專利名稱：葛根汽爆預處理后發(fā)酵生產燃料乙醇的方法
技術領域：
本工藝屬于葛根資源的利用，特別涉及一種葛根汽爆預處理后發(fā)酵生產燃 料乙醇的方法。
背景技術：
葛根(Radix Pueraria)是葛屬植物的地下根，為多年生豆科藤本植物。葛屬 植物(Pueraria)，全世界有30余種，分布于中國、日本及東南亞等國，我國約有 9種和2個變種，為葛屬植物的分布中心。全國各地都有葛資源的分布，如野葛 (P. Lobata(will)Ohwi)，粉葛(P. Thomsoni Berth)、食用葛(P. edulis Pamp)、 峨眉葛(P. Omeiensis Wang)、 云南葛(P. peduncularis Crah. ex Benth) 等，其中野葛和粉葛最為常見，資源量最大。粉葛富含淀粉，新鮮葛根的淀粉含 量達到18. 5-27.5%，可部分替代玉米、小麥等糧食作物成為生產乙醇的淀粉質 原料。
用來發(fā)酵生產乙醇的淀粉類原料一般要經過高溫或低溫蒸煮、糊化、液化， 再進行糖化等步驟，最后才能進行乙醇發(fā)酵，其中原料的蒸煮所耗能量占乙醇生 產能耗的30-40%。
近年來發(fā)展起來的木材制漿方面的蒸汽爆破處理技術(簡稱汽爆技術)是使 用一定壓力的水蒸汽、空氣等介質，蒸煮一定的時間，再突然減壓噴放時，產生 二次蒸汽，體積猛增，受機械力的作用，將固體物料的結構破壞。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種葛根汽爆預處理后發(fā)酵生產燃料乙醇的方法，該方 法將汽爆技術應用于葛根預處理，進一步作為生產燃料乙醇的原料。采用優(yōu)化的 低壓汽爆處理后的葛根可直接進行發(fā)酵生產乙醇，解決了葛根淀粉發(fā)酵乙醇前需要消耗大量能量用于葛根粉碎和淀粉的蒸煮、液化等問題。 本發(fā)明的技術方案如下
本發(fā)明提供的葛根汽爆預處理后發(fā)酵生產燃料乙醇的方法，其步驟如下
(1) 汽爆處理將葛根在蒸汽壓力0. 5 1. 0Mpa的條件下蒸汽爆破處理2
4min;
(2) 糖化酶處理將步驟(1)預處理后的葛根按每克干汽爆葛根加入50 100U的比例加入糖化酶，在55 6(TC水浴保溫糖化20 60min;
(3)發(fā)酵生產乙醇將糖化后物料冷卻至30 35'C，紫外滅菌15 20min。 在無菌條件下，加入(肌)2S04、 KH2P04和活化后的酵母，在30 35°C條件 下進行厭氧發(fā)酵48 60h，蒸餾收集發(fā)酵產生的乙醇。 所述(NH4)2S04的加入量為每100克葛根加入0.05 0.15g(NH4)2SO4; 所述KH2P04的加入量為每100克葛根加入0.05 0.2gKH2PO4; 所述酵母的加入量為；每100克葛根加入Q.10 030g酵母；
本發(fā)明以葛根作為發(fā)酵生產乙醇的淀粉質原料，針對淀粉質原料發(fā)酵乙醇蒸 煮、液化等預處理高能耗的缺點，采用蒸汽爆破技術對葛根進行預處理，具有如 下的特點和優(yōu)點-
1、 本發(fā)明采用短時間(2 4min)的蒸汽爆破技術對葛根進行預處理，省去 了淀粉質原料的長時間蒸煮過程(30 120niin)，降低了發(fā)酵生產乙醇的能耗， 縮短生產的周期。
2、 本發(fā)明采用蒸汽爆破技術對葛根進行預處理，蒸汽爆破的熱機械化學作 用，使植物組織的細胞壁破裂，破壞了固體物料葛根的結構，使葛根淀粉糊化率 提高，有利于糖化過程的進行。
3、 本發(fā)明將蒸汽爆破處理的葛根進行糖化后直接發(fā)酵，不需要另外添加水， 使發(fā)酵醪中水分含量大大降低，在提高發(fā)酵醪中乙醇含量的同時，降低了蒸餾的 能耗，并且減少了后續(xù)廢水的處理過程，降低生產成本的同時為發(fā)酵渣的二次利 用提供條件，有利于葛根的綜合利用。
具體實施方式
下面通過實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步說明。
