自絮凝颗粒酵母酒精发酵新技术

生物酒精是生物质资源与现代石油化学工业连接的关键节点，开发其生产的创新技术，特别是工程化技术，对国家实现石油资源替代的战略目标，具有十分重要的意义。同时可以拓宽农产品加工转化渠道，稳定农业种植结构，延长农产品加工产业链。我国现有酒精发酵行业普遍存在原料资源利用不合理、污染物治理成本高的突出问题，急需发展创新技术，提升这一传统产业的制造水平。
一、攻关任务及完成情况
　　本课题针对酒精发酵技术存在的诸多问题，在依托现代生物技术，选育酒精发酵性能优良且具有自絮凝能力酵母菌株的基础上，发展了一种全新的酒精发酵工艺技术--自絮凝颗粒酵母酒精发酵新技术，以期替代引进技术，为国家"十五"期间规划发展及试点建设的燃料酒精装置，提供技术支撑。本课题的任务是建立1套万吨级规模工业性试验装置，解决自絮凝颗粒酵母酒精连续发酵新技术的工程放大问题。
　　（1）在原料前处理综合利用基础上，实现清液发酵，自絮凝颗粒酵母酒精连续发酵的发酵罐单级容积规模放大到100m3，多级串联操作，建立万吨级规模工业性试验装置。
　　（2）在前序液化和糖化工段糖浓度25%（w/v）得以保证的条件下，发酵终点酒精浓度达到12.0%（v/v），超过吉林燃料酒精装置引进奥地利VOGELBUSCH公司技术11.5%（v/v）的指标。
　　（3）连续发酵的平均发酵时间达到25～30h，与吉林燃料酒精装置引进奥地利VOGELBUSCH公司技术的50～60h相比，缩短1倍，发酵罐的设备生产强度指标相应提高1倍。
　　（4）降低废糟液中污染物总量，达到源头减废，COD指标从现有酒精发酵工艺的（40000～60000）×10-6降低到（20000～30000）×10-6，污染物总量减少50%。
　　（5）在万吨级规模工业性试验装置运行的基础上，预测燃料酒精生产成本降低5%。
　　2004年9月，课题组在安徽丰原生化公司建立了万吨级规模的自絮凝颗粒酵母酒精连续发酵扩大中试装置，2004年12月实现稳定运行，各项经济技术指标均达到设计要求，并超过国内外现有酒精发酵技术的水平。2005年1月23日通过教育部组织的成果鉴定。
二、技术特点
　　与国内外酒精发酵技术相比，该技术的主要创新点和*性体现在：
　　（1）选育了1株具有自絮凝特征的酵母菌株，酵母细胞以自絮凝颗粒的形态在发酵罐中实现固定化，发酵罐中酵母细胞密度提高3～5倍，平均发酵时间由60～70h缩短至30h，发酵罐总容积规模和建设投资相应降低。
　　（2）在原料前处理综合利用的基础上，实现清液发酵，不仅提高了原料的综合利用程度，而且可以方便地回收副产酵母，进行深加工，酒精生产的综合经济效益显著提高。
　　（3）自絮凝酵母具有良好的沉降性能，酵母回收采用自沉降，与国外清液发酵采用离心机分离回收酵母的工艺技术路线相比，可以节省设备投资、运行能耗和维护费用。
　　（4）国内现有酒精生产工艺技术（带渣发酵），普遍采用DDGS技术处理废糟液，不仅设备投资大，运行能耗高，废糟液离心分离后上清液COD高达50000～60000mg/L以上，无法以较大比例在生产系统中循环使用。自絮凝颗粒酵母酒精发酵新工艺技术，废糟液COD总量平均为27500mg/L，降低了50%以上，废糟液能够以较大比例循环使用，有助于实现清洁生产。
三、推广应用情况及前景
　　目前，这一单元放大技术已经在丰原生化新建20万t/a燃料酒精装置中采用，于2005年12月开始试运行，悬浮床生物反应器的容积规模已经放大到1000m3。
　　（1）采用清液发酵技术，在液化后过滤分离原料残渣时，导致约5%的淀粉损耗，但增加同样数量的蛋白饲料，蛋白饲料价格高于玉米本身价格，对综合生产成本不产生不利影响。
　　（2）酒精生产的辅助材料消耗不发生任何改变。
　　（3）回收酒精产量3%的酵母，市场价格为3700元/t，扣除加工成本700元/t，可冲减酒精生产成本90元/t。
　　（4）不采用DDGS技术处理废糟液，70%的废糟液直接循环使用，而现有酒精生产技术，废糟液直接循环使用比例为30%，吨酒精生产减少废糟液蒸发量40%，约4t，节省能耗（折蒸汽）约4.5t，冲减酒精生产成本315元/t。
　　（5）酒精发酵时间缩短1倍，发酵罐总容积规模相应减小1倍，不采用DDGS技术处理废糟液，不采用高速离心机分离酵母，固定资产投资约节省8000万元。
　　采用该技术，可以使酒精生产成本冲减约480元/t。目前，利用该技术建设的玉米原料酒精生产企业酒精生产的全成本约为4500元/t，该项目采用新工艺新技术，可以使吨酒精生产成本降低10%以上。