一種用木薯廢棄物制備糖和乙醇的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用木薯廢棄物制備糖和乙醇的方法，包含以下步驟：（1）取木薯廢渣加水或直接用濕渣；（2）按每公斤木薯廢渣添加0.1升～1升的添加量向木薯廢渣中添加微生物培養(yǎng)液，酶解，然后添加α‐淀粉酶，水解，再添加糖化酶，水解，制得葡萄糖醪液；（3）向葡萄糖醪液中接入耐高溫酵母，靜置培養(yǎng)，進(jìn)行乙醇發(fā)酵，然后經(jīng)純化分離，制得乙醇；本發(fā)明利用微生物培養(yǎng)液和α‐淀粉酶以及糖化酶聯(lián)合作用于含有淀粉、纖維、半纖維素、果膠等多種多糖的木薯廢棄物，木薯廢棄物中的多糖可以被微生物培養(yǎng)液中的多糖降解酶系快速降解成可溶性糖，降低了木薯廢棄物的粘度，可將木薯廢棄物完全轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵糖，提高了原料的生物轉(zhuǎn)化率。
【專利說(shuō)明】一種用木薯廢棄物制備糖和乙醇的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用木薯廢棄物制備糖和乙醇的方法，屬于淀粉加工廢棄物利用【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]木薯原產(chǎn)于熱帶美洲，中國(guó)自19世紀(jì)20年代引種栽培，現(xiàn)已大面積種植，木薯在食品、飼料、發(fā)酵工業(yè)等有非常重要的用途，而經(jīng)提取后的木薯廢棄物由于處理成本高，市場(chǎng)需求不旺，經(jīng)濟(jì)效益差等原因不僅沒(méi)有得到利用，反而大量的堆積對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，因此，努力挖掘木薯廢渣的利用價(jià)值，既增加了利潤(rùn)，又減少了對(duì)環(huán)境的破壞，具有顯著的社會(huì)效益。
[0003]但由于傳統(tǒng) 木薯淀粉生產(chǎn)工藝無(wú)法充分利用原料，木薯的利用率很低，僅僅20%左右，從而造成了大量廢棄物的產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用木薯廢棄物制備糖和乙醇的方法。本發(fā)明把含有淀粉、纖維、半纖維素、果膠等多種多糖的木薯廢渣用生物法降解為葡萄糖等單糖，并且成本低、工藝簡(jiǎn)單、葡萄糖及乙醇得率高。
[0005]術(shù)語(yǔ)說(shuō)明
[0006]木薯廢棄物:木薯提取淀粉或乙醇發(fā)酵后的廢渣，水分一般50%，為貯存方便，一般將廢渣烘干、粉碎成木薯渣粉。木薯廢渣中主要以淀粉、粗纖維為主，同時(shí)含有少量的果膠、蛋白質(zhì)和脂肪等成份。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]一種用木薯廢棄物制備糖和乙醇的方法，包含以下步驟:
[0009](I)取木薯廢渣(以干重計(jì))，加水配成質(zhì)量濃度6% -30%溶液或直接用固形物含量為10wt% - 20wt%的濕渣，制得預(yù)處理甘薯廢渣；
[0010](2)按每公斤木薯廢渣(以干重計(jì))添加0.1升?I升的添加量向步驟(I)制得的預(yù)處理木薯廢渣中添加微生物培養(yǎng)液，在溫度35°C?65°C的條件下，酶解I?24小時(shí)，然后按每克木薯廢渣(以干重計(jì))添加IOU?200U的a -淀粉酶，在溫度60V?90°C的條件下，水解I?3小時(shí)，然后按每克甘薯廢渣(以干重計(jì))添加IOU?200U的糖化酶，在溫度50°C?70°C的條件下，水解I?12小時(shí)，制得葡萄糖醪液；
[0011](3)向步驟(2)制得的葡萄糖醪液中接入耐高溫酵母，添加量按每克干料添加
0.0Olg?0.005g酵母，在30°C?40°C靜置培養(yǎng)，進(jìn)行乙醇發(fā)酵I?48小時(shí)，然后經(jīng)純化分離，制得乙醇；
[0012]所述步驟(2)中微生物培養(yǎng)液的制備方法如下:
[0013]將微生物菌株接種于種子培養(yǎng)基中，在28?32°C的條件下培養(yǎng)I?2天，然后按5?10%的體積比轉(zhuǎn)接于產(chǎn)酶培養(yǎng)基中，在28?32°C、180?220rpm的條件下發(fā)酵培養(yǎng)4?6天，制得微生物培養(yǎng)液；
[0014]所述的微生物菌株選自:棘孢曲霉(Aspergillus aculeatus)、草酸青霉(Penicillium oxalicum)、斜臥青霉(Penicillum decumbens)、埃默森籃狀菌(Talaromyces emersonii)> 藍(lán)黃狀真菌(Talaromyces flavus)、支頂抱屬真菌(Acremonium cellulolyticus)、木霉(Trichoderma spp.)、勒克瑙金抱真菌(Chrysosporium IucknowenseX
[0015]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的棘孢曲霉(Aspergillus aculeatus)購(gòu)自美國(guó)模式培養(yǎng)物集存庫(kù)(ATCC)，菌種保藏編號(hào)1015 ；
[0016]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的,所述的草酸青霉(Penicillium oxalicum)源自中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心，菌種保藏編號(hào)CGMCC5302。
[0017]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的種子培養(yǎng)基組分如下，均為重量百分比:
[0018]葡萄糖I?3%，蛋白胨I?3%，麩皮I?4%，硝酸鈉0.1?0.3%，硫酸銨0.1?
