飽和也會(huì)發(fā)生泡沫發(fā)酵現(xiàn)象、這主要是由于酵母過(guò)分強(qiáng)烈繁殖與過(guò)分強(qiáng)烈發(fā)酵和發(fā)酵醪用新鮮薯干做原料或曲子質(zhì)量不好所造成、采用消泡劑雖可防止此種現(xiàn)象但增加工序和成本還費(fèi)時(shí)費(fèi)事。相比于傳統(tǒng)法因常溫且長(zhǎng)時(shí)間液化原料介質(zhì)中氧氣消耗慢、加上與空氣接觸面大且時(shí)間長(zhǎng)故糖化液含氧高，還因液化、糖化不徹底粘度大而易導(dǎo)致泡沫發(fā)酵而言，本發(fā)明因高溫液化、糖化故含氣、含氧均低，且因液化、糖化徹底發(fā)酵液粘度低氣泡易破散，又因濃度大發(fā)酵快而產(chǎn)量高、品質(zhì)好、周期短。由此也可見(jiàn)本發(fā)明的系列優(yōu)勢(shì)與創(chuàng)新性及其在酒精發(fā)酵生產(chǎn)中的重要性。
酒精酵母不含α-淀粉酶及β-淀粉酶等淀粉酶和乳糖酶而不能直接利用淀粉或乳糖進(jìn)行酒精發(fā)酵、因此在利用淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精時(shí)須把淀粉轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵性糖才能被酵母利用來(lái)進(jìn)行酒精發(fā)酵。酒精發(fā)酵過(guò)程按外觀表象可將其分為如下三個(gè)發(fā)酵不同階段前發(fā)酵期在酒母與糖化醪加入發(fā)酵罐時(shí)，因醪液中的酵母細(xì)胞數(shù)還不多和前述的醪液中含有少量溶解氧和充足營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、酵母菌仍能迅速繁殖，傳統(tǒng)法醪液中的糊精也繼續(xù)被糖化酶水解生成糖分，但因溫度較低糖化作用緩慢、糖分消耗也因酵母細(xì)胞數(shù)少而慢、延續(xù)時(shí)間一般為10小時(shí)左右，由于發(fā)酵作用不強(qiáng)醪液溫度上升不快、此時(shí)醪液溫度控制在26-30℃，溫度太高會(huì)造成酵母早期衰老、過(guò)低又會(huì)使酵母生長(zhǎng)緩慢，此期酵母數(shù)量少易被雜菌抑制應(yīng)十分注意防止雜菌污染，故應(yīng)加強(qiáng)衛(wèi)生管理。本發(fā)明方法因無(wú)渣和液化、糖化徹底及糖濃度高等特征、相對(duì)于傳統(tǒng)法可簡(jiǎn)便采取直接提高酵母數(shù)量為1-5千萬(wàn)/毫升(視不同淀粉來(lái)源糖液等具體情況而定)而大幅減少長(zhǎng)達(dá)10小時(shí)以上的前發(fā)酵期為僅約2-3小時(shí)并因此而有效防、控此期易發(fā)生的雜菌污染及倒灌損失和環(huán)污后果，雖然表面看來(lái)初始用曲量較傳統(tǒng)法(百萬(wàn)級(jí))多而成本高、但與本發(fā)明節(jié)約的時(shí)間和本發(fā)明特別設(shè)計(jì)的降低生成物濃度與酵母即母液巡回發(fā)酵使用以及不帶渣和專業(yè)化生產(chǎn)高細(xì)胞數(shù)高活力液體酵母故無(wú)需前發(fā)酵階段并不易染菌等特征(請(qǐng)見(jiàn)下述)提高的產(chǎn)能與產(chǎn)值和節(jié)約的曲藥相比則可忽略不計(jì)。
