專利名稱：一種大學食堂餐廚廢棄物生產(chǎn)燃料乙醇和飼料蛋白的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種大學食堂餐廚廢棄物生產(chǎn)燃料乙醇和飼料蛋白的方法。
背景技術：
餐廚廢棄物是指居民日常生活以及除居民日常生活以外的食品加工、飲食服務、單位供餐等活動中產(chǎn)生的廚余食品廢棄物，主要以淀粉類、食物纖維類、動物脂肪類等物質(zhì)為主，是城市生活垃圾中有機相的主要成分，具有含水率高，油脂、鹽分含量高，易腐爛、發(fā)酵、發(fā)臭等特點。其產(chǎn)生的渠道主要為食品加工、處理、運輸?shù)冗^程，來源主要集中在酒店、食品廠、學校、政府、科研行政機構等。易腐有機物水分和油脂含量高，如果與生活垃圾混合焚燒會大大降低焚燒的熱能利用，同時其中的脂類物質(zhì)在重金屬的催化條件下成為產(chǎn)生二噁英的重要因子；而填埋處理則會產(chǎn)生大量沼氣及滲濾液，對環(huán)境造成二次污染，隨著社會經(jīng)濟發(fā)展和生活水平的不斷提高，餐廚垃圾正成為我國城市管理者面臨 的新問題。雖然少數(shù)城市已經(jīng)采取措施加以治理，但無論從技術、管理等各層面分析，餐廚廢棄物有效處理在我國僅是起步階段，尚存在許多社會問題和技術性難題。餐廚廢棄物在國內(nèi)絕大多數(shù)城市存在著管理無序、任意處置等問題，已經(jīng)成為垃圾收集、運輸和填埋處理的主要污染源，嚴重影響市容市貌、居民身體健康及環(huán)境質(zhì)量。因而，必須對餐廚垃圾進行有效的處理和資源開發(fā)利用，才能從根本上解決餐廚垃圾帶來的環(huán)境污染、資源浪費及食品安全和人體健康等方面的問題。目前，餐廚廢棄物處理方法比較多，有作為垃圾直接排放、焚燒、掩埋、不法分子二次利用生產(chǎn)地溝油和喂飼動物和生物處理等途徑,在這些方法中，生物處理是一種有效的餐廚廢棄物處理方法，因此目前的餐廚機物大多采取生物處理。國內(nèi)外對生物技術研究比較多的如好氧堆肥處理技術、厭氧消化處理技術、飼料化處理技術、生化處理技術等。在這些技術當中，微生物發(fā)酵餐廚廢棄物生產(chǎn)乙醇和飼料的技術研究比較熱，這不僅能將餐廚廢棄物的污染問題解決，還會變廢為寶，生產(chǎn)出燃料乙醇和飼料等有實用價值產(chǎn)品，大大增加了餐廚廢棄物的附加值，提高了資源的利用率。但是，當前對餐廚廢棄物發(fā)酵生產(chǎn)乙醇和飼料還存在著較多問題，例如大多技術方法成本較高、乙醇產(chǎn)率較低，由于餐廚廢棄物中纖維素、油脂較多，會阻礙發(fā)酵反應的進行，可供微生物利用發(fā)酵乙醇的糖類利用率因而比較低。以上因素是限制利用法餐廚廢棄物發(fā)酵生產(chǎn)乙醇和動物飼料的技術發(fā)展的主要原因。許多專利技和科研成果術也未能全面的解決這些問題。因此，如何選用適合微生物發(fā)酵的原料和提高餐廚廢棄物營養(yǎng)成分的利用率是解決上述難題的關鍵所在。大學食堂餐廚廢棄物含有糖類、淀粉、油脂和蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，和其他餐飲、飯店相比，大學食堂餐桌廢棄物營養(yǎng)物組成穩(wěn)定、營養(yǎng)物全面、油脂和纖維素含量相對較低、糖類較多、微生物和其它污染物相對較少，比較利于被微生物利用進行發(fā)酵反應生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品，所以有極大的可開發(fā)利用價值。

發(fā)明內(nèi)容
