一种木薯浓醪自动连续补料酒精发酵方法技术

本发明专利技术公开了一种木薯浓醪自动连续补料酒精发酵方法，包括以下步骤：①原料预处理；②蒸煮液化制备液化醪；③液化醪全糖化；④酒精发酵；⑤自动连续补料发酵。本发明专利技术的发酵方法通过自动连续补料解除全糖化醪高葡萄糖浓度对酿酒酵母菌生长代谢的抑制效应，促进其酒精发酵代谢，提高单位体积发酵醪的酒精浓度，使发酵终点发酵醪总糖残留率降至0.5%以下，酒精浓度达到15.8~16.5%（v/v），淀粉利用率大于99.5%，使木薯浓醪酒精发酵的淀粉利用率和酒精发酵度显著提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种酒精发酵方法，尤其是涉及一种木薯浓醪自动连续补料酒精发酵方法。
技术介绍
酒精是重要的工业原料，广泛应用于化工、农业、医药和食品等领域。目前，我国积极发展燃料酒精行业，采用燃料酒精代替石油燃料作为车用燃料，具有重要的战略意义。酒精发酵生产主要是以粮食作物玉米和非粮作物木薯为原料，在我国粮食日益紧张的背景下，未来我国的酒精产业将坚持以非粮作物为主，利用非粮作物木薯发酵生产酒精将会越来越受重视，但由于木薯原料的营养较差，发酵酒精浓度仅为9%~10%（v/v），低于粮食作物玉米为原料发酵酒精的浓度（12%）。发酵酒精浓度偏低导致设备的利用率低下，水耗、能耗提高，废水治理成本增加，严重限制木薯酒精发酵生产的发展。近年来，木薯浓醪酒精发酵技术已在酒精发酵生产行业中兴起，浓醪发酵技术由于提高了单位体积发酵醪的酒精浓度，进而可显著降低生产过程的蒸汽耗量和水耗量、提高设备利用率、降低生产成本，降低废水处理成本，是酒精发酵生产行业实现节能减排而大力推行的新工艺新技术。中国专利CN101629189B公开了一种利用鲜木薯浓醪酒精发酵的方法，该方法是将第一次粉碎后的鲜木薯进行调浆，加温液化过滤，用热水洗涤滤渣，回收滤渣中残糖，过滤得到的滤液可用于第一次鲜木薯粉碎，用第一次滤液作为第二次鲜木薯的粉碎液，粉碎得到的浆料作为原料用于浓醪酒精发酵，其初始总糖浓度达到23.5～24.5g/100mL，经液化、灭菌、糖化、发酵等工序，最后得到的发酵成熟醪酒份达到13.0(v/v)以上；该专利技术完全以鲜木薯为原料进行浓醪发酵生产酒精，有效提高了木薯浓醪酒精发酵中初始总糖浓度，解决了发酵过程中料液粘度大、流动性差及传质效率低等问题。中国专利CN104238842A公开一种木薯浓醪酒精发酵中的生物调酸方法，属于发酵法酒精生产
该专利技术对木薯干依次进行预处理、蒸煮液化、初始糖化、混合接种、并行乳酸发酵和酒精发酵、边糖化边酒精发酵，利用乳酸菌生长代谢产生的乳酸调节发酵醪的pH值，通过分阶段控温发酵和酿酒酵母的生长竞争作用及其酒精发酵的竞争性抑制作用，可有效控制乳酸菌的乳酸发酵程度达到调节发酵醪pH值的目的，使发酵醪pH值达到糖化酶和酒精发酵的最适pH值范围，从而使发酵过程中糖化酶保持较高活性，使边糖化边酒精发酵能高效运行。然而，木薯浓醪酒精发酵技术存在着底物抑制效应，全糖化醪高葡萄糖浓度对酿酒酵母菌的生长代谢有抑制作用，使酒精发酵过程受到严重阻碍。边糖化边发酵工艺，又称双边发酵工艺可以解除木薯浓醪酒精发酵的底物抑制效应，双边发酵工艺即木薯原料经粉碎、调浆、蒸煮液化和初始糖化，液化醪中只有20~30%淀粉转化为可发酵性糖，其余70~80%的淀粉在酒精发酵过程中经糖化酶的作用逐渐转化为葡萄糖，从而解除高糖浓度对酿酒酵母菌的底物抑制效应。