專利名稱：利用鮮秸稈汁液中可發(fā)酵糖制備燃料乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料乙醇的生產(chǎn)方法，具體為一種利用含有可發(fā)酵糖的鮮秸稈生產(chǎn)燃料乙醇的方法。
背景技術(shù)：
隨著礦質(zhì)燃料日益枯竭，石油價格居高不下，溫室氣體排放導(dǎo)致全球氣候變暖，基于可持續(xù)發(fā)展的需要，各國政府非常重視燃料乙醇的發(fā)展。我國十分重視能源多元化和環(huán)境污染問題，采取財政補貼和稅收減免等鼓勵措施，大力推進多元化替代石油能源的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)開發(fā)。《可再生能源法》和《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》的出臺，極大地推進了生物柴油和燃料乙醇等生物液體燃料的開發(fā)進程。我國規(guī)劃到2020年，生物燃料消費量占到全部交通燃料的15%左右，建立起具有國際競爭力的生物燃料產(chǎn)業(yè)，這給我國燃料乙醇產(chǎn)業(yè)帶來了良好的發(fā)展機遇(張揚健，向威達，周濤等.我國燃料乙醇發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢分析.專家分析，2009，31(1))。為了解決燃料乙醇不與人爭糧的問題，近年來，木質(zhì)纖維素，特別是玉米秸稈制備燃料乙醇技術(shù)在全世界范圍內(nèi)引起研發(fā)熱潮。玉米秸稈干基中含有纖維素30% -40%，半纖維素20% _30%，可以利用生產(chǎn)燃料乙醇。CN200910022106. 0提供了一種降解玉米秸稈產(chǎn)還原糖的復(fù)合酶，利用這種復(fù)合酶每克秸稈干基可獲得還原糖480mg。CN200910204295. 3提供了一株耐高溫釀酒酵母菌FE-B及其在秸稈同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇過程中的應(yīng)用，通過分批加料，最終固含量達到40%條件下，體系中的乙醇濃度可達8%以上。利用玉米秸稈中的纖維素生產(chǎn)乙醇的原理簡單，即纖維基質(zhì)經(jīng)酸水解或酶水解糖化后產(chǎn)生還原糖，然后利用酵母或細菌發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，但要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化仍存在諸多亟待解決的問題。(1)玉米秸稈中的纖維素被半纖維素和木質(zhì)素所包裹，而且具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，不利于纖維素酶的降解，因此需要開發(fā)低成本和高效率的玉米秸稈預(yù)處理技術(shù)，預(yù)處理技術(shù)的先進性直接影響總糖產(chǎn)率和經(jīng)濟成本。(2)維素酶和木聚糖酶的生產(chǎn)成本過高，也制約了玉米秸稈中纖維素生產(chǎn)乙醇過程的工業(yè)化進程。(3)戊糖的高效率發(fā)酵轉(zhuǎn)化是實現(xiàn)纖維質(zhì)產(chǎn)業(yè)化的又一瓶頸。戊糖是玉米秸稈中的半纖維素轉(zhuǎn)化糖， 戊糖不能被普通酵母發(fā)酵成乙醇，目前許多研究機構(gòu)都借助于自然界中存在的一些能發(fā)酵木糖為乙醇的酵母菌，諸如假絲酵母、管囊酵母、畢赤酵母等。但糖醇轉(zhuǎn)化率普遍較低，因此需要利用基因工程方法構(gòu)建能同時高效利用己糖和戊糖的酵母菌株。(4)用硫酸進行預(yù)處理后的糖酸分離問題。( 纖維素酶解過程中的酸敗問題。(6)纖維素水解液中糠醛等副產(chǎn)物對酵母工程菌的抑制作用等。CN200610054545.6提供了一種利用玉米稈汁液制備飲料的方法。到目前還沒有利用鮮玉米秸稈制備燃料乙醇的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了實現(xiàn)非糧原料生產(chǎn)燃料乙醇的目的，克服上述利用玉米秸稈干基中纖維素為原料生產(chǎn)乙醇過程中可發(fā)酵糖獲取困難的問題，提出一種生產(chǎn)效率更高，適用于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的用新鮮玉米秸稈汁液中的可發(fā)酵糖制取乙醇的方法。本發(fā)明利用鮮秸稈汁液中可發(fā)酵糖制備燃料乙醇的方法如下(百分含量以重量計)1、收集新鮮秸稈，榨汁并進行固液分離，得到秸稈汁液和秸稈渣，秸稈汁液中含蔗糖0-12%，匍萄糖0-8%，果糖0-8%，折算成總可發(fā)酵單糖濃度為2% -18%。