主發(fā)酵期此期時(shí)間一般為12小時(shí)左右、醪液中酵母細(xì)胞數(shù)可達(dá)1億/毫升以上，由于發(fā)酵醪中的氧氣消耗完畢、酵母菌基本上停止繁殖而主要進(jìn)行無(wú)氧即酒精發(fā)酵作用，醪液中糖分迅速下降、酒精分和CO2逐漸增多、發(fā)酵醪的溫度此時(shí)上升也很快，生產(chǎn)上應(yīng)加強(qiáng)這一階段的溫度控制、最好能控制在30-34℃、這是酒精酵母最適發(fā)酵溫度，溫度太高易使酵母早期衰老、減低酵母活力且易造成細(xì)菌污染，尤以發(fā)酵醪溫度高于37℃時(shí)更易造成染菌現(xiàn)象的發(fā)生。本發(fā)明方法因糖化液不帶渣且糖化徹底，與傳統(tǒng)法帶渣且液化與糖化均很不徹底的同濃度發(fā)酵液相比其反應(yīng)物即糖濃度高近1/3、主發(fā)酵即主產(chǎn)時(shí)間因此較傳統(tǒng)法增加近1/3、產(chǎn)能和產(chǎn)量也相應(yīng)較傳統(tǒng)法增加，加上因不帶渣不僅液化和糖化徹底，且液化液和糖化液濃度可高達(dá)25-30％、比傳統(tǒng)帶渣13-15％的濃度高出一倍，加上發(fā)酵液的粘稠度低、流動(dòng)性好而發(fā)酵快，雖然因發(fā)酵快、產(chǎn)(CO2)氣多而帶走的酒精也多(按常規(guī)回收即可、不必特別處理)、但仍遠(yuǎn)不足以平衡，故發(fā)酵液中酒精產(chǎn)生和溶解也多，使其酒精濃度相應(yīng)較傳統(tǒng)法高、會(huì)較強(qiáng)抑制酵母活力和繁殖力及發(fā)酵能力與速度，故本發(fā)明特別設(shè)計(jì)了主發(fā)酵中途對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行酵母與酒液的分離和取酒、再將分離后的酵母和取酒后的母液返回進(jìn)行循環(huán)發(fā)酵的工藝，其原理、必要性和優(yōu)點(diǎn)補(bǔ)充介紹如下當(dāng)發(fā)酵液的溫度逐漸降低而非上升時(shí)，顯示發(fā)酵作用開(kāi)始減弱即產(chǎn)生的熱量開(kāi)始減少、說(shuō)明此時(shí)發(fā)酵液中糖含量降低而酒精含量升高，因二者均減慢發(fā)酵速度且酒精濃度也比傳統(tǒng)法高、對(duì)酵母的危害就比傳統(tǒng)法大、而酵母此時(shí)的活力和增殖力均正強(qiáng)，將此時(shí)的發(fā)酵液用保持酵母細(xì)胞完整性的1000-3000轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速分離酒精液和酵母、將酒精液常規(guī)提取酒精，采用本發(fā)明高溫酵母發(fā)酵則不必分離發(fā)酵液，因其可承受60-62℃高溫，雖然常壓下酒精沸點(diǎn)為78℃、但這已比水的100℃的沸點(diǎn)低了許多，加上酒精極易揮發(fā)，故只須簡(jiǎn)單常規(guī)采用較低的真空負(fù)壓法將其沸點(diǎn)降到60℃以下就可順利提取酒精；將上述的母液和分離的酵母返回原罐并添加新糖液至標(biāo)定容積進(jìn)行二次發(fā)酵、此時(shí)發(fā)酵液中的酵母數(shù)量和增殖潛能可使其立即再次進(jìn)行主發(fā)酵，理論上可周而復(fù)始建立良性循環(huán)、但從考慮雜菌污染幾率和糖液濃度的不斷稀釋及酵母活性與增殖力等生產(chǎn)能力的衰減實(shí)際出發(fā)、在完成兩次循環(huán)主發(fā)酵及中途提取酒精后轉(zhuǎn)入相當(dāng)于傳統(tǒng)法的后發(fā)酵期(請(qǐng)見(jiàn)后述)以徹底結(jié)束一輪循環(huán)、并對(duì)設(shè)備按常規(guī)進(jìn)行清洗消毒后開(kāi)始新一輪循環(huán)。這樣做還有節(jié)曲即節(jié)糧與節(jié)時(shí)(一曲三用、較傳統(tǒng)法節(jié)2倍)，清洗次數(shù)少節(jié)水且環(huán)污小(三次一周期、僅為一次一周期的傳統(tǒng)法如間隙法的1/3)，每個(gè)發(fā)酵罐都是一個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)器而不會(huì)像連續(xù)發(fā)酵法那樣因許多發(fā)酵罐串聯(lián)一旦清洗、檢修或染菌就同步導(dǎo)致全面或大面積停產(chǎn)、減產(chǎn)或質(zhì)量下降等重大優(yōu)點(diǎn)。
