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1、(10)申请公布号 CN 101988077 A (43)申请公布日 2011.03.23 CN 101988077 A *CN101988077A* (21)申请号 200910090212.2 (22)申请日 2009.07.31 C12P 7/06(2006.01) C12R 1/645(2006.01) (71)申请人 中粮集团有限公司 地址 100020 北京市朝阳区朝阳门南大街 8 号中粮福临门大厦 (72)发明人 岳国君 于天杨 林海龙 武国庆 (74)专利代理机构 北京润平知识产权代理有限 公司 11283 代理人 陈小莲 周建秋 (54) 发明名称 一种采用薯类原料制备乙醇的。
2、方法 (57) 摘要 采用薯类原料制备乙醇的方法， 该方法包括 将薯类原料粉碎， 将粉碎产物与酶混合并在一种 酶解装置中进行酶解， 得到酶解产物 ； 发酵该酶 解产物， 其中， 所述酶解装置包括闪蒸塔、 热源、 酶 解罐、 物料源和真空泵， 所述闪蒸塔包括第一接 口、 第二接口、 第三接口和出料口， 物料源通过第 一接口与闪蒸塔连通， 酶解罐与闪蒸塔的出料口 连通， 真空泵与闪蒸塔的第二接口连通， 热源与闪 蒸塔的第三接口连通 ； 将粉碎产物与酶混合并在 一种酶解装置中进行酶解的方法包括通过第一接 口将粉碎产物从物料源输送至闪蒸塔中， 启动真 空泵使闪蒸塔内形成负压， 使热源中的热介质被 吸入。
3、闪蒸塔中， 并使粉碎产物与热介质在闪蒸塔 中接触， 使粉碎产物的温度升高， 然后将该温度升 高后的粉碎产物通过出料口输送至酶解罐中与酶 混合进行酶解。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 10 页 附图 1 页 CN 101988077 A1/1 页 2 1. 一种采用薯类原料制备乙醇的方法， 该方法包括将薯类原料粉碎， 将粉碎产物与酶 混合并在一种酶解装置中进行酶解， 得到酶解产物 ； 发酵该酶解产物， 其特征在于， 所述酶 解装置包括闪蒸塔 (1)、 热源 (2)、 酶解罐 (3)、 物料源 (10) 和真空泵 (。
4、4)， 所述闪蒸塔 (1) 包括第一接口 (5)、 第二接口 (6)、 第三接口 (7) 和出料口 (11)， 物料源 (10) 通过第一接口 (5) 与闪蒸塔 (1) 连通， 酶解罐 (3) 与闪蒸塔 (1) 的出料口连通， 真空泵 (4) 与闪蒸塔 (1) 的第二接口 (6) 连通， 热源 (2) 与闪蒸塔 (1) 的第三接口 (7) 连通 ； 将粉碎产物与酶混合并 在一种酶解装置中进行酶解的方法包括通过第一接口 (5) 将粉碎产物从物料源 (10) 输送 至闪蒸塔 (1) 中， 将粉碎产物从物料源 (10) 输送至闪蒸塔 (1) 中之前、 同时或之后启动真 空泵(4)， 使闪蒸塔(1)内。
5、形成负压， 使热源(2)中的热介质被吸入闪蒸塔(1)中， 并使粉碎 产物与热介质在闪蒸塔 (1) 中接触， 使粉碎产物的温度升高， 然后将该温度升高后的粉碎 产物通过出料口 (11) 输送至酶解罐 (3) 中与酶混合进行酶解 ； 所述热介质为 100-170的 热水或水蒸气。 2.根据权利要求1所述的方法， 其中， 热源(2)通过连通器(8)与闪蒸塔(1)的第三接 口 (7) 连通， 所述连通器 (8) 的顶端高于闪蒸塔 (1) 中粉碎产物的液面。 3. 根据权利要求 2 所述的方法， 其中， 所述连通器 (8) 的顶端高于闪蒸塔 (1) 的顶端。 4.根据权利要求3所述的方法， 其中， 所述。
6、连通器(8)的顶端与闪蒸塔(1)的顶端之间 的高度差为 1-2.5 米。 5. 根据权利要求 2-4 中任意一项所述的方法， 其中， 所述连通器 (8) 为弯形管。 6. 根据权利要求 5 所述的方法， 其中， 所述连通器 (8) 为倒置的 U 形管或蛇形管。 7. 根据权利要求 1 所述的方法， 其中， 所述热介质与粉碎产物逆流接触。 8. 根据权利要求 7 所述的方法， 其中， 来自物料源 (10) 的所述粉碎产物为 20-40的 薯类原料淀粉浆液， 所述接触的时间为 5-10 分钟。 9.根据权利要求8所述的方法， 其中， 在闪蒸塔(1)中接触的粉碎产物与热介质的重量 比例为 15-30。