0.3%,磷酸二氫鉀0.1?0.3%,硫酸鎂0.04?0.06%,尿素0.15?0.3%,磷酸氫二鈉0.1?
0.3%，碳酸鈣0.1?0.5%，余量水。
[0019]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的產(chǎn)酶培養(yǎng)基組分如下，均為重量百分比:
[0020]玉米芯3?5%，蛋白胨I?3%，麩皮3?5%，微晶纖維素0.4?0.6%，硝酸鈉0.1?
0.3%,硫酸銨0.1?0.3%,磷酸二氫鉀0.1?0.3%,硫酸鎂0.04?0.06%,尿素0.15?0.3%,吐溫800.2?0.4%，磷酸氫二鈉0.1?0.3%，碳酸鈣0.1?0.5%，余量水。
[0021]經(jīng)檢測(cè)，當(dāng)微生物菌株為棘孢曲霉時(shí)，微生物培養(yǎng)液中每克粗蛋白比酶活為:木糖苷酶25，阿拉伯呋喃糖酶307，甘露聚糖酶310，甘露糖苷酶2.2 ；
[0022]當(dāng)微生物菌株為草酸青霉時(shí)，微生物培養(yǎng)液中每克粗蛋白比酶活為:木糖苷酶12，阿拉伯呋喃糖酶26，甘露聚糖酶270，甘露糖苷酶1.3。
[0023]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(3)中的耐高溫酵母為安琪酵母股份有限公司生產(chǎn)的耐高溫酵母。安琪耐高溫酵母使用方便，操作簡(jiǎn)單。
[0024]所述步驟(3)中的純化可采用本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)手段，如蒸餾或膜分離技術(shù)。
[0025]有益效果
[0026]1、本發(fā)明利用微生物培養(yǎng)液和a -淀粉酶以及糖化酶聯(lián)合作用于含有淀粉、纖維、半纖維素、果膠等多種多糖的木薯廢棄物，木薯廢棄物中的多糖可以被微生物培養(yǎng)液中的多糖降解酶系快速降解成可溶性糖，降低了木薯廢棄物的粘度，可將木薯廢棄物完全轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵糖，提高了原料的生物轉(zhuǎn)化率。
[0027]2、本發(fā)明采用的微生物培養(yǎng)液為一種復(fù)合酶系，特別是具有甘露聚糖酶、甘露糖苷酶、木糖苷酶、阿拉伯呋喃糖酶等酶活性的復(fù)合酶系，其較現(xiàn)有技術(shù)的單一酶制劑，能夠更加有效的降解甘薯廢棄物，并且與市售商品酶制劑相比，不需要離心、濃縮、提純等繁索的工序，不另外添加酸、堿、抑菌劑等，不需要高溫、高壓處理，具有工藝成本低的特點(diǎn)。
[0028]3、本發(fā)明所述方法使木薯廢棄物變廢為寶，極大提高了生物利用率，降低了污染，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步的闡述，應(yīng)該說(shuō)明的是，下述說(shuō)明僅是為了解釋本發(fā)明，并不對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行限定。
[0030]微生物來(lái)源
[0031]實(shí)施例1?3中的棘孢曲霉(Aspergillusaculeatus)購(gòu)自美國(guó)模式培養(yǎng)物集存庫(kù)(ATCC)，菌種保藏編號(hào)1015 ；
[0032]實(shí)施例1?3中的草酸青霉(Penicilliumoxalicum)購(gòu)自中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心(CGMCC)，菌種保藏編號(hào)5302。
[0033]原料說(shuō)明
[0034]木薯廢渣來(lái)自廣西，含水量為5.6%，固形物成份為:淀粉60%，粗蛋白3.5%粗脂肪1%，灰分10%，纖維素和半纖維素以及其他19.9%。
[0035]酶來(lái)源
[0036]a -淀粉酶:來(lái)自諾維信中國(guó)有限公司；
