CN102206681A - 一种海藻加工废弃物同步发酵产乙醇的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种海藻加工废弃物同步发酵产乙醇的方法。通过对海藻加工废弃物漂洗、粉碎、过筛后，加水配置混悬液并调节体系至适当的pH值，补充必须的营养盐。控制体系温度，然后加入复合降解酶液，并接种高温酿酒酵母，以达到在厌氧条件、短时、高效实现海藻加工废弃物的糖链酶解和乙醇发酵同步进行。该方法兼具有设备简单、方法简便、操作快速、处理周期短和生产成本低等特点。
Description
技术领域
本发明涉及海洋生物技术领域，具体是指一种利用海藻加工废弃物同步发酵产乙醇的方法。
背景技术
化石能源的枯竭以及环境污染问题的严峻性引起了世界各国的广泛关注，生物乙醇的清洁性和能源可替代性得到了世界的认可。现行生物乙醇主要是利用农作物作为原料进行生产，很大程度上影响世界人口的粮食安全。第二代燃料乙醇的出现，将是未来生物乙醇发展的方向，它摆脱了与人争粮争地的尴尬局面。在我国或世界上，第二代生物质原料(农作物秸秆、农业加工副产品、灌木能源林纤维素)可以说是到处可见的廉价材料。然而，以海洋为特色的生物资源为原料开发生物乙醇的研究较少，且具有较为广阔的前景。
海洋来源海藻藻体结构独特，相比陆生来源生物质具有结构优势。使得生物质能转化具有诸多优势：如木质素含量较低、特征性糖链的降解减轻对木质素的去除；同时避免了木质素降解产物对后续发酵的抑制作用等。海洋藻类资源丰富，为生物能源产业化提供了取之不尽，用之不竭的物质来源。我国目前已经形成了以褐藻胶、甘露醇、碘为主要产品的海藻藻工业产品体系。海藻的工业利用率仅为30％，还有约2/3的海藻成分尚未利用。长久以来，大部分海藻废渣堆弃，没有得到充分利用，不仅其潜在经济价值没有得到发挥，而且对周边环境造成巨大压力。
据文献及资料显示，目前对海藻废弃物发酵产乙醇研究处于探索阶段，在前处理方法、糖化工艺及乙醇发酵过程等方面尚存在不足。如缪锦来等人在《利用海带加工废弃物制备生物乙醇的方法》中通过原料预处理后利用酿酒酵母产乙醇，其缺陷在于预处理需高温高压，对设备要求较高，且乙醇产率较低；牟海津等人在《一种以海藻加工废弃物为原料的生物乙醇的制备方法》中通过前处理添加稀硫酸或过氧化氢，这对设备耐受性要求高，同时糖化和发酵分步进行，使得转化周期较长。
跟据本发明人通过查阅资料和文献检索所知，目前没有关于利用海藻加工废弃物进行同步发酵生产乙醇方面的研究报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种海藻加工废弃物同步发酵产乙醇的方法。
为了实现本发明目的，本发明提供的海藻加工废弃物同步发酵乙醇的方法，包括以下步骤：
(1)首先用水对海藻加工废弃物进行漂洗，除去盐分和泥沙等杂质；
(2)对步骤(1)所得的海藻加工废弃物进行粉碎处理，用粉碎机处理，使其粒径至20-80目大小；
(3)高温酿酒酵母菌种子液的制备：向已灭菌的液体种子培养基中接取一环高温酿酒酵母菌，30℃振荡培养24小时即得到高温酿酒酵母菌种子液；
(4)将步骤(2)所得的海藻加工废弃物投入到发酵装置，并加水制成一定浓度的混悬液；
(5)向步骤(4)中的混悬液体系添加适量的酸或碱，调节体系pH至4.0-6.0；
(6)向步骤(5)中的体系添加营养盐；
(7)向步骤(6)中的体系添加复合降解酶液，同时添加一定体积步骤(3)所得的高温酿酒酵母菌种子液；
(8)控制步骤(7)中的体系温度，厌氧同步发酵24-48小时；
(9)发酵液蒸馏得到生物乙醇。
所述的海藻加工废弃物为海藻化学工业中生产褐藻胶、琼胶、卡拉胶、海藻糖胶过程中形成的各类固体废弃物。
所述的用于调节体系pH的酸可以是硫酸、盐酸或磷酸；碱可以是氢氧化钾或氢氧化钠。
