利用蔗渣纖維素和甘蔗糖蜜生產(chǎn)乙醇的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用蔗渣纖維素和甘蔗糖蜜生產(chǎn)乙醇的方法，包括蔗渣預(yù)處理、蔗渣纖維素酶水解糖化、甘蔗糖蜜預(yù)處理和蔗渣纖維素水解液和甘蔗糖蜜混合發(fā)酵步驟。采用雙酶糖化蔗渣纖維素和吸附固定材料將酵母菌株固定起來進(jìn)行乙醇發(fā)酵，不僅可以增加酵母菌株密度，而且可以反復(fù)循環(huán)使用，減少酵母增殖消耗的糖分，提高了發(fā)酵強(qiáng)度和產(chǎn)物產(chǎn)率，乙醇得率93.5%，實(shí)現(xiàn)蔗渣和糖蜜資源的綜合利用，能夠顯著提高甘蔗糖企的綜合經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益雙贏。
【專利說明】
利用蔗渣纖維素和甘蔗糖蜜生產(chǎn)乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于生物化工、發(fā)酵工程與生物質(zhì)能源領(lǐng)域，特別是涉及一種利用蔗渣纖維素和甘蔗糖蜜生產(chǎn)高濃度乙醇的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]蔗渣是甘蔗糖廠最大量的副產(chǎn)物，其產(chǎn)率為加工甘蔗量的24%_27%。我國是世界第三甘鹿種植大國，在南方地區(qū)鹿渣的產(chǎn)量達(dá)到7000 kt/a。鹿渣是一種豐富的可再生生物質(zhì)資源，其主要成分為纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素等天然高分子物質(zhì)。其中半纖維素主要是以木糖、阿拉伯糖聚合而成的木聚糖，而纖維素則是葡萄糖的聚合物。目前這些蔗渣除少量用于造紙外，絕大部分被燒掉或廢棄，不僅造成資源浪費(fèi)，還嚴(yán)重污染環(huán)境。因此，如果能從甘蔗渣中提取出優(yōu)質(zhì)的纖維素應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效。蔗渣可以蔗渣除部分用作造紙外，大部分作為廢棄物或作為鍋爐燃料，利用率不高。若能通過生物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用工程技術(shù)將蔗渣進(jìn)行充分的綜合利用，將顯著提高其經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)保價(jià)值。乙醇是來自生物質(zhì)資源的最有發(fā)展前景的液態(tài)燃料。以蔗渣為原料生產(chǎn)燃料乙醇首先要實(shí)現(xiàn)纖維素和半纖維素的水解。目前，半纖維素水解研究已進(jìn)入成熟階段，但纖維素因其結(jié)構(gòu)特性以及水解過程中產(chǎn)物對水解反應(yīng)強(qiáng)烈的反饋抑制作用，水解比較困難。雖然人們對甘蔗渣的綜合利用做了大量的研究，但對于纖維素提取工藝方面的研究卻較少。甘蔗渣中纖維素和木質(zhì)素與半纖維素緊密地交織在一起，很難進(jìn)行分離，而木質(zhì)素和半纖維素的存在又會破壞纖維素的加工性能。因此，如何在保持甘蔗渣纖維素提取量的基礎(chǔ)上，盡量脫除木質(zhì)素和半纖維素成為纖維素工業(yè)上一個(gè)重要而緊迫的問題。
[0003]糖蜜是制糖工業(yè)的副產(chǎn)物，其總糖含量可達(dá)45%_50%，同時(shí)亦含有大量的膠體物質(zhì)。由于其價(jià)格低廉，在化工、輕工、食品、醫(yī)藥和建材行業(yè)中有很大的開發(fā)價(jià)值。目前，國內(nèi)外對糖蜜的利用主要分兩類:一是直接利用，也就是糖蜜經(jīng)過簡單處理或不處理，直接作為原料或輔料加以利用，例如作飼料添加劑或混凝土外加劑。此途徑雖然工藝簡單，但糖蜜的價(jià)值難以被完全發(fā)掘。二是深度利用，即從中提取有效成分，或作為發(fā)酵原料生產(chǎn)高附加值的發(fā)酵制品和生物制品，如焦糖色、酒精、乳酸等。目前國內(nèi)糖蜜主要用于生產(chǎn)酒精，但其生產(chǎn)過程中排放出的廢水和廢渣不易處理，成品酒精不適于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸銷售等問題，嚴(yán)重限制了糖蜜在酒精廠的消化量。