[0037]糖化酶:來(lái)自山東隆大生物工程有限公司；
[0038]耐高溫酵母:來(lái)自湖北宜昌安琪酵母有限公司。
[0039]實(shí)施例1
[0040]一種用木薯廢棄物制備糖和乙醇的方法，包含以下步驟:
[0041](I)取木薯廢渣50g .(以干重計(jì))，加水配成質(zhì)量百分比為20%的溶液；
[0042](2)按每公斤木薯廢渣(以干重計(jì))添加0.4升的添加量向步驟(I)制得的木薯廢渣中添加微生物培養(yǎng)液，在溫度45°C的條件下，酶解5小時(shí)，然后按每克木薯廢渣(以干重計(jì))添加100U的a -淀粉酶，在溫度90°C的條件下，水解1.5小時(shí)，然后按每克木薯廢渣(以干重計(jì))添加150U的糖化酶，在溫度60°C的條件下，水解2.5小時(shí)，制得葡萄糖醪液；
[0043](3)按每克干料添加0.002g酵母的添加量向步驟(2)制得的葡萄糖醪液中接入耐高溫酵母，在30°C靜置培養(yǎng)，進(jìn)行乙醇發(fā)酵48小時(shí)，然后經(jīng)純化分離，制得乙醇；
[0044]所述步驟(2)中微生物培養(yǎng)液的制備方法如下:
[0045]取草酸青霉(Penicillium oxalicum)菌株,接種于種子培養(yǎng)基中,在32°C的條件下培養(yǎng)I天，然后按10%的體積比轉(zhuǎn)接于產(chǎn)酶培養(yǎng)基中，在28°C、180rpm的條件下發(fā)酵培養(yǎng)5天，制得微生物培養(yǎng)液；
[0046]經(jīng)檢測(cè)，微生物培養(yǎng)液中每克粗蛋白比酶活為:木糖苷酶12，阿拉伯呋喃糖酶26，甘露聚糖酶270，甘露糖苷酶1.3。
[0047]上述的種子培養(yǎng)基組分如下，均為重量百分比:
[0048]葡萄糖1%，蛋白胨1%，麩皮1%，硝酸鈉0.1%，硫酸銨0.1%，磷酸二氫鉀0.1%，硫酸鎂0.04%,尿素0.15%，磷酸氫二鈉0.1%，碳酸鈣0.5%，余量水。
[0049]上述的產(chǎn)酶培養(yǎng)基組分如下，均為重量百分比:
[0050]玉米芯3%，蛋白胨1%，麩皮3%，微晶纖維素0.4%，硝酸鈉0.1%，硫酸銨0.1%，磷酸二氫鉀0.1%，硫酸鎂0.04%,尿素0.15%，吐溫800.2%，磷酸氫二鈉0.1%，碳酸鈣0.5%，余量水。
[0051]試驗(yàn)例I
[0052]取草酸青霉(Penicillium oxalicum)做為微生物培養(yǎng)液生產(chǎn)菌株對(duì)木薯廢洛進(jìn)行處理，并分別標(biāo)為實(shí)驗(yàn)組B、實(shí)驗(yàn)組C和實(shí)驗(yàn)組D，而未經(jīng)微生物培養(yǎng)液處理的標(biāo)記為實(shí)驗(yàn)組A，各組處理步驟如下:[0053]實(shí)驗(yàn)組A:木薯廢渣經(jīng)淀粉酶及糖化酶處理后所得糖化醪液；
[0054]實(shí)驗(yàn)組B:木薯廢渣先經(jīng)草酸青霉的培養(yǎng)液處理，再經(jīng)淀粉酶及糖化酶水解后所得糖化醪液；
[0055]實(shí)驗(yàn)組C:木薯廢渣先經(jīng)淀粉酶及糖化酶水解，再經(jīng)草酸青霉的培養(yǎng)液處理后所得糖化醪液；
[0056]實(shí)驗(yàn)組D:木薯廢渣先經(jīng)草酸青霉的培養(yǎng)液處理，再經(jīng)淀粉酶及糖化酶水解，經(jīng)少量草酸青霉的培養(yǎng)液再處理后所得糖化醪液。
[0057]各步驟的處理、水解條件同實(shí)施例1。用HPLC檢測(cè)葡萄糖濃度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表I所示:
[0058]表I糖化醪液中葡萄糖濃度
【權(quán)利要求】