從上述技術背景可知，現(xiàn)在還沒與專門針對大學食堂餐廚廢棄物發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇和飼料蛋白的方法，其它利用餐廚廢棄物生產(chǎn)燃料乙醇和飼料蛋白的方法存在很多缺陷。本發(fā)明的目的是提供一種迄今未見報道的以大學食堂餐廚廢棄物為原料發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇和飼料蛋白的方法，該方法具有生產(chǎn)工藝先進、低成本、產(chǎn)品的率高、可工業(yè)化生產(chǎn)等特點。本發(fā)明的一種大學食堂餐廚廢棄物生產(chǎn)燃料乙醇和飼料蛋白的方法具體步驟如下I、一種大學食堂餐廚廢棄物生產(chǎn)燃料乙醇和飼料蛋白的方法，其特征是該方法包括下列步驟
(I)原料破碎、蒸煮大學食堂餐廚廢棄物用組織破碎機進行破碎，使固形物顆粒大小g 5mm，加入廣2倍的水，100°C條件下，攪拌蒸煮30min，然后除去水分，再次加入Γ2倍的水，繼續(xù)蒸煮15min ；(2)離心、干燥脫水采用臥式離心機將固液進行分離，取固體部分，采用微波真空干燥法在微波功率為5 lOw/g，真空度O. IMPa條件下將固形物進行干燥脫水至水分含量為30% 40% ；(3)擠壓膨化處理采用雙螺桿擠壓膨化機在螺桿轉(zhuǎn)速10(Tl50r/min，溫度為14(Tl60°C條件下，對干燥后的餐廚廢棄物進行擠壓膨化處理；(4)同步糖化發(fā)酵將擠壓膨化后的餐廚廢棄物加5 10倍水后蒸煮攪拌30min，冷卻至45°C保溫，然后調(diào)節(jié)體系的PH為4. (Γ6. 0，充分攪拌混合后先加入1°/Γ5%的纖維素酶和O. 49ΓΟ. 6%的糖化酶，在5(T65°C下反應Ih后，再將溶液冷卻至40°C后加入I. 09Γ1. 5%的耐高溫活性干酵母，在溫度為4(T45°C條件下進行同步糖化發(fā)酵4(T50h ；(5)乙醇蒸餾將發(fā)酵后的料液在80°C條件下進行蒸餾，得到的乙醇溶液用薄膜式真空濃縮器將其濃縮為濃度95%以上；(6)殘渣蛋白分離制備蒸餾后的料液中加入5 10倍水稀釋，用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH為8. 0^8. 5，在溫度為60°C條件下保溫2h并不斷攪拌。然后在4000rpm條件下進行離心lOmin，取溶液部分加入HCl溶液調(diào)節(jié)pH為4. (Γ4. 5，再次以4000rpm條件下離心并收集沉淀，用蒸餾水沖洗至中性，然使用截留分子量為5000(Γ100000的中空纖維超濾膜將固形物濃縮至含量為3(Γ35%，然后進行噴霧干燥，得到總蛋白含量709Γ80%的高純度飼料蛋白固體粉末。本發(fā)明和現(xiàn)有的技術相比具有以下優(yōu)點一、本發(fā)明以大學食堂餐廚廢棄物為原料，首先利用擠壓膨化預處理技術使餐廚廢棄物結構疏松，使酶和微生物能夠充分地和糖類、纖維素等接觸并且利用，提高發(fā)酵效率，為后續(xù)的糖化發(fā)酵創(chuàng)造了非常有利的條件。該方法在餐廚廢棄物預處理方面未見相關資料報道。其方法簡單，成本較低，易于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，在餐廚廢棄物預處理方面具有較強的創(chuàng)新性和實用性。二、本發(fā)明采用同步糖化發(fā)酵工藝生產(chǎn)燃料乙醇，采用雙酶結合酵母同完成發(fā)酵反應，生化反應速度快，節(jié)省了反應時間和成本，解決了酶解產(chǎn)物反饋抑制阻礙作用，能充分利用餐廚廢棄物中的纖維素和淀粉轉(zhuǎn)化為乙醇，產(chǎn)物得率較高，降低了生產(chǎn)成本。三、本發(fā)明采用堿提酸沉的方法提取出了餐廚廢棄物中的蛋白質(zhì)和微生物蛋白，并采用膜分離方法進行濃縮，節(jié)省了成本，提高了效率，同時充分保留了蛋白活性，所得蛋白制品純度較高。四、本發(fā)明利用餐廚廢棄物所制得的乙醇可作為工業(yè)燃料，所制得的飼料蛋白安全無污染，可直接作為飼料、飼料添加劑和動物營養(yǎng)強化劑，具有較強的實用價值。五、本發(fā)明方法所使用的材料來自于大學食堂，來源廣泛，不僅節(jié)約了能源，減少了環(huán)境污染和社會危害。是一種簡單方便、低成本、高效的廚廢棄物生產(chǎn)燃料乙醇和飼料蛋白的方法。