實施例l:取葛根50g，切成小段，投入汽爆罐中，在蒸汽壓力0.5Mpa下 處理2.5分鐘；在處理后的料中，加入糖化酶(50U/g汽爆干料)，在60。C水浴 保溫糖化30min后，冷卻至30'C，紫外滅菌20min。在無菌條件下，加入O. 1% (NH4)2S04、 0. 1%1(}^04以及0. 10%活化后的酵母、之后在30。C條件下進行厭氧發(fā) 酵60h，蒸餾收集乙醇。得到0.2217g乙醇/g汽爆干料，4.7689g乙醇/100g 發(fā)酵物。
實施例2:取葛根50g,切成小段，投入汽爆罐中，在蒸汽壓力0.6Mpa下 處理2.5分鐘；在處理后的料中，加入糖化酶(80U/g汽爆干料)，在55'C水浴 保溫糖化60min后，冷卻至32'C，紫外滅菌15min。在無菌條件下，加入0. 05 % (NH4)2S04、 0.1%KH2P04以及0. 25%活化后的酵母、之后在32'C條件下進行厭氧 發(fā)酵54h，蒸餾收集乙醇。得到0. 4057g乙醇/g汽爆干料，6. 6423g乙醇/100g 發(fā)酵物。
實施例3:取葛根50g，切成小段，投入汽爆罐中，在蒸汽壓力0.7Mpa下 處理2.5分鐘；在處理后的料中，加入糖化酶(100U/g汽爆干料)，在58'C水 浴保溫糖化40min后，冷卻至35'C，紫外滅菌18min。在無菌條件下，加入0.1 %(NH4)2S04、 0. 05%KH2P04以及0. 30%活化后的酵母、之后在35°C條件下進行厭 氧發(fā)酵48h，蒸餾收集乙醇。得到0. 4205g乙醇/g汽爆千料，7. 6039g乙醇/100g 發(fā)酵物。
實施例4:取葛根50g,切成小段，投入汽爆罐中，在蒸汽壓力0.8Mpa下 處理2.5分鐘；在處理后的料中，加入糖化酶(90U/g汽爆干料)，在60'C水浴 保溫糖化50min后，冷卻至34。C左右，紫外滅菌20min。在無菌條件下，加入 0.05%(NH4)2S04、 0. 15%10^04以及0.25%活化后的酵母、之后在34。C條件下進 行厭氧發(fā)酵60h，蒸餾收集乙醇。得到0. 5320g乙醇/g汽爆干料，9. 6187g乙 醇/100g發(fā)酵物。
實施例5:取葛根50g,切成小段，投入汽爆罐中，在蒸汽壓力0.9Mpa下 處理2.5分鐘；在處理后的料中，加入糖化酶(70U/g汽爆干料)，在57'C水浴 保溫糖化30min后，冷卻至35。C,紫外滅菌15min。在無菌條件下，加入O. 1% (NH4)2S04、 0.1%KH2P04以及0. 20%活化后的酵母、之后在35°C條件下進行厭氧發(fā) 酵60h，蒸餾收集乙醇。得到0.3973g乙醇/g汽爆干料，7.9986g乙醇/100g 發(fā)酵物。
實施例6:取葛根50g，切成小段，投入汽爆罐中，在蒸汽壓力l.OMpa下 處理2.5分鐘；在處理后的料中，加入糖化酶(60U/g汽爆干料)，在58'C水浴 保溫糖化20rnin后，冷卻至35'C，紫外滅菌18min。在無菌條件下，加入0. 15 % (NH4)2S04、 0.1%KH2P04以及0. 15%活化后的酵母、之后在35'C條件下進行厭氧 發(fā)酵60h，蒸餾收集乙醇。得到0.3899g乙醇/g汽爆干料，7. 5483g乙醇/100g 發(fā)酵物。
實施例7:取葛根50g，切成小段，投入汽爆罐中，在蒸汽壓力0.8Mpa下 處理2.0分鐘；在處理后的料中，加入糖化酶(80U/g汽爆干料)，在58'C水浴 保溫糖化30min后，冷卻至35匸，紫外滅菌19min。在無菌條件下，加入0. 15 %(NH4)2S04、 0.05先KH2P04以及0.25%活化后的酵母、之后在35°C條件下進行厭 氧發(fā)酵60h，蒸餾收集乙醇。得到0. 3735g乙醇/g汽爆干料，7. 3547g乙醇/100g 發(fā)酵物。
實施例8:取葛根50g，切成小段，投入汽爆罐中，在蒸汽壓力0.8Mpa下 處理3.0分鐘；在處理后的料中，加入糖化酶(80U/g汽爆干料)，在58'C水浴 保溫糖化30min后，冷卻至35'C，紫外滅菌15min。在無菌條件下，加入0.1% (NH4)2S04、 0. 15%朋2 04以及0. 20%活化后的酵母、之后在35°C條件下進行厭氧 發(fā)酵60h，蒸餾收集乙醇。得到0. 3805g乙醇/g汽爆干料，6. 8967g乙醇/100g
發(fā)酵物。