7、 1。 10. 根据权利要求 1 所述的方法， 其中， 所述闪蒸塔 (1) 的表压为 -0.3 至 -0.01 兆帕。 11. 根据权利要求 1 所述的方法， 其中， 所述粉碎产物为薯类原料淀粉浆液， 所述酶解 的条件包括酶解的温度为50-90， 酶解的时间为20-240分钟， 酶解的pH值为3-7 ； 所述酶 解使用的酶为淀粉酶， 以每克粉碎产物的干重计， 所述淀粉酶的用量为 4-50 酶活力单位 ； 所述淀粉酶选自 - 淀粉酶、 糖化酶、 转移葡萄糖苷酶和磷酸酯酶中的一种或几种。 12. 根据权利要求 1 所述的方法， 其中， 所述酶解装置还包括冷凝器 (9)， 所述冷凝器 (9)与闪蒸塔。
8、(1)的上部连通， 该方法还包括使与粉碎产物接触后的水蒸汽进入冷凝器(9) 中进行冷凝。 13. 根据权利要求 1 所述的方法， 其中， 所述粉碎产物的平均颗粒直径为 1.5-10 毫米。 14. 根据权利要求 1 所述的方法， 其中， 以每克酶解产物计， 所述发酵所使用的酵母的 接种量为 103-108菌落形成单位， 所述发酵的温度为 30-36， 发酵的时间为 50-75 小时。 权 利 要 求 书 CN 101988077 A1/10 页 3 一种采用薯类原料制备乙醇的方法 技术领域 0001 本发明涉及一种制备乙醇的方法， 更具体地， 本发明涉及一种采用薯类原料制备 乙醇的方法。 背景。
9、技术 0002 薯类， 例如红薯、 马铃薯、 木薯等， 富含淀粉， 因此广泛用于发酵制糖、 制淀粉等领 域。 0003 木薯是热带和亚热带多年生、 温带一年生薯属灌木， 原产于南美洲， 适宜在平均温 度为25-29、 年均降水量1000-1500毫米的低纬度地区生长。 大约在1820年前， 木薯传到 中国南方， 主要在广东、 广西和海南种植， 现在逐渐扩大到云南、 福建、 贵州等省。木薯分为 两类 ： 苦味木薯 ( 有毒木薯 ) 和甜味木薯 ( 无毒木薯 )。新鲜的木薯块根的主要化学成分 是水， 其次是碳水化合物， 还有一些含量较少的蛋白质、 脂肪和果胶。鲜木薯淀粉含量达到 25-30 重量。。
10、 0004 现有的利用薯类原料特别是木薯制备乙醇的方法一般包括先将薯类原料粉碎， 将 粉碎产物与酶混合进行酶解， 将得到的酶解产物进行发酵。粉碎产物的酶解一般在酶解罐 中进行， 例如， 将粉碎产物与产酶微生物和 / 或酶在酶解罐中混合， 酶解的条件包括酶解温 度、 时间和 pH 值， 其中， 酶解温度一般为使产酶微生物生长的温度和 / 或酶有活力的温度， 因此， 在酶解过程中， 通常需要对酶解罐进行加热以达到酶解温度。 最常见的酶解罐底部设 置有保温加热器， 在酶解前先启动保温加热器对酶解罐进行预热， 达到酶解温度后， 将粉碎 产物与产酶微生物和 / 或酶加入到酶解罐中进行酶解。在采用现有的酶。
11、解装置进行酶解 时， 对酶解罐进行加热需要耗费大量的电能， 成本较高， 不利于节约能源。 发明内容 0005 本发明的目的是克服在采用现有的采用薯类原料制备乙醇的方法耗能较高、 成本 较高的缺陷， 提供一种节约能源、 低成本的采用薯类原料制备乙醇的方法。 0006 随着日益严峻的能源匮乏问题的出现， 为了节约能源、 减少污染、 降低成本， 本发 明的发明人利用其它工段产生的热介质， 如从精馏工段中排出的废蒸汽、 热水等作为热源 用于酶解步骤中， 而取代了在酶解时给酶解罐进行加热的装置。 0007 本发明提供了一种采用薯类原料制备乙醇的方法， 该方法包括将薯类原料粉碎， 将粉碎产物与酶混合并在一。
12、种酶解装置中进行酶解， 得到酶解产物 ； 发酵该酶解产物， 其 中， 所述酶解装置包括闪蒸塔、 热源、 酶解罐、 物料源和真空泵， 所述闪蒸塔包括第一接口、 第二接口、 第三接口和出料口， 物料源通过第一接口与闪蒸塔连通， 酶解罐与闪蒸塔的出料 口连通， 真空泵与闪蒸塔的第二接口连通， 热源与闪蒸塔的第三接口连通 ； 将粉碎产物与酶 混合并在一种酶解装置中进行酶解的方法包括通过第一接口将粉碎产物从物料源输送至 闪蒸塔中， 将粉碎产物从物料源输送至闪蒸塔中之前、 同时或之后启动真空泵， 使闪蒸塔内 形成负压， 使热源中的热介质被吸入闪蒸塔中， 并使粉碎产物与热介质在闪蒸塔中接触， 使 说 明 书。
