CN101182551B - 碱法预处理植物纤维生产燃料酒精的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用碱法预处理植物纤维生产燃料酒精的方法，它是将植物纤维原料粉碎，通过氢氧化钠溶液预处理，制得木质纤维残渣，再经纤维素酶和木聚糖酶联合酶解同步发酵，发酵液通过蒸馏提纯即制得酒精。本发明能够充分利用禾本科植物纤维，变废为宝，不仅原料来源广、价廉、成本低、而且适合工业化大生产，可实现燃料酒精工业粮食原料的替代，具有明显的经济及社会效益。

Description

碱法预处理植物纤维生产燃料酒精的方法

技术领域

本发明属于酒精制作技术领域，特别是一种利用碱法预处理植物纤维生产燃料酒精的方法。

背景技术

酒精是一种重要的工业原料，其用途非常广泛，在公知的技术中，酒精的生产大多以粮食为原料，不仅生产成本高，而且由于粮食原料的紧缺制约着酒精工业的发展。近时期以来，用无水酒精作为可再生能源代替石油的趋势日渐明显，但关键是必须开辟新的原料资源，降低酒精的生产成本，所以利用成本低廉、资源充足的植物纤维作为生产燃料酒精的原料成为重要的研究课题。在我国，仅禾本科植物中的农作物秸杆每年大约有7亿吨，其纤维含量在4～5亿吨，如能用于转化为人类可利用的能源——燃料酒精，将具有重大的意义和广阔的前景。然而，目前为止，利用农作物秸杆制作燃料酒精的工业化生产技术还未得到较为理想的解决。

发明内容

本发明的目的在于利用生物技术，提供一种采用植物纤维原料生产酒精的碱法预处理植物纤维生产燃料酒精的方法。

实现本发明的目的所采取的技术方案是：该方法采用以下步骤：

(1)预处理：将植物纤维原料粉碎成粒径为0.5～5厘米的颗粒，置入反应釜内并与0.5～5％氢氧化钠水溶液按1∶8～12的重量比均匀混合，用蒸汽加温至50～100℃，保温1～10小时，挤压去除碱水，制得植物纤维一次糟料，然后在该糟料中加入1～8倍重量的水清洗浸泡1～5小时，再挤压缩水，制得含水率为60～80％植物纤维二次糟料；

(2)糖化：将植物纤维二次糟料与水按1∶2～3的重量比均匀混合，用硫酸调整PH值至3.5～6.5，加入二次糟料重量4～8％的液体纤维素酶和1.5-3.0％的固体木聚糖酶，在25～60℃温度条件下酶解糖化，糖化过程中每隔2～10小时补加一次植物纤维二次糟料，每次补加量为二次糟料初始加入量的20～50％，在糖化10～40小时之内补加完毕，然后继续酶解至植物纤维糖化液含量达到8％～1 2％，滤去糟渣制得植物纤维糖化液；

(3)发酵：在制得的植物纤维糖化液中加入5～30％的可同步发酵木糖-葡萄糖的基因工程酵母，用硫酸调整控制PH值在3.5～6.5之间，在20～40℃温度下发酵8～12小时后，向发酵液中按糖化液重量的5～15％补加植物纤维二次糟料，继续发酵12～30小时同量再补加一次，并用硫酸调整PH值至3.5～6.5，再继续发酵48～60小时，得到酒精发酵成熟醪；

(4)蒸馏：将酒精发酵成熟醪送入蒸馏塔中，通过三塔蒸馏、脱水即制得燃料酒精。

所述植物纤维原料可采用谷类作物秸杆或蔗糖残渣或其它禾本科植物秸杆。

按照上述方法生产燃料酒精，可充分利用玉米、小麦、稻谷、高粱等各种农作物秸杆或蔗糖残渣以及其他禾本科植物纤维原料，变废为宝，成本价廉、资源充裕，能够实现工业化大生产，可有效解决燃料酒精工业的粮食原料短缺的难题，并能大大降低酒精生产成本，而且制取酒精后的发酵残液中还可提取具有较高价值的木质素，生产酒精过程中产生的糟渣可以作为饲料用于牲畜养殖，也可用作建材原料，具有明显的经济及社会效益。

具体实施方式

本发明采用碱法对植物秸秆进行预处理，脱除秸杆中的木质素，便于植物纤维的酶解，然后通过纤维素酶和木聚糖酶进行酶解糖化，制得的糖化液再经可同步发酵木糖-葡萄糖基因工程酵母发酵处理可得酒精成熟醪，蒸馏提纯即可制成高纯度的燃料酒精。该方法制做酒精可采用玉米、小麦、稻谷、高粱等各种农作物秸杆作为原料，也可采用蔗糖残渣或其他禾本科植物纤维原料，取材广泛，资源充足。生产的酒精可以用作乙醇汽油替代石油产品，也可用作工业酒精，而且制取酒精后的发酵残液中还可提取具有较高价值的木质素，生产酒精过程中产生的糟渣可以作为饲料用于牲畜养殖，也可用作建材原料，能够取得更高的经济效益。

