CN102321722B - 一种利用餐厨垃圾生产燃料乙醇的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用餐厨垃圾生产燃料乙醇的方法，本发明利用餐厨垃圾生产燃料乙醇属于生物技术领域，旨在减少餐厨垃圾对环境的污染，同时变废为宝，将餐厨垃圾进行资源化利用。本方法利用餐厨垃圾含有丰富的淀粉、纤维素、脂肪、蛋白质等物质，通过生物菌液及酶制剂对其进行综合作用，生物菌液包含地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种、酿酒酵母和毕赤酵母。酶制剂包含如下成分：淀粉酶，纤维素酶，脂肪酶，蛋白酶、果胶酶和糖化酶，最后入发酵罐25-32℃保温发酵48-80小时，将发酵好的缪液进行蒸馏，精馏，即得燃料乙醇。
Description
技术领域：
本发明属于生物技术领域，具体涉及利用生物技术的方法即生物菌液及酶制剂共同处理餐厨垃圾，生产燃料乙醇。
背景技术：
餐厨垃圾是指剩饭、剩菜、蔬菜的根叶、瓜果的皮核、废弃的动物组织等，其成分主要是糖类、脂肪、蛋白质、盐分、水等，营养丰富。长期以来，餐厨垃圾在我国一直作为生猪的饲料，并通过市场自行寻找出路，这种处理方式存在很多问题：一.垃圾含水率高，流动性大，容易泄露，造成二次污染。二.垃圾车影响城市日常交通并污染环境。三.垃圾未经任何处理，喂出猪的卫生情况令人担忧，容易导致口蹄疫等疾病的产生。而随着我国社会、经济的发展和人们生活水平的不断提高，人们的居家饮食以及去饭店消费的数量和质量也明显的提高，餐厨垃圾的数量必将继续攀升。
由于餐厨垃圾含有丰富的淀粉、纤维素、蛋白质等物质，对其进行合理的利用，不仅可以减少对环境的污染，而且可以变废为宝，对其进行资源化利用。中国专利200710017960.9公布了“一种餐厨垃圾资源化利用方法”，就已提出了很好的处理方法，但在污染排放等方面存在缺陷，而中国专利ZL03117223.7发明了一种利用富含纤维素和半纤维素的有机废弃物生产燃料乙醇的方法，需要耐酸、耐压，这对设备的要求较高，且可操作性差。
本发明是通过生物技术的方法即利用生物菌液及酶制剂共同处理餐厨垃圾，入发酵罐进行固态发酵来生产燃料乙醇，具有生产成本低、易操作等优点，而且可以很好的解决污染等问题，同时也提出了一种制备能源的新技术，应用前景广泛，具有重大的经济、社会和环境效益。
发明内容：
本发明解决的技术问题是提供一种利用餐厨垃圾生产燃料乙醇的方法。
利用餐厨垃圾生产燃料乙醇的方法如下：包括如下步骤：
餐厨垃圾中添加质量比为1-5％的生物菌液和0.1-0.6％的混合酶制剂，添加有生物菌液和混合酶制剂的餐厨垃圾加入发酵罐，25-32℃封闭发酵48-80小时，发酵后缪液入蒸馏塔中蒸馏提取酒精；所述生物菌液为地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌、德氏乳杆菌保加利亚亚种、酿酒酵母和发酵毕赤酵母菌液；所述混合酶制剂由淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶、蛋白酶、果胶酶和糖化酶组成。
所述混合酶制剂的质量比例为淀粉酶∶纤维素酶∶脂肪酶∶蛋白酶∶果胶酶∶糖化酶为0.8-1.2∶1.0-1.2∶0.8-1.0∶1.0-1.4∶0.8-1.2∶0.6-0.8。
所述地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌、德氏乳杆菌保加利亚亚种、酿酒酵母和发酵毕赤酵母菌菌体浓度均在4×108个/ml至8×108个/ml。
所述酶制剂的比例优选如下比例：淀粉酶∶纤维素酶∶脂肪酶∶蛋白酶∶果胶酶∶糖化酶为1.0∶1.1∶0.9∶1.3∶1.0∶0.7。
生物菌液中各菌的组分为任意比例；
生物菌液中各菌液添加量为餐厨垃圾质量比例的0.25％、0.4％或0.5％。
所述地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌、德氏乳杆菌保加利亚亚种、酿酒酵母和发酵毕赤酵母菌采用常规菌株培养方法经斜面、一二级摇瓶培养获得。
由于餐厨垃圾富含淀粉、纤维素、脂肪、蛋白质等有机物质，所以运用生物技术的方法能够有效处理富含有机物质的餐厨垃圾，最终达到利用餐厨垃圾发酵产酒精的目的。
有益效果：