所述的营养盐组成为：向每1L反应液中添加的尿素0.5-10g，七水硫酸亚铁0.05-1.0g，硫酸镁0.2-2.0g，硫酸铵0.5-10g，磷酸氢二钾0.2-2g，磷酸二氢钾0.2-5g
所述复合降解酶液配制：首先取100g纤维素酶粉溶解于1L水中并震荡摇匀。复合降解酶液组成按纤维素酶、纤维二糖酶、果胶酶体积比为4∶1∶2的比例配制混合液。其中的纤维素酶量按10-200FPU/克底物加入至体系。
所述的酶均购自市场常见的纤维素酶、纤维二糖酶、果胶酶。
所述的酵母菌购自市场上常见的高温酿酒酵母。
所述的同步发酵体系温度为35-45℃。
本发明是有关利用海藻加工废弃物同步发酵产乙醇的方法，该方法主要体现在对海藻加工废弃物的糖链酶解和乙醇发酵同步进行。其特征在于选择海藻加工废弃物为原料，经过漂洗、粉碎、过筛后，并调节体系至适当pH值，补充必须营养盐。控制体系温度，然后加入复合降解酶液，并接种高温酿酒酵母，以达到在厌氧条件、短时、高效实现海藻加工废弃物的糖链酶解和乙醇发酵同步进行。
本发明的特点是：(1)该反应体系的同步发酵过程提高了特征糖链的酶解效率。相比分步发酵，同步发酵使得体系酶解产生的还原糖能够及时并充分的被酵母菌所利用，从而使得复合降解酶液维持较高的酶切速率。(2)复合降解酶液与高温酿酒酵母菌在该发明的体系条件下可以达到很好的兼容。这表现在酶分子对酵母菌体无任何抑制或破坏，同时在体系中酶解产生的还原糖能够及时被酵母菌利用并转化为乙醇。在该同步发酵过程中，还原糖始终保持在很低的水平，而乙醇浓度在发酵周期内保持增加。该同步发酵体系处理周期24-48小时。(3)该方法兼具有操作快速、方法简便、生产成本低的特点。与海藻废弃物的分步法发酵乙醇相比，该方法获得的乙醇产率可以提高10％以上，处理周期缩短2-4天，能耗显著降低。
具体实施方式
实施例一：
(1)海藻加工废弃物漂洗：将海藻加工废弃物加水浸泡，用水冲洗除沙子，反复冲洗三到四次。
(2)海藻加工废弃物粉碎：用粉碎机对海藻加工废弃物进行处理3-5分钟，粉碎至粒径20-80目大小。
(3)将处理好的海藻加工废弃物投入到发酵装置中与水混合制成10％(质量体积比)浓度的混悬液。
(4)高温酿酒酵母菌种子液的制备：首先配置液体种子培养基。马铃薯去皮，取100g切成块煮沸15min，然后用纱布过滤，再加入10g蔗糖搅拌混匀后补水制500ml，分装三角瓶封口至于115℃，30min灭菌。灭菌后用接种环向液体种子培养基中接取一环高温酿酒酵母菌，30℃振荡培养24小时即得到高温酿酒酵母菌种子液。
(5)向发酵体系中添加1M硫酸，调节混悬液体系的pH至4.5。
(6)向发酵体系中添加营养盐，加入0.1％的尿素，0.01％的七水硫酸亚铁，0.1％的硫酸镁，0.1％的硫酸铵，0.05％的磷酸氢二钾，0.25％的磷酸二氢钾。
(7)向体系中添加复合降解酶液。其中的纤维素酶加入量控制在100FPIU/克底物。同时向体系中接种10％的高温酿酒酵母菌种子液，
(8)控制恒定反应体系温度42℃，同步发酵48小时。
(9)发酵液蒸馏得到生物乙醇。
海藻加工废弃物经同步发酵实现乙醇转化率为0.132g/g(原料)
实施例二：
(1)海藻废渣漂洗：将海藻废渣加水浸泡，用水反复冲洗三到四次。
(2)海藻废渣的粉碎：用粉碎机对海藻废渣进行粉碎处理，处理3-5分钟，使其粒径粉碎至20-80目大小。
(3)将处理好的海藻加工废弃物投入到发酵装置中与水混合制成5％(质量体积比)浓度的混悬液。
(4)高温酿酒酵母菌种子液的制备：首先配置液体种子培养基。马铃薯去皮，取100g切成块煮沸15min，然后用纱布过滤，再加入10g蔗糖搅拌混匀后补水制500ml，分装三角瓶封口至于115℃，30min灭菌。灭菌后用接种环向液体种子培养基中接取一环高温酿酒酵母菌，30℃振荡培养24小时即得到高温酿酒酵母菌种子液。
(5)向发酵体系中添加1M盐酸，调节混悬液体系的pH至5.5。