[0004]燃料乙醇作為一種優(yōu)良的生物質(zhì)液體燃料，是目前世界范圍內(nèi)研發(fā)的熱點(diǎn)，以量大價(jià)廉的木質(zhì)纖維素原料為底物發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇是未來的發(fā)展趨勢。但目前尚有諸多的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸尚待攻克，致使纖維乙醇的生產(chǎn)成本還比較高，無法與淀粉質(zhì)原料乙醇相媲美。目前一致的觀點(diǎn)認(rèn)為，只有當(dāng)發(fā)酵醪液中的乙醇濃度多4%，采用蒸餾濃縮工藝生產(chǎn)乙醇才經(jīng)濟(jì)上合算。而蔗渣等木質(zhì)纖維素原料由于其浸潤性較差，在水解糖化過程中底物濃度不能太高，否則會造成攪拌上的困難。但底物濃度過低，發(fā)酵醪液中的乙醇濃度就很難超過4%，進(jìn)而也會引起乙醇蒸餾濃縮成本的大幅上升。所以，如何有效開發(fā)利用蔗渣和甘蔗糖蜜資源化利用技術(shù)，一直是甘蔗糖業(yè)界面臨的難題，也是制約我國甘蔗糖業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)成本低，乙醇得率高的利用蔗渣纖維素和甘蔗糖蜜生產(chǎn)高濃度乙醇的方法，實(shí)現(xiàn)蔗渣和糖蜜資源的綜合利用，能夠顯著提高甘蔗糖企的綜合經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益雙贏。
[0006]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種利用蔗渣纖維素和甘蔗糖蜜生產(chǎn)乙醇的方法，其特征在于，包括如下步驟:
(1)蔗渣預(yù)處理:將蔗渣用粉碎機(jī)粉粹、過20-40目篩網(wǎng)，將粉粹后的蔗渣浸入氯化鐵和氫氧化鈉的混合溶液中處理，固液比為1:10-20，蔗渣在常溫下浸泡20-25小時(shí);再加熱升溫至130 °C -140 °C蒸煮8-12小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后的蔗渣用水洗至洗液呈中性，再用磨漿機(jī)疏解成纖維狀漿料，即完成蔗渣預(yù)處理；
(2)蔗渣纖維素酶水解糖化:將預(yù)處理后的纖維狀漿料置于反應(yīng)罐中，按照固液比為1:25-30加入檸檬酸鈉或檸檬酸緩沖液，調(diào)節(jié)pH = 4.8-5.0，并加入纖維素酶和木聚糖酶混合菌密封后置于搖床中反應(yīng)，在30°C_45°C溫度下水解糖化50-80小時(shí)，即得到甘蔗纖維素水解液，備用；
(3)甘蔗糖蜜預(yù)處理:在甘蔗糖蜜中加入澄清劑，甘蔗糖蜜與澄清劑的體積比為5-7:1，靜置沉降，待澄清劑沉淀完全，用3000rpm離心機(jī)分離，取上清液與水按照體積比1:0.5進(jìn)行混合稀釋，再用質(zhì)量濃度為10%_15%的稀硫酸調(diào)節(jié)甘蔗糖蜜稀釋液pH至3.0，在95-100°C條件下保溫5分鐘，靜置12-15小時(shí)后取上清液；用質(zhì)量濃度為15%的石灰乳回調(diào)上清液pH至6.0，在40 °C條件下保溫1分鐘，4000rpm離心，取上清液，備用；
(4)蔗渣纖維素水解液和甘蔗糖蜜混合發(fā)酵:將吸附固定材料固定于發(fā)酵罐中，再將甘蔗纖維素水解液轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐中，添加適量基礎(chǔ)營養(yǎng)液，按照甘蔗纖維素水解液體積比0.5%-2%添加基礎(chǔ)營養(yǎng)液，吸附固定材料充分吸漲后，按甘蔗纖維素水解液體積比5-10%的接種量接種酵母種子液，然后控制發(fā)酵溫度為30-40°C，發(fā)酵12-24h后再按照甘蔗纖維素水解液體積10%-15%的比例添加預(yù)處理后的甘蔗糖蜜進(jìn)行混合發(fā)酵，發(fā)酵完成后處理發(fā)酵液得到乙醇。
