CN102433315A - 一种用啤酒糟制备纤维素酶和活性炭的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于固体废弃物资源再利用技术领域，涉及一种用啤酒糟制备纤维素酶和活性炭的方法，啤酒糟经脱水干燥后粉碎为粒状，选取啤酒糟与麦麸混合搅拌均匀，再经灭菌后作为固体发酵培养基；在固体发酵培养基中添加氮源后，按水∶固体发酵培养基＝1-3∶1的重量比加水后在无菌条件下，将培养好的接种菌株加至上述固体发酵培养基中，恒温静置发酵后，再经干燥和研磨粉碎制得粗酶粉；再将粗酶粉经浸提、离心过滤和精制后得纤维素酶；然后再将剩余糟渣经炭化、活化后工艺制备成吸附用粉状活性炭；其工艺简单，原理可靠，成本低，资源利用率高，产品质量好，应用性强，环境友好。
Description
技术领域：
本发明属于固体废弃物资源再利用技术领域，涉及一种基于啤酒糟梯级化利用制备纤维素酶和活性炭的技术方法，特别是一种用啤酒糟制备纤维素酶和活性炭的方法。
背景技术：
目前，我国已成为世界上第一个啤酒生产大国，其生产过程中啤酒糟的产量巨大，2010年我国啤酒糟产量约达900万吨湿糟，据测试，现有技术工艺中产生的啤酒糟具有较高的利用价值，其高值资源化技术是啤酒行业建立循环经济的重要途径之一。在发达国家，由于受到环境保护法的严格制约，啤酒糟的开发利用得到高度重视，一些研究人员利用啤酒糟发酵生产畜类饲料、调味品，从啤酒糟中提取抗氧化类药物及蛋白产品，或者将啤酒糟处理后作为食品添加剂等等，大大提高了啤酒糟的商用价值。美国专利(US Pat.5156877)中提出了将啤酒糟通过机械挤压、筛分、浓相干燥的办法制备高蛋白质产品；美国专利(US Pat.5006337)提出从啤酒糟中提取抗氧化类药物和化妆品制剂；日本和美国的研究者均提出了通过将湿态啤酒糟压碎，制成浆料，过滤，从滤液中分离出高固相，再经干燥制备生物蛋白的方法(CN 1120396，US005156877A)。上述对啤酒糟的利用技术方案可大大提高啤酒糟的商业价值，降低环境污染，但其利用基本上属于单级利用，一方面不能实现完全资源化利用，另一方面某些产品的附加值较低。对于一些高附加值产品因其单级利用，利用后的残渣仍需要进一步处理，有些可能造成二次污染等。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有啤酒糟资源再利用单一化的缺点，寻求设计一种啤酒糟梯级化利用方法，该方法以啤酒糟为原料，通过固体发酵开发上游产品纤维素酶，再利用废渣继续开发制备成下游产品活性炭。
为了实现上述目的，本发明以工业生产中的啤酒糟为原料，经脱水干燥后粉碎为35～40目粒状，选取干燥粒状啤酒糟重量比为100份与重量比为10～50份的麦麸混合搅拌均匀，再经灭菌后作为固体发酵培养基；在固体发