具體實施例方式具體實施方式
一一種大學食堂餐廚廢棄物生產(chǎn)燃料乙醇和飼料蛋白的方法通過以下步驟實現(xiàn)(I)原料破碎、蒸煮大學食堂餐廚廢棄物用組織破碎機進行破碎，使固形物顆粒大小=5mm，加入廣2倍的水，100°C條件下，攪拌蒸煮30min，然后除去水分，再次加入Γ2倍的水，繼續(xù)蒸煮15min ；(2)離心、干燥脫水采用臥式離心機將固液進行分離，取固體部分，采用微波真空干燥法在微波功率為5 lOw/g，真空度O. IMPa條件下將固形物進行干燥脫水至水分含量為30% 40% ；(3)擠壓膨化處理采用雙螺桿擠壓膨化機在螺桿轉(zhuǎn)速10(Tl50r/min，溫度為14(Tl60°C條件下，對干燥后的餐廚廢棄物進行擠壓膨化處理；(4)同步糖化發(fā)酵將擠壓膨化后的餐廚廢棄物加5 10倍水后蒸煮攪拌30min，冷卻至45°C保溫，然后調(diào)節(jié)體系的PH為4. (Γ6. 0，充分攪拌混合后先加入1°/Γ5%的纖維素酶和O. 49ΓΟ. 6%的糖化酶，在5(T65°C下反應Ih后，再將溶液冷卻至40°C后加入I. 0°/Γ . 5%的耐高溫活性干酵母，在溫度為4(T45°C條件下進行同步糖化發(fā)酵4(T50h ；(5)乙醇蒸餾將發(fā)酵后的料液在80 V條件下進行蒸餾，得到的乙醇溶液用薄膜式真空濃縮器將其濃縮為濃度95%以上；(6)殘渣蛋白分離制備蒸餾后的料液中加入5 10倍水稀釋，用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH為8. 0^8. 5，在溫度為60°C條件下保溫2h并不斷攪拌。然后在4000rpm條件下進行離心lOmin，取溶液部分加入HCl溶液調(diào)節(jié)pH為4. (Γ4. 5，再次以4000rpm條件下離心并收集沉淀，用蒸餾水沖洗至中性，然使用截留分子量為5000(Γ100000的中空纖維超濾膜將固形物濃縮至含量為3(Γ35%，然后進行噴霧干燥，得到總蛋白含量709Γ80%的高純度飼料蛋白固體粉末。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一的不同點在于步驟(2)中微波真空干燥功率為6 8w/g，將固形物干燥脫水至水分含量329Γ35%。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一的不同點在于步驟(2)中微波真空干燥功率為7w/g，將固形物干燥脫水至水分含量33%。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一的不同點在于步驟(3)中膨化機螺桿轉(zhuǎn)速為12(Tl30r/min，溫度為145 150°C。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一的不同點在于步驟(4)中向發(fā)酵體系中先加入I. 5% 3%的纖維素酶和O. 459Γ0. 5%的糖化酶，在55 60°C下反應Ih后加入 I. 29Γ1. 4%的耐高溫干酵母，在溫度為4(T42°C條件下發(fā)酵45 48h。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一的不同點在于步驟(6)中使用截留分子量為6000(Γ80000的中空纖維超濾膜，蛋白固形物濃縮至含量為32 35%。其它步驟與具體實施方式
一相同。
權利要求