本发明充分利用了已对环境造成污染的餐厨垃圾，根据餐厨垃圾富含淀粉、纤维素、蛋白质等特点，通过生物技术的方法处理餐厨垃圾，即利用筛选得到的可以发酵产酒精的酵母菌株，利用被降解成小分子的营养物质，能够迅速生长繁殖，在厌氧条件下，在自身产生的酒化酶作用下，将糖转化成乙醇和二氧化碳，来生产燃料乙醇。将发酵后的缪液进行蒸馏和精馏，制得的燃料乙醇的酒精度可达8.2°以上，经换算，每100克餐厨垃圾能够产生100-150ML 6°及以上浓度酒精。
据相关统计，在我国，每一万人能够在一天产生出1吨餐厨垃圾，我国每天会产生16万吨的餐厨垃圾，而按照传统的利用玉米生产燃料乙醇，每3吨玉米可以生产1吨燃料乙醇来计算，每天利用产生的餐厨垃圾制备燃料可以节省288吨玉米，每年可以节省10万余吨的玉米，这对缓解和节约我国粮食危机及环境保护方面具有重大的意义。
运用生物技术方法对餐厨垃圾进行处理，符合无害化、资源化、减量化的处理原则，既减少了对环境的污染，同时又变废为宝，将餐厨垃圾进行了资源化利用，提出了一项制备能源的新技术。该法与利用玉米生产燃料乙醇的传统方法相比，既降低了生产成本，又减少了对环境的污染，具有广泛的应用前景，是一项切实可行的新技术。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限制性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例1
向4千克餐厨垃圾当中加入生物菌液和酶制剂。生物菌液，其包含如下成分：地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种、酿酒酵母和发酵毕赤酵母菌液，其添加的质量比例各为0.25％。其中，地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种的菌体浓度在7×108个/ml至8×108个/ml；酿酒酵母和发酵毕赤酵母菌液的菌体浓度在6×108个/ml至7×108个/ml。添加质量比为0.4％的混合酶制剂，酶制剂的组成为：淀粉酶(200000u/g)，纤维素酶(200000u/g)，脂肪酶(100000u/g)，蛋白酶(100000u/g)，脂肪酶(100000u/g)，果胶酶(100000u/g)，糖化酶(200000u/g)。
酶制剂的组成质量比例为淀粉酶∶纤维素酶∶脂肪酶∶蛋白酶∶果胶酶∶糖化酶为1.0∶11∶0.9∶1.3∶1.0∶0.7。然后将加入生物菌液及酶制剂的料液入发酵罐相对封闭28℃保温发酵48小时。最后将发酵好的缪液入蒸馏塔中进行蒸馏，制得粗乙醇液体，经精馏塔和分子筛塔的处理，即得成品燃料乙醇。经酒精计测定后查阅温度和酒精度换算表可知，制得的燃料乙醇的酒精度可达10.1°，经换算，每100克餐厨垃圾能够产生140ML 6°的酒精。
本例中地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、巨大芽孢杆菌(Paenibacillus larvael)、纳豆芽孢杆菌(Bacillus natto)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum)和德氏乳杆菌保加利亚亚种(Lactobacillus delbrucckii subsp.bulgaricus)、酿酒酵母(saccharomyces cerevisiae)和发酵毕赤酵母菌种(pichia fermentans)，购于中国普通微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址位于北京市朝阳区北辰西路1号院3号，邮编100101，保藏编号分别为CGMCC No1.106，No1.941，No1.1086，No1.1630，No1.124，No1.1482，No2.2081，No2.1838。
1.生物菌株一级种子和二级种子培养
一级种子培养：肉汤培养基固态斜面活化地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌，植物乳杆菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种六株菌，37℃培养24小时。YEPD培养基固态斜面活化酿酒酵母和发酵毕赤酵母，28℃培养24小时。