13、 CN 101988077 A2/10 页 4 粉碎产物的温度升高， 然后将该温度升高后的粉碎产物通过出料口输送至酶解罐中与酶混 合进行酶解 ； 所述热介质为 100-170的热水或水蒸气。 0008 本发明的发明人巧妙地利用其它工段产生的热介质， 如从精馏工段中排出的废蒸 汽、 热水等作为热源用于与粉碎产物在闪蒸塔中混合进行热交换， 以起到为粉碎产物加温 的作用， 而取代了在酶解时给酶解罐进行加热的装置。 不但降低了成本， 还使能源能够被循 环重复利用， 节省了能源， 同时还大大提高了酶解效率。 附图说明 0009 图 1 为本发明提供的方法中采用的酶解装置的结构示意图 ； 0010 图 2。
14、 为本发明提供的方法中采用的酶解装置的结构示意图。 具体实施方式 0011 如图 1 所示， 本发明提供的采用薯类原料制备乙醇的方法包括将薯类原料粉碎， 将粉碎产物与酶混合并在一种酶解装置中进行酶解， 得到酶解产物 ； 发酵该酶解产物， 其 中， 所述酶解装置包括闪蒸塔 1、 热源 2、 酶解罐 3、 物料源 10 和真空泵 4， 所述闪蒸塔 1 包括 第一接口 5、 第二接口 6、 第三接口 7 和出料口 11， 物料源 10 通过第一接口 5 与闪蒸塔 1 连 通， 酶解罐 3 与闪蒸塔 1 的出料口连通， 真空泵 4 与闪蒸塔 1 的第二接口 6 连通， 热源 2 与 闪蒸塔 1 的第三。
15、接口 7 连通 ； 将粉碎产物与酶混合并在一种酶解装置中进行酶解的方法包 括通过第一接口 5 将粉碎产物从物料源 10 输送至闪蒸塔 1 中， 将粉碎产物从物料源 10 输 送至闪蒸塔1中之前、 同时或之后启动真空泵4， 使闪蒸塔1内形成负压， 使热源2中的热介 质被吸入闪蒸塔 1 中， 并使粉碎产物与热介质在闪蒸塔 1 中接触， 使粉碎产物的温度升高， 然后将该温度升高后的粉碎产物通过出料口11输送至酶解罐3中与酶混合进行酶解 ； 所述 热介质为 100-170的热水或水蒸气。 0012 按照本发明提供的方法， 所述酶解罐 3 与闪蒸塔 1 的出料口连通， 真空泵 4 与闪蒸 塔 1 的第二。
16、接口 6 连通， 热源 2 与闪蒸塔 1 的第三接口 7 连通。热源 2 中的热介质的温度可 以达到 100-170左右。将待酶解物料从物料源 10 输送至闪蒸塔 1 中之前、 同时或之后启 动真空泵 4， 将闪蒸塔 1 抽真空， 当闪蒸塔 1 中达到一定真空度时热介质可以被从热源 2 中 吸入闪蒸塔 1 中， 粉碎产物通过第一接口 5 从物料源 10 中被输送至闪蒸塔 1 中， 使粉碎产 物与热介质在闪蒸塔 1 中接触并进行热交换， 起到使粉碎产物加温的作用， 当粉碎产物达 到酶解温度时， 物料被直接通入酶解罐 3 中进行酶解。一般情况下， 在正常的生产过程中， 真空泵 4 可以一直开启， 。
17、且使闪蒸塔 1 中的真空度要求能够满足能够吸入所需的热介质的 量， 且能够保证不会将粉碎产物抽出。 0013 按照本发明的一个优选的实施方式， 如图 2 所示， 可以通过连通器 8 将热源 2 与闪 蒸塔 1 的第三接口 7 连通， 所述连通器 8 的顶端高于闪蒸塔 1 中粉碎产物的液面。 0014 由于真空泵在工作过程中的不稳定性或者在不规范地操作真空泵的情况下， 当闪 蒸塔 1 中的真空度不能达到吸入热介质的条件时， 闪蒸塔 1 中的粉碎产物有被倒吸入连通 器 8 中的趋势， 如果连通器 8 的顶端低于或者与闪蒸塔 1 中的粉碎产物的液面齐平， 则闪蒸 塔 1 中的粉碎产物会被倒吸入连通器。
18、 8 中， 从而造成管路堵塞。而根据本发明提供的酶解 装置， 由于连通器 8 的顶端高于闪蒸塔 1 中粉碎产物的液面， 且闪蒸塔 1 中的压力小于热源 说 明 书 CN 101988077 A3/10 页 5 2中的压力， 使得闪蒸塔1中的压力不足以将粉碎产物倒吸入闪蒸塔1与热源2连通的管道 中， 而由于物料自身的重力作用， 被倒吸入连通器 8 中的粉碎产物还未能到达连通器的顶 端就会重新回流到闪蒸塔 1 中， 从而避免了物料被倒吸入管道， 产生使管道阻塞的问题。 0015 按照本发明， 优选情况下， 为了便于使用， 所述连通器 8 的顶端高于闪蒸塔 1 的顶 端， 所述连通器 8 的顶端与闪。
19、蒸塔 1 的顶端之间的高度差可以为 1-2.5 米， 更优选为 1.5-2 米。由于弯形管连通器不容易产生死角， 而且能够使物料流动的更顺畅， 优选情况下， 所述 连通器 8 为弯形管， 例如， 所述弯形管的形状可以为倒置的 U 形管或者蛇形管。考虑到生产 成本， 按照本发明的一个具体实施方案， 所述连通器 8 进一步优选为倒置的 U 形管， 所述倒 置的 U 形管的顶端与闪蒸塔 1 的顶端的高度差可以为 1-2.5 米， 优选为 1.5-2 米。 0016 所述连通器 8 的材质可以由各种具有一定强度以及耐热的材料制成， 例如， 铁、 不 锈钢等材料。 0017 按照本发明， 为了更有利于热。