1.一種大學食堂餐廚廢棄物生產(chǎn)燃料乙醇和飼料蛋白的方法，其特征是該方法包括下列步驟 (1)原料破碎、蒸煮 將大學食堂餐廚廢棄物破碎，加入Γ2倍的水，蒸煮30min，重復加水蒸煮廣2次； (2)離心、干燥脫水 采用離心機將固液進行分離，取固體部分，采用微波真空干燥法在微波功率為5 10w/g,真空度O. IMPa條件下將固形物進行干燥脫水； (3)擠壓膨化處理 采用擠壓膨化機在螺桿轉(zhuǎn)速10(Tl50r/min，溫度為14(Tl60°C條件下，對干燥后的餐廚廢棄物進行擠壓膨化處理； (4)同步糖化發(fā)酵 將擠壓膨化后的餐廚廢棄物加5 10倍水后蒸煮攪拌30min，冷卻至45°C，然后調(diào)節(jié)體系的pH為4. (Γ6. O，充分攪拌混合后分別依次加入1°/Γ5%的纖維素酶，O. 49ΓΟ. 6%的糖化酶和I. 09Γ1. 5%的耐高溫干酵母，在溫度為4(T45°C條件下進行同步糖化發(fā)酵4(T50h ； (5)乙醇蒸餾 將發(fā)酵后的料液在80°C條件下進行蒸餾并濃縮，得到乙醇含量95%以上溶液； (6)殘渣蛋白分離制備 蒸餾后的料液中加入5 10倍水稀釋，用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH為8. 0^8. 5，在溫度為60°C條件下保溫2h并充分攪拌。然后在4000rpm條件下進行離心，取溶液部分加入HCl溶液調(diào)節(jié)pH為4. (Γ4. 5，離心收集沉淀，用蒸餾水沖洗，然后超濾膜進行濃縮至固形物含量3(Γ35%，噴霧干燥得飼料蛋白。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種大學食堂餐廚廢棄物生產(chǎn)燃料乙醇和飼料蛋白的方法，其特征是在所述的離心、干燥脫水步驟中，采用微波真空干燥法將固形物干燥至水分含量為 30% 40%。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種大學食堂餐廚廢棄物生產(chǎn)燃料乙醇和飼料蛋白的方法，其特征是在所述的同步糖化發(fā)酵步驟中，先加入纖維素酶和糖化酶在5(T60°C下反應Ih后，再將溶液冷卻至40°C后加入耐高溫活性干酵母。
4.根據(jù)權利要求I所述的一種大學食堂餐廚廢棄物生產(chǎn)燃料乙醇和飼料蛋白的方法，其特征是在所述的殘渣蛋白分離制備步驟中，所使用的超濾膜為截留分子量為50000^100000的中空纖維超濾膜。
全文摘要
一種大學食堂餐廚廢棄物生產(chǎn)燃料乙醇和飼料蛋白的方法，屬于生物化學領域。本發(fā)明涉及一種新的以大學食堂餐廚廢棄物為原料發(fā)酵生產(chǎn)乙醇和飼料蛋白的方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有餐廚廢棄物生產(chǎn)乙醇和飼料蛋白方法存在工藝復雜、生產(chǎn)成本過高、產(chǎn)品得率低以及難以工業(yè)化生產(chǎn)的問題。本發(fā)明一種大學食堂餐廚廢棄物生產(chǎn)燃料乙醇和飼料蛋白的方法按照如下步驟進行1.原料破碎、蒸煮；2.離心、干燥脫水；3.擠壓膨化處理；4.同步糖化發(fā)酵；5.乙醇蒸餾；6.殘渣蛋白分離和制備。本發(fā)明以大學食堂產(chǎn)生的餐廚廢棄物為原料生產(chǎn)乙醇和飼料蛋白，不僅可以大大降低乙醇和飼用蛋白生產(chǎn)成本，而且可達到變廢為寶、提高大學食堂餐廚廢棄物的附加值、避免大學食堂餐廚廢棄物對環(huán)境造成污染和對社會造成危害的目的。
文檔編號C12P19/14GK102899360SQ20121039370
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月17日 優(yōu)先權日2012年10月17日
發(fā)明者焦巖, 常影, 解天怡, 孫英尉, 曹洪爽, 薛新宇 申請人:齊齊哈爾大學