CN100497552C - 秸秆类纤维原料生产燃料乙醇的方法 - Google Patents

秸秆类纤维原料生产燃料乙醇的方法 Download PDF

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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方法，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(Pachysolen tannophilus)P-01的扩大培养和应用；(8)发酵；(9)蒸馏；其特征是：预处理采用白腐真菌固态培养降解农作物秸秆的方法进行木质素降解处理，具体步骤(一)菌种选取：黄孢原毛平革菌(Phanerochete chrysosporium)该菌种由中国农科院上海食用菌所惠赠，为一种真菌，在特定的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)特定的培养基生成条件①向每100克干农作物秸秆中加入2克的葡萄糖和0.3克的氯化铵，水100克，混匀，121℃下灭菌2h，接入黄孢原毛平革菌进行培养降解；②培养降解的条件：接种量为5%，37-39℃，pH自然，料容比为1∶5(料干重∶容器体积)，周期为30天。本方法能够提高乙醇产出率、降低成本。

Description

秸秆类纤维原料生产燃料乙醇的方法
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方法。
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燃料乙醇的方法，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目农作物秸秆粉。(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农作物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方法。
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方法，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：农作物秸秆经锤式粉碎机粉碎、过筛成20～40目农作物秸秆粉；
(3)预处理：原料经白腐真菌在固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(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，采用生物方法固态培养降解农作物秸秆，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
(1)菌种：黄孢原毛平革菌(Phanerochete chrysosporium)
特性：由中国农科院上海食用菌所惠赠，为一种真菌，在特定的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。
(2)工艺过程和条件
①向农作物秸秆中加入葡萄糖、氯化铵和水(其中每100克干稻草中加葡萄糖2克、氯化铵0.3克、水100克)，混匀，121℃下灭菌2h，接入黄孢原毛平革菌进行培养降解。
②培养降解的条件：接种量为5％，37-39℃，pH自然，料容比为1：5(料干重：容器体积)，周期为30天。
具体实施方式
一种秸秆类纤维原料生产燃料乙醇的方法，包括以下步骤(1)原料选取：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(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；预处理采用白腐真菌固态培养降解农作物秸秆的方法进行木质素降解处理，具体步骤(一)菌种选取：黄孢原毛平革菌(Phanerochete chrysosporium)该菌种由中国农科院上海食用菌所惠赠，为一种真菌，在特定的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)特定的培养基生成条件①向每100克干稻草中加入2克的葡萄糖和0.3克的氯化铵，水100克，混匀，121℃下灭菌2h，接入黄孢原毛平革菌进行培养降解；②培养降解的条件：接种量为5％，37-39℃，pH自然，料容比为1：5(料干重：容器体积)，周期为30天。
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
固态培养降解的预处理工艺 38.25 10.28 2027
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方法，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：预处理采用白腐真菌固态培养降解：农作物秸秆的方法进行木质素降解处理，具体步骤(一)菌种选取：黄孢原毛平革菌，该菌种由中国农科院上海食用菌所惠赠，为一种真菌，在特定的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)特定的培养基生成条件①向每100克干农作物秸秆中加入2克的葡萄糖和0.3克的氯化铵，水100克，混匀，121℃下灭菌2h，接入黄孢原毛平革菌进行培养降解；②培养降解的条件：接种量为5％，37-39℃，pH自然，料容比为1：5，所述料容比为料干重与容器体积的比；周期为30天；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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