20、蒸汽对粉碎产物的加温作用， 优选使热源 2 中的热 介质与粉碎产物在闪蒸塔1中逆流接触， 即， 使通入粉碎产物的第一接口5的位置低于通过 连通器 8 将热源 2 与闪蒸塔 1 的第三接口 7 连通的第三接口 7 的位置。 0018 为了便于控制与粉碎产物接触的热蒸汽的量以控制粉碎产物的温度以及便于控 制粉碎产物的通入量以控制闪蒸塔中粉碎产物的液位， 优选情况下， 下述任意一个或几个 位置还设置有阀门 ： 连通器8与闪蒸塔1的第三接口7之间可以设置有阀门 ； 连通器8与热 源 2 之间可以设置有阀门 ； 物料源 10 与第一接口 5 之间可以设置有阀门。 0019 按照本发明， 所述闪蒸塔 1 。
21、可以为本领域常规的各种闪蒸塔， 例如， 可以为各种常 用的填料塔或筛板塔。所述闪蒸塔 1 的塔板数或理论塔板数取决于希望达到的热交换程 度。通常， 在其它条件相同的情况下， 塔板数或理论塔板数越高， 热交换的程度越高， 也就 是说热介质的热量越能充分传递给粉碎产物。本发明的发明人研究发现， 对于粉碎产物为 20-40的薯类原料的淀粉浆液， 热介质为 100-170的水蒸气时， 闪蒸塔 1 的塔板数或理 论塔板数优选为 2-6 块， 在该条件下即可使从闪蒸塔 1 排出的粉碎产物的温度在 50-90， 满足酶解要求。 0020 所述填料塔装填有拉西环、 鲍尔环、 阶梯环、 鞍型环、 弧鞍型、 矩鞍。
22、型、 网环、 压延 孔环、 板波纹与网波纹规整填料中的一种或几种。 所述筛板塔的筛板优选还具有溢流堰， 这 样， 热介质从筛板塔的底部穿过筛板上的筛孔向上流动， 粉碎产物在筛板上停留至超过溢 流堰的高度时向下流动， 进入下一个筛板。为了进一步提高热交换效率， 第一接口 5 的位置 设置在填料塔或筛板塔的第 0 块或第 1 块塔板处， 第三接口 7 的位置设置在填料塔或筛板 塔的最后一块塔板处或更靠塔底的位置。 0021 按照本发明， 闪蒸塔 1 上还可以设置有温度测试单元， 以随时监测粉碎产物在闪 蒸塔1中的温度， 当闪蒸塔1中粉碎产物的温度达到酶解条件时， 便可以将它输送至酶解罐 3 中进行。
23、酶解。此外， 闪蒸塔 1 上还可以设置有液位测试单元， 以监测疏送至闪蒸塔 1 中粉 碎产物的液位。 0022 按照本发明， 所述闪蒸塔1的表压可以为-0.3至-0.01兆帕， 优选为-0.1至-0.05 兆帕 ； 在闪蒸塔1中接触的待酶解物料与热介质的重量比可以为15-301 ； 接触的时间只 要保证待酶解物料能够达到酶解温度即可， 一般情况下， 所述接触时间可以为 5-10 分钟。 0023 按照本发明， 所述热源2可以提供水蒸气、 热水等各种热介质， 例如， 所述热源2可 说 明 书 CN 101988077 A4/10 页 6 以为输送各种热介质的管道， 也可以为储存各种热介质的容器。。
24、 0024 为了节省能源、 使能源能够被循环重复利用， 所述热源 2 优选为其它工段产生的 热介质， 如从精馏工段中排出的废蒸汽、 热水等。 0025 在将热源2中的热介质与粉碎产物在闪蒸塔1中接触时， 为了保证热介质的用量， 所述热源 2 优选为可以储存各种热介质的容器， 以在接触前将热介质暂时保存在容器中， 所述热介质的温度一般为 100-170。 0026 所述酶解罐可以为本领域常规的各种酶解罐， 例如碳钢材质 250 立方米的带搅拌 装置的容器。为了监控酶解温度， 所述酶解罐 3 上也可以设置有温度测试单元。 0027 所述真空泵 4 的个数可以为一个也可以为并联连接的多个， 只要能够。
25、满足能够使 闪蒸塔 1 达到真空度的要求即可。对使真空泵 4 与闪蒸塔 1 连通的第二接口 6 的位置也没 有特别限定， 可以位于闪蒸塔 1 的任何位置， 优选在闪蒸塔 1 的中部或中上部。 0028 所述热源 2 提供的热介质在闪蒸塔 1 中以水蒸气的形式与粉碎产物进行热交换 后， 可以直接将剩余的热蒸汽从闪蒸塔 1 中排出塔外， 为了达到环保要求， 该装置还可以包 括冷凝器 9， 所述冷凝器 9 可以与闪蒸塔 1 的上部连通， 使与粉碎产物接触后的闪蒸塔 1 中 的蒸汽被输送至冷凝器 9 中， 冷凝成水， 以便于在其它工段中应用。因此， 当本发明的方法 中提供的酶解装置还包括冷凝器 9 且。