后發(fā)酵期 醪液中的糖分大部分已被酵母菌消耗掉，醪液中尚殘存部分糊精繼續(xù)被曲中的淀粉-1，4 1，6-葡萄糖苷酶作用，生成葡萄糖。由于這一作用進(jìn)行的極為緩饅，生成的糖分很少，所以發(fā)酵作用也十分緩慢。因此，這一階段發(fā)酵醪中酒精和CO2產(chǎn)生得也少。
后發(fā)酵階段因傳統(tǒng)法帶渣發(fā)酵和液化、糖化不徹底而糖濃度低，但在主發(fā)酵之后的此階段糖已基本耗盡故發(fā)酵作用減弱、產(chǎn)生的熱量也減少、發(fā)酵醪的溫度逐漸下降而酒精濃度仍不夠高，故傳統(tǒng)法淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精需要后發(fā)酵階段以使因液化和糖化不徹底而殘存的部分淀粉、糊精在發(fā)酵過(guò)程中繼續(xù)糖化以提高淀粉出酒率，此時(shí)醪液溫度應(yīng)控制在30-32℃左右、如果醪液溫度太低、糖化酶的作用就會(huì)減弱而糖化緩慢、發(fā)酵時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng)、也會(huì)影響淀粉出酒率。但即便如此、后發(fā)酵一般仍約需40小時(shí)左右漫長(zhǎng)時(shí)間才能完成；而本發(fā)明所稱的后發(fā)酵則是因循環(huán)發(fā)酵的糖液稀釋和上述的為結(jié)束一個(gè)循環(huán)主發(fā)酵周期、相對(duì)于主發(fā)酵只是發(fā)酵速度稍慢5-10小時(shí)而已，故與上述傳統(tǒng)法淀粉水解與糖化不徹底的50小時(shí)以上長(zhǎng)時(shí)間后發(fā)酵有本質(zhì)區(qū)別，如單位時(shí)間物料處理量及酒精產(chǎn)量等懸殊都大。另外，盡管傳統(tǒng)法的連續(xù)發(fā)酵一開(kāi)始也處于主發(fā)酵狀態(tài)即也省去前發(fā)酵期而較間歇發(fā)酵時(shí)間為短，但因糖化和后發(fā)酵總時(shí)間長(zhǎng)(糖化50小時(shí)左右、發(fā)酵60-72小時(shí)左右，總平均時(shí)間115小時(shí)左右)，比本發(fā)明20小時(shí)左右高出90小時(shí)以上，扣除前述的本發(fā)明在先液化和糖化約耗費(fèi)的20小時(shí)、仍高出70小時(shí)以上，故其優(yōu)勢(shì)依然非常顯著。
后發(fā)酵結(jié)束后按前述主發(fā)酵中途取酒或常規(guī)法提取酒精后棄渣，酵母渣是優(yōu)質(zhì)蛋白和核酸(RNA)源、可綜合利用，留在其它發(fā)明專利申請(qǐng)中再闡述。
本發(fā)明方法還有如下重大優(yōu)點(diǎn)1、直接采用大米為生產(chǎn)淀粉糖的起始原料而不是采用商品淀粉，有利于降低成本和綜合利用；只將大米制成大米粉乳(干磨法)而不是制成淀粉，有利于減少有機(jī)廢水排放和干燥過(guò)程中的粉塵排放，從而減少環(huán)境污染，節(jié)約大量水資源和能耗、糧耗；節(jié)省廠房、設(shè)備及勞動(dòng)力，提高收率，降低成本，縮短生產(chǎn)周期，避免了污染雜菌酸敗引起損失。
2、合理利用了酶法和酸法生產(chǎn)淀粉糖各自的優(yōu)點(diǎn)和母液發(fā)酵酒精等組合使用順序及綜合利用，克服了它們各自的缺點(diǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，糖化時(shí)間短，結(jié)晶質(zhì)量好，收率高，并可根據(jù)質(zhì)量的不同要求調(diào)整生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)繁程度和工序，市場(chǎng)適應(yīng)能力強(qiáng)。
