CN102094046A - 利用多酶体系细胞培养液制造生物质燃料乙醇的方法 - Google Patents
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Abstract
利用多酶体系细胞培养液制造生物燃料乙醇的方法：(1)产生多酶体系细胞培养液的微生物菌类是真菌、细菌、酵母菌或放线菌；(2)产生多酶体系细胞培养液的培养基选用的原辅材料及其重量份数是：碳源3～40份、氮源1～10份、营养盐1～5份、生长素1～5份、水40～94份；(3)产生多酶体系细胞培养液的定容30～90％；通风量0.1～1.4L/L·min；接种量5～30％；温度20～39℃；pH值3.0～8.5；时间40～150小时；DE值达0.1～20％即可终止培养；将多酶体系细胞培养液与需处理的原材料按体积比0.0001～0.1∶1加到原材料处理工序的处理容器内进行处理。本发明用于制造生物燃料乙醇。
Description
技术领域
本发明涉及生物质燃料乙醇的制造工艺领域，特别是涉及一种利用微生物培养所产生的多酶体系细胞培养液制造生物质燃料乙醇的方法。
背景技术
决定未来生物质燃料乙醇发展前景的关键是成本和技术，决定其成本和技术的核心是利用生物技术解决生物质的利用、酒母的水平、酶制剂的水平及其工艺方法，尤其国内目前生物质燃料乙醇的发展只鼓励开发秸秆、木薯、甜高粱、有机废弃物等非粮生物质原材料来生产燃料乙醇的项目，类似项目受到使用酶制剂成本瓶颈限制而难以形成商业化发展机制。国内外尚无利用多酶体系细胞培养液处理生物质原料来发酵生产燃料乙醇的先例，如果在制造生物质燃料乙醇的生产工艺过程中建立“微生物细胞培养中心”，即可达到利用生物技术解决生物质的利用、酒母的水平、酶的水平及其工艺方法；从而产生超高水平的酒母、产生廉价而又超高水平的多酶体系细胞培养液替代多种昂贵的商品酶制剂，将生物质原材料液化糖化一步处理成可发酵糖，也更有利于原材料的利用、酒母的提高、酶的高水平与多样化、废水利用等新工艺的实施；将突破生物质燃料乙醇的生产成本瓶颈，大大促进生物质燃料乙醇企业真正商业化发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的生产生物燃料乙醇成本高的缺陷，提供一种利用多酶体系细胞培养液制造生物质燃料乙醇的方法，本方法通过在制造生物质燃料乙醇的生产工艺过程中建立“微生物细胞培养中心”以解决生物质的利用、酒母的水平、酶的水平及其工艺方法；从而产生超高水平的酒母、产生廉价而又超高水平的多酶体系细胞培养液替代多种昂贵的商品酶制剂，将生物质原材料液化糖化一步处理成可发酵糖，也更有利于原材料的利用、酒母的提高、酶水平的提高及多样化、废水利用等新工艺的实施；可节省因制造商品酶制剂在分离、纯化、过滤、浓缩或干燥等提取工艺和包装过程以及运输、销售等环节所产生的各种费用，从而在很大程度上降低了生物燃料乙醇的生产成本，该方法在产生多酶体系细胞培养液时能与乙醇发酵共享碳源，提高了设备的利用率，并达到了节能减排的环保效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：利用多酶体系细胞培养液制造生物质燃料乙醇的方法，利用生物质原材料制造生物质燃料乙醇，其生产工序包括微生物细胞培养中心、原材料处理、发酵、蒸馏和脱水，具体方法：
(1)、产生多酶体系细胞培养液的微生物菌类是真菌、细菌、放线菌、酵母菌中一种以上的菌类；
(2)、产生多酶体系细胞培养液的培养基选用的原辅材料及其重量份数是：碳源3～40份、氮源1～10份、营养盐1～5份、生长素1～5份、水40～94份；
(3)、产生多酶体系细胞培养液的工艺步骤如下：
①、将产生多酶体系细胞培养液的原辅材料按其重量份数投入到专用培养器内，多酶体系细胞培养液专用培养器的投料定容为：按培养器容积的30～90％投料；
②、空气经空压机和净化系统输入多酶体系细胞培养液专用培养器内，纯净空气通风量为0.1～1.4L/L·min；