但是，在双边发酵工艺发酵时间长，发酵过程中酿酒酵母菌和糖化酶的活力逐渐降低，导致酒精发酵速率低、淀粉残留率高、发酵周期长、设备利用率低等问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种木薯浓醪自动连续补料酒精发酵方法，该方法发酵过程中采用发酵罐内置的葡萄糖传感器在线检测发酵醪的葡萄糖浓度并将检测信号传输给糖化醪控制器，糖化醪控制器响应检测信号调节补料阀的开张大小控制糖化醪的流加速度实现自动连续补料。自动连续补料维持酒精发酵醪葡萄糖浓度4~8%，避免了高葡萄糖浓度对酒精发酵的底物抑制效应，使酒精发酵高效运行，进而提高木薯浓醪发酵的酒精发酵度和淀粉利用率。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种木薯浓醪自动连续补料酒精发酵方法，包括以下步骤：①原料预处理：选取干燥充分的木薯干，经挑选、除杂、粉碎、过筛得木薯粉；②蒸煮液化：向步骤①所得的木薯粉中加入其重量1.8-2倍的水，调制成均匀的粉浆，加入耐高温α-淀粉酶，升温至95~100℃，蒸煮液化制备液化醪；③液化醪全糖化：将步骤②所述的液化醪降温至58~60℃，加入糖化酶进行全糖化，制备糖化醪；④酒精发酵：将步骤③所述的糖化醪降温至30~32℃，将其中25~30%的糖化醪泵入发酵罐，接入酿酒酵母菌种子液，在30~32℃的温度范围内进行酒精发酵14-16小时；所述酿酒酵母菌种子液的接入量为所述糖化醪体积的20~30%；所述酿酒酵母菌种子液中酵母菌浓度大于108个/毫升；⑤自动连续补料发酵：利用自动监控连续补料系统自动补充所述糖化醪，维持酒精发酵醪葡萄糖浓度4~8wt%，发酵48-52小时，发酵罐内料液体积达到发酵罐总体积80%时，停止补料，继续发酵至发酵醪总糖残留率降至0.5%以下，即完成发酵。优选的，步骤①中所述干燥充分的木薯干含水量9~11wt%；所述过筛为过60目的筛网。优选的，步骤②中所述蒸煮液化的时间为80~90分钟；所述耐高温α-淀粉酶的加入量为10~12U/克木薯粉。优选的，步骤③中所述全糖化时间为60~80分钟；所述糖化酶的加入量为80~100U/克木薯粉；所得糖化醪的葡萄糖浓度为31-33wt%。优选的，所述酿酒酵母菌种子液的制备方法为：选用酿酒高活性干酵母菌作为菌种，以11°麦芽汁为培养基经逐级扩大培养，制备得到酿酒酵母菌种子液。优选的，步骤⑤中停止补料后，发酵12~18小时达到发酵终点。需要指出的是，步骤⑤所述自动监控连续补料系统是采用发酵罐内置的葡萄糖传感器在线检测发酵醪的葡萄糖浓度并将检测信号传输给糖化醪控制器，糖化醪控制器响应检测信号调节补料阀的开张大小，当发酵醪的葡萄糖浓度小于4%时糖化醪控制器响应检测信号调节补料阀开大30%，当发酵醪的葡萄糖浓度大于8%时糖化醪控制器响应检测信号调节补料阀关小30%，进而控制糖化醪向发酵罐的流加速度实现自动连续补料，使发酵罐中发酵醪葡萄糖浓度维持在4~8wt%之间，避免了全糖化醪高葡萄糖浓度对酿酒酵母菌生长代谢的抑制效应。还需要指出的是：1、总糖残留率的测定方法：硫酸苯酚法。2.淀粉利用率所涉及的淀粉测定方法：醪液样品采用2M盐酸回流2小时水解后用2M氢氧化钠中和，然后用菲林法测定。3.专利中所涉及的指标都是该行业的常规指标，均不是新制定的指标，是该行业常识，一般不需要特别注明。