3、因任何來(lái)源的α-淀粉酶都可切開(kāi)麥芽糖、加上酸水解反應(yīng)的方向單一性和徹底性很強(qiáng)，酶法液化和酸法糖化都很少產(chǎn)生酵母難利用的雙糖如麥芽糖等，而傳統(tǒng)酶糖化因糖化酶很難水解只含一個(gè)α-1，6鍵的異麥芽糖、對(duì)含兩個(gè)α-1，6鍵的異麥芽糖則完全無(wú)法水解、加上糖化酶能引起葡萄糖的聚合且其聚合程度還隨糖濃度與酶濃度而增加，故本發(fā)明利于進(jìn)一步節(jié)約酒精后糖化發(fā)酵時(shí)間和提高淀粉轉(zhuǎn)化(酒精)率約3％而提高生產(chǎn)能力和酒精收得率而降低成本。
4、以大米為起始原料，采用酶酸直接生產(chǎn)葡萄糖的方法只需將大米制成大米粉乳分步轉(zhuǎn)化為葡萄糖，液化酶在85-93℃高溫下水解淀粉只需時(shí)1.5至2.5時(shí)，糖化在蒸汽壓0.3-0.35兆帕壓力下也僅20至25分鐘。
5、本項(xiàng)目在淀粉轉(zhuǎn)化成葡萄糖過(guò)程中先采用酶液化以防止或減少副產(chǎn)物的產(chǎn)生，后采用酸糖化來(lái)保證產(chǎn)品質(zhì)量和性能的穩(wěn)定。
6、本項(xiàng)目大米粉乳可以直接調(diào)整濃度用于轉(zhuǎn)化淀粉糖。
7、本項(xiàng)目酶液化酸糖化生產(chǎn)淀粉糖所用的酶為成熟的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的高溫a-淀粉酶，所用的酸同樣為大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的鹽酸，所用的異構(gòu)酶也為工業(yè)化酶，故原料成本低有保障。
8、本項(xiàng)目酶和酸用量少、用酶量按50-60單位/克絕干淀粉計(jì)算，用酸量按糖化液PH值達(dá)1.2-1.8計(jì)算。
實(shí)施例1、將大米常溫下金鋼砂磨加自來(lái)水磨細(xì)(轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分)成粉乳狀，控制漿液濃度在30％左右。碳酸鈣或鹽酸調(diào)PH為6.5；在液化器中一次性加入液化所需總量的液化酶(按a-淀粉酶50單位/克絕干淀粉計(jì)算總需酶量)，90℃下液化2小時(shí)左右，使碘反應(yīng)消失，板框壓濾機(jī)過(guò)濾去渣(渣作飼料或食品蛋白原料)，在不銹鋼罐中使用HCL調(diào)pH為1.5，并在0.3兆帕蒸汽壓下酸糖化20分鐘后，用15％碳酸鈉中和，并加第一次用過(guò)的活性炭在不銹鋼脫色桶脫色，板框壓濾機(jī)過(guò)濾，離子交換樹(shù)脂去除鹽分及灰分等陰陽(yáng)離子，在0.06兆帕下蒸發(fā)濃縮到比重為1.3450/45℃的濃度；在不銹鋼桶中加新活性炭在75℃下攪拌26分鐘脫色，板框壓濾，在0.06兆帕下第二次濃縮到比重為1.3450/45℃濃度，在72小時(shí)內(nèi)在不銹鋼運(yùn)動(dòng)結(jié)晶罐內(nèi)控溫由44-22℃進(jìn)行結(jié)晶；離心機(jī)離心母液(母液發(fā)酵用)，沸騰干燥器中干燥到含水量9％以下，包裝得最終產(chǎn)品葡萄糖。此例適用于生產(chǎn)醫(yī)藥糖(口服和注射糖)，其質(zhì)量要求按中國(guó)藥典標(biāo)準(zhǔn)。
2、將大米常溫下金鋼砂磨加自來(lái)水磨細(xì)(轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分)成粉乳狀，控制漿液濃度在30％左右。碳酸鈣或鹽酸調(diào)PH為6.5；在液化器中一次性加入液化所需總量的液化酶(按a-淀粉酶50單位/克絕干淀粉計(jì)算總需酶量)，90℃下液化2小時(shí)左右，使碘反應(yīng)消失，板框壓濾機(jī)過(guò)濾去渣(渣作飼料或食品蛋白原料)，在不銹鋼罐中使用HCL調(diào)pH為1.5，并在0.3兆帕蒸汽壓下酸糖化20分鐘后，用碳酸鈉(15％)中和，加入第一次用過(guò)的活性炭在不銹鋼桶中脫色，板框壓濾，離子交換，在0.065兆帕下濃縮到比重為1.260/45，不銹鋼桶中加新活性炭在80℃下攪拌28分鐘脫色，板框壓濾，在0.065兆帕汽壓下進(jìn)行二次濃縮到比重為1.3450/45℃的濃度，真空噴霧干燥機(jī)噴霧干燥并造粒(含水9％以下)，包裝得最終葡萄糖產(chǎn)品。