CN101033452A - 一种适合于餐厨垃圾乙醇发酵的复合酵母及其应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种适合于餐厨垃圾乙醇发酵的复合酵母及其应用方法，它是由下述成分组成的复合酵母(以1000g垃圾计算)：耐高温酒酵母0.2～1g，糖化酶1～2g，淀粉酶0.2～0.5g，纤维素酶1～1.5g，蛋白酶0.8～1.2g。本发明的应用在初始阶段一次性将所述复合酵母添加至餐厨垃圾中，调节固液比和pH，进行同时糖化发酵。本发明是复合配方，可同时实现液化、糖化和发酵的多重目的。本发明通过酶制剂充分利用底物的营养物质，加快发酵速度；在酶添加方式上，变多次添加为一次添加，简化操作工序。

Description

一种适合于餐厨垃圾乙醇发酵的复合酵母及其应用方法
技术领域
本发明属于生物工程领域，涉及食品发酵技术，特别适合于餐厨垃圾乙醇发酵。
背景技术
国内乙醇发酵工业大多采用酵母发酵生产乙醇，一般情况下使用双酶法，首先加入淀粉酶进行蒸煮液化，然后加入糖化酶进行糖化，最后将酵母加入进行发酵。为了提高原料利用率和发酵速度，降低生产成本，人们尝试在液化糖化和发酵工段另外添加一些工业酶制剂和无机盐，如纤维素酶、脱支酶、酸性蛋白酶以及硫酸镁、硫酸锌、硫酸氨、磷酸二氢钾、磷酸二氢氨等。但是由于原料的营养组成复杂，通过外加一两种酶的方法来提高原料利用率非常困难。而且由于多道工序添加，给生产带来许多不便。
为了充分利用底物的营养物质，同时简化工序，人们进行了一些复合酶制剂的研发。如CN 1563395A公开了一种以玉米和小麦为原料生产燃料乙醇的专用糖化营养复合酶，在糖化阶段将酶制剂一次性加入，通过各种酶的协同作用，提高了糖化效率，再经乙醇酵母发酵后提高了乙醇产率，并且对后续的蒸馏等工艺都有积极的作用。为了节省蒸煮糖化所需的能量，并且避免产生的过量糖类物质对产生的底物抑制作用，同时减少设备的投资费用，乙醇同时糖化发酵工艺也得到了一定的发展。如CN 1900268A公开了一种复合酵母，利用粮食为原料同时糖化发酵生产乙醇。该法所述的复合酵母含有多种酶制剂和乙醇酵母，原料经过蒸煮液化后，将复合酵母一次性加入，进行同时糖化发酵，将两步反应并成一步，缩短了工艺路线，同时，由于底物一直保持较低的糖浓度，消除了底物抑制作用。上述专利均充分考虑了酶制剂的促进作用，不足之处是，仍然需要对原料进行高温蒸煮液化。为了进一步的节省蒸煮液化所需的能源，目前，已有研究进行生料发酵，即免去高温蒸煮的工序，在中温情况下，对原料进行处理，完成液化和糖化的过程，如CN 1442483A公开了一种稻谷生料发酵制备高浓度乙醇发酵液的方法，该方法不需对原料进行蒸煮液化，直接将研制的复合酶制剂投入，进行同时糖化发酵生产乙醇，在最大限度上节省能源，同时缩短反应历程。
发明内容
餐厨垃圾是家庭、餐饮业抛弃的食物垃圾，其特点是排放量大，营养丰富，易腐败变坏，如果能将其含有的营养物质充分利用，具有重要的经济效益和社会效益。本发明目的是利用餐厨垃圾作原料进行乙醇发酵，通过添加复合酵母，实现餐厨垃圾的生料同时糖化发酵，缩短反应时间，提高乙醇产量，简化反应工艺，以期达到高效利用餐厨垃圾，减轻污染。
一种适合于餐厨垃圾乙醇发酵的复合酵母，它由耐高温酒酵母、糖化酶、淀粉酶，酸性蛋白酶、纤维素酶组成。其组成比例如下(按1000g垃圾计)：耐高温酒酵母0.2～1g，糖化酶1～2g，淀粉酶0.2～0.5g，纤维素酶1～1.5g，蛋白酶0.8～1.2g。利用餐厨废水调节固液比，并将pH调为5，在发酵开始阶段，一次性将复合酵母加入，30-35℃，密闭发酵48-72小时。
