发明内容
本发明的目的是提供一种对秸秆类纤维原料的预处理方法进行改进后,能够提高乙醇产出率、降低成本的农作物秸秆类纤维原料生产燃料乙醇的工艺。
本发明的技术方案是:一种秸秆类纤维原料生产燃料乙醇的工艺,包括以下步骤
(1)原料:农作物秸秆,主要包括小麦秸秆、玉米秸秆、稻草等,自然干燥后,备用;
(2)粉碎:农作物秸秆稻草经锤式粉碎机粉碎、过筛成20~40目稻草粉;
(3)预处理:原料经白腐真菌在液态培养方式下进行木质素降解处理;
(4)双酶糖化:采用纤维素酶和木聚糖酶在45℃、pH4.5、150rpm、液固比为15的条件下对秸秆进行糖化,获得还原糖;
(5)过滤:对农作物秸秆的糖化液经过滤后除去固态不溶物后成为澄清的糖化液;
(6)灭菌:经添加营养物质调整后的糖化液要经过121℃,30min灭菌处理;
(7)嗜鞣管囊酵母(Pachysolen tannophilus)P-01的扩大培养和应用:用基本培养基对P-01进行扩大培养,之后按10%的接种量接入发酵培养基进行发酵;
基本培养基A(g/100ml):MgSO4·7H2O 0.05,CaCl2·H2O 0.01,KH2PO4 0.1,(NH4)2SO4 0.5,NaCl 0.01,琼脂2.0,pH5.0;
(8)发酵:采用P-01对初始糖浓度为6%糖化液在30℃发酵,周期为84h;
(9)蒸馏:本操作在工业化生产中采用塔式或柱式蒸馏,与目前工业化生产中的蒸馏方式完全相同。
本技术的关键集中在原料预处理阶段,采用生物方法液态粗酶液降解稻草,利用微生物破坏木质纤维素结构的完整并使部分木质素完全分解为二氧化碳和水,从而使木质纤维素更易于在糖化处理阶段被纤维素酶作用。
预处理的具体步骤
(一)菌种:杂色云芝(Coridus versicolor),特性:由中国农科院上海食用菌所惠赠,为一种真菌,在培养基条件下可以产生分解木质素的酶类,包括木质素过氧化物酶、锰依赖过氧化物酶和漆酶等;(二)粗漆酶生产;①培养基生成条件葡萄糖2g/l,酒石酸铵12mmol/L,pH4.5乙酸-乙酸钠缓冲液10mmol/L,KH2PO41.47×10-2mol/L,MgSO4·7H2O 2.03×10-3mol/L,CaCl2·2H2O 6.8×10-4mol/L,VB1 2.97×10-6mol/L,微量元素混合液7ml/L,吐温801g/L。料容比为1:5,121℃灭菌30min;微量元素混合液组成如下:氨基乙酸7.8×10-3mol/L,MgSO4·7H2O 1.2×10-2mol/L,MnSO4·H2O 2.9×10-3mol/L,NaCl 1.7×10-2mol/L,FeSO4·7H2O 3.59×10-4mol/L,CoCl2 7.75×10-4mol/L,CaCl2·2H2O 9.0×10-4mol/L,ZnSO4·7H2O3.48×10-4mol/L,CuSO4·5H2O 4×10-5mol/L,KAl(SO4)2·12H2O 2.1×10-5mol/L,HBO31.6×10-4mol/L,NaMnO4 4.1×10-5mol/L;②发酵:按每100ml接6个杂色云芝菌种塞,28~30℃,150rpm振荡培养7d,滤去菌丝,得粗漆酶;(三)粗过氧化物酶生产,①培养基葡萄糖10g/l,酒石酸铵2mmol/L,pH4.5乙酸-乙酸钠缓冲液10mmol/L,KH2PO42g/L,MgSO4·7H2O0.5g/L,CaCl2·2H2O 0.1g/L,VB1 1mg/L,黎芦醇3mmol/L,微量元素混合液7ml/L(配方同上),吐温801g/L;②发酵:按每100ml接6环黄孢原毛平革菌孢子,37~39℃,静止培养9d,滤去菌丝,得粗过氧化物酶;(四)酶液降解农作物秸秆条件,向农作物秸秆粉中加入粗过氧化物酶和粗漆酶各1ml,混匀,在45℃、pH4.5时对农作物秸秆进行作用72h。