4.专利中耐高温α-淀粉酶、糖化酶均为市售产品。本专利技术的有益效果如下：1.本专利技术通过对木薯粉浆蒸煮液化和全糖化工艺使淀粉充分转化成可发酵性葡萄糖，全糖化醪的葡萄糖浓度达到31-33wt%。为避免全糖化醪高葡萄糖浓度对酒精发酵的底物抑制效应，发酵过程中首先以25-30%的糖化醪泵入发酵罐，接入体积为所述糖化醪的20~30%酿酒酵母菌种子液，并且所述酿酒酵母菌种子液中酵母菌浓度大于108个/毫升，采用上述方法可以解除高浓度糖对酵母菌发酵和生长的抑制作用，使整个发酵过程酵母菌均处在最优的发酵状态，有效的提高淀粉的利用率。2.采用发酵罐内置的葡萄糖传感器在线检测发酵醪的葡萄糖浓度并将检测信号传输给糖化醪控制器，糖化醪控制器响应检测信号调节补料阀的开张大小控制糖化醪的流加速度实现自动连续补料。自动连续补料维持酒精发酵醪葡萄糖浓度4~8wt%，避免了高葡萄糖浓度对酒精发酵的底物抑制效应，使酒精发酵高效运行，进而显著提高木薯浓醪发酵的酒精发酵度和淀粉利用率。3.本专利技术有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种木薯浓醪自动连续补料酒精发酵方法，其特征在于，包括以下步骤：①原料预处理：选取干燥充分的木薯干，经挑选、除杂、粉碎、过筛得木薯粉；②蒸煮液化：向步骤①所得的木薯粉中加入其重量1.8‑2倍的水，调制成均匀的粉浆，加入耐高温α‑淀粉酶，升温至95~100℃，蒸煮液化制备液化醪；③液化醪全糖化：将步骤②所述的液化醪降温至58~60℃，加入糖化酶进行全糖化，制备糖化醪；④酒精发酵：将步骤③所述的糖化醪降温至30~32℃，将其中25~30%的糖化醪泵入发酵罐，接入酿酒酵母菌种子液，在30~32℃的温度范围内进行酒精发酵14‑16小时；所述酿酒酵母菌种子液的接入量为所述糖化醪体积的20~30%；所述酿酒酵母菌种子液中酵母菌浓度大于108个/毫升；⑤自动连续补料发酵：利用自动监控连续补料系统自动补充所述糖化醪，维持酒精发酵醪葡萄糖浓度4~8wt%，发酵48‑52小时，发酵罐内料液体积达到发酵罐总体积80%时，停止补料，继续发酵至发酵醪总糖残留率降至0.5%以下，即完成发酵。

【技术特征摘要】
1.一种木薯浓醪自动连续补料酒精发酵方法，其特征在于，包括以下步骤：①原料预处理：选取干燥充分的木薯干，经挑选、除杂、粉碎、过筛得木薯粉；②蒸煮液化：向步骤①所得的木薯粉中加入其重量1.8-2倍的水，调制成均匀的粉浆，加入耐高温α-淀粉酶，升温至95~100℃，蒸煮液化制备液化醪；③液化醪全糖化：将步骤②所述的液化醪降温至58~60℃，加入糖化酶进行全糖化，制备糖化醪；④酒精发酵：将步骤③所述的糖化醪降温至30~32℃，将其中25~30%的糖化醪泵入发酵罐，接入酿酒酵母菌种子液，在30~32℃的温度范围内进行酒精发酵14-16小时；所述酿酒酵母菌种子液的接入量为所述糖化醪体积的20~30%；所述酿酒酵母菌种子液中酵母菌浓度大于108个/毫升；⑤自动连续补料发酵：利用自动监控连续补料系统自动补充所述糖化醪，维持酒精发酵醪葡萄糖浓度4~8wt%，发酵48-52小时，发酵罐内料液体积达到发酵罐总体积80%时，停止补料，继续发酵至发酵醪总糖残留率降至0.5%以下，...

【专利技术属性】
技术研发人员：臧晋，李慧星，陈平，张黎，孙沛勇，于海彦，赵鹏，
申请(专利权)人：南阳理工学院，
类型：发明
国别省市：河南;41