[0007]進(jìn)一步，所述氯化鐵和氫氧化鈉混合溶液中碳酸鈉的濃度為70_75g/L，氫氧化鈉的濃度為20-25g/L。
[0008]進(jìn)一步，所述纖維素酶和木聚糖酶混合菌的用量為1.5-2.0g/L。
[0009]進(jìn)一步，所述纖維素酶和木聚糖酶的重量比為6-7:3-4ο
[0010]進(jìn)一步，所述纖維素酶的制備方法為:在溫度為25-35°C、pH=4.0-5.0的條件下，用里氏木霉作為宿主細(xì)胞分泌纖維素酶，其中，以煙草廢棄物作為碳源，豆餅粉為氮源，培養(yǎng)時(shí)間為6-10小時(shí)，通氣量0.4-1.0vvm，攪拌速度為200-500轉(zhuǎn)/分鐘。
[0011]進(jìn)一步，所述木聚糖酶的制備方法為:以木聚糖酶生產(chǎn)菌株中挑選出黑曲霉誘變株作為生產(chǎn)菌株，在曲盤發(fā)酵培養(yǎng)基上進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，獲得發(fā)酵曲料后對發(fā)酵曲料用緩沖液進(jìn)行提取，獲得木聚糖酶液;所述曲盤發(fā)酵培養(yǎng)基的組成為:曲盤裝10g基料，(NH4)2SO4
0.5-1.5g，蛋白胨 0.5-lg,KH2PO4 0.3-0.4g,CaCl2 0.2-0.3g，ZnCl2 0.1-0.2g,MgSO4 0.Ι-Ο.2g ,Fe2(SO4)3 0.02-0.08g，吐溫40 0.4-0.8 g，自來水120_140mL，其中基料的組成為麩皮50-80 g，玉米芯10-40g，豆餅粉10-20g。
[0012]進(jìn)一步，所述澄清劑為乙酸鋅和亞鐵氰化鉀的混合溶液，乙酸鋅溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%-11%，亞鐵氰化鉀的濃度為20-22g/L。
[0013]進(jìn)一步，所述步驟(4)中的基礎(chǔ)營養(yǎng)液各成分配比為:添加量g/L計(jì)算:(NH4)2S042g/L,MnSO4 0.1g/L，酵母粉2g/L，玉米漿20g/L，K2HP04 0.2g/L，CaC03 0.2g/L。
[0014]進(jìn)一步，所述吸附固定材料為富含網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的植物纖維、富含網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的人造纖維或金屬網(wǎng)狀材料。
[0015]本發(fā)明突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步是:
1、本發(fā)明采用蔗渣和甘蔗糖蜜混合生產(chǎn)乙醇，生產(chǎn)成本低，乙醇得率高，發(fā)酵成熟醪液的乙醇體積分?jǐn)?shù)為13.5%，乙醇得率93.5%，實(shí)現(xiàn)蔗渣和糖蜜資源的綜合利用，能夠顯著提高甘蔗糖企的綜合經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益雙贏。
[0016]2、本發(fā)明采用纖維素酶和木聚糖酶對蔗渣混合物進(jìn)行雙酶糖化，能夠極大的減小產(chǎn)物的抑制作用以及產(chǎn)物的進(jìn)一步降解，不僅提高了酶解得率，使得蔗渣的酶解效率得到較大提高，減少了酶的消耗，降低了生產(chǎn)成本。
[0017]3、本發(fā)明蔗渣預(yù)處理能夠使得半纖維素和木質(zhì)素成分的完全分離，纖維素含量從50%增加到80%以上，蔗渣纖維素表面呈現(xiàn)很多有序而清晰的空隙和凹孔，降低了纖維素的結(jié)晶度，提高了纖維素對酶的可及度。
[0018]4、本發(fā)明預(yù)處理混合溶液中添加氯化鐵溶液預(yù)處理原料，能有效地破壞木素與碳水化合物間的醚健，脫除蔗渣中的半纖維素，半纖維素脫除率可高達(dá)95%，并使預(yù)處理后蔗渣纖維素酶解率高達(dá)90%，實(shí)現(xiàn)蔗渣纖維素充分水解，提高蔗渣生物質(zhì)資源的綜合利用率。