實施例9:取葛根50g，切成小段，投入汽爆罐中，在蒸汽壓力0.8Mpa下 處理3.5分鐘；在處理后的料中，加入糖化酶(80U/g汽爆干料)，在58t:水浴 保溫糖化30min后，冷卻至35。C，紫外滅菌16min。在無菌條件下，加入O. 1% (NHJ2S04、 0. 1%朋^04以及0. 15%活化后的酵母、之后在35'C條件下進行厭氧發(fā) 酵60h，蒸餾收集乙醇。得到0.3709g乙醇/g汽爆干料，5.9233g乙醇/100g 發(fā)酵物。
實施例10:取葛根50g，切成小段，投入汽爆罐中，在蒸汽壓力0.8 Mpa 下處理4.0分鐘；在處理后的料中，加入糖化嗨(80U/g汽爆干料)，在58'C水 浴保溫糖化30miii后，冷卻至35'C，紫外滅菌17min。在無菌條件下，加入0. 05 %(NH4)2S04、 0. 1%10^04以及0.25%活化后的酵母、之后在35°C條件下進行厭氧 發(fā)酵54h,蒸餾收集乙醇。得到0. 3280g乙醇/g汽爆干料，3. 9153g乙醇/100g 發(fā)酵物。
實施例11:取葛根50g，切成小段，投入汽爆罐中，在蒸汽壓力0.8 Mpa 下處理2.5分鐘；在處理后的料中，加入糖化酶(80U/g汽爆干料)，在58'C水 浴保溫糖化30min后，冷卻至35'C，紫外滅菌15min。在無菌條件下，加入0. 1 %(NH》2S0.,、 0. 1%10^04以及0. 25%活化后的酵母、之后在35°C條件下進行厭氧 發(fā)酵48h，蒸餾收集乙醇。得到0. 5100g乙醇/g汽爆干料，9. 315化乙醇/100g 發(fā)酵物。
權利要求
1、一種葛根汽爆預處理后發(fā)酵生產燃料乙醇的方法，其步驟如下(1)汽爆處理將葛根在蒸汽壓力0.5～1.0Mpa的條件下蒸汽爆破處理2～4min；(2)糖化酶處理將步驟(1)預處理后的葛根按每克干汽爆葛根加入50～100U的比例加入糖化酶，在55～60℃水浴保溫糖化20～60min；(3)發(fā)酵生產乙醇將糖化后物料冷卻至30～35℃，紫外滅菌15～20min。在無菌條件下，加入(NH4)2SO4、KH2PO4和活化后的酵母，在30～35℃條件下進行厭氧發(fā)酵48～60h，蒸餾收集發(fā)酵產生的乙醇。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于蒸汽爆破處理是在蒸汽壓力 0. 5 1. OMP a的條件下蒸汽爆破處理2 4min。
3、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于葛根水分為50 65%。
4、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于(NH4)2S04的加入量為每100 克葛根加入0.05 0.15g(NH4)2SO4。
5、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于KH2PO4的加入量為每100克 葛根加入p.05 0.2gKH2PO4。
6、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于酵母的加入量為每100克葛根 加入0.10 0.30g酵母。
全文摘要
本發(fā)明涉及的汽爆預處理后發(fā)酵生產燃料乙醇的方法是葛根在蒸汽壓力0.5～1.0MPa的條件下蒸汽爆破處理2～4min；將汽爆預處理后的葛根加入糖化酶糖化，在無菌條件下，同時加入(NH₄)₂SO₄、KH₂PO₄和活化后的酵母進行厭氧發(fā)酵48～60h，蒸餾收集發(fā)酵產生的乙醇；采用短時間(2～4min)、低壓力(0.5～0.8)的蒸汽爆破技術對葛根進行預處理，省去了淀粉質原料的長時間蒸煮過程(30～120min)，降低了發(fā)酵生產乙醇的能耗；將蒸汽爆破處理的葛根糖化后直接發(fā)酵，不需要另外添加水，可提高發(fā)酵醪中乙醇含量，降低蒸餾能耗，減少后續(xù)廢水的處理，降低生產成本，有利于葛根的綜合利用。
文檔編號C12P7/06GK101191134SQ200610114729
公開日2008年6月4日 申請日期2006年11月22日 優(yōu)先權日2006年11月22日
發(fā)明者付小果, 汪衛(wèi)東, 陳洪章 申請人:中國科學院過程工程研究所;湖南省強生藥業(yè)有限公司