2、將上述秸稈汁液濃縮，使可發(fā)酵單糖總含量為20% -30%，優(yōu)選為20% -24% ；3、濃縮的秸稈汁液調(diào)整至適宜發(fā)酵的狀態(tài)；4、加入乙醇發(fā)酵菌株，發(fā)酵得到發(fā)酵醪，并進一步分離回收乙醇。本發(fā)明方法中，秸稈可以是玉米秸稈，優(yōu)選在玉米收獲后60天內(nèi)收集榨汁，最優(yōu)選在10天內(nèi)收集榨汁。玉米秸稈中，秸稈汁液一般可以占總新鮮玉米秸稈重量的 30% -90%。得到的秸稈渣可以進一步采用固體發(fā)酵方法將殘留的可發(fā)酵糖進一步發(fā)酵獲得乙醇。本發(fā)明方法中，秸稈汁液濃縮的方法可以是多效真空蒸發(fā)、薄膜蒸發(fā)或納濾膜分離等，優(yōu)選多效真空蒸發(fā)。本發(fā)明方法中，濃縮的秸稈汁液調(diào)整至適宜發(fā)酵的狀態(tài)主要包括加入菌株生產(chǎn)所需氮源，然后調(diào)節(jié)PH值。氮源可以是酵母膏、尿素或硫酸銨等，優(yōu)選尿素，氮源加入量以重量計為001% -0. 1%。調(diào)節(jié)PH值一般采用硫酸，PH—般為4. 5-4. 8。進行滅菌處理后進行發(fā)酵過程。本發(fā)明方法中，發(fā)酵采用的菌株可以任意的乙醇發(fā)酵菌株，可發(fā)酵蔗糖、葡萄糖和果糖生產(chǎn)乙醇的細菌和/或酵母菌均可以使用，接入的細菌和/或酵母菌可從市場上購買凍干粉，也可在工廠車間的種子培養(yǎng)罐自行培養(yǎng)后轉(zhuǎn)接。乙醇發(fā)酵過程條件也是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的，溫度一般為^_36°C，發(fā)酵時間一般為M-4 !。發(fā)酵得到發(fā)酵醪的乙醇分離回收可以采用任意現(xiàn)有方法，如蒸餾提濃、超聲波提濃等。利用玉米秸稈生產(chǎn)燃料乙醇目前僅利用其中的纖維素和半纖維素，玉米秸稈中含有的糖分較少，一般情況下不適宜于生產(chǎn)燃料乙醇，這些糖分一般在秸稈存放過程中或纖維素預(yù)處理過程中降解掉。但在纖維乙醇生產(chǎn)技術(shù)尚不成熟的前提條件下，為了發(fā)展非糧燃料乙醇，采用適宜的工藝過程，利用新鮮玉米秸稈汁液中的可發(fā)酵糖發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇成為一種可行的選擇。玉米新鮮秸稈的汁液中含有一定的可發(fā)酵糖類，包括蔗糖、果糖和葡萄糖，可以輕易地被普通酵母發(fā)酵生成乙醇，通過適宜的工藝處理，可以用于生產(chǎn)燃料乙醇。本發(fā)明的主要優(yōu)點一是用新鮮玉米秸稈中的傳統(tǒng)上處于廢棄狀況的可發(fā)酵糖代替糧食作物生產(chǎn)乙醇，節(jié)省了糧食，降低了生產(chǎn)成本；二是在研發(fā)利用玉米秸稈干基中纖維素生產(chǎn)燃料乙醇的基礎(chǔ)上，優(yōu)先利用新鮮秸稈汁液中更容易被發(fā)酵生成乙醇的可發(fā)酵糖生產(chǎn)燃料乙醇，為玉米秸稈的處理和再利用提供了更多經(jīng)濟價值，同時解決非糧生產(chǎn)乙醇的難題；三是生產(chǎn)技術(shù)工藝簡單、生產(chǎn)成本低，有利于推廣應(yīng)用。
具體實施例方式下面詳細說明本發(fā)明方法的具體過程。1.玉米收獲后60天內(nèi)收割玉米秸稈，去掉新鮮秸稈的穗、根和葉，得到凈新鮮玉米秸稈。2.步驟1得到的凈新鮮玉米秸稈用榨汁機榨汁，得到新鮮玉米秸稈汁液(占總新鮮玉米秸稈重量的30% -90% )和新鮮玉米秸稈渣(占總新鮮玉米秸稈重量的 10% -70% )。3.步驟2中得到的新鮮玉米秸稈汁液中含蔗糖0-12%，葡萄糖0-8%，果糖 0-8%，折算成總可發(fā)酵單糖濃度為2% -18%。采用一切可利用的不破壞汁液中可發(fā)酵單糖總量的濃縮方法使汁液中的可發(fā)酵單糖總量濃縮到20% -M%，如多效真空蒸發(fā)，薄膜蒸發(fā)和納濾膜分離等，本發(fā)明優(yōu)選多效真空蒸發(fā)。4.步驟3中得到的濃縮新鮮玉米秸稈汁液打入到發(fā)酵罐中，加入適量酵母生長所需的氮源，本發(fā)明培養(yǎng)基中的氮源可以是酵母膏，尿素和硫酸銨等，優(yōu)選尿素，尿素加入量為0. 01 % -0. 1 %，利用10%的硫酸調(diào)節(jié)PH為4. 5-4. 8，然后采用本行業(yè)內(nèi)通用方法對發(fā)酵罐中的物料進行滅菌。5.步驟4中滅菌的物料中接入乙醇發(fā)酵菌株，可以是一切現(xiàn)有或未知的可發(fā)酵蔗糖、葡萄糖和果糖生產(chǎn)乙醇的細菌和/或酵母菌，接入的細菌和/或酵母菌可從市場上購買凍干粉，也可在工廠車間的種子培養(yǎng)罐自行培養(yǎng)后轉(zhuǎn)接，本發(fā)明優(yōu)選釀酒酵母FE-B為乙醇發(fā)酵菌株，通過種子培養(yǎng)罐自行培養(yǎng)后轉(zhuǎn)接，接種量為0. 05% -0. 15%。6.控制步驟5接種后的發(fā)酵罐中的溫度為28_36°C，間歇攪拌，發(fā)酵對-4他，得到發(fā)酵醪。