[0019]5、本發(fā)明通過對甘蔗糖蜜預(yù)處理，一方面可除掉糖蜜中不利于微生物生長代謝的膠體、重金屬、亞硝酸鹽等雜質(zhì)，另一方面可促使糖蜜中的蔗糖轉(zhuǎn)化為易于被微生物利用的葡萄糖、果糖等單糖。
[0020]6、本發(fā)明采用吸附固定材料將酵母菌株固定起來進(jìn)行乙醇發(fā)酵，不僅可以增加酵母菌株密度，而且可以反復(fù)循環(huán)使用，減少酵母增殖消耗的糖分，提高了發(fā)酵強(qiáng)度和產(chǎn)物產(chǎn)率。
【具體實(shí)施方式】
[0021]實(shí)施例1
本實(shí)施例所述的利用蔗渣纖維素和甘蔗糖蜜生產(chǎn)高濃度乙醇的方法，主要包括以下步驟:
(1)蔗渣預(yù)處理:將蔗渣用粉碎機(jī)粉粹、過20-40目篩網(wǎng)，將粉粹后的蔗渣浸入氯化鐵和氫氧化鈉的混合溶液中處理，固液比為1:10，蔗渣在常溫下浸泡20小時(shí)；再加熱升溫至130°C-蒸煮8小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后的蔗渣用水洗至洗液呈中性，再用磨漿機(jī)疏解成纖維狀漿料，SP完成蔗渣預(yù)處理；
(2)蔗渣纖維素酶水解糖化:將預(yù)處理后的纖維狀漿料置于反應(yīng)罐中，按照固液比為1:25加入檸檬酸鈉或檸檬酸緩沖液，調(diào)節(jié)pH=4.8-5.0，并加入纖維素酶和木聚糖酶混合菌密封后置于搖床中反應(yīng)，纖維素酶和木聚糖酶混合菌的用量為1.5g/L，在30°C溫度下水解糖化50-80小時(shí)，即得到甘蔗纖維素水解液，備用； (3)甘蔗糖蜜預(yù)處理:在甘蔗糖蜜中加入澄清劑，甘蔗糖蜜與澄清劑的體積比為5:1，靜置沉降，待澄清劑沉淀完全，用3000rpm離心機(jī)分離，取上清液與水按照體積比1:0.5進(jìn)行混合稀釋，再用質(zhì)量濃度為10%_15%的稀硫酸調(diào)節(jié)甘蔗糖蜜稀釋液pH至3.0，在95-100°C條件下保溫5分鐘，靜置12-15小時(shí)后取上清液;用質(zhì)量濃度為15%的石灰乳回調(diào)上清液pH至6.0，在40°C條件下保溫10分鐘，4000rpm離心，取上清液，備用；
(4)蔗渣纖維素水解液和甘蔗糖蜜混合發(fā)酵:將富含網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的植物纖維固定于發(fā)酵罐中，再將甘蔗纖維素水解液轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐中，添加適量基礎(chǔ)營養(yǎng)液，富含網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的植物纖維充分吸漲后，按甘蔗纖維素水解液體積比5-10%的接種量接種酵母種子液，然后控制發(fā)酵溫度為30°C，發(fā)酵12h后再按照甘蔗纖維素水解液體積10%-15%的比例添加預(yù)處理后的甘蔗糖蜜進(jìn)行混合發(fā)酵，發(fā)酵完成后處理發(fā)酵液得到乙醇。
[0022]實(shí)施例2
本實(shí)施例所述的利用蔗渣纖維素和甘蔗糖蜜生產(chǎn)高濃度乙醇的方法，主要包括以下步驟:
(1)蔗渣預(yù)處理:將蔗渣用粉碎機(jī)粉粹、過20-40目篩網(wǎng)，將粉粹后的蔗渣浸入氯化鐵和氫氧化鈉的混合溶液中處理，固液比為1:15，蔗渣在常溫下浸泡22小時(shí)；再加熱升溫至135°C蒸煮10小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后的蔗渣用水洗至洗液呈中性，再用磨漿機(jī)疏解成纖維狀漿料，SP完成蔗渣預(yù)處理；
(2)蔗渣纖維素酶水解糖化:將預(yù)處理后的纖維狀漿料置于反應(yīng)罐中，按照固液比為1:26加入檸檬酸鈉或檸檬酸緩沖液，調(diào)節(jié)pH=4.8-5.0，并加入纖維素酶和木聚糖酶混合菌密封后置于搖床中反應(yīng)，纖維素酶和木聚糖酶混合菌的用量為1.6g/L，在35°C溫度下水解糖化50-80小時(shí)，即得到甘蔗纖維素水解液，備用；
