【
技術(shù)領(lǐng)域：
】本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種利用三角梅藤聯(lián)產(chǎn)乙醇、丙酮和丁醇的方法。
背景技術(shù)：
：隨著人口的增長，糧食、能源與環(huán)境是人類面臨的最主要挑戰(zhàn)。以纖維素原料生產(chǎn)可再生清潔能源日益受到廣泛關(guān)注，而以農(nóng)作物廢棄物為原料生產(chǎn)燃料丁醇、乙醇等被認為是最有發(fā)展前景的產(chǎn)業(yè)。三角梅藤中蛋白質(zhì)含量低但碳水化合物含量高，個別品種碳水化合物含量高達干物質(zhì)的78.89%，因而是生產(chǎn)生物質(zhì)能的優(yōu)質(zhì)原料。國內(nèi)外對蔓藤轉(zhuǎn)化燃料丁醇、乙醇的研究已起步，目前丁醇、乙醇產(chǎn)率還比較低，瓶頸在于三角梅藤降解成可發(fā)酵糖的技術(shù)還不理想。因此，發(fā)明三角梅藤的高效降解工藝對三角梅藤的綜合開發(fā)及木質(zhì)纖維素的能源化利用均具有極高的經(jīng)濟價值和社會效益。利用木質(zhì)纖維材料制取生物丁醇對緩解能源危機與環(huán)境惡化有重要的意義（生物質(zhì)化學(xué)工程，2012，46(3)，39-44）。但在酶水解過程中，由于部分纖維素酶和半纖維素酶不可逆的以無效吸附的方式吸附在底物特別是木質(zhì)素表面會導(dǎo)致酶活性的損失，此外纖維素本身的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和半纖維素結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性也是導(dǎo)致水解效率低的重要因素。在實際應(yīng)用中，生物燃料丁醇由于其能夠汽油以任意比混合，又無需對車輛進行改造，且其經(jīng)濟性高，可有效提高車輛的燃油效率和行駛里程。故生物燃料丁醇比生物乙醇更具優(yōu)越的品質(zhì)以及更高的熱值轉(zhuǎn)化率。因而，生物燃料丁醇將會更加贏得人們的青睞。傳統(tǒng)的生物丁醇的制備方法是以玉米、麥類、大豆等谷物糧食為原料通過發(fā)酵制備而成的。但以糧食為原料生產(chǎn)生物燃料不僅不能滿足社會需求，而且會危及糧食安全。有研究人員指出，即使美國種植的所有玉米和大豆都用于生產(chǎn)生物能源，也只能分別滿足美國社會汽油需求的12％和柴油需求的6％。而玉米和大豆首先要滿足糧食、飼料和其他經(jīng)濟需求，不可能都用來生產(chǎn)生物燃料。國際貨幣基金組織也警告說，全球用于生物燃料的谷物生產(chǎn)不斷增加有可能對世界貧困產(chǎn)生嚴重影響。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種利用三角梅藤聯(lián)產(chǎn)乙醇、丙酮和丁醇的方法，以解決三角梅藤降解成可發(fā)酵糖不完全導(dǎo)致乙醇、丙酮和丁醇產(chǎn)率低等問題。本發(fā)明原材料來源廣，聯(lián)產(chǎn)乙醇、丙酮和丁醇成本低；本發(fā)明的方法能聯(lián)產(chǎn)多種新能源，為能源緊缺問題提供了一種新的解決方案。