此例適用于食品，發(fā)酵及工業(yè)用葡萄糖生產(chǎn)。葡萄糖的含量及其它質(zhì)量要求可根據(jù)具體用途制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或執(zhí)行用戶要求的合同標(biāo)準(zhǔn)(因?yàn)檫@些行業(yè)中無(wú)國(guó)家統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn))或參照國(guó)外同行業(yè)要求葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)。
3、將大米常溫下金鋼砂磨加自來(lái)水磨細(xì)(轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分)成粉乳狀，控制漿液濃度在30％左右。碳酸鈣或鹽酸調(diào)PH為6.5；在液化器中一次性加入液化所需總量的液化酶(按a-淀粉酶50單位/克絕干淀粉計(jì)算總需酶量)，90℃下液化2小時(shí)左右，使碘反應(yīng)消失，板框壓濾機(jī)過(guò)濾去渣(渣作飼料或食品蛋白原料)，在不銹鋼罐中使用HCL調(diào)pH為1.5，并在0.3兆帕蒸汽壓下酸糖化20分鐘后，用10％碳酸鈉和2％碳酸鎂液調(diào)pH為4.9，在0.06兆帕下蒸發(fā)濃縮到比重為1.3450/45℃的濃度；或?qū)?shí)施例1的母液加入鹽酸調(diào)pH為4.0-4.3、再加入10-15％碳酸鈉與1-5％碳酸鎂共同調(diào)pH為4.5-5.1、真空濃縮到30-35％濃度得酒精發(fā)酵用葡萄糖液，二種葡萄糖液?jiǎn)斡没蛞匀魏伪壤嫌糜诰凭l(fā)酵；按酵母細(xì)胞數(shù)量1千萬(wàn)/毫升用曲、一次性加入，溫度控制在33℃；當(dāng)發(fā)酵液的溫度逐漸降低時(shí)，極框壓濾機(jī)分離酒精液和酵母、將酒精液真空負(fù)壓33℃沸騰提取酒精；母液和分離的酵母返回原罐并添加新糖液至標(biāo)定容積，保持33℃繼續(xù)發(fā)酵、溫度降低時(shí)板框壓濾機(jī)分離酒精液和酵母、將酒精液真空負(fù)壓30-34℃沸騰提取酒精；母液和分離的酵母返回原罐并添加新糖液至標(biāo)定容積、轉(zhuǎn)入相當(dāng)于傳統(tǒng)法的后發(fā)酵期及工藝與操作、繼續(xù)發(fā)酵到無(wú)CO2產(chǎn)生為止，以徹底結(jié)束一輪循環(huán)、并對(duì)設(shè)備按常規(guī)進(jìn)行清洗消毒后開(kāi)始新一輪循環(huán)；母液壓濾回收酵母渣，無(wú)害化處理到環(huán)保達(dá)標(biāo)排放，酵母渣因富含(干物質(zhì)重量5-8％以上)RNA核酸且核酸很值價(jià)(10萬(wàn)元/噸以上)、故另案申請(qǐng)?zhí)岷怂?；渣蛋白量高、故另案申?qǐng)高蛋白優(yōu)質(zhì)飼料。
權(quán)利要求
1.一種大米直接干磨生產(chǎn)淀粉糖及無(wú)渣快速發(fā)酵燃料酒精方法，其特征是a大米干磨法生產(chǎn)大米粉乳 常溫下將大米用金鋼砂磨轉(zhuǎn)速為800-1000轉(zhuǎn)/分加硬水磨細(xì)成粉乳狀，要求粉粒大于300um的比例約為40％，小于300um的比例約為60％，大米粉乳濃度25-30％，碳酸鈣或鹽酸調(diào)PH為6.0-7.0；b酶酸生產(chǎn)葡萄糖液 將大米粉乳按a-淀粉酶50-60單位/克干淀粉的加酶總量一次性加入液化酶，在90-93℃下進(jìn)行高溫糊化和液化，保持到葡萄糖值25-30或至碘反應(yīng)消失；常規(guī)過(guò)濾去渣；濾液真空濃縮到30-35％濃度、加鹽酸調(diào)PH到1.2-1.8，0.3-0.35兆帕蒸汽壓酸糖化到DE值90-95得葡萄糖液；c注射用葡萄糖的生產(chǎn) 