CN101085994A - 一种秸秆类原料生产燃料乙醇的发酵方法 - Google Patents

一种秸秆类原料生产燃料乙醇的发酵方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种秸秆类原料生产燃料乙醇的发酵方法，包括以下步骤：(1)选取原料：农作物秸秆；(2)粉碎：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：原料经白腐真菌在固态培养和液态粗酶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)发酵；(6)蒸馏。采用本发明的发酵方法生产的燃料乙醇产率达到16.7％，即每100吨秸秆可以生产16.7吨无水乙醇，生产效率高，具有很好的经济价值和社会价值，易于推广应用。本发明与现有的生产乙醇的发酵方法相比是：本发明的菌株在特定的发酵体系下可利用的总糖发酵彻底，燃料乙醇成本低。

Description

一种秸秆类原料生产燃料乙醇的发酵方法
技术领域
本发明涉及一种生产燃料乙醇的发酵方法，尤其涉及一种秸秆类原料生产燃料乙醇的发酵方法。
背景技术
我国是一个农业大国，植物纤维资源十分丰富，仅农作物秸杆每年产量就达7亿吨，目前的利用方式主要是农村炊事用，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。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。
发明内容
本发明的目的在于提供一种秸秆类原料生产燃料乙醇的发酵方法，以有效地利用秸秆类资源，大大降低燃料乙醇的生产成本。
为了实现上述目的，本发明的技术方案在于采用了一种秸秆类原料生产燃料乙醇的发酵方法，包括以下步骤：
(1)选取原料：农作物秸秆；
(2)粉碎：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：原料经白腐真菌在固态培养和液态粗酶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)发酵：采用嗜鞣管囊酵母(Pachysolen tannophilus)As2.1585对秸秆糖化液进行戊糖和己糖共发酵生产燃料乙醇，其中发酵体系构建为：向秸秆糖化液中按下列物质及其用量添加，酵母浸汁0.2--0.4g/L，蛋白胨0.4--0.6g/L，尿素0.01--0.03g/L，磷酸氢二铵0.01--0.015g/L，聚乙烯醇为0.005g/400mL-0.015g/400mL，吐温80为0.05ml/400mL--0.15g/400mL，L-谷氨酰胺为0.20g/400mL--0.26g/400mL，调整培养基pH为5.0～5.5；其中发酵条件：将培养基按30％的装液量装入发酵容器，121℃灭菌30min，备用，在室温下按10％的量将嗜鞣管囊酵母P-01接入已调整后的秸秆糖化液中，在30℃下进行微好氧发酵72小时；
(6)蒸馏。
步骤(1)中的农作物秸秆可以为小麦秸秆、玉米秸秆、稻草中的任一种或其任意组合。
步骤(6)中的蒸馏可以采用塔式蒸馏或柱式蒸馏。
本发明的方法中的发酵采用的菌种：嗜鞣管囊酵母(Pachysolentannophilus)As2.1585，中国科学院微生物菌种保藏中心保藏菌种，该菌种与传统的乙醇发酵菌株有明显的不同，传统的乙醇发酵菌株仅仅可以将葡萄糖等己糖转化形成乙醇，而不能将木糖等戊糖转化形成乙醇，该菌株可以将戊糖转化形成乙醇，并能同时将己糖和戊糖转化形成乙醇。因为秸秆糖化液中含有70％左右的己糖和30％左右的戊糖，利用传统的乙醇发酵菌株转化秸秆形成乙醇的比率就低，而该菌株转化秸秆形成乙醇的比率较高。采用专门配备的菌种培养基，使得每克混合糖可以转化形成0.36-0.39克无水乙醇，大大提高了混合糖的转化率，采用本发明的发酵方法生产的燃料乙醇产率达到16.7％，即每100吨秸秆可以生产16.7吨无水乙醇，生产效率高，具有很好的经济价值和社会价值，易于推广应用。
本发明与现有的生产乙醇的发酵方法相比是：本发明的菌株在特定的发酵体系下可利用的总糖发酵彻底，燃料乙醇成本低。
具体如下：
工艺   转化形成乙醇的糖 总糖转化成乙醇的比率(％) 产品吨成本(元)
本发明   戊糖和己糖 38-40 3100
传统乙醇发酵工艺(如南阳酒精酵母1308) 己糖 32-35 3400
采用戊糖发酵菌株(如毕赤氏酵母) 戊糖 12-15 3600
具体实施方式
实施例1
本实施例中的秸秆类原料生产燃料乙醇的发酵方法，包括以下步骤：
(1)选取原料：农作物秸秆，小麦秸秆、玉米秸秆、稻草；
