CN101880693A - 利用海带加工废弃物制备生物乙醇的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用海带加工废弃物制备生物乙醇的方法。首先是对海带加工废弃物清洗，匀浆并灭菌制成预处理液；再将预处理液水解糖化：按体积比为5～20％加入活化的绿色木霉发酵液或/和按重量体积比0.5～1g/L加入纤维素酶来水解糖化预处理液，水解糖化温度为45～55℃，pH5～7，时间为36～48h。再将活化好的酿酒酵母发酵菌液按照体积比为10～20％加入到水解糖化液中发酵制备乙醇，发酵温度为25～35℃，pH4～6，发酵时间50～60h；发酵结束后将发酵液进行液固分离，将上清液以减压蒸馏方法蒸出乙醇。本发明工艺简单，成本更低，不仅解决海藻加工废弃物的环境污染问题，而且还为乙醇的规模化生产提供新的材料来源，促进海洋生物质能的发展。

Description

利用海带加工废弃物制备生物乙醇的方法
技术领域
本发明属于海洋资源生物技术领域，具体是涉及一种利用海带加工废弃物制备生物乙醇的方法。
背景技术
当前世界面临着能源短缺和环境污染的巨大压力，开发清洁的可再生能源已成为解决危机的重要手段。生物乙醇作为一种清洁燃料及汽油添加剂而受到广泛关注。然而，日趋严峻的世界粮食形势让以玉米、小麦等粮食作物作为生产原料的第一代生物能源渐失优势，遵循不“与粮争地”，不“与人争食”路线的第二代生物燃料(以非粮作物乙醇、纤维素乙醇和生物柴油等为代表)，正成为未来生物能源产业发展的方向。目前，我国制备燃料乙醇的主要侧重于秸秆、枯草、甘蔗渣、稻壳、木屑和木薯等陆源原料，但对海洋生物资源制备生物乙醇的研究较少，在海藻生物质能开发方面的技术研究相对滞后，还未见利用海藻加工废弃物制备生物乙醇的研究报道。
我国现在海带经过人工养殖，年产量最高达40万吨，位居世界首位。在海带加工的同时，有相当数量的海带碎料被处理下来。这些不可食部分往往在原料中占30％左右，个别可高达40～50％。这些加工废弃物的主要成分是纤维素。长期以来，海带加工废弃物(海带根、加工边角料等)未能充分利用，大量堆积在海边，造成资源的浪费，同时也对环境造成污染。目前充足和廉价的原料供应是限制生物乙醇产业化的主要瓶颈。显然，利用富含纤维素的海带加工废弃物制备燃料乙醇以变废为宝解决环境污染问题；为制备生物乙醇提供充足和廉价的原料供应，解决生物乙醇产业化的主要瓶颈，促进海洋生物质能的开发是非常必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用海带加工废弃物制备生物乙醇的方法，以弥补现有技术的不足，解决海带加工废弃物的环保污染问题，突破生物乙醇产业化的主要瓶颈。
本发明的技术路线：首先是将海带加工废弃物的预处理，再将预处理液水解糖化，然后将糖化液发酵生产生物乙醇，最后是生物乙醇的分离制备。
本发明的具体方法包括下述步骤：
(1)海带加工废弃物的预处理：将海带加工废弃物用水清洗干净，浸泡12～24h，匀浆10min，然后于121℃下灭菌30min得到预处理液；
(2)预处理液的水解糖化：按体积比为5～20％加入活化的绿色木霉或/和按重量体积比0.5～1g/L加入纤维素酶水解糖化预处理液，水解糖化温度为45～55℃，pH5～7，水解糖化36～48h后得到糖化液；
(3)糖化液发酵制备生物乙醇：用酵母基本培养基，在温度30～40℃，pH4～6，活化酿酒酵母菌种；将活化好的酿酒酵母发酵菌液按照体积比为10～20％加入到糖化液中，进行厌氧密闭发酵，发酵温度为25～35℃，pH4～6，发酵50～60h后，发酵停止；
(4)乙醇的分离制备：采用尼龙布过滤或离心机6000～8000rpm离心10min，进行发酵液液固分离，将上清液采用减压蒸馏的方法蒸出乙醇，将蒸馏出的乙醇再进行浓缩，即可得体积分数90％以上的乙醇。
其中，绿色木霉(Trichoderma viride)，菌种编号为(3.3711)，由中国科学院微生物研究所微生物资源中心提供；活化的绿色木霉是用Mandel’s无机盐营养液，在温度30～35℃，pH5～6，活化绿色木霉48～60h制备的。
纤维素酶为商业出售的，该纤维素酶能够将纤维素降解为可被酿酒酵母利用的单糖和寡糖。
酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)，菌种编号为(2.1525)，由中国科学院微生物研究所微生物资源中心提供；
本发明为海藻加工废弃物的综合利用提供经济、环保、高效的处理方法，工艺简单，成本更低，不仅解决海藻加工废弃物的环境污染问题，变废为宝，而且还为生物乙醇的规模化生产提供新的材料来源，促进海洋生物质能的发展。