(3)甘蔗糖蜜預(yù)處理:在甘蔗糖蜜中加入澄清劑，甘蔗糖蜜與澄清劑的體積比為6:1，靜置沉降，待澄清劑沉淀完全，用3000rpm離心機(jī)分離，取上清液與水按照體積比1:0.5進(jìn)行混合稀釋，再用質(zhì)量濃度為10%_15%的稀硫酸調(diào)節(jié)甘蔗糖蜜稀釋液pH至3.0，在95-100°C條件下保溫5分鐘，靜置12-15小時(shí)后取上清液;用質(zhì)量濃度為15%的石灰乳回調(diào)上清液pH至6.0，在40°C條件下保溫10分鐘，4000rpm離心，取上清液，備用；
(4)蔗渣纖維素水解液和甘蔗糖蜜混合發(fā)酵:將富含網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的人造纖維固定于發(fā)酵罐中，再將甘蔗纖維素水解液轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐中，添加適量基礎(chǔ)營養(yǎng)液，富含網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的人造纖維充分吸漲后，按甘蔗纖維素水解液體積比5-10%的接種量接種酵母種子液，然后控制發(fā)酵溫度為35°C，發(fā)酵15h后再按照甘蔗纖維素水解液體積10%-15%的比例添加預(yù)處理后的甘蔗糖蜜進(jìn)行混合發(fā)酵，發(fā)酵完成后處理發(fā)酵液得到乙醇。
[0023]實(shí)施例3
本實(shí)施例所述的利用蔗渣纖維素和甘蔗糖蜜生產(chǎn)高濃度乙醇的方法，主要包括以下步驟:
(1)蔗渣預(yù)處理:將蔗渣用粉碎機(jī)粉粹、過20-40目篩網(wǎng)，將粉粹后的蔗渣浸入氯化鐵和氫氧化鈉的混合溶液中處理，固液比為1:18，蔗渣在常溫下浸泡24小時(shí)；再加熱升溫至138°C蒸煮11小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后的蔗渣用水洗至洗液呈中性，再用磨漿機(jī)疏解成纖維狀漿料，SP完成蔗渣預(yù)處理；
(2)蔗渣纖維素酶水解糖化:將預(yù)處理后的纖維狀漿料置于反應(yīng)罐中，按照固液比為1:28加入檸檬酸鈉或檸檬酸緩沖液，調(diào)節(jié)pH=4.8-5.0，并加入纖維素酶和木聚糖酶混合菌密封后置于搖床中反應(yīng)，纖維素酶和木聚糖酶混合菌的用量為1.8g/L，在40°C溫度下水解糖化50-80小時(shí)，即得到甘蔗纖維素水解液，備用；
(3)甘蔗糖蜜預(yù)處理:在甘蔗糖蜜中加入澄清劑，甘蔗糖蜜與澄清劑的體積比為6:1，靜置沉降，待澄清劑沉淀完全，用3000rpm離心機(jī)分離，取上清液與水按照體積比1:0.5進(jìn)行混合稀釋，再用質(zhì)量濃度為10%_15%的稀硫酸調(diào)節(jié)甘蔗糖蜜稀釋液pH至3.0，在95-100°C條件下保溫5分鐘，靜置12-15小時(shí)后取上清液;用質(zhì)量濃度為15%的石灰乳回調(diào)上清液pH至6.0，在40°C條件下保溫10分鐘，4000rpm離心，取上清液，備用；
(4)蔗渣纖維素水解液和甘蔗糖蜜混合發(fā)酵:將金屬網(wǎng)狀材料固定于發(fā)酵罐中，再將甘蔗纖維素水解液轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐中，添加適量基礎(chǔ)營養(yǎng)液，金屬網(wǎng)狀材料充分吸漲后，按甘蔗纖維素水解液體積比5-10%的接種量接種酵母種子液，然后控制發(fā)酵溫度為38°C，發(fā)酵20h后再按照甘蔗纖維素水解液體積10%_15%的比例添加預(yù)處理后的甘蔗糖蜜進(jìn)行混合發(fā)酵，發(fā)酵完成后處理發(fā)酵液得到乙醇。
[0024]實(shí)施例4
本實(shí)施例所述的利用蔗渣纖維素和甘蔗糖蜜生產(chǎn)高濃度乙醇的方法，主要包括以下步驟:
(1)蔗渣預(yù)處理:將蔗渣用粉碎機(jī)粉粹、過20-40目篩網(wǎng)，將粉粹后的蔗渣浸入氯化鐵和氫氧化鈉的混合溶液中處理，固液比為1:20，蔗渣在常溫下浸泡25小時(shí)；再加熱升溫至140°C蒸煮12小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后的蔗渣用水洗至洗液呈中性，再用磨漿機(jī)疏解成纖維狀漿料，SP完成蔗渣預(yù)處理；
(2)蔗渣纖維素酶水解糖化:將預(yù)處理后的纖維狀漿料置于反應(yīng)罐中，按照固液比為1:30加入檸檬酸鈉或檸檬酸緩沖液，調(diào)節(jié)pH=4.8-5.0，并加入纖維素酶和木聚糖酶混合菌密封后置于搖床中反應(yīng)，纖維素酶和木聚糖酶混合菌的用量為2.0g/L，在45°C溫度下水解糖化50-80小時(shí)，即得到甘蔗纖維素水解液，備用；
(3)甘蔗糖蜜預(yù)處理:在甘蔗糖蜜中加入澄清劑，甘蔗糖蜜與澄清劑的體積比為7:1，靜置沉降，待澄清劑沉淀完全，用3000rpm離心機(jī)分離，取上清液與水按照體積比1:0.5進(jìn)行混合稀釋，再用質(zhì)量濃度為10%_15%的稀硫酸調(diào)節(jié)甘蔗糖蜜稀釋液pH至3.0，在95-100°C條件下保溫5分鐘，靜置12-15小時(shí)后取上清液;用質(zhì)量濃度為15%的石灰乳回調(diào)上清液pH至6.0，在40°C條件下保溫10分鐘，4000rpm離心，取上清液，備用；
(4)蔗渣纖維素水解液和甘蔗糖蜜混合發(fā)酵:將富含網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的植物纖維固定于發(fā)酵罐中，再將甘蔗纖維素水解液轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐中，添加適量基礎(chǔ)營養(yǎng)液，富含網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的植物纖維充分吸漲后，按甘蔗纖維素水解液體積比5-10%的接種量接種酵母種子液，然后控制發(fā)酵溫度為40°C，發(fā)酵24h后再按照甘蔗纖維素水解液體積10%-15%的比例添加預(yù)處理后的甘蔗糖蜜進(jìn)行混合發(fā)酵，發(fā)酵完成后處理發(fā)酵液得到乙醇。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用蔗渣纖維素和甘蔗糖蜜生產(chǎn)乙醇的方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)蔗渣預(yù)處理:將蔗渣用粉碎機(jī)粉粹、過20-40目篩網(wǎng)，將粉粹后的蔗渣浸入氯化鐵和氫氧化鈉的混合溶液中處理，固液比為1:10-20，蔗渣在常溫下浸泡20-25小時(shí);再加熱升溫至130 °C -140 °C蒸煮8-12小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后的蔗渣用水洗至洗液呈中性，再用磨漿機(jī)疏解成纖維狀漿料，即完成蔗渣預(yù)處理； (2)蔗渣纖維素酶水解糖化:將預(yù)處理后的纖維狀漿料置于反應(yīng)罐中，按照固液比為1:25-30加入檸檬酸鈉或檸檬酸緩沖液，調(diào)節(jié)pH = 4.8-5.0，并加入纖維素酶和木聚糖酶混合菌密封后置于搖床中反應(yīng)，在30°C_45°C溫度下水解糖化50-80小時(shí)，即得到甘蔗纖維素水解液，備用； (3)甘蔗糖蜜預(yù)處理:在甘蔗糖蜜中加入澄清劑，甘蔗糖蜜與澄清劑的體積比為5-7:1，靜置沉降，待澄清劑沉淀完全，用3000rpm離心機(jī)分離，取上清液與水按照體積比1:0.5進(jìn)行混合稀釋，再用質(zhì)量濃度為10%_15%的稀硫酸調(diào)節(jié)甘蔗糖蜜稀釋液pH至3.0，在95-100°C條件下保溫5分鐘，靜置12-15小時(shí)后取上清液；用質(zhì)量濃度為15%的石灰乳回調(diào)上清液pH至6.0，在40 °C條件下保溫1分鐘，4000rpm離心，取上清液，備用； (4)蔗渣纖維素水解液和甘蔗糖蜜混合發(fā)酵:將吸附固定材料固定于發(fā)酵罐中，再將甘蔗纖維素水解液轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐中，添加適量基礎(chǔ)營養(yǎng)液，吸附固定材料充分吸漲后，按甘蔗纖維素水解液體積比5-10%的接種量接種酵母種子液，然后控制發(fā)酵溫度為30-40°C，發(fā)酵12-24h后再按照甘蔗纖維素水解液體積10%-15%的比例添加預(yù)處理后的甘蔗糖蜜進(jìn)行混合發(fā)酵，發(fā)酵完成后處理發(fā)酵液得到乙醇。