(2)粉碎：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：原料经白腐真菌在固态培养和液态粗酶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)发酵：采用嗜鞣管囊酵母(Pachysolen tannophilus)As2.1585对秸秆糖化液进行戊糖和己糖共发酵生产燃料乙醇，其中发酵体系构建为：向秸秆糖化液中按下列物质及其用量添加，酵母浸汁0.2g/L，蛋白胨0.4g/L，尿素0.01g/L，磷酸氢二铵0.01g/L，聚乙烯醇为0.005g/400mL，吐温80为0.05ml/400mL，L-谷氨酰胺为0.20g/400mL，调整培养基pH为5.0；其中发酵条件：将培养基按30％的装液量装入发酵容器，121℃灭菌30min，备用，在室温下按10％的量将嗜鞣管囊酵母P-01接入已调整后的秸秆糖化液中，在30℃下进行微好氧发酵72小时；
(6)蒸馏，可以采用塔式蒸馏或柱式蒸馏。
实施例2
本实施例中的秸秆类原料生产燃料乙醇的发酵方法，包括以下步骤：
(1)选取原料：农作物秸秆，小麦秸秆、玉米秸秆、稻草；
(2)粉碎：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：原料经白腐真菌在固态培养和液态粗酶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)发酵：采用嗜鞣管囊酵母(Pachysolen tannophilus)As2.1585对秸秆糖化液进行戊糖和己糖共发酵生产燃料乙醇，其中发酵体系构建为：向秸秆糖化液中按下列物质及其用量添加，酵母浸汁0.3g/L，蛋白胨0.5g/L，尿素0.02g/L，磷酸氢二铵0.02g/L，聚乙烯醇为0.01g/400mL，吐温80为0.1ml/400mL，L-谷氨酰胺为0.25g/400mL，调整培养基pH为5.0；其中发酵条件：将培养基按30％的装液量装入发酵容器，121℃灭菌30min，备用，在室温下按10％的量将嗜鞣管囊酵母P-01接入已调整后的秸秆糖化液中，在30℃下进行微好氧发酵72小时；
(6)蒸馏，可以采用塔式蒸馏或柱式蒸馏。
实施例3
本实施例中的秸秆类原料生产燃料乙醇的发酵方法，包括以下步骤：
(1)选取原料：农作物秸秆，小麦秸秆、玉米秸秆、稻草；
(2)粉碎：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：原料经白腐真菌在固态培养和液态粗酶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)发酵：采用嗜鞣管囊酵母(Pachysolen tannophilus)As2.1585对秸秆糖化液进行戊糖和己糖共发酵生产燃料乙醇，其中发酵体系构建为：向秸秆糖化液中按下列物质及其用量添加，酵母浸汁0.6g/L，蛋白胨0.6g/L，尿素0.05g/L，磷酸氢二铵0.05g/L，聚乙烯醇为0.015g/400mL，吐温80为0.15ml/400mL，L-谷氨酰胺为0.26g/400mL，调整培养基pH为5.0；其中发酵条件：将培养基按30％的装液量装入发酵容器，121℃灭菌30min，备用，在室温下按10％的量将嗜鞣管囊酵母P-01接入已调整后的秸秆糖化液中，在30℃下进行微好氧发酵72小时；
(6)蒸馏，可以采用塔式蒸馏或柱式蒸馏。
最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1、一种秸秆类原料生产燃料乙醇的发酵方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)选取原料：农作物秸秆；
(2)粉碎：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：原料经白腐真菌在固态培养和液态粗酶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)发酵：采用嗜鞣管囊酵母(Pachysolen tannophilus)As2.1585对秸秆糖化液进行戊糖和己糖共发酵生产燃料乙醇，其中发酵体系构建为：向秸秆糖化液中按下列物质及其用量添加，酵母浸汁0.2--0.4g/L，蛋白胨0.4--0.6g/L，尿素0.01--0.03g/L，磷酸氢二铵0.01--0.015g/L，聚乙烯醇为0.005g/400mL--0.015g/400mL，吐温80为0.05ml/400mL--0.15g/400mL，L-谷氨酰胺为0.20g/400mL--0.26g/400mL，调整培养基pH为5.0～5.5；其中发酵条件：将培养基按30％的装液量装入发酵容器，121℃灭菌30min，备用，在室温下按10％的量将嗜鞣管囊酵母P-01接入已调整后的秸秆糖化液中，在30℃下进行微好氧发酵72小时；
(6)蒸馏。
2、根据权利要求1所述的秸秆类原料生产燃料乙醇的发酵方法，其特征在于：步骤(1)中的农作物秸秆可以为小麦秸秆、玉米秸秆、稻草中的任一种或其任意组合。
3、根据权利要求1所述的秸秆类原料生产燃料乙醇的发酵方法，其特征在于：步骤(6)中的蒸馏可以采用塔式蒸馏或柱式蒸馏。
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