具体实施方式
实施例1(其中用绿色木霉菌水解糖化预处理液)
制备生物乙醇，由下述步骤组成：
(1)海带加工废弃物的预处理：将海带加工废弃物用水清洗干净，浸泡24h，匀浆10min，然后于121℃下灭菌30min得到预处理液；
(2)预处理液的水解糖化：用Mandel’s无机盐营养液，在温度35℃，pH6，培养绿色木霉48h，将活化后的绿色木霉发酵液，按其接入体积比为20％加入到预处理液中，发酵温度为50℃，pH6，水解糖化48h后得到糖化液；
(3)糖化液发酵制备生物乙醇：用酵母基本培养基，在温度35℃，pH5，活化酿酒酵母菌种；将活化好的酿酒酵母发酵菌液按照体积比为15％加入到步骤(2)制备的海带加工废弃物糖化液中，进行厌氧密闭发酵，发酵温度为30℃，pH5，发酵60h后，发酵停止；
(4)乙醇的分离制备。采用离心机8000rpm离心10min，进行发酵液液固分离，将上清液采用减压蒸馏的方法蒸出乙醇，将蒸馏出的乙醇再进行浓缩，即可得到体积分数90％以上的乙醇。
实施例2(其中用纤维素酶水解糖化预处理液)
制备生物乙醇，由下述步骤组成：
(1)海带加工废弃物的预处理：将海带加工废弃物用水清洗干净，浸泡20h，匀浆10min，然后于121℃下灭菌30min得到预处理液；
(2)预处理液的的水解糖化：在预处理液中添加1g/L纤维素酶制剂，水解糖化温度为50℃，pH7，水解糖化时间48h得到糖化液；
(3)糖化液发酵制备生物乙醇：用酵母基本培养基，在温度35℃，pH5，活化酿酒酵母菌种；将活化好的酿酒酵母发酵菌液按照体积比为15％加入到步骤(2)制备的海带加工废弃物糖化液中，进行厌氧密闭发酵，发酵温度为30℃，pH5，发酵60h后，发酵停止；
(4)乙醇的分离制备。采用离心机8000rpm离心10min，进行发酵液液固分离，将上清液采用减压蒸馏的方法蒸出乙醇，将蒸馏出的乙醇再进行浓缩，即可得到体积分数90％以上的乙醇。
实施例3(其中用绿色木霉和纤维素酶一同水解糖化预处理液)
制备生物乙醇，由下述步骤组成：
(1)海带加工废弃物的预处理：将海带加工废弃物用水清洗干净，浸泡24h，匀浆10min，然后于121℃下灭菌30min得到预处理液；
(2)预处理液的的水解糖化：按体积比为10％加入用Mandel’s无机盐营养液，在温度35℃，pH6，活化绿色木霉48h活化的绿色木霉和按重量体积比0.5g/L加入纤维素酶水解糖化预处理液，水解糖化温度为50℃，pH6，水解糖化48h后得到糖化液；
(3)糖化液发酵生产生物乙醇：用酵母基本培养基，在温度35℃，pH5，活化酿酒酵母菌种；将活化好的酿酒酵母发酵菌液按照体积比为15％加入到步骤(2)制备的海带加工废弃物糖化液中，进行厌氧密闭发酵，发酵温度为30℃，pH5，发酵60h后，发酵停止；
(4)乙醇的分离制备。采用离心机8000rpm离心10min，进行发酵液液固分离，将上清液采用减压蒸馏的方法蒸出乙醇，将蒸馏出的乙醇再进行浓缩，即可得到体积分数90％以上的乙醇。
本发明不仅仅使用于海带加工废弃物，还适用于马尾藻、巨藻、江蓠、裙带菜、紫菜、浒苔等其他海藻加工废弃物。本发明参照实施例进行说明，但保护范围不限于此，在本发明技术范围内具有普通技术人员可以经过简单的变换，而获得本发明同样的技术效果，同样在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种利用海带加工废弃物制备生物乙醇的方法，其特征在于首先将海带加工废弃物用水清洗干净，浸泡12～24h后匀浆10min，然后于121℃下灭菌30min得到预处理液，再按体积比为5～20％加入活化的绿色木霉或/和按重量体积比0.5～1g/L加入纤维素酶来水解糖化预处理液，其中水解糖化条件为45～55℃，pH5～7，水解36～48h后得到糖化液，再将酿酒酵母发酵菌液按照体积比10～20％加入到该糖化液中进行厌氧密闭发酵，发酵温度为25～35℃，发酵时间50～60h即得生物乙醇发酵液，然后将生物乙醇发酵液用尼龙布过滤或离心机6000～8000rpm离心10min，进行发酵液液固分离，最后将上清液采用减压蒸馏的方法蒸出乙醇。
2.如权利要求1所述的利用海带加工废弃物制备生物乙醇的方法，其特征在于上述活化的绿色木霉是用Mandel’s无机盐营养液，在温度30～35℃，pH5～6下培养48～60h制备的。
3.如权利要求1所述的利用海带加工废弃物制备生物乙醇的方法，其特征在于上述的酿酒酵母发酵菌液是将酿酒酵母菌种用酵母基本培养基，在温度30～40℃，pH4～6条件下制备的。
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