為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種利用三角梅藤聯(lián)產(chǎn)乙醇、丙酮和丁醇的方法，包括以下步驟：S1：采用食鹽水漂洗三角梅藤1.5-2h，漂洗后將三角梅藤放在溫度為83-104℃下烘干至含水量≤8%，制得干三角梅藤；S2：將步驟S1制得的干三角梅藤粉碎，過篩子，制得三角梅藤顆粒；S3：將步驟S2制得的三角梅藤顆粒放入微波反應(yīng)器中，加入溶液A混合均勻，加熱至56-66℃，在攪拌轉(zhuǎn)速為100-400r/min下預(yù)處理0.6-1.8h，接著冷卻至室溫后過濾，制得預(yù)處理的三角梅藤顆粒；所述溶液A為丁酮、乙醇、羧酸銨鹽的混合液，所述丁酮的質(zhì)量濃度為8%-10%，所述乙醇的質(zhì)量濃度為60%-80%，所述羧酸銨鹽的質(zhì)量濃度為6%-8%，所述丁酮溶液、乙醇溶液、羧酸銨鹽溶液的體積比為10-20:12-25:1-2，所述三角梅藤顆粒與溶液A的料液比為1:8-10g/mL；S4：將步驟S3制得的預(yù)處理的三角梅藤顆粒放入超聲波反應(yīng)器中，加入溶液B混合均勻，調(diào)節(jié)pH為1.2-1.8，加熱至68-75℃，在攪拌轉(zhuǎn)速為100-500r/min下處理1.2-2.5h，接著冷卻至室溫后過濾，制得糖液；所述溶液B為碳基磺酸鈉、硫酸的混合液，所述碳基磺酸鈉的質(zhì)量濃度為5%-7%，所述硫酸的質(zhì)量濃度為4%-6%，所述碳基磺酸鈉溶液、硫酸溶液的體積比為6-10:5-8，所述預(yù)處理的三角梅藤顆粒與溶液B的料液比為1:3-6g/mL；S5：將步驟S4制得的糖液接入拜氏梭菌ATCC55025，添加酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸銨、維生素、磷酸氫二鉀、硝酸鎂、硫酸鈣，調(diào)節(jié)pH為5.4-6.6，控制溫度為28-32℃下發(fā)酵60-90h，制得乙醇、丙酮和丁醇；所述拜氏梭菌ATCC55025質(zhì)量為糖液質(zhì)量的4%-8%，所述酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸銨、維生素、磷酸氫二鉀、硝酸鎂、硫酸鈣質(zhì)量分別為糖液質(zhì)量的0.03%-2%、0.02%-0.5%、0.02%-0.5%、0.04%-0.6%、0.04%-0.5%、0.16%-0.24%、0.09%-0.14%、0.1%-0.2%。進一步地，步驟S1中所述食鹽水的濃度為18%-25%。進一步地，步驟S2中所述篩子的目數(shù)為120-180。進一步地，步驟S3中所述三角梅藤顆粒在微波反應(yīng)器中預(yù)處理的溫度為66℃，在攪拌轉(zhuǎn)速為400r/min下預(yù)處理0.6h。進一步地，步驟S3中所述三角梅藤顆粒與溶液A的料液比為1:10g/mL。進一步地，步驟S4中所述預(yù)處理的三角梅藤顆粒在超聲波反應(yīng)器處理的pH為1.8，加熱至75℃，在攪拌轉(zhuǎn)速為500r/min下處理1.2h。進一步地，步驟S4中所述預(yù)處理的三角梅藤顆粒與溶液B的料液比為1:6g/mL。進一步地，步驟S5中所述拜氏梭菌ATCC55025質(zhì)量為糖液質(zhì)量的6%，所述酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸銨、維生素、磷酸氫二鉀、硝酸鎂、硫酸鈣質(zhì)量分別為糖液質(zhì)量的1%、0.25%、0.25%、0.3%、0.25%、0.2%、0.2%、0.15%。