26、所用热介质为热的水蒸气或热水时， 在采用本发明的 方法提供的酶解装置进行酶解时在实现酶解的同时还能副产蒸馏水。优选情况下， 为了便 于操作， 所述冷凝器 9 与闪蒸塔 1 的顶部连通。所述冷凝器可以为本领域常规的各种冷凝 器， 例如列管式冷凝器。 0029 所述粉碎产物可以为各种可以进行酶解的物料， 例如淀粉浆液， 所述淀粉浆液 通常为将含淀粉的物料进行预处理， 如粉碎后得到的浆液 ； 所述粉碎产物的粘度通常为 1200-1500mpa.s。 0030 本发明的发明人研究发现， 对于粉碎产物为 20-40的淀粉浆液， 优选为薯类原 料淀粉浆液 ； 热介质为 100-170的水蒸气时， 闪蒸塔 。
27、1 的塔板数或理论塔板数优选为 2-6 块， 在该条件下即可使从闪蒸塔 1 排出的粉碎产物的温度在 50-90， 满足酶解要求。 0031 所述薯类原料可以为各种薯类原料， 如红薯、 马铃薯、 木薯等， 本发明的具体实施 方案中采用的薯类原料为木薯。 所述薯类原料可以为鲜木薯或干木薯， 如果采用鲜木薯， 在 粉碎前可以将鲜木薯与水混合， 也可以不与水混合而直接粉碎 ； 如果采用干木薯， 通常需要 在粉碎前将干木薯与水混合， 所述水的用量只要保证将干木薯粉碎后能够得到淀粉浆液即 可， 一般情况下， 所述木薯与水的重量比可以为 1 0.2-5， 优选为 1 0.5-2。所述薯类原 料也可以为鲜木薯。
28、与干木薯的混合物。所述干木薯与鲜木薯的重量没有特别限定， 通常情 况下， 所述干木薯与鲜木薯的重量比可以为 1 1.5-2.5， 优选为 1 1.5-2。 0032 按照本发明， 所述粉碎方法可以为本领域常规的粉碎方法， 只要将木薯的组织结 构破坏， 使微小的淀粉颗粒能够从木薯块根中解体、 分离出来即可。例如， 可以采用干式粉 碎或湿式粉碎， 两种粉碎方式之间的差别主要在于是否将木薯与水混合。湿式粉碎包括将 去皮后的木薯与水混合， 然后进行一次或多次粉碎。水的用量可以参考上述水的用量。粉 碎后的产物的平均颗粒直径优选为 1.5-10 毫米。可以使用常规的各种粉碎机， 例如 SFSP 系列锤片式。
29、粉碎机。 0033 鲜木薯原料的外表皮内还含有一层薄皮， 即内表皮， 该内表皮中含有氰化物以及 说 明 书 CN 101988077 A5/10 页 7 一种能引起食物中毒的氰贰亚麻苦甙。亚麻苦甙被水解后产生氢氰酸。氢氰酸和氰化 物都有剧毒， 而且中毒非常迅速。 它们可以通过多种途径进入人体， 如皮肤吸收、 伤口侵入、 呼吸道吸入、 误食等， 进入人体后， 能使中枢神经系统瘫痪， 使呼吸酶及血液中血红蛋白中 毒， 引起呼吸困难， 全身细胞会因缺氧窒息而使机体死亡。 因此， 优选情况下， 通常在将鲜木 薯原料进行粉碎之前， 需要先除去鲜木薯原料的内表皮。所述除去鲜木薯原料内表皮的方 法有可以采用。
30、现有技术中的各种去皮方法， 例如， 采用人工去皮的方法除去鲜木薯原料的 外表皮及内表皮， 同时去除原料表面的泥沙 ； 或者采用去皮设备进行去皮， 所述去皮设备可 以采用各种去皮设备， 例如 CN101289674A 中公开的薯类原料的去皮设备。 0034 由于薯类原料中可能会含有泥土、 沙石杂质以及铁杂质， 会对去皮设备造成损害， 因此， 按照本发明的方法， 还可以包括去皮之前对薯类原料进行预处理的常规操作， 所述预 处理的步骤一般包括除去杂质和清洗的步骤。 如， 在鲜木薯采收后， 除去木薯上的泥土、 根、 须及木质部分以及砂石等杂质。并对木薯进行清洗， 所述清洗的方法和设备为本领域技术 人员。
31、所公知。 0035 所述酶解步骤可以通过本领域常用的方法完成， 比如向粉碎产物中添加产酶微生 物和 / 或酶， 在产酶微生物的生长温度和 / 或酶有活力的温度下保温完成。所述产酶微生 物为能够分泌淀粉酶的产酶微生物。所述酶为淀粉酶。 0036 由于微生物生长会产生副产物， 因此优选直接加入酶。 所述酶的用量越多越好， 出 于成本考虑， 优选以每克粉碎后的产物的干重计， 所述淀粉酶的用量为 4-50 酶活力单位， 更优选以每克粉碎后的产物的干重计， 所述淀粉酶的用量为 10-30 酶活力单位。 0037 本发明所述酶的酶活力单位可以为在pH值为6.0、 温度为70的条件下， 1分钟将 1 毫克淀。