7.把發(fā)酵醪在精餾塔中蒸餾，得到乙醇。8.步驟2獲得的新鮮玉米秸稈渣中還含有總秸稈總量5% -25%的玉米秸稈汁液，可以采取固態(tài)發(fā)酵的方法對這部分可發(fā)酵糖發(fā)酵為乙醇。把玉米秸稈渣加入 0.01% -0. 05%的尿素后，混勻，滅菌，然后加入0. 05% -0. 15%的酵母菌，混勻，堆放到可保溫保濕的無菌房間中，進行固態(tài)發(fā)酵，發(fā)酵時間為Μ-7 ι，發(fā)酵結(jié)束后，對固態(tài)發(fā)酵物料進行真空干燥，干燥過程中產(chǎn)生的蒸汽并入到步驟7精餾工段，精餾獲得乙醇。實施例1新鮮秸稈取樣分析汁液中的可發(fā)酵糖濃度2009年10月16日從遼寧省撫順市周邊的碾盤村和上寺村各采集約15kg的新鮮玉米秸稈，分別標(biāo)號為1號樣和2號樣。取回后去葉，截成小段置用保鮮膜包裹，于-20°C冰箱保存?zhèn)溆茫瑢?號樣品和2號樣品分別進行了含水量、匍萄糖、果糖和蔗糖含量分析。1號樣品隨機取30節(jié)冰凍的鮮秸稈，解凍，去皮。鮮秸稈的髓質(zhì)部(1#-M)和皮部(1#_S) 分別稱重，粉碎后分別測定含水量，以及水相中的糖含量。GliuFru和Suc分別代表葡萄糖、 果糖和蔗糖，結(jié)果見表1。表1 1號樣品中含水量、葡萄糖、果糖和蔗糖含量
權(quán)利要求
1.一種利用鮮秸稈汁液中可發(fā)酵糖制備燃料乙醇的方法，其特征在于包括如下步驟， 其中的百分含量以重量計(1)收集新鮮玉米秸稈，榨汁并進行固液分離，得到秸稈汁液和秸稈渣；(2)將上述秸稈汁液濃縮，使可發(fā)酵單糖總含量為20%-30% ；(3)濃縮的秸稈汁液調(diào)整至適宜發(fā)酵的狀態(tài)；(4)加入乙醇發(fā)酵菌株，發(fā)酵得到發(fā)酵醪，并進一步分離回收乙醇。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(1)的新鮮玉米秸稈為玉米收獲后 60天內(nèi)收集的秸稈。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于秸稈汁液占總新鮮玉米秸稈重量的 30%-90%,秸稈汁液中含蔗糖0-12%，葡萄糖0-8%，果糖0-8%，折算成總可發(fā)酵單糖濃度為 2% -18%。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于得到的秸稈渣采用固體發(fā)酵方法將殘留的可發(fā)酵糖進一步發(fā)酵獲得乙醇。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟O)的秸稈汁液濃縮方法采用多效真空蒸發(fā)、薄膜蒸發(fā)或納濾膜分離。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(3)濃縮的秸稈汁液調(diào)整至適宜發(fā)酵的狀態(tài)包括加入菌株生產(chǎn)所需氮源，然后調(diào)節(jié)PH值。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于氮源是酵母膏、尿素或硫酸銨，氮源加入量以重量計為0.01% -0. 1% ；PH調(diào)節(jié)至4. 5-4. 8。
8.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于發(fā)酵溫度為28-36°C，發(fā)酵時間為 24-48h0
9.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于發(fā)酵得到發(fā)酵醪的乙醇分離回收采用蒸餾提濃或超聲波提濃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用鮮秸稈汁液中可發(fā)酵糖制備燃料乙醇的方法，包括(1)收集新鮮秸稈，榨汁并進行固液分離，得到秸稈汁液和秸稈渣；(2)將上述秸稈汁液濃縮，使可發(fā)酵單糖總含量為20％-24％；(3)濃縮的秸稈汁液調(diào)整至適宜發(fā)酵的狀態(tài)；(4)加入乙醇發(fā)酵菌株，發(fā)酵得到發(fā)酵醪，并進一步分離回收乙醇。本發(fā)明方法克服了利用玉米秸稈干基中纖維素為原料生產(chǎn)乙醇過程中可發(fā)酵糖獲取困難的問題，具有生產(chǎn)效率更高，適用于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點。
文檔編號C12P7/06GK102453732SQ20101051390
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月14日
發(fā)明者佟明友, 張全, 王鑫, 黎元生 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院