本發(fā)明具有以下有益效果：（1）本發(fā)明原材料來源廣，聯(lián)產(chǎn)乙醇、丙酮和丁醇成本低；（2）本發(fā)明制備工藝簡單，投入少，適合大規(guī)模的推廣和應(yīng)用；（3）可避免微生物酶發(fā)酵制糖工藝的不確定性，降低了技術(shù)風(fēng)險；（4）糖轉(zhuǎn)化率高，產(chǎn)生的殘渣量少，是綠色環(huán)保型工藝；（5）水解溫度較低，能源消耗少，有利于相關(guān)技術(shù)的推廣和應(yīng)用；（6）本發(fā)的方法制得的糖得率為92.21%-92.91%，丁醇得率為66.53%-67.52%，丁醇純度為99.61%-99.73%，說明了糖轉(zhuǎn)化率和丁醇得率高，因此，采用本發(fā)明的方法可高產(chǎn)乙醇、丙酮和丁醇；（7）本發(fā)明的方法能聯(lián)產(chǎn)多種新能源，為能源緊缺問題提供了一種新的解決方案?！揪唧w實施方式】為便于更好地理解本發(fā)明，通過以下實施例加以說明，這些實施例屬于本發(fā)明的保護范圍，但不限制本發(fā)明的保護范圍。在實施例中，所述利用三角梅藤聯(lián)產(chǎn)乙醇、丙酮和丁醇的方法，包括以下步驟：S1：采用濃度為18%-25%的食鹽水漂洗三角梅藤1.5-2h，漂洗后將三角梅藤放在溫度為83-104℃下烘干至含水量≤8%，制得干三角梅藤；S2：將步驟S1制得的干三角梅藤粉碎，過120-180目篩子，制得三角梅藤顆粒；S3：將步驟S2制得的三角梅藤顆粒放入微波反應(yīng)器中，加入溶液A混合均勻，加熱至56-66℃，在攪拌轉(zhuǎn)速為100-400r/min下預(yù)處理0.6-1.8h，接著冷卻至室溫后過濾，制得預(yù)處理的三角梅藤顆粒；所述溶液A為丁酮、乙醇、羧酸銨鹽的混合液，所述丁酮的質(zhì)量濃度為8%-10%，所述乙醇的質(zhì)量濃度為60%-80%，所述羧酸銨鹽的質(zhì)量濃度為6%-8%，所述丁酮溶液、乙醇溶液、羧酸銨鹽溶液的體積比為10-20:12-25:1-2，所述三角梅藤顆粒與溶液A的料液比為1:8-10g/mL；S4：將步驟S3制得的預(yù)處理的三角梅藤顆粒放入超聲波反應(yīng)器中，加入溶液B混合均勻，調(diào)節(jié)pH為1.2-1.8，加熱至68-75℃，在攪拌轉(zhuǎn)速為100-500r/min下處理1.2-2.5h，接著冷卻至室溫后過濾，制得糖液；所述溶液B為碳基磺酸鈉、硫酸的混合液，所述碳基磺酸鈉的質(zhì)量濃度為5%-7%，所述硫酸的質(zhì)量濃度為4%-6%，所述碳基磺酸鈉溶液、硫酸溶液的體積比為6-10:5-8，所述預(yù)處理的三角梅藤顆粒與溶液B的料液比為1:3-6g/mL；S5：將步驟S4制得的糖液接入拜氏梭菌ATCC55025，添加酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸銨、維生素、磷酸氫二鉀、硝酸鎂、硫酸鈣，調(diào)節(jié)pH為5.4-6.6，控制溫度為28-32℃下發(fā)酵60-90h，制得乙醇、丙酮和丁醇；所述拜氏梭菌ATCC55025質(zhì)量為糖液質(zhì)量的4%-8%，所述酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸銨、維生素、磷酸氫二鉀、硝酸鎂、硫酸鈣質(zhì)量分別為糖液質(zhì)量的0.03%-2%、0.02%-0.5%、0.02%-0.5%、0.04%-0.6%、0.04%-0.5%、0.16%-0.24%、0.09%-0.14%、0.1%-0.2%。下面通過更具體實施例對本發(fā)明進行說明。