CN100497551C - 秸秆类纤维原料生产燃料乙醇的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了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；(2)粉碎；(3)预处理；(4)双酶糖化；(6)灭菌；(7)嗜鞣管囊酵母(Pachysolentannophilus)P-01的扩大培养和应用；(8)发酵；(9)蒸馏；其特征是：预处理采用液态粗酶液降解农作物秸秆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)，(二)粗漆酶生产；①培养基生成条件；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。本方法能够提高乙醇产出率、降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种液体燃料的生产方法，尤其是一种采用农作物秸秆类纤维原料生产燃料乙醇的工艺。
背景技术
在传统化石能源如煤、石油等存在严重危机和造成严重环境污染的背景下，燃料乙醇以其可再生、无环境污染、在机动车中使用技术过关等优点备受政府和社会重视。然而传统的燃料乙醇的生产主要采用淀粉质原料如小麦、玉米、薯干等，或者糖质原料如甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜等，需要消耗大量的农作物，生产成本较高。我国是一个农业大国，植物纤维资源十分丰富，仅农作物秸秆每年产量就达7亿吨，目前的利用主要是农村炊事用，部分还田，少量通过气化、固化来作能源用，利用水平低，资源浪费严重，造成的环境污染严重。如果采用秸秆类纤维原料来生产燃料乙醇将对资源和社会均将产生良好的效益。近些年有人发明了从纤维中生产乙醇燃料的方法，其主要工艺如下：(1)选取原料：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：农作物秸秆经锤式粉碎机粉碎、过筛成20～40目稻草粉。(3)对原料进行预处理：主要是木质素降解处理。(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的条件下对农作物秸秆进行糖化，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)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。(8)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。上述工艺虽然能够利用农作物秸秆生产出燃料乙醇，但由于原料的预处理方法不到位，影响乙醇燃料的产出率，以至于使生产乙醇的费用太高。
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。
本技术与传统技术的比较
1、成本低
| 工艺 | 生产周期(d) | 原料(干重)的乙醇产率(％) | 产品吨成本(元) |
| 未进行预处理的工艺 | 6.25 | 3.33 | 3150 |
| 液态酶液降解的预处理工艺 | 9.25 | 7.31 | 2540 |
| 传统的淀粉质原料工艺 | 5 | 42％ | 3300 |
2、环境污染小
| 工艺 | 环境污染 |
| 使用本技术 | pH在6-7.5之间，水体中无大量酸根离子和金属离子，对环境污染小，污染容易治理 |
| 采用酸水解的预处理工艺 | pH在2-3之间，水体中存在大量酸根离子，环境污染严重，污染难以治理 |
| 采用碱水解的预处理工艺 | pH在10-11之间，水体中存在大量金属离子，COD严重超标，环境污染严重，污染难以治理 |
3、条件温和
| 工艺 | 条件 | 设备要求 |
| 使用本技术 | 作用pH在6-7.5之间 | 要求低，一般的碳钢即可，设备成本低 |
| 采用酸水解的预处理工艺 | 作用pH在1.5-2之间 | 要求高，需要不锈钢，设备成本高 |
| 采用碱水解的预处理工艺 | 作用pH在11-12之间 | 要求高，需要不锈钢，设备成本高 |
Claims (1)
1、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的条件下对农作物秸秆进行糖化，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P-01的扩大培养和应用：用基本培养基A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；(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农作物秸秆的方法进行木质素降解处理，具体步骤(一)菌种：杂色云芝，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；(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80 1g/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 32.9×10-3mol/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，ZnSO4·7H2O 3.48×10-4mol/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，MgSO4·7H2O 0.5g/L，CaCl2·2H2O 0.1g/L，VB11mg/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时对秸秆进行作用72h；基本培养基A每100ml中各组分的重量为：MgSO4·7H2O 0.05克，CaCl2·H2O 0.01克，KH2PO4 0.1克，(NH4)2SO4 0.5克，NaCl 0.01克，琼脂2.0克，pH5.0。
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