(6)向发酵体系中添加营养盐，加入0.1％的尿素，0.01％的七水硫酸亚铁，0.1％的硫酸镁，0.1％的硫酸铵，0.05％的磷酸氢二钾，0.25％的磷酸二氢钾。
(7)向体系中添加复合降解酶液。其中的纤维素酶加入量控制在50FPIU/克底物。同时向体系中接种10％的高温酿酒酵母菌种子液，
(8)控制恒定反应体系温度40℃，同步发酵48小时。
(9)发酵液蒸馏得到生物乙醇。
海藻加工废弃物经同步发酵实现乙醇转化率为0.119g/g(原料)
实施例三：
(1)海带加工废渣漂洗：加水浸泡，用水反复冲洗三到四次。
(2)粉碎：用粉碎机对海带加工废渣进行粉碎处理，处理3-5分钟，使其粒径粉碎至20-80目大小。
(3)将处理好的粉碎颗粒投入到发酵装置中与水混合制成2.5％(质量体积比)浓度的混悬液。
(4)高温酿酒酵母菌种子液的制备：首先配置液体种子培养基。马铃薯去皮，取100g切成块煮沸15min，然后用纱布过滤，再加入10g蔗糖搅拌混匀后补水制500ml，分装三角瓶封口至于115℃，30min灭菌。灭菌后用接种环向液体种子培养基中接取一环高温酿酒酵母菌，30℃振荡培养24小时即得到高温酿酒酵母菌种子液。
(5)向发酵装置体系中添加1M磷酸，调节混悬液体系的pH至5.0。
(6)向发酵体系中添加营养盐，加入0.1％的尿素，0.01％的七水硫酸亚铁，0.1％的硫酸镁，0.1％的硫酸铵，0.05％的磷酸氢二钾，0.25％的磷酸二氢钾。
(7)向体系中添加复合降解酶液。其中的纤维素酶加入量控制在200FPIU/克底物。同时向体系中接种10％的高温酿酒酵母菌种子液，
(8)控制恒定反应体系温度40℃，同步发酵24小时。
(9)发酵液蒸馏得到生物乙醇。
海藻加工废弃物经同步发酵实现乙醇转化率为0.128g/g(原料)。
Claims (2)
1.一种海藻加工废弃物同步发酵产乙醇的方法，其特征在于选择海藻加工废弃物，经过漂洗、粉碎、加水制成混悬液，通过加酸或加碱调节体系pH值4.0-6.0，向该体系补充必须的营养盐，然后加入适量的复合降解酶液。酶解的同时接种其体积百分比为5-15％的高温酿酒酵母菌种子液，在厌氧条件下，体系温度为35-45℃，发酵周期为24-48h进行糖化与酵解同步的乙醇发酵。
2.根据权利要求1所述的一种海藻加工废弃物同步发酵产乙醇的方法，其特征在于：所述的pH为4.5，营养盐为0.1％的尿素、0.01％的七水硫酸亚铁、0.1％的硫酸镁、0.1％的硫酸铵、0.05％的磷酸氢二钾、0.25％的磷酸二氢钾，复合降解酶为纤维素酶100FPIU/克底物、纤维二糖酶25U/克底物、果胶酶200U/克底物，接种体积百分比为10％的高温酿酒酵母菌种子液，体系温度为42℃，发酵周期为48h。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102660584A (zh) * | 2012-03-31 | 2012-09-12 | 中国海洋大学 | 一种利用海洋脱硫酸基卡拉胶进行乙醇转化方法 |
| CN103290066A (zh) * | 2012-02-25 | 2013-09-11 | 中山火炬职业技术学院 | 一种荔枝核龙眼核生产酒精工艺 |
-
2011
- 2011-03-16 CN CN2011100748038A patent/CN102206681A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN103290066A (zh) * | 2012-02-25 | 2013-09-11 | 中山火炬职业技术学院 | 一种荔枝核龙眼核生产酒精工艺 |
| CN102660584A (zh) * | 2012-03-31 | 2012-09-12 | 中国海洋大学 | 一种利用海洋脱硫酸基卡拉胶进行乙醇转化方法 |
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