32、粉转化为葡萄糖所需的酶量为一个酶活力单位。 0038 所述酶解的温度可以为淀粉酶的任何最适作用温度， 一般为 50-90， 更优选 60-70。所述酶解的时间理论上越长越好， 考虑到设备利用率， 优选所述酶解的时间为 20-240 分钟， 更优选为 30-120 分钟。所述酶解的 pH 值可以为淀粉酶的任何最适作用 pH， 一般为 3.0-7.0， 更优选 pH 值为 5.0-6.0。由于酶解过程中 pH 值的波动不大， 因此所述酶 解的 pH 值可以按照本领域常用的方法在加入酶之前进行调节， 例如先将粉碎产物与水或 培养基(加酶一般与水混合， 加入产酶微生物一般与该微生物的培养基)混合， 一。
33、般使所得 混合物的固含量为 20-40 重量， 根据所得混合物的 pH 值， 用硫酸溶液或氢氧化钠将待酶 解的混合物 pH 调节至 3.0-7.0， 更优选调节至 pH 值为 5.0-6.0。 0039 本发明所述酶为淀粉酶。淀粉酶是能够分解淀粉糖苷键的一类酶的总称， 所述淀 粉酶一般包括 - 淀粉酶、 - 淀粉酶、 糖化酶和异淀粉酶。 0040 - 淀粉酶又称淀粉 1， 4- 糊精酶， 它能够任意地、 不规则地切开淀粉链内部的 -1， 4- 糖苷键， 将淀粉水解为麦芽糖、 含有 6 个葡萄糖单位的寡糖和带有支链的寡糖。生 产此酶的微生物主要有枯草杆菌、 黑曲霉、 米曲霉和根霉。 0041 -。
34、淀粉酶又称淀粉1， 4-麦芽糖苷酶， 能够从淀粉分子非还原性末端切开1， 4-糖 苷键， 生成麦芽糖。此酶作用于淀粉的产物是麦芽糖与极限糊精。此酶主要由曲霉、 根霉和 内孢霉产生。 0042 糖化酶又称淀粉 -1， 4- 葡萄糖苷酶， 此酶作用于淀粉分子的非还原性末端， 以 葡萄糖为单位， 依次作用于淀粉分子中的 -1， 4- 糖苷键， 生成葡萄糖。此酶作用于支链淀 说 明 书 CN 101988077 A6/10 页 8 粉后的产物有葡萄糖和带有 -1， 6- 糖苷键的寡糖 ； 作用于直链淀粉后的产物几乎全部是 葡萄糖。此酶产生菌主要是黑曲霉 ( 左美曲霉、 泡盛曲霉 )、 根霉 ( 雪白根。
35、酶、 德氏根霉 )、 拟内孢霉、 红曲霉。 0043 异淀粉酶又称淀粉 -1， 6- 葡萄糖苷酶、 分枝酶， 此酶作用于枝链淀粉分子分枝 点处的 -1， 6- 糖苷键， 将枝链淀粉的整个侧链切下变成直链淀粉。此酶产生菌主要是嫌 气杆菌、 芽孢杆菌及某些假单孢杆菌等细菌。 0044 优选所述酶解使用的酶还包括磷酸酯酶。 因为磷酸酯酶能够使磷酸与醇式羟基结 合成酯的磷酸糊精水解成葡萄糖， 并释放出磷酸， 具有极明显的液化力， 所以酶解使用的酶 包括磷酸酯酶， 可以更充分地水解淀粉， 以增加乙醇产率。 0045 本发明所述淀粉酶可以优选选自 - 淀粉酶、 糖化酶、 转移葡萄糖苷酶和磷酸酯 酶中的一种。
36、或几种。 0046 能够发酵单糖如葡萄糖和 / 或果糖、 寡糖如蔗糖和 / 或半乳糖的微生物都可以用 于本发明的发酵过程， 由于酿酒酵母是酿酒工业上普遍应用的耐酒精、 副产物少、 乙醇产率 高的发酵己糖的微生物， 因此优选所述发酵所使用的酵母为酿酒酵母。 0047 以每克酶解产物计， 所述发酵所使用的酵母的接种量为 103-108 菌落形成单位， 更优选 104-106 菌落形成单位。 0048 所述菌落形成单位的定义为将稀释后的一定量的菌液通过浇注或涂布的方法， 让 其内的微生物单细胞一一分散在培养基平板上， 待培养后， 每一活细胞就形成一个菌落。 即 每毫升菌液中含有的单细胞的数目。 00。
37、49 本发明发酵所使用的酵母可以为商购酵母固体制剂 ( 比如干酵母粉 ) 或酵母菌 种， 比如拉斯 2 号 (Rasse II) 酵母， 又名德国二号酵母、 拉斯 12 号 (Rasse XII) 酵母， 又名 德国 12 号酵母、 K 字酵母、 南阳五号酵母 (1300) 和南阳混合酵母 (1308)。所述酵母的菌落 形成单位可以通过本领域公知的方法测定， 比如亚甲基蓝染色活菌计数法。亚甲基蓝染色 活菌计数法的具体方法如下 ： 0050 将1克干酵母粉溶于10毫升无菌水中， 或将1毫升菌种活化液用无菌水稀释至10 毫升， 加入 0.5 毫升 0.1 重量亚甲基蓝， 在 35下保温 30 分钟。
