技术领域
[0001] 本
发明属于
生物工程技术领域，涉及一种降低木薯乙醇工艺发酵体系黏度的方法。
背景技术
[0002]
生物燃料乙醇是目前最普遍的
可再生能源之一，已被多国添加到
汽油中混合使用。目前，大规模商业化生产的
燃料乙醇主要以
淀粉谷物和富含糖的作物为原料。在中国，燃料乙醇生产主要以玉米为原料。玉米是我国几种主要的粮食之一，大量使用玉米作为原料生产燃料乙醇会导致玉米价格上升，进而引发粮食安全等问题，因此发展以非粮食作物为原料生产燃料乙醇的工艺就显得尤为重要。
[0003] 按照产量计算，木薯是世界上第九大
农作物，近些年全球木薯年产量在3亿吨左右。作为一种非粮食作物，以木薯为原料生产
生物燃料乙醇已经在世界上多个国家和地区进行推广，主要是南美、东南亚、非洲等一些热带区域，具有较广的发展前景。目前我国以木薯为原料生产乙醇的厂家约有30家，年产木薯酒精量约100万吨(国际石油经济，2019,27,7,68-74)。以木薯为原料生产乙醇主要是将木薯中的淀粉转化为乙醇，但是除淀粉外，木薯还含有
纤维素、半
纤维素、果胶等物质，这类物质在发酵液中会产生一定的黏度，导致整个发酵过程中的传质和
传热不均匀和低效率(BioresourceTechnology,2016,215:50-62)。目前美国等乙醇生产技术高度发达的国家中，有厂家使用超细
研磨技术降低木薯中纤维素、半纤维素、果胶、淀粉等成份的链长，进而在一定程度上起到降低发酵液黏度的效果(US patent:20140315259A1)。但是超细研磨技术不仅需要引进额外的设备和工序，而且耗能高。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种降低木薯乙醇工艺发酵体系黏度的方法。该方法以木薯为原料，在传统木薯制备乙醇方法的
基础上，通过添加酶制剂降解木薯原料中的纤维素、半纤维素、果胶等导致黏度产生的成分，进而降低发酵体系黏度。
[0005] 实现本发明目的的技术方案如下：
[0006] 降低木薯乙醇工艺发酵体系黏度的方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤1，将木薯粉与
水混合，调制成木薯粉
浆液；
[0008] 步骤2，调节木薯粉浆液pH至5.0～6.0，加入淀粉
液化酶，80～100℃下液化，获得木薯液化液；
[0009] 步骤3，将木薯液化液冷却至40～60℃，调节pH至4.5～5.5，加入淀粉
糖化酶和其它酶制剂，在50～60℃下进行预糖化，获得木薯预糖化液，所述的其它酶制剂选自纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶、蛋白酶和果胶酶中的一种或几种；
[0010] 步骤4，将木薯预糖化液冷却，调节pH至4.0～4.5，加入营养物质和乙醇生产菌株进行发酵，发酵24h～72h后，通过蒸馏工艺获得乙醇产品。
[0011] 优选的，步骤1中，所述的木薯粉与水的混合
质量比为1:10～1:2，优选为1.5:～1:3.3。
[0012] 优选的，步骤2中，所述的淀粉液化酶添加量为木薯干重的0.001％～0.04％。
[0013] 优选的，步骤2中，所述的木薯液化时间为1～3h。
[0014] 优选的，步骤3中，所述的淀粉糖化酶添加量为木薯干重的0.01％～0.1％。
[0015] 优选的，步骤3中，所述的其他酶制剂中，纤维素酶添加量为木薯干重的0～0.6％，木聚糖酶添加量为木薯干重的0～0.6％，半纤维素酶添加量为木薯干重的0～0.6％，果胶酶添加量为木薯干重的0～0.6％，蛋白酶添加量为木薯干重的0～0.6％，且各酶制剂的含量不同时为0。
[0016] 优选的，步骤3中，所述的预糖化时间为0.5～2h。
[0017] 优选的，步骤4中，所述的木薯预糖化液冷却至20～35℃。
[0018] 优选的，步骤4中，所述的营养物质为本领域常规使用的营养物质，可以是尿素、
酵母粉或蛋白胨等，所述的乙醇发酵菌为本领域常规使用的发酵菌，可以是酵母菌、运动发酵单胞菌、曲霉或根霉等。
[0019] 与
现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0020] (1)本发明在同步糖化发酵时添加额外的酶制剂，降解了木薯细胞壁中导致黏度产生的成分，降低了发酵体系的黏度，进而提高整个木薯乙醇工艺的传质和传热效率，例如在工艺中添加木薯干重0.6％的蔚蓝纤维素酶和木聚糖酶后，黏度的下降幅度达到53.14％。
[0021] (2)本发明方法在降低发酵体系黏度的同时削弱菌株副产物甘油的合成，降低甘油产量，提高乙醇的产量，例如添加2％蔚蓝纤维素酶后发酵72h，甘油产量下降幅度达到8.06％。
[0022] (3)本发明不需要额外引入其他设备和工序，不会增加工艺能耗。
附图说明
[0023] 图1为
实施例1和对比例发酵结束后各自发酵体系的黏度值图。
[0024] 图2为实施例1和对比例发酵过程中乙醇、甘油的合成情况和乙醇/甘油比例情况图。
[0025] 图3为实施例2和对比例发酵结束后各自发酵体系的黏度值图。
[0026] 图4为实施例3和对比例发酵结束后各自发酵体系的黏度值图。