③、将微生物菌种经扩培后的多酶体系细胞菌种液接种到专用培养器内，接种量为5～30％；
④、多酶体系细胞培养液的微生物进行培养采用的培养条件如下：温度为20～39℃；PH值3.0～8.5；培养时间为40～150小时；DE值达0.1～20％即可终止培养；
⑤、将微生物细胞培养中心终止培养后的部分多酶体系细胞培养液与需处理的原材料按体积比0.0001～0.1∶1加到原材料处理工序的处理容器内对需处理的原材料进行处理，采用如下处理条件：温度为30～105℃；PH值为3～10；
(4)、将微生物细胞培养中心的酒母细胞培养液移到发酵工序的发酵罐内；
(5)、原材料处理工序处理后的物料部分移到微生物细胞培养中心工序的培养基中；
(6)、多酶体系细胞培养液使用的培养容器可以是单个容器，也可以是串联或并联多个容器；
(7)、产生多酶体系细胞培养液的酶系有淀粉酶、α-淀粉酶、β-淀粉酶、真菌淀粉酶、异淀粉酶、糖化酶、转移葡萄糖苷酶、纤维素酶、半纤维素酶、木质素酶、木聚糖酶、葡聚糖酶、果胶酶、蛋白酶、脂肪酶、溶菌酶的酶系；
所述方法将微生物细胞培养中心产生多酶体系细胞培养液的过程置入生物质燃料乙醇生产体系内，直接利用微生物的产酶细胞，产生的多酶体系细胞培养液替代了多种商品酶制剂将生物质原材料液化糖化一步水解成可发酵糖来制造生物质燃料乙醇。
在上述技术方案中，所述碳源是淀粉质物料、纤维素质物料、糖质物料中一种以上的物料。
所述氮源是含无机氮、铵盐、硝酸盐、液氨、有机氮、豆饼粉、花生饼粉、麸皮、脲素、胺、酰胺、嘌呤碱、嘧啶碱、蛋白质、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏中一种以上的物料。
所述营养盐是含磷、硫、镁、钾、钠、铁、钙、锌、钴、锰中一种以上离子的混合盐液。
所述生长素是含氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素、玉米浆、生物代谢剂中一种以上的物料。
所述生物质原材料是指淀粉质物料、纤维素质物料、糖质物料中一种以上的物料。
本发明的有益效果是：1、本发明将微生物产生多酶体系细胞培养液的过程置入生物燃料乙醇生产体系内，使制造生物燃料乙醇的原材料处理工序直接利用微生物的产酶细胞，减少了使用商品酶的各开放环节带来的杂菌污染的危险；2、碳源的共享，即在制造生物燃料乙醇的原材料处理后的物料部分也可移到产生多酶体系细胞培养液的培养基中使用，提高了处理设备的利用率；3、在制造生物质燃料乙醇的生产工艺过程中建立“微生物细胞培养中心”方便解决生物质的利用、提高酒母的水平、提高酶的水平和多样化及其优化工艺方法、有利于废水利用等新工艺的实施；4、使用多酶体系细胞培养液将制造生物燃料乙醇的原材料水解成可发酵糖，做到了液化糖化一步到位；5、本发明利用多酶体系细胞培养液替代了多种商品酶制剂，可节省因制造多种商品酶制剂在分离、纯化、过滤、浓缩或干燥等提取工艺和包装过程以及运输、销售等环节所产生的各种费用，从而在很大程度上降低了生物燃料乙醇的生产成本；直接使用多酶体系细胞培养液的成本小于使用多种商品酶制剂成本的50％，只需很短时间就可将投入的技术改造费收回，达到了环保节能的效果。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的实施例1、实施例2、实施例3的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1，参见图1，本实施例所述的一种利用多酶体系细胞培养液制造生物燃料乙醇的方法，利用生物质原材料制造生物燃料乙醇，其生产工序包括微生物细胞培养中心、原材料处理、发酵、蒸馏和脱水，具体方法：
(1)、产生多酶体系细胞培养液的微生物菌类是真菌的菌类；
(2)、产生多酶体系细胞培养液的培养基选用的原辅材料及其重量份数是：碳源40份、氮源10份、营养盐5份、生长素5份、水94份；