38、。在 10 倍光学显微镜下， 用血球计数板计数保温后的溶液中活菌的数目 ( 死菌染色， 活菌不染色 )， 可得 1 克干酵母 或 1 毫升菌种活化液中活菌的数目， 即菌落形成单位数。 0051 所述酵母可以采用常规的方法接种， 例如向酶解产物中加入 5-15 体积的种子 液。所述种子液可以为干酵母的水溶液或培养基溶液， 也可以为干酵母或商购菌种的活化 种子液。 0052 所述发酵的温度可以为任何适于酵母生长的温度， 优选为 30-36， 更优选为 30-33。pH 值为 4-6， 优选为 4-4.5。所述发酵的时间可以为从接种开始至酵母生长的衰 亡期出现 ( 即发酵时间为迟滞期、 对数期加上稳。
39、定期 ) 的时间， 优选发酵的时间为 55-70 小 时， 更优选 60-70 小时。发酵产物乙醇可以用常规的方法， 根据不同工业产品的要求 ( 比如 燃料酒精要求乙醇的纯度达 99以上 ) 分离并精制， 比如蒸馏、 浓缩、 除水。 0053 下面通过实施例对本发明进行更详细的说明。 0054 实施例中所用的木薯原料为同一批收获的新鲜木薯， 粗 4-8 厘米， 长 20-30 厘米， 含水量为约 65 重量。 说 明 书 CN 101988077 A7/10 页 9 0055 下面将通过实施例对本发明进行进一步的详细描述。 0056 实施例 1 0057 本实施例用于说明本发明的采用木薯制备乙。
40、醇的方法 0058 (1) 使用图 1 所示的酶解装置进行酶解。 0059 所述酶解装置包括闪蒸塔 1、 热源 2、 酶解罐 3、 物料源 10、 真空泵 4 和冷凝器 9， 所 述闪蒸塔1包括第一接口5、 第二接口6、 第三接口7和出料口11， 物料源10通过第一接口5 与闪蒸塔 1 连通， 酶解罐 3 与闪蒸塔 1 的出料口连通， 真空泵 4 与闪蒸塔 1 的第二接口 6 连 通， 热源 2 与闪蒸塔 1 的第三接口 7 连通， 冷凝器 9 与闪蒸塔 1 的顶部连通。闪蒸塔的塔板 数为 6 块， 从上往下， 第一接口 5 和第三接口 7 分别位于闪蒸塔的第 1 块和第 6 块塔板处。 00。
41、60 (2) 木薯原料的粉碎 0061 将 95 千克鲜木薯原料 ( 粗 4-8 厘米， 长 20-30 厘米， 含水量 65 重量 ) 清洗后切 成 1 厘米左右厚的圆片， 然后使用 SFSP 系列锤片式粉碎机对该木薯片进行粉碎， 得到平均 颗粒直径为 2 毫米 ( 采用美国 PPS 公司的 Accu SizerTM 780 光学粒径检测仪测定 ) 的 95 千克粉碎产物。 0062 取10克上述粉碎产物过滤并在45下烘干至恒重3.4克， 称量300.0毫克该干燥 后的粉碎产物， 放置于重 80 克的 100 毫升干燥三角烧瓶内。向所述三角烧瓶内加入 3.00 毫升浓度为 72 重量的硫酸溶。
42、液， 搅拌 1 分钟。然后将三角烧瓶在 30的水浴中放置 60 分钟， 每隔 5 分钟搅拌一次以确保均匀水解。水解结束后， 用去离子水使硫酸的浓度稀释 到 4 重量， 然后用布氏漏斗过滤， 共得到滤液 84 毫升。将 20 毫升滤液转移至干燥的 50 毫升的三角瓶中。使用 2.5 克碳酸钙调节该滤液的 pH 值至 5.5， 静置 5 小时， 收集上层清 液。用 0.2 微米滤膜过滤收集的上层清液， 所得滤液用 Biorad AminexHPX-87P 高效液相色 谱 (HPLC) 分析。HPLC 条件 ： 进样量 20 微升 ； 流动相为 0.2 微米滤膜过滤并且超声振荡脱 气的 HPLC 超。
43、纯水 ； 流速为 0.6 毫升 / 分钟 ； 柱温 80-85 ； 检测器温度 80-85 ； 检测器为 折光率检测器 ； 运行时间为 35 分钟。以 0.1-4.0 毫克 / 毫升浓度范围的 D-(+) 葡萄糖作为 标准样品。HPLC 分析得到粉碎产物酸水解液中葡萄糖浓度为 3.70 毫克 / 毫升， 计算可得 1 克所述粉碎产物酸水解能得到重量为0.311克的葡萄糖， 因为浓度为72重量的硫酸溶液 可以将粉碎产物中的淀粉全部水解成葡萄糖， 因此所得葡萄糖的重量是粉碎产物中的淀粉 重量的 1.11 倍， 即 1 克所述粉碎产物中的淀粉含量为 0.280 克， 则 95 千克粉碎产物中共含 淀。
44、粉 26.6 千克。 0063 将上述粉碎产物与 21 千克水混合后得到淀粉浆液， 送至物料源 10 中保存。 0064 (3) 酶解 0065 开启真空泵 4 将闪蒸塔 1 抽真空， 使得闪蒸塔 1 的表压为 -0.25 兆帕， 然后开启热 源 2 与闪蒸塔 1 之间的阀门， 使热源 2 中的温度为 130的水蒸汽被吸入闪蒸塔 1 中， 同时 开启物料源 10 的阀门， 使通过第一接口 5 将温度为 30的上述淀粉浆液从物料源 10 输送 至闪蒸塔1中， 并使淀粉浆液与水蒸汽在闪蒸塔1中接触， 水蒸汽与该粉碎产物的重量比为 15 1， 接触的时间为 8 分钟， 此时通过闪蒸塔 1 上设置的温。