[0027] 图5为实施例3和对比例发酵过程中乙醇、甘油的合成情况和乙醇/甘油比例情况图。
具体实施方式
[0028] 下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步的说明。
[0029] 实施例1
[0030] (1)将木薯与水混合，其中木薯粉干重与水的质量比为1:3.3，得到木薯粉浆液；
[0031] (2)将上述木薯粉浆液调节pH至5.6～5.8，加入淀粉液化酶，淀粉液化酶加量为1mg/g木薯，85℃条件下液化3h，获得木薯粉液化液；
[0032] (3)将上述木薯粉液化液冷却至50℃，调节pH至4.6～5.0，加入淀粉糖化酶和蔚蓝纤维素酶。其中糖化酶添加量为木薯干重的0.1％，纤维素酶添加量为木薯干重的0.6％，在48℃条件下进行预糖化，预糖化时间为1h，获得木薯预糖化液；
[0033] (4)将上述的木薯预糖化液冷却至30℃，调节pH至4.0～4.2，加入尿素，尿素的添加量为2mg/g浆液，再加入干
酿酒酵母，酿酒酵母的添加量为0.4g/L浆液。在30℃、150rpm条件下发酵72h后，通过蒸馏工艺获得乙醇产品。
[0034] 本实施例中，发酵72h后发酵液黏度如图1所示，为33.79mPa·S，乙醇浓度为133.71g/L，甘油浓度为10.14g/L。
[0035] 实施例2
[0036] (1)将木薯与水混合，其中木薯粉干重与水的质量比为1:3.3，得到木薯粉浆液；
[0037] (2)将上述木薯粉浆液调节pH至5.6～5.8，加入淀粉液化酶，淀粉液化酶加量为1mg/g木薯，85℃条件下液化3h，获得木薯粉液化液；
[0038] (3)将上述木薯粉液化液冷却至50℃，调节pH至4.6～5.0，加入淀粉糖化酶和蔚蓝纤维素酶，糖化酶添加量为木薯干重的0.1％，蔚蓝纤维素酶加量为木薯干重的0.2％、0.4％、0.6％、1％、1.5％或2％，在48℃条件下进行预糖化，预糖化时间为1h，获得木薯预糖化液；
[0039] (4)将上述的木薯预糖化液冷却至30℃，调节pH至4.0～4.2，加入尿素，尿素的添加量为2mg/g浆液，再加入干酿酒酵母，酿酒酵母的添加量为0.4g/L浆液。在30℃、150rpm条件下发酵72h后，通过蒸馏工艺获得乙醇产品。
[0040] 本实施例中，发酵72h后发酵液黏度如图3所示，依次为45.25、41.33、38.79、34.32、33.94、33.71mPa·S，乙醇浓度依次为130.78、133.81、133.71、133.58、133.63、
133.55g/L，甘油浓度为10.60、10.51、10.14、10.10、9.92、9.81g/L。
[0041] 实施例3
[0042] (1)将木薯与水混合，其中木薯粉干重与水的质量比为1:3.3，得到木薯粉浆液；
[0043] (2)将上述木薯粉浆液调节pH至5.6～5.8，加入淀粉液化酶，淀粉液化酶加量为1mg/g木薯，85℃条件下液化3h，获得木薯粉液化液；
[0044] (3)将上述木薯粉液化液冷却至50℃，调节pH至4.6～5.0，加入淀粉糖化酶、蔚蓝纤维素酶和木聚糖酶，糖化酶添加量为木薯干重的0.1％，蔚蓝纤维素酶加量为木薯干重的0.6％，木聚糖酶加量为木薯干重的0.6％。在48℃条件下进行预糖化，预糖化时间为1h，获得木薯预糖化液；
[0045] (4)将上述的木薯预糖化液冷却至30℃，调节pH至4.0～4.2，加入尿素，尿素的添加量为2mg/g浆液，再加入干酿酒酵母，酿酒酵母的添加量为0.4g/L浆液。在30℃、150rpm条件下发酵72h后，通过蒸馏工艺获得乙醇产品。
[0046] 本实施例中，发酵72h后发酵液黏度如图4所示，为32.1mPa·S，乙醇浓度依次为132.89g/L，甘油浓度为9.87g/L。
[0047] 对比例
[0048] (1)将木薯与水混合，其中木薯粉干重与水的质量比为1:3.3，得到木薯粉浆液；
[0049] (2)将上述木薯粉浆液调节pH至5.6～5.8，加入淀粉液化酶，淀粉液化酶加量为1mg/g木薯，85℃条件下液化3h，获得木薯粉液化液；
[0050] (3)将上述木薯粉液化液冷却至50℃，调节pH至4.6～5.0，加入淀粉糖化酶。其中淀粉糖化酶添加量为木薯干重的0.1％，在48℃条件下进行预糖化，预糖化时间为1h，获得木薯粉预糖化液；
[0051] (4)将上述的木薯粉预糖化液冷却至30℃，调节pH至4.0～4.2，加入尿素，尿素的添加量为2mg/g浆液，再加入干酿酒酵母，酿酒酵母的添加量为0.4g/L浆液。在30℃、150rpm条件下发酵72h后，通过蒸馏工艺获得乙醇产品。
[0052] 本对比例中，发酵72h后发酵液黏度如图1所示，为68.50mPa·S，乙醇浓度为133.03g/L，甘油浓度为10.67g/L。
[0053] 图2为对比例和实施例1发酵过程中乙醇、甘油的合成情况和乙醇/甘油比例情况，图5为对比例和实施例3发酵过程中乙醇、甘油的合成情况和乙醇/甘油比例情况。从图中可以看出，发酵24h后，实施例甘油含量低于对比例，乙醇/甘油比高于对比例。实验结果表明，添加纤维素酶和木聚糖酶后，显著的降低了发酵体系黏度，改变了副产物甘油和产品乙醇之间的
碳源流向。