實施例1一種利用三角梅藤聯(lián)產(chǎn)乙醇、丙酮和丁醇的方法，包括以下步驟：S1：采用濃度為22%的食鹽水漂洗三角梅藤1.5-2h，漂洗后將三角梅藤放在溫度為83-104℃下烘干至含水量≤8%，制得干三角梅藤；S2：將步驟S1制得的干三角梅藤粉碎，過150目篩子，制得三角梅藤顆粒；S3：將步驟S2制得的三角梅藤顆粒放入微波反應(yīng)器中，加入溶液A混合均勻，加熱至60℃，在攪拌轉(zhuǎn)速為300r/min下預(yù)處理1.2h，接著冷卻至室溫后過濾，制得預(yù)處理的三角梅藤顆粒；所述溶液A為丁酮、乙醇、羧酸銨鹽的混合液，所述丁酮的質(zhì)量濃度為9%，所述乙醇的質(zhì)量濃度為70%，所述羧酸銨鹽的質(zhì)量濃度為7%，所述丁酮溶液、乙醇溶液、羧酸銨鹽溶液的體積比為15:18:1，所述三角梅藤顆粒與溶液A的料液比為1:10g/mL；S4：將步驟S3制得的預(yù)處理的三角梅藤顆粒放入超聲波反應(yīng)器中，加入溶液B混合均勻，調(diào)節(jié)pH為1.5，加熱至72℃，在攪拌轉(zhuǎn)速為300r/min下處理1.8h，接著冷卻至室溫后過濾，制得糖液；所述溶液B為碳基磺酸鈉、硫酸的混合液，所述碳基磺酸鈉的質(zhì)量濃度為6%，所述硫酸的質(zhì)量濃度為5%，所述碳基磺酸鈉溶液、硫酸溶液的體積比為8:6，所述預(yù)處理的三角梅藤顆粒與溶液B的料液比為1:5g/mL；S5：將步驟S4制得的糖液接入拜氏梭菌ATCC55025，添加酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸銨、維生素、磷酸氫二鉀、硝酸鎂、硫酸鈣，調(diào)節(jié)pH為6，控制溫度為30℃下發(fā)酵75h，制得乙醇、丙酮和丁醇；所述拜氏梭菌ATCC55025質(zhì)量為糖液質(zhì)量的6%，所述酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸銨、維生素、磷酸氫二鉀、硝酸鎂、硫酸鈣質(zhì)量分別為糖液質(zhì)量的1%、0.25%、0.25%、0.3%、0.25%、0.2%、0.2%、0.15%。實施例2一種利用三角梅藤聯(lián)產(chǎn)乙醇、丙酮和丁醇的方法，包括以下步驟：S1：采用濃度為18%的食鹽水漂洗三角梅藤2h，漂洗后將三角梅藤放在溫度為83-104℃下烘干至含水量≤8%，制得干三角梅藤；S2：將步驟S1制得的干三角梅藤粉碎，過120目篩子，制得三角梅藤顆粒；S3：將步驟S2制得的三角梅藤顆粒放入微波反應(yīng)器中，加入溶液A混合均勻，加熱至56℃，在攪拌轉(zhuǎn)速為100r/min下預(yù)處理1.8h，接著冷卻至室溫后過濾，制得預(yù)處理的三角梅藤顆粒；所述溶液A為丁酮、乙醇、羧酸銨鹽的混合液，所述丁酮的質(zhì)量濃度為8%，所述乙醇的質(zhì)量濃度為60%，所述羧酸銨鹽的質(zhì)量濃度為6%，所述丁酮溶液、乙醇溶液、羧酸銨鹽溶液的體積比為10:12:1，所述三角梅藤顆粒與溶液A的料液比為1:8g/mL；S4：將步驟S3制得的預(yù)處理的三角梅藤顆粒放入超聲波反應(yīng)器中，加入溶液B混合均勻，調(diào)節(jié)pH為1.2，加熱至68℃，在攪拌轉(zhuǎn)速為100r/min下處理2.5h，接著冷卻至室溫后過濾，制得糖液；所述溶液B為碳基磺酸鈉、硫酸的混合液，所述碳基磺酸鈉的質(zhì)量濃度為5%，所述硫酸的質(zhì)量濃度為4%，所述碳基磺酸鈉溶液、硫酸溶液的體積比為6:5，所述預(yù)處理的三角梅藤顆粒與溶液B的料液比為1:3g/mL；S5：將步驟S4制得的糖液接入拜氏梭菌ATCC55025，添加酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸銨、維生素、磷酸氫二鉀、硝酸鎂、硫酸鈣，調(diào)節(jié)pH為5.4，控制溫度為28℃下發(fā)酵90h，制得乙醇、丙酮和丁醇；所述拜氏梭菌ATCC55025質(zhì)量為糖液質(zhì)量的4%，所述酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸銨、維生素、磷酸氫二鉀、硝酸鎂、硫酸鈣質(zhì)量分別為糖液質(zhì)量的0.03%、0.02%、0.02%、0.04%、0.04%、0.16%、0.09%、0.1%。