通过糖发酵制造醇的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于通过糖发酵改善醇的生产的物理化学方法，所述方法包括利用电场在发酵液中产生极化。
【背景技术】
[0002]醇是一类特征为它们包含至少一个羟基(OH)并且广泛地用于工业中的化学化合物。在该类别中最公知的化合物是乙醇或乙基醇。这可在酒精饮品、清洁产品和药品中发现，且它广泛用作化学溶剂，它还具有作为用于机动车的燃料的应用，这是它的最高价值和最密集的应用。
[0003]用于制造乙醇的方法通常对甘蔗进行，但它还可对各种谷物和糖源进行，诸如玉米、木薯、其它根部、高粱、小麦、大麦和糖蜜、糖浆、甘蔗渣、马铃薯、乳清等。
[0004]乙醇的制造基本分成4个阶段:研磨、液化、发酵和蒸馏。研磨包括通过处理机由糖源转变。在该阶段中，获得包含高浓度水和糖的原液。
[0005]发酵部分包括添加某一类型的酵母，该酵母导致溶液中存在的糖转变成乙醇。是酶的作用进行这项工作。在该工艺之后，获得发酵的汁，这已包含其转变成乙醇的总体积的一部分。
[0006]然后，该汁继续至最后阶段，分馏，并将产生具有乙醇和水的组成的溶液。
[0007]最直接影响乙醇生产结果的阶段，因此研宄得最多的是发酵，也称作酒精发酵，这是使糖(主要是蔗糖、葡萄糖和果糖)转化成乙醇的化学方法。负责将糖转化成乙醇的微生物剂参与该过程。
[0008]由于它是现有技术状态下广泛公知的方法，可发现描述用于上述目的的各种文献。通常，这些方法集中于发现制造乙醇的理想物种或物种的组合，前提是所用方法涉及原材料的大量损失，从而降低该方法的效率。
[0009]与用于制造乙醇的不同方法有关的各种文件可发现于专利文献中。DonaldB.Spencer的美国专利US 4451566描述了由可发酵的糖酶制造乙醇的方法和设备。在各个反应区保持用于糖向乙醇的催化转化的酶的顺序。可发酵的糖溶液依次通过这些区，并在最后一个区中回收酒精。除了比常规方法提供更有效的反应外，该文件提供了一种费力、复杂且难以维持的方案。
[0010]Brian Burmaster的国际专利申请WO 2007/064545描述了一种用于通过监视并控制发酵的氧化-还原电势来改善乙醇产率、缩短发酵时间并减少副产物形成的方法。然而，该方法要求非常特别的监视，并难以维护，导致该方法昂贵，即使它更有效。
[0011]Vladimir Vlad的国际专利申请WO 2008/024331描述了一种用于磁性发酵的方法，该方法包括将生物材料暴露于静磁场中，以影响生物材料发酵成发酵产物。发酵反应可在碱性或酸性介质中进行，且磁场可为正的或负的。该文件利用静磁场为微生物的细胞再生提供更有利的环境。除了提高酒精发酵中微生物数量，由此提高反应产率外，该方法需要对反应进行常态监视以及总体控制，这使得该方法昂贵。
[0012]注意到现有技术状态的限制，本发明人已开发出一种通过糖发酵制造醇的方法，这通过发酵期间的持续电极化产生多种益处，诸如方法效率的提高。
【发明内容】
[0013]用于通过糖发酵来制造醇的方法对本领域技术人员已经是已知的。然而，用于通过酒精发酵制造醇的所有方法在发酵反应的产率方面具有实质性缺陷，导致原材料(糖)损失，或需要具有高成本的设施或维护的设备或方法。因此，本发明的目的是提供一种用于通过糖发酵来制造醇的改善的低成本的物理化学方法，该方法提供高水平的原材料(糖)及其副产物的应用，由此提高发酵反应的产率。
[0014]发酵方法已经得到很好的确立，并涉及高成本的材料。因此，本发明的一个目的是提供一种在已安装的设施上便于使用的方法，在糖发酵方法中提供更好的效率。
【具体实施方式】
[0015]本发明提供一种用于通过含糖溶液的发酵阶段中的改性和改进来提高并改善醇制造产率的物理化学方法。该改进包括施加直流电场，导致糖动力学极化，以及汁的电解，这实际上源自几乎全部酸化的汁中存在的水。
[0016]将电场施加至经处理的原液(含糖溶液)具有以下结果:在经处理的原液中存在的糖的分子中产生极化。这些电极化的形成提高了糖分子的选择性，从而提高方法产率。
[0017]为了该选择性能以所需效率进行，发酵方法只能在电场已被施加至经处理的原液之后开始。一旦所有分子均电取向，发酵就能开始。
[0018]本发明中描述的电极是由导电金属制成的装置。
[0019]本发明中所述的方法包括以下步骤:
[0020]1.准备包含至少2个电极的用于经处理的原液的容器；
[0021]2.将这些电极与直流电源连接；
[0022]3.制备用于发酵的原液；
[0023]4.间歇式或持续地填充所述容器；
[0024]5.连接这些电极以使糖分子取向；以及
[0025]6.开始发酵过程。
[0026]在本发明的一个方面，该设备包括用于控制和保持发酵参数(诸如电压和电流)的装置。
[0027]进行一些测试以评价将电场施加至发酵原液的效率。方法的一个实例如下，该实例不是要限制本发明的保护范围。
[0028]用于通过糖发酵制造乙醇的方法的实例
[0029]下文所述的方法不仅包括将电场施加至制得的原液，还包括用于从甘蔗制造乙醇的所有阶段。
[0030]我们将考虑现代工厂的当天的情况，该工厂具有12 (十二)个缸，每个缸300000升，其中该体积包括甘蔗原液、浸渍水，加上化学产物的总和，这些产物每300000升的缸平均共计 6x lCT4kg/l 或 180kg。
[0031]通过发酵和蒸馏，该工厂在每个缸中由300000升产生9%至10%的乙醇，即每个缸中每批次为27000升至30000升的乙醇。
[0032]将直流电场引入至每个缸中，导致蔗糖的动态极化以及汁的电解，这实际上源自几乎全都被酸化的水。两种类型的气体通常以与电解组合的此类型的发酵中自然形成:
[0033]发酵气体，该发酵气