在生產(chǎn)注射用葡萄糖的葡萄糖液中加10-15％碳酸鈉中和、活性炭脫色后過(guò)濾，樹(shù)脂處理作離子交換，在0.06-0.067兆帕下蒸發(fā)濃縮到比重1.250/45℃濃度，在70-80℃下加活性炭攪拌25-30分鐘脫色過(guò)濾，在0.06-0.067兆帕下第二次濃縮到比重為1.3450/45℃濃度，在50小時(shí)內(nèi)控制溫度由44℃-22℃進(jìn)行結(jié)晶、離心，真空干燥到水分含量小于5％、得注射用高純度(DE值99.5％以上)藥品葡萄糖；d酒精發(fā)酵葡萄糖液的生產(chǎn) 將c所述的葡萄糖液加入10-15％碳酸鈉與1-5％碳酸鎂共同調(diào)PH為4.5-5.1，將d所述的結(jié)晶和離心后的母液加入鹽酸調(diào)PH為4.0-4.3、再加入10-15％碳酸鈉與1-5％碳酸鎂共同調(diào)PH為4.5-5.1、真空濃縮到30-35％濃度得酒精發(fā)酵用葡萄糖液，二種酒精發(fā)酵用葡萄糖液?jiǎn)斡没蛞匀魏伪壤嫌?；e食品用葡萄糖漿的生產(chǎn) d所述的中和葡萄糖液即為食品用葡萄糖漿；f食品用葡萄糖的生產(chǎn) 將d所述的中和葡萄糖液噴霧干燥到含水量5％以下得食品葡萄糖；g口服葡萄糖的生產(chǎn) 將d所述的第二次濃縮后的葡萄糖液噴霧干燥到含水量符合藥典標(biāo)準(zhǔn)得口服糖；h工業(yè)用葡萄糖的生產(chǎn) 將d所述的結(jié)晶和離心后的母液再濃縮、噴霧干燥到含水量5％以下得工業(yè)糖；i果葡糖漿的生產(chǎn) 用常規(guī)異構(gòu)酶及用量和設(shè)備將e所述的葡萄糖漿中的一部分葡萄糖轉(zhuǎn)化成果糖，常規(guī)離子交換精制得果葡糖漿；j果糖漿的生產(chǎn) 將i所述的果葡糖漿常規(guī)分離果糖漿；k果糖的生產(chǎn) 將j所述的果糖漿噴霧干燥得果糖；l燃料酒精發(fā)酵與提取按酵母細(xì)胞數(shù)量1-5千萬(wàn)/毫升用曲、一次性加入，溫度控制在30-34℃；當(dāng)發(fā)酵液的溫度開(kāi)始降低時(shí)，壓濾分離酒精液和酵母、將酒精液真空負(fù)壓30-34℃沸騰提取酒精；母液和分離的酵母返回原罐并添加新糖液至標(biāo)定容積，保持30-34℃繼續(xù)發(fā)酵、溫度降低時(shí)壓濾分離酒精液和酵母、將酒精液真空負(fù)壓30-34℃沸騰提取酒精；母液和分離的酵母返回原罐并添加新糖液至標(biāo)定容積、繼續(xù)發(fā)酵到無(wú)CO2產(chǎn)生、常規(guī)提取酒精。
全文摘要
一種大米直接干磨生產(chǎn)淀粉糖及無(wú)渣快速發(fā)酵燃料酒精方法，將大米直接干磨法生產(chǎn)成大米粉乳、再酶酸法生產(chǎn)成葡萄糖液，進(jìn)一步生產(chǎn)注射、口服、食品、工業(yè)用葡萄糖和果葡糖漿、果糖漿或果糖等系列淀粉糖；單獨(dú)或與生產(chǎn)注射糖的母液一起用碳酸鈉與碳酸鎂共同調(diào)pH，無(wú)渣兩次主發(fā)酵和中途真空沸騰提取酒精，母液壓濾回收酵母渣，因與傳統(tǒng)后發(fā)酵帶渣粘稠且體積龐大含水高的母液相比、此母液尤其是有機(jī)質(zhì)含量已很少、無(wú)害化處理耗氧量低周期短成本低、故很易處理到環(huán)保達(dá)標(biāo)排放，酵母渣是優(yōu)質(zhì)蛋白和核酸源可綜合利用，利于國(guó)家糧食保護(hù)與穩(wěn)定等重大國(guó)策的實(shí)施、避免污染雜菌損失，減少環(huán)境污染，節(jié)水、能、糧、廠房、設(shè)備及勞動(dòng)力，提高收率、縮短生產(chǎn)周期降低成本。
文檔編號(hào)C13B50/00GK1966728SQ20061015025
公開(kāi)日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2006年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月17日
發(fā)明者顏懷偉 申請(qǐng)人:顏懷偉