45、度监控设备监测淀粉浆液的 温度升高至 65， 将淀粉浆液通过出料口输送至酶解罐 3 中与淀粉酶混合进行酶解， 酶解 的时间为 60 分钟， 所述酶解的 pH 值为 5 ； 以每克粉碎产物的干重计， 加入 20 酶活力单位的 - 淀粉酶 ( 诺维信公司购得 ) ； 开启冷凝器 9 的电源将闪蒸塔 1 中剩余的水蒸汽抽出并冷 说 明 书 CN 101988077 A8/10 页 10 凝成水。 0066 (4) 发酵 0067 将步骤 (2) 得到的酶解产物输送至发酵罐中， 并温度降至 33， 以每克酶解产物 的重量计， 接种 105菌落形成单位的酒精酵母 ( 安琪超级酿酒高活性干酵母， 湖北安琪。
46、酵母 股份公司 )， 所得混合物在 33下于发酵罐中搅拌培养 65 小时， 在 100蒸馏所得发酵产 物， 所得蒸馏馏分在78.3下二次蒸馏可得乙醇13.73千克。 按照下式计算乙醇产率， 计算 结果见表 1。 0068 乙醇产率 100 乙醇重量 / 木薯原料中所含淀粉的重量 0069 取 100 克蒸馏乙醇后的发酵醪用布氏漏斗过滤， 将 20 毫升滤液转移至干燥 50 毫 升的三角瓶中， 静置5小时， 收集上层清液。 0.2微米滤膜过滤收集的上层清液， 按照上述步 骤 (1) 所述高效液相条件， 测定并计算出发酵醪中的葡萄糖共 372 克。并按照下式计算残 糖率， 计算结果见表 1。 00。
47、70 残糖率 100 发酵醪中残糖量 / 木薯原料中所含淀粉的重量 0071 对比例 1 0072 本对比例用于说明采用木薯制备乙醇的参比方法。 0073 按照实施例 1 的方法制备乙醇， 不同的是， 不采用本发明的酶解设备， 而采用在将 淀粉浆液通入酶解罐中后， 采用电加热的方法将酶解温度提升至 65， 加热时间为 0.5 小 时。按照实施例 1 的方法发酵得到乙醇 13.43 千克。 0074 取100克蒸馏乙醇后剩余的发酵醪用布氏漏斗过滤， 将20毫升滤液转移至干燥50 毫升的三角瓶中， 静置 5 小时， 收集上层清液。0.2 微米滤膜过滤收集的上层清液， 按照上 述步骤 (1) 所述高。
48、效液相条件， 测定并计算出发酵醪中的葡萄糖共 575 克。并按照实施例 1 的公式计算乙醇产率和残糖率， 计算结果见表 1。 0075 实施例 2 0076 本实施例用于说明本发明的采用木薯制备乙醇的方法 0077 按照实施例 1 的方法制备乙醇， 不同的是， 使用图 2 所示的酶解装置进行酶解。 0078 所述酶解装置包括闪蒸塔 1、 热源 2、 酶解罐 3、 物料源 10、 真空泵 4 和冷凝器 9， 所 述闪蒸塔 1 包括第一接口 5、 第二接口 6、 第三接口 7 和至少一个出料口， 物料源 10 通过第 一接口 5 与闪蒸塔 1 连通， 酶解罐 3 与闪蒸塔 1 的出料口连通， 真空。
49、泵 4 与闪蒸塔 1 的第二 接口 6 连通， 冷凝器 9 与闪蒸塔 1 的顶部连通， 热源 2 通过倒置的 U 形管与闪蒸塔 1 的第三 接口 7 连通， 所述倒置的 U 形管的顶端高于闪蒸塔 1 的顶端， 倒置的 U 形管与闪蒸塔 1 的顶 端的高度差为 2.5 米。开启真空泵 4 将闪蒸塔 1 抽真空， 使得闪蒸塔 1 的表压为 -0.1 兆 帕， 然后开启热源 2 与闪蒸塔 1 之间的阀门， 使热源 2 中的温度为 150的水蒸汽被吸入闪 蒸塔 1 中， 同时开启物料源 10 的阀门， 使通过第一接口 5 将温度为 35的淀粉浆液从物料 源 10 输送至闪蒸塔 1 中， 并使淀粉浆液与水蒸汽在闪蒸塔 1 中接触， 水蒸汽与淀粉浆液的 重量比为 25 1， 接触的时间为 5 分钟， 此时通过闪蒸塔 1 上设置的温度监控设备监测淀 粉浆液的温度升高至 55， 将淀粉浆液通过出料口输送至酶解罐 3 中与淀粉酶混合进行酶 解， 酶解的时间为 80 分钟， 所述酶解的 pH 值为 5 ； 以每克淀粉浆液的干重计， 加入 30 酶活 力单位的 - 淀粉酶 ( 诺维信公司购得 ) ； 开启冷凝器 9 的电源将闪蒸塔 1 中剩余的水蒸 汽抽出并冷凝成水。 说 明 书 CN 101988077 A9/10 页 11 0079 并按照实施例 1 的方法对。