(3)、产生多酶体系细胞培养液的工艺步骤如下：
①、将产生多酶体系细胞培养液的原辅材料按其重量份数投入到专用培养器内，多酶体系细胞培养液专用培养器的投料定容为：按培养器容积的70～90％投料；
②、空气经空压机和净化系统输入多酶体系细胞培养液专用培养器内，纯净空气通风量为0.8～1.4L/L·min；
③、将微生物菌种经扩培后的多酶体系细胞菌种液接种到专用培养器内，接种量为30％；
④、多酶体系细胞培养液的微生物进行培养采用的培养条件如下：温度为28～32℃；PH值3.0～4.8；培养时间为80～150小时；DE值达0.1～5％即可终止培养；
⑤、将微生物细胞培养中心终止培养后的多酶体系细胞培养液与需处理的原材料按体积比0.01～0.1∶1加到原材料处理工序的处理容器内对需处理的原材料进行处理，采用如下处理条件：温度为45～60℃；PH值为4.5～5.5；
(4)、将微生物细胞培养中心的酒母细胞培养液移到发酵工序的发酵罐内；
(5)、原材料处理工序处理后的物料部分移到微生物细胞培养中心工序的培养基中；
(6)、多酶体系细胞培养液使用的培养容器可以是单个容器，也可以是串联或并联多个容器；
(7)、产生多酶体系细胞培养液的酶系有淀粉酶、α-淀粉酶、β-淀粉酶、真菌淀粉酶、异淀粉酶、糖化酶、转移葡萄糖苷酶、纤维素酶、半纤维素酶、木质素酶、木聚糖酶、葡聚糖酶、果胶酶、蛋白酶、脂肪酶、溶菌酶的酶系；
所述方法将微生物细胞培养中心产生多酶体系细胞培养液的过程置入生物质燃料乙醇生产体系内，直接利用微生物的产酶细胞，产生的多酶体系细胞培养液替代了多种商品酶制剂将生物质原材料液化糖化一步水解成可发酵糖来制造生物质燃料乙醇。
在上述技术方案中，所述碳源是淀粉质物料、糖质物料中一种以上的物料。
所述氮源是含无机氮、铵盐、硝酸盐、液氨、有机氮、豆饼粉、花生饼粉、麸皮、蛋白质的物料。
所述营养盐是含磷、硫、镁、钾、钠、铁、钙离子的混合盐液。
所述生长素是含玉米浆、生物代谢剂中的物料。
所述生物质原材料是指淀粉质物料、糖质物料。
实施例2，参见图1，本实施例所述的一种利用多酶体系细胞培养液制造生物质燃料乙醇的方法，利用生物质原材料制造生物质燃料乙醇，其生产工序包括微生物细胞培养中心、原材料处理、发酵、蒸馏和脱水，具体方法：
(1)、产生多酶体系细胞培养液的微生物菌类是细菌的菌类；
(2)、产生多酶体系细胞培养液的培养基选用的原辅材料及其重量份数是：碳源3份、氮源1份、营养盐1份、生长素1份、水40份；
(3)、产生多酶体系细胞培养液的工艺步骤如下：
①、将产生多酶体系细胞培养液的原辅材料按其重量份数投入到专用培养器内，多酶体系细胞培养液专用培养器的投料定容为：按培养器容积的30～50％投料；
②、空气经空压机和净化系统输入多酶体系细胞培养液专用培养器内，纯净空气通风量为0.1～0.5L/L·min；
.③、将微生物菌种经扩培后的多酶体系细胞菌种液接种到专用培养器内，接种量为5％；
④、多酶体系细胞培养液的微生物进行培养采用的培养条件如下：温度为35～39℃；PH值5.5～8.5；培养时间为40～50小时；DE值达8～12％即可终止培养；
⑤、将微生物细胞培养中心终止培养后的部分多酶体系细胞培养液与需处理的原材料按体积比0.001～0.01∶1加到原材料处理工序的处理容器内对需处理的原材料进行处理，采用如下处理条件：温度为80～105℃；PH值为6～10；
(4)、将微生物细胞培养中心的多酶体系细胞培养液部分移到回收废水的处理罐中；
(5)、将微生物细胞培养中心的酒母细胞培养液移到发酵工序的发酵罐内；
(6)、原材(4)、将微生物细胞培养中心的酒母细胞培养液移到发酵工序的发酵罐内；
(5)、原材料处理工序处理后的物料部分移到微生物细胞培养中心工序的培养基中；
(6)、多酶体系细胞培养液使用的培养容器可以是单个容器，也可以是串联或并联多个容器；