實施例3一種利用三角梅藤聯(lián)產(chǎn)乙醇、丙酮和丁醇的方法，包括以下步驟：S1：采用濃度為25%的食鹽水漂洗三角梅藤1.5h，漂洗后將三角梅藤放在溫度為83-104℃下烘干至含水量≤8%，制得干三角梅藤；S2：將步驟S1制得的干三角梅藤粉碎，過180目篩子，制得三角梅藤顆粒；S3：將步驟S2制得的三角梅藤顆粒放入微波反應(yīng)器中，加入溶液A混合均勻，加熱至66℃，在攪拌轉(zhuǎn)速為400r/min下預(yù)處理0.6h，接著冷卻至室溫后過濾，制得預(yù)處理的三角梅藤顆粒；所述溶液A為丁酮、乙醇、羧酸銨鹽的混合液，所述丁酮的質(zhì)量濃度為10%，所述乙醇的質(zhì)量濃度為80%，所述羧酸銨鹽的質(zhì)量濃度為8%，所述丁酮溶液、乙醇溶液、羧酸銨鹽溶液的體積比為20:25:2，所述三角梅藤顆粒與溶液A的料液比為1:10g/mL；S4：將步驟S3制得的預(yù)處理的三角梅藤顆粒放入超聲波反應(yīng)器中，加入溶液B混合均勻，調(diào)節(jié)pH為1.8，加熱至75℃，在攪拌轉(zhuǎn)速為500r/min下處理1.2h，接著冷卻至室溫后過濾，制得糖液；所述溶液B為碳基磺酸鈉、硫酸的混合液，所述碳基磺酸鈉的質(zhì)量濃度為7%，所述硫酸的質(zhì)量濃度為6%，所述碳基磺酸鈉溶液、硫酸溶液的體積比為10:8，所述預(yù)處理的三角梅藤顆粒與溶液B的料液比為1:6g/mL；S5：將步驟S4制得的糖液接入拜氏梭菌ATCC55025，添加酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸銨、維生素、磷酸氫二鉀、硝酸鎂、硫酸鈣，調(diào)節(jié)pH為6.6，控制溫度為32℃下發(fā)酵60h，制得乙醇、丙酮和丁醇；所述拜氏梭菌ATCC55025質(zhì)量為糖液質(zhì)量的4%-8%，所述酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸銨、維生素、磷酸氫二鉀、硝酸鎂、硫酸鈣質(zhì)量分別為糖液質(zhì)量的2%、0.5%、0.5%、0.6%、0.5%、0.24%、0.14%、0.2%。取出適量實施例1-3的糖液煮沸、滅活，并適度稀釋，用DNS比色定糖法測定發(fā)酵糖含量，并計算糖得率；同時將實施例1-3的方法制備所得乙醇、丙酮和丁醇混合液提純，計算丁醇得率和純度，結(jié)果如下表所示：實施例糖得率，%丁醇得率，%丁醇純度，%192.8567.199.69292.2166.5399.61392.9167.5299.73由上表可知，由本發(fā)明實施例1-3的方法制得的糖得率為92.21%-92.91%，丁醇得率為66.53%-67.52%，丁醇純度為99.61%-99.73%，說明了糖轉(zhuǎn)化率和丁醇得率高，因此，采用本發(fā)明的方法可高產(chǎn)乙醇、丙酮和丁醇。以上內(nèi)容不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明，對于本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定的專利保護范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3