下面以分别以实施例1的玉米秸秆和和实施例2的小麦秸秆为例具体说明。

实施例1

本发明利用玉米秸秆原料的生产方法：首先将玉米秸秆粉碎为1～3厘米的颗粒状，并将其置入反应釜内与0.5～5％氢氧化钠水溶液按1∶10的重量比混合搅拌均匀，用蒸汽加温至70℃，保温6小时，用挤压机挤去碱水，制得玉米秸秆糟料，然后加4倍重量的水浸泡该糟料3小时，制得浆料，再次用挤压机挤去浆料中水分，得到含水60～80％玉米秸秆糟料。再将该糟料与2.5倍重量的水在反应釜内混合均匀，并用硫酸调整PH值为3.5～6.5，按糟料重量加入6％的液体纤维素酶和2％的固体木聚糖酶，在40℃温度条件下酶解糖化。糖化过程中每隔6小时补加一次含水60～80％的玉米秸秆糟料，补加量为初始加入量的35％，在糖化24小时之内补加完毕，然后继续酶解至浆料明显变稀，用挤压机挤压去除糟渣，可以得到大约8％～12％的玉米秸秆糖化液。然后，制得的糖化液装入发酵罐内，分别按糖化液装入重量20％的可同步发酵木糖-葡萄糖基因工程酵母，在30℃温度下发酵，并用硫酸调整PH值为3.5～6.5，发酵10小时后向发酵液中按发酵液重量的10％的补加含水60～80％的玉米秸秆糟料，继续发酵20小时后再补加一次，然后再继续发酵55小时，得到含酒量约为6～8％(v/v)的酒精发酵成熟醪。最后，将酒精发酵成熟醪用泵打入蒸馏塔中，通过三塔蒸馏，脱水提纯即可制得燃料酒精。

实施例2

以小麦秸秆为例具体说明。

生产方法与采用玉米秸秆原料基本相同，所不同在于：秸杆粉碎料中氢氧化钠水溶液的加入重量比例为1∶12；蒸汽加热温度为100℃，保温时间为10小时，糟料浸泡清洗的加水重量为糟料的8倍，浸泡时间为5小时，糟料酶解糖化时的加水重量为糟料的3倍，液体纤维素酶和固体木聚糖酶的加入重量分别为糟料的8％和3.0％，酶解糖化的温度为60℃。糖化过程中每隔10小时补加一次含水60～80％的玉米秸秆糟料，补加量为初始加入量的50％，在糖化40小时之内补加完毕，制得的糖化液发酵过程中同步发酵木糖-葡萄糖基因工程酵母的加入量为糖化液重量的30％，发酵温度为40℃，发酵12小时后向发酵液中按发酵液重量的15％的补加含水60～80％的玉米秸秆糟料，继续发酵30小时后再补加一次，然后再继续发酵60小时。

实施例3

以蔗糖残渣为例具体说明。

生产方法与采用玉米秸秆原料基本相同，所不同在于：秸杆粉碎料中氢氧化钠水溶液的加入重量比例为1∶8；蒸汽加热温度为50℃，保温时间为1小时，糟料清洗的加水重量为糟料的1倍，糟料酶解糖化时的加水重量为糟料的2倍，液体纤维素酶和固体木聚糖酶的加入重量分别为糟料的4％和1.5％，酶解糖化的温度为25℃。糖化过程中每隔2小时补加一次含水60～80％的玉米秸秆糟料，补加量为初始加入量的20％，在糖化10小时之内补加完毕，制得的糖化液发酵过程中同步发酵木糖-葡萄糖基因工程酵母的加入量为糖化液重量的5％，发酵温度为20℃，发酵8小时后向发酵液中按发酵液重量的5％的补加含水60～80％的玉米秸秆糟料，继续发酵12小时后再补加一次，然后再继续发酵48小时。

Claims (1)

1.一种碱法预处理植物纤维生产燃料酒精的方法，其特征在于：它包括以下步骤：

(1)预处理：将植物纤维原料粉碎成粒径为0.5～5厘米的颗粒，置入反应釜内并与0.5～5％氢氧化钠水溶液按1∶8～12的重量比均匀混合，用蒸汽加温至50～100℃，保温1～10小时，挤压去除碱水，制得植物纤维一次糟料，然后在该糟料中加入1～8倍重量的水清洗浸泡1～5小时，再挤压缩水，制得含水率为60～80％植物纤维二次糟料，其中，植物纤维原料采用谷类作物秸杆或蔗糖残渣或其它禾本科植物秸杆，

(2)糖化：将植物纤维二次糟料与水按1∶2～3的重量比均匀混合，用硫酸调整PH值至3.5～6.5，加入二次糟料重量4～8％的液体纤维素酶和1.5-3.0％的固体木聚糖酶，在25～60℃温度条件下酶解糖化，糖化过程中每隔2～10小时补加一次植物纤维二次糟料，每次补加量为二次糟料初始加入量的20～50％，在糖化10～40小时之内补加完毕，然后继续酶解至植物纤维糖化液含量达到8％～12％，滤去糟渣制得植物纤维糖化液；

(3)发酵：在制得的植物纤维糖化液中加入5～30％的可同步发酵木糖-葡萄糖的基因工程酵母，用硫酸调整控制PH值在3.5～6.5之间，在20～40℃温度下发酵8～12小时后，向发酵液中按糖化液重量的5～15％补加植物纤维二次糟料，继续发酵12～30小时同量再补加一次，并用硫酸调整PH值至3.5～6.5，再继续发酵48～60小时，得到酒精发酵成熟醪；

(4)蒸馏：将酒精发酵成熟醪送入蒸馏塔中，通过三塔蒸馏、脱水即制得燃料酒精。