(7)、产生多酶体系细胞培养液的酶系有淀粉酶、α-淀粉酶、β-淀粉酶、真菌淀粉酶、异淀粉酶、糖化酶、转移葡萄糖苷酶、纤维素酶、半纤维素酶、木质素酶、木聚糖酶、葡聚糖酶、果胶酶、蛋白酶、脂肪酶、溶菌酶的酶系；
所述方法将微生物细胞培养中心产生多酶体系细胞培养液的过程置入生物质燃料乙醇生产体系内，直接利用微生物的产酶细胞，产生的多酶体系细胞培养液替代了多种商品酶制剂将原材料液化糖化一步水解成可发酵糖来制造生物质燃料乙醇。
在上述技术方案中，所述碳源是纤维素质物料、糖质物料中一种以上的物料。
所述氮源是含无机氮、铵盐、硝酸盐、液氨、有机氮、豆饼粉、花生饼粉、麸皮、脲素、胺、酰胺、嘌呤碱、嘧啶碱、蛋白质、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏的物料。
所述营养盐是含磷、硫、镁、钾、钠、铁、钙、锌、钴、锰离子的混合盐液。
所述生长素是含氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素、玉米浆的物料。
所述生物质原材料是指纤维素质物料、糖质物料。
实施例3，参见图1，本实施例所述的一种利用多酶体系细胞培养液制造生物质燃料乙醇的方法，利用生物质原材料制造生物质燃料乙醇，其生产工序包括微生物细胞培养中心、原材料处理、发酵、蒸馏和脱水，具体方法：
(1)、产生多酶体系细胞培养液的微生物菌类是放线菌或酵母菌的菌类；
(2)、产生多酶体系细胞培养液的培养基选用的原辅材料及其重量份数是：碳源20份、氮源50份、营养盐3份、生长素2份、水60份；
(3)、产生多酶体系细胞培养液的工艺步骤如下：
①、将产生多酶体系细胞培养液的原辅材料按其重量份数投入到专用培养器内，多酶体系细胞培养液专用培养器的投料定容为：按培养器容积的50～70％投料；
②、空气经空压机和净化系统输入多酶体系细胞培养液专用培养器内，纯净空气通风量为0.5～1.0L/L·min；
③、将微生物菌种经扩培后的多酶体系细胞菌种液接种到专用培养器内，接种量为15％；
④、多酶体系细胞培养液的微生物进行培养采用的培养条件如下：温度为20～32℃；PH值4.0～6.5；培养时间为50～100小时；DE值达5～12％即可终止培养；
⑤、将微生物细胞培养中心终止培养后的部分多酶体系细胞培养液与需处理的原材料按体积比0.0001～0.001∶1加到原材料处理工序的处理容器内对需处理的原材料进行处理，采用如下处理条件：温度为30～55℃；PH值为3～7；
(4)、将微生物细胞培养中心的酒母细胞培养液移到发酵工序的发酵罐内；
(5)、原材料处理工序处理后的物料部分移到微生物细胞培养中心工序的培养基中；
(6)、多酶体系细胞培养液使用的培养容器可以是单个容器，也可以是串联或并联多个容器；
(7)、产生多酶体系细胞培养液的酶系有淀粉酶、α-淀粉酶、β-淀粉酶、真菌淀粉酶、异淀粉酶、糖化酶、转移葡萄糖苷酶、纤维素酶、半纤维素酶、木质素酶、木聚糖酶、葡聚糖酶、果胶酶、蛋白酶、脂肪酶、溶菌酶的酶系；
所述方法将微生物细胞培养中心产生多酶体系细胞培养液的过程置入生物质燃料乙醇生产体系内，直接利用微生物的产酶细胞，产生的多酶体系细胞培养液替代了多种商品酶制剂将原材料液化糖化一步水解成可发酵糖来制造生物质燃料乙醇。
在上述技术方案中，所述碳源是淀粉质物料、纤维素质物料、糖质物料。
所述氮源是含无机氮、铵盐、硝酸盐、液氨、有机氮、豆饼粉、花生饼粉、麸皮、脲素、胺、酰胺、嘌呤碱、嘧啶碱、蛋白质、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏的物料。
所述营养盐是含磷、硫、镁、钾、钠、铁、钙、锌、钴、锰离子的混合盐液。
所述生长素是含氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素、玉米浆、生物代谢剂的物料。
所述生物质原材料是指淀粉质物料、纤维素质物料、糖质物料。