二级种子培养：将地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌，植物乳杆菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种接种至肉汤液体培养基500ml三角瓶中，装液量50ml，在37℃，150r/min条件下摇床中培养18小时。经涂布营养琼脂平板，计算得各细菌菌体浓度为6×108个/ml至8×108个/ml。经涂布YEPD平板，计算得酿酒酵母和发酵毕赤酵母菌液的菌体浓度在6×108个/ml至7×108个/ml。
实施例2
向4千克餐厨垃圾当中加入生物菌液和酶制剂。生物菌液，其包含如下成分：地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种、酿酒酵母和发酵毕赤酵母菌，其添加比例各为0.4％，其中，地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种的菌体浓度在7×108个/ml至8×108个/ml；酿酒酵母和发酵毕赤酵母菌液的菌体浓度在6×108个/ml至7×108个/ml。
添加质量比为0.6％的混合酶制剂，酶制剂的组成为：淀粉酶(200000u/g)，纤维素酶(200000u/g)，脂肪酶(100000u/g)，蛋白酶(100000u/g)，脂肪酶(100000u/g)，果胶酶(100000u/g)，糖化酶(200000u/g)。
酶制剂的组成质量比例为淀粉酶∶纤维素酶∶脂肪酶∶蛋白酶∶果胶酶∶糖化酶为1.2∶1.2∶1.0∶1.4∶1.1∶0.7。然后将加入生物菌液及酶制剂的料液入发酵罐相对封闭30℃保温发酵60小时。最后将发酵好的缪液入蒸馏塔中进行蒸馏，制得粗乙醇液体，经精馏塔和分子筛塔的处理，即得成品燃料乙醇。经酒精计测定后查阅温度和酒精度换算表可知，制得的燃料乙醇的酒精度可达9.1°，经换算，每100克餐厨垃圾能够产生130ML 7°的酒精。
实施例3
向4千克餐厨垃圾当中加入生物菌液和酶制剂。生物菌液，其包含如下成分：地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种、酿酒酵母和发酵毕赤酵母菌，其添加比例各为0.5％，其中，地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种的菌体浓度在7×108个/ml至8×108个/ml；酿酒酵母和发酵毕赤酵母菌液的菌体浓度在6×108个/ml至7×108个/ml。。添加质量比为0.6％的混合酶制剂，酶制剂的组成质量比例为淀粉酶∶纤维素酶∶脂肪酶∶蛋白酶∶果胶酶∶糖化酶为0.8∶1.0∶0.8∶1.0∶0.8∶0.6。然后将加入生物菌液及酶制剂的料液入发酵罐相对封闭28℃保温发酵72小时。最后将发酵好的缪液入蒸馏塔中进行蒸馏，制得粗乙醇液体，经精馏塔和分子筛塔的处理，即得成品燃料乙醇。经酒精计测定后查阅温度和酒精度换算表可知，制得的燃料乙醇的酒精度可达8.2°，经换算，每100克餐厨垃圾能够产生110ML 6°的酒精。
Claims (3)
1.一种利用餐厨垃圾生产燃料乙醇的方法，包括如下步骤：餐厨垃圾中添加质量比为1-5％的生物菌液和0.1-0.6％的混合酶制剂，添加有生物菌液和混合酶制剂的餐厨垃圾加入发酵罐，25-32℃封闭发酵48-80小时，发酵后缪液入蒸馏塔中蒸馏提取酒精；所述生物菌液包含：地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种、酿酒酵母和毕赤酵母菌；所述地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌、德氏乳杆菌保加利亚亚种、酿酒酵母和发酵毕赤酵母菌的菌体浓度均为4×108个/ml至8×108个/ml，且按餐厨垃圾质量各菌种以等比例添加，所述混合酶制剂由淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶、蛋白酶、果胶酶和糖化酶组成，质量比例为淀粉酶∶纤维素酶∶脂肪酶∶蛋白酶∶果胶酶∶糖化酶为0.8-1.2∶1.0-1.2∶0.8-1.0∶1.0-1.4∶0.8-1.2∶0.6-0.8。
2.如权1所述利用餐厨垃圾生产燃料乙醇的方法，其特征在于各菌液添加量均为餐厨垃圾质量比例的0.25％、0.4％或0.5％；
3.如权1所述利用餐厨垃圾生产燃料乙醇的方法，其特征在于所述酶制剂的比例为淀粉酶∶纤维素酶∶脂肪酶∶蛋白酶∶果胶酶∶糖化酶为1.0∶1.1∶0.9∶1.3∶1.0∶0.7。
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