本发明在酶制剂和酵母添加方式上，改多次添加为一次添加，简化操作工序。各种组成物质从原理上分析有以下几个显著特点：
1)耐高温酒酵母是一种糖化菌，为固体型、颗粒状，其活性细胞含量一般在350亿个/克，在乙醇发酵中将糖质转化为乙醇。其温度操作弹性大、耐温和耐乙醇、繁殖力强、适用于黄酒、白酒、果酒、乙醇和醋类等的生产。
2)糖化酶和淀粉酶糖化酶可以将原料中的直链淀粉转化为糊精及还原性糖，淀粉酶可以将支链淀粉类物质转化为可作用的直链淀粉和糊精，以及少量的葡萄糖和麦芽糖
3)酸性蛋白酶在乙醇发酵中，可以有效的分解原料中的蛋白质，破坏原料颗粒间的细胞壁的结构，有利于糖化酶的作用，使原料中可利用碳源增加，从而可提高原料向燃料乙醇的转化率；另一方面，蛋白质的水解提高了醪液中α-氨基态氮的含量，促进酵母菌的生长与繁殖，提高发酵速度，从而缩短发酵周期和提高发酵设备的生产能力。
4)纤维素酶在发酵过程中：水解原料中的纤维素，破坏其链状结构及其与半纤维素构成的网状细胞壁结构，释放出其中被挟裹的淀粉及蛋白质等工艺有效物质，从而提高原料利用率。
5)本发明所述的酶制剂和酵母均可通过商业渠道买到，在制备本发明复合酵母时，可以根据上述相应的各组分比例，采用机械搅拌或人工搅拌的方法，充分混合均匀，按规格包装即可。
具体实施方式
下面结合实施例来进一步解释本发明。
添加单酶和酵母：取餐厨垃圾1kg，糖化酶1g，耐高温酒用活性干酵母(以下简称活性干酵母)1g，加35℃洁净水0.5kg，混合均匀，装罐密闭，在30-35℃发酵72h后，发酵液乙醇含量为45g/L。
添加双酶和酵母：取餐厨垃圾1kg，糖化酶1g，淀粉酶0.5g，活性干酵母1g，加35℃洁净水0.5kg，混合均匀，装罐密闭，在30-35℃发酵60h后，发酵液乙醇含量为48g/L。
添加三种酶和酵母：取餐厨垃圾1kg，糖化酶1g，淀粉酶0.5g，活性干酵母1g，酸性蛋白酶0.8g，加35℃洁净水0.5kg，混合均匀，装罐密闭，在30-35℃发酵60h后，发酵液乙醇含量为58g/L。
添加本发明的复合酵母：取餐厨垃圾1kg，加入复合酵母，即糖化酶1g、淀粉酶0.5g、活性干酵母1g、酸性蛋白酶0.8g、纤维素酶1g；加35℃洁净水0.5Kg，混合均匀，装罐密闭，30-35℃发酵60h，发酵液乙醇含量为61g/L。
表1为添加单酶和酵母与添加本发明的复合酵母结果对比
                 表1
  添加单酶和酵母   添加本发明的复合酵母
  醪液黏度终了pH发酵时间酒精浓度   正常4～560～7240～45g/L   较稀4～548-6050～70g/L
  终了还原糖   0～3g/L   0～1g/L
通过复合酵母的使用，可使乙醇产率提高75％，且使发酵时间缩短1/3以上，发酵醪液黏度明显变小，终了还原糖浓度较低，充分利用了底物，加快了反应进程。

Claims (4)

1.一种适合于餐厨垃圾乙醇发酵的复合酵母，其特征在于以1000g垃圾计算，复合酵母组成为：耐高温酒酵母0.2～1g，糖化酶1～2g，淀粉酶0.2～0.5g，纤维素酶1～1.5g，蛋白酶0.8～1.2g。
2.如权利要求1所述的餐厨垃圾乙醇发酵的复合酵母，其特征在于上述糖化酶是葡萄糖淀粉酶。
3.如权利要求1所述的餐厨垃圾乙醇发酵的复合酵母，其特征在于上述淀粉酶是异淀粉酶。
4.如权利要求1或2或3所述的的餐厨垃圾乙醇发酵的复合酵母的应用方法，其特征在于在初始阶段一次性将所述复合酵母添加至餐厨垃圾中，调节pH为5，发酵温度为30～35℃，发酵时间为48～72h。
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