具体实施方式
一种秸秆类纤维原料生产燃料乙醇的工艺,包括以下步骤(1)原料选取:农作物秸秆,自然干燥后,备用;(2)粉碎:农作物秸秆经锤式粉碎机粉碎、过筛成20~40目农作物秸秆粉;(3)预处理;(4)双酶糖化:采用纤维素酶和木聚糖酶在45℃、pH4.5、150rpm、液固比为15的条件下对秸秆进行糖化,获得还原糖;(5)过滤:对农作物秸秆的糖化液经过滤后除去固态不溶物后成为澄清的糖化液;(6)灭菌:经添加营养物质调整后的糖化液要经过121℃,30min灭菌处理;(7)嗜鞣管囊酵母(Pachysolen tannophilus)P-01的扩大培养和应用:用基本培养基对P-01进行扩大培养,之后按10%的接种量接入发酵培养基进行发酵;基本培养基为A(g/100ml):MgSO4·7H2O 0.05,CaCl2·H2O 0.01,KH2PO4 0.1,(NH4)2SO4 0.5,NaCl 0.01,琼脂2.0,pH5.0。
(8)发酵:采用P-01对初始糖浓度为6%糖化液在30℃发酵,周期为84h;(9)蒸馏:本操作在工业化生产中采用塔式或柱式蒸馏,与目前工业化生产中的蒸馏方式完全相同;其特征是:预处理采用液态粗酶液降解稻草的方法进行木质素降解处理,具体步骤(一)菌种:杂色云芝(Coridus versicolor),特性:由中国农科院上海食用菌所惠赠,为一种真菌,在培养基条件下可以产生分解木质素的酶类,包括木质素过氧化物酶、锰依赖过氧化物酶和漆酶等;(二)粗漆酶生产;①培养基生成条件葡萄糖2g/l,酒石酸铵12mmol/L,pH4.5乙酸-乙酸钠缓冲液10mmol/L,KH2PO4 1.47×10-2mol/L,MgSO4·7H2O 2.03×10-3mol/L,CaCl2·2H2O 6.8×10-4mol/L,VB1 2.97×10-6mol/L,微量元素混合液7ml/L,吐温801g/L。料容比为1:5,121℃灭菌30min;微量元素混合液组成如下:氨基乙酸7.8×10-3mol/L,MgSO4·7H2O 1.2×10-2mol/L,MnSO4·H2O 2.9×10-3mol/L,NaCl 1.7×10-2mol/L,FeSO4·7H2O 3.59×10-4mol/L,CoCl2 7.75×10-4mol/L,CaCl2·2H2O 9.0×10-4mol/L,ZnSO4·7H2O3.48×10-4mol/L,CuSO4·5H2O 4×10-5mol/L,KAl(SO4)2·12H2O 2.1×10-5mol/L,HBO3 1.6×10-4mol/L,NaMnO4 4.1×10-5mol/L;②发酵:按每100ml接6个杂色云芝菌种塞,28~30℃,150rpm振荡培养7d,滤去菌丝,得粗漆酶;(三)粗过氧化物酶生产,①培养基葡萄糖10g/l,酒石酸铵2mmol/L,pH4.5乙酸-乙酸钠缓冲液10mmol/L,KH2PO4 2g/L,MgSO4·7H2O0.5g/L,CaCl2·2H2O 0.1g/L,VB1 1mg/L,黎芦醇3mmol/L,微量元素混合液7ml/L(配方同上),吐温801g/L;②发酵:按每100ml接6环黄孢原毛平革菌孢子,37~39℃,静止培养9d,滤去菌丝,得粗过氧化物酶;(四)酶液降解稻草条件,向农作物秸秆粉中加入粗过氧化物酶和粗漆酶各1ml,混匀,在45℃、pH4.5时对农作物秸秆进行作用72h。