以上所述仅是本发明的三个优选实施例，并非用来限制本发明，凡其类似的实施例与近似的利用多酶体系细胞培养液制造生物质燃料乙醇的方法，都应涵盖于本发明专利的保护范围。
Claims (6)
1.利用多酶体系细胞培养液制造生物质燃料乙醇的方法，利用生物质原材料制造生物质燃料乙醇，其生产工序包括微生物细胞培养中心、原材料处理、发酵、蒸馏和脱水，具体方法：
(1)、产生多酶体系细胞培养液的微生物菌类是真菌、细菌、放线菌、酵母菌中一种以上的菌类；
(2)、产生多酶体系细胞培养液的培养基选用的原辅材料及其重量份数是：碳源3～40份、氮源1～10份、营养盐1～5份、生长素1～5份、水40～94份；
(3)、产生多酶体系细胞培养液的工艺步骤如下：
①、将产生多酶体系细胞培养液的原辅材料按其重量份数投入到专用培养器内，多酶体系细胞培养液专用培养器的投料定容为：按培养器容积的30～90％投料；
②、空气经空压机和净化系统输入多酶体系细胞培养液专用培养器内，纯净空气通风量为0.1～1.4L/L·min；
③、将微生物菌种经扩培后的多酶体系细胞菌种液接种到专用培养器内，接种量为5～30％；
④、多酶体系细胞培养液的微生物进行培养采用的培养条件如下：温度为20～39℃；PH值3.0～8.5；培养时间为40～150小时；DE值达0.1～20％即可终止培养；
其特征是：
⑤、将微生物细胞培养中心终止培养后的部分多酶体系细胞培养液与需处理的原材料按体积比0.0001～0.1∶1加到原材料处理工序的处理容器内对需处理的原材料进行处理，采用如下处理条件：温度为30～105℃；PH值为3～10；
(4)、将微生物细胞培养中心的酒母细胞培养液移到发酵工序的发酵罐内；
(5)、原材料处理工序处理后的物料部分移到微生物细胞培养中心工序的培养基中；
(6)、多酶体系细胞培养液使用的培养容器可以是单个容器，也可以是串联或并联多个容器；
(7)、产生多酶体系细胞培养液的酶系有淀粉酶、α-淀粉酶、β-淀粉酶、真菌淀粉酶、异淀粉酶、糖化酶、转移葡萄糖苷酶、纤维素酶、半纤维素酶、木质素酶、木聚糖酶、葡聚糖酶、果胶酶、蛋白酶、脂肪酶、溶菌酶中一种以上的酶系；
所述方法将微生物细胞培养中心产生多酶体系细胞培养液的过程置入生物质燃料乙醇生产体系内，直接利用微生物的产酶细胞，产生的多酶体系细胞培养液替代了多种商品酶制剂将原材料液化糖化一步水解成可发酵糖来制造生物质燃料乙醇。
2.根据权利要求1所述的利用多酶体系细胞培养液制造生物燃料乙醇的方法，其特征是：所述碳源是淀粉质物料、纤维素质物料、糖质物料中一种以上的物料。
3.根据权利要求1所述的利用多酶体系细胞培养液制造生物燃料乙醇的方法，其特征是：所述氮源是含无机氮、铵盐、硝酸盐、液氨、有机氮、豆饼粉、花生饼粉、麸皮、脲素、胺、酰胺、嘌呤碱、嘧啶碱、蛋白质、蛋白胨、牛肉膏、酵母膏中一种以上的物料。
4.根据权利要求1所述的利用多酶体系细胞培养液制造生物燃料乙醇的方法，其特征是：所述营养盐是含磷、硫、镁、钾、钠、铁、钙、锌、钴、锰中一种以上离子的混合盐液。
5.根据权利要求1所述的利用多酶体系细胞培养液制造生物燃料乙醇的方法，其特征是：所述生长素是含氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素、玉米浆、生物代谢剂中一种以上的物料。
6.根据权利要求1所述的利用多酶体系细胞培养液制造生物燃料乙醇的方法，其特征是：所述生物质原材料是指淀粉质物料、纤维素质物料、糖质物料中一种以上的物料。
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| WO1992016615A1 (en) * | 1991-03-18 | 1992-10-01 | University Of Florida | Ethanol production by recombinant hosts |
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