基于外环流式发酵罐的玉米生料发酵酒精的研究

论文摘要

当前我国能源供应形势日益严峻,从国家能源和战略安全考虑,研究新型能源替代石油尤为迫切,而发酵酒精作为一种可再生能源最为可能。生料发酵酒精,不仅减少设备投资,而且显著节省能量消耗,极大地降低了酒精生产成本。酒精浓醪发酵是一种高强度发酵方式,其具有设备利用率高、蒸馏能耗少、生产成本低及酒糟易处理等优点,是一种具有巨大应用价值的酒精发酵技术。如果将上述两种工艺结合起来,有利于高效、清洁酒精生产工艺的建立。强制发酵醪循环,可有效缓解发酵起始阶段玉米粉吸水后沉淀造成的不利影响。通过Q1=（U0Ae/（C0-e））估算,经试验,当采用循环方式1时的临界流量为47 mL/min;当采用循环方式2时的临界流量为31 mL/min。从能量消耗、酒精度、淀粉利用率综合考虑,初步确定在发酵过程中采用如下工艺:0 h8 h采用循环1,8 h72 h采用循环2。在强制发酵醪循环的基础上,采用分批添加工艺,可提高发酵效率。具体工艺如下:按1:2.3 （w/v）混合玉米粉和水,得到初始发酵醪。取30 %接种发酵,从发酵2 h起每30 min添加5 %的剩余发酵醪,30℃,发酵72 h,酒精浓度可达120 g/L,淀粉利用率达到90.08 %,该发酵方式与无循环的生料酒精发酵工艺相比,所得酒精浓度可提高15.3 %。进一步将该工艺应用于高浓度生料酒精发酵,当料水比为1:1.8时,酒精度达到133.6 g/L,淀粉利用率为86.6 %。在15 L外环流式发酵罐中将强制循环基础上的分批添加工艺进行试验,当料水比为1:2.3时,酒精浓度可达118.5 g/L,淀粉利用率达到89.12 %,达到工业化生产水平。当料水比为1:1.8时,酒精浓度达到129.9 g/L。虽然淀粉利用率为85.05 %,但有利于提高设备利用率、减少环境污染,实现高效率发酵。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 传统的酒精发酵工艺
• 1.1.2 生料发酵酒精工艺
• 1.1.3 高浓度酒精发酵工艺
• 1.2 研究进展
• 1.2.1 生料发酵酒精国内外研究进展
• 1.2.2 高浓度酒精发酵国内外研究进展
• 1.2.3 循环在发酵中的应用
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第二章 玉米生料发酵酒精过程中强制循环的研究
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 试剂与原材料
• 2.2.2 仪器与设备
• 2.2.3 菌种与培养基
• 2.2.4 种子活化方法
• 2.2.5 种子培养基的摇瓶培养法
• 2.2.6 玉米酒精生料发酵
• 2.2.7 总糖的测定
• 2.2.8 还原糖的测定
• 2.2.9 淀粉含量的测定
• 2.2.10 酵母计数
• 2.2.11 酒精度的测定
• 2.2.12 粘度的测定
• 2.2.13 固体颗粒粒度分布的测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 玉米粉悬浮液的沉降
• 2.3.2 发酵醪的强制循环
• 2.3.3 不同循环方式下的能量消耗比较
• 2.3.4 不同循环方式下的发酵结果
• 2.3.5 循环方式的初步确定
• 2.4 小结
• 第三章 基于分批添加策略的玉米生料酒精发酵
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 实验流程
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 不同的起始加入量对发酵的影响
• 3.3.2 不同起始添加时间对发酵的影响
• 3.3.3 不同添加间隔时间对发酵的影响
• 3.3.4 每批不同添加量对发酵的影响
• 3.3.5 在强制发酵醪循环基础上的分批添加工艺
• 3.3.6 在强制循环基础上，分批添加工艺在高浓度酒精发酵上的应用
• 3.4 小结
• 第四章 在15 L 发酵罐上发酵实验
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 试剂与原材料
• 4.2.2 仪器与设备
• 4.2.3 种子活化方法
• 4.2.4 种子培养基的摇瓶培养法
• 4.2.5 在强制循环基础上分批添加工艺和无循环发酵工艺的实验
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 当料水比为1:2.3 时，在15 L 发酵罐中发酵实验
• 4.3.2 当料水比为1:1.8 时，在15 L 发酵罐中发酵实验
• 4.4 结论
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本研究主要结论如下
• 5.2 本课题研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文