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用蔗渣纖維素和甘蔗糖蜜生產(chǎn)乙醇的方法，其特征在于:所述氯化鐵和氫氧化鈉混合溶液中碳酸鈉的濃度為70-75g/L，氫氧化鈉的濃度為20-25g/L。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用蔗渣纖維素和甘蔗糖蜜生產(chǎn)乙醇的方法，其特征在于:所述纖維素酶和木聚糖酶混合菌的用量為1.5-2.0g/L。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用蔗渣纖維素和甘蔗糖蜜生產(chǎn)乙醇的方法，其特征在于:所述纖維素酶的制備方法為:在溫度為25-35°C、pH=4.0-5.0的條件下，用里氏木霉作為宿主細(xì)胞分泌纖維素酶，其中，以煙草廢棄物作為碳源，豆餅粉為氮源，培養(yǎng)時(shí)間為6-10小時(shí)，通氣量0.4-1.0vvm，攪拌速度為200-500轉(zhuǎn)/分鐘。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用蔗渣纖維素和甘蔗糖蜜生產(chǎn)乙醇的方法，其特征在于:所述木聚糖酶的制備方法為:以木聚糖酶生產(chǎn)菌株中挑選出黑曲霉誘變株作為生產(chǎn)菌株，在曲盤發(fā)酵培養(yǎng)基上進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，獲得發(fā)酵曲料后對發(fā)酵曲料用緩沖液進(jìn)行提取，獲得木聚糖酶液;所述曲盤發(fā)酵培養(yǎng)基的組成為:曲盤裝10g基料，(NH4)2SO4 0.5-1.5g，蛋白胨0.5-lg, KH2PO4 0.3-0.4g, CaCl2 0.2-0.3g ,ZnCl2 0.1-0.2g ,MgSO4 0.卜0.2g，F(xiàn)e2(S04)30.02-0.08g，吐溫40 0.4-0.8 g，自來水120_140mL，其中基料的組成為麩皮50-80 g，玉米芯 10-40g，豆餅粉 10-20g。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用蔗渣纖維素和甘蔗糖蜜生產(chǎn)乙醇的方法，其特征在于:所述澄清劑為乙酸鋅和亞鐵氰化鉀的混合溶液，乙酸鋅溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%_11%，亞鐵氰化鉀的濃度為20-22g/L。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用蔗渣纖維素和甘蔗糖蜜生產(chǎn)乙醇的方法，其特征在于:所述步驟(4)中的基礎(chǔ)營養(yǎng)液各成分配比為:添加量g/L計(jì)算:(NH4)2S04 2g/L,MnSO4 0.1g/L，酵母粉2g/L，玉米漿20g/L，K2HP04 0.2g/L,CaC03 0.2g/Lo8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用蔗渣纖維素和甘蔗糖蜜生產(chǎn)乙醇的方法，其特征在于:所述吸附固定材料為富含網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的植物纖維、富含網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的人造纖維或金屬網(wǎng)狀材料。
【文檔編號】C12P7/10GK106086085SQ201610519103
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月5日
【發(fā)明人】張聰聰
【申請人】張聰聰