1.一種用木薯廢棄物制備糖和乙醇的方法，其特征在于，包含以下步驟: (1)取木薯廢渣，以干重計(jì)，加水配成質(zhì)量濃度6%- 30%溶液或直接用固形物含量為10wt% - 20wt% 的濕渣； (2)按每公斤木薯廢渣，以干重計(jì)，添加0.1升?I升的添加量向步驟(I)制得木薯廢渣中添加微生物培養(yǎng)液，在溫度35°C?60°C的條件下，酶解I?24小時(shí)，然后按每克木薯廢渣，以干重計(jì)，添加IOU?200U的a -淀粉酶，在溫度60V?90°C的條件下，水解I?3小時(shí)，然后按每克甘薯廢渣，以干重計(jì)，添加IOU?200U的糖化酶，在溫度50°C?70°C的條件下，水解I?12小時(shí)，制得葡萄糖醪液； (3)向步驟(2)制得的葡萄糖醪液中接入耐高溫酵母，添加量按每克干料添加0.0Olg?0.005g酵母，在30°C?40°C靜置培養(yǎng)，進(jìn)行乙醇發(fā)酵I?48小時(shí)，然后經(jīng)純化分離，制得乙醇； 所述步驟(2)中微生物培養(yǎng)液的制備方法如下: 將微生物菌株接種于種子培養(yǎng)基中，在28?32°C的條件下培養(yǎng)I?2天，然后按5?10%的體積比轉(zhuǎn)接于產(chǎn)酶培養(yǎng)基中，在28?32°C、180?220rpm的條件下發(fā)酵培養(yǎng)4?6天，制得微生物培養(yǎng)液，該微生物培養(yǎng)液特征為一種復(fù)合酶系，特別是具有甘露聚糖酶、甘露糖苷酶、木糖苷酶、阿拉伯呋喃糖酶等酶活性的復(fù)合酶系； 所述的微生物菌株選自:棘孢曲霉(Aspergillus aculeatus)、草酸青霉(Penicilliumoxalicum)、埃默森籃狀菌(Talaromyces emersonii)、藍(lán)黃狀真菌(Talaromyces flavus)、支頂抱屬真菌(Acremonium cellulolyticus)、木霉(Trichoderma spp.)、勒克瑙金抱真菌(Chrysosporium IucknowenseX
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所 述的棘孢曲霉(Aspergillusaculeatus)購(gòu)自美國(guó)模式培養(yǎng)物集存庫(kù)，菌種保藏編號(hào)1015。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的草酸青霉(Penicilliumoxalicum)源自中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心，菌種保藏編號(hào)CGMCC5302。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的種子培養(yǎng)基組分如下，均為重量百分比: 葡萄糖I?3%，蛋白胨I?3%，麩皮I?4%，硝酸鈉0.1?0.3%，硫酸銨0.1?0.3%，磷酸二氫鉀0.1?0.3%,硫酸鎂0.04?0.06%,尿素0.15?0.3%,磷酸氫二鈉0.1?0.3%,碳酸鈣0.1?0.5%，余量水。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的產(chǎn)酶培養(yǎng)基組分如下，均為重量百分比: 玉米芯3?5%，蛋白胨I?3%，麩皮3?5%，微晶纖維素0.4?0.6%，硝酸鈉0.1?0.3%,硫酸銨0.1?0.3%,磷酸二氫鉀0.1?0.3%,硫酸鎂0.04?0.06%,尿素0.15?0.3%,吐溫800.2?0.4%，磷酸氫二鈉0.1?0.3%，碳酸鈣0.1?0.5%，余量水。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)中的耐高溫酵母為湖北宜昌安琪酵母股份有限公司生產(chǎn)的耐高溫酵母。
【文檔編號(hào)】C12R1/80GK103436569SQ201310383366
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】方詡, 侯少莉, 劉奎美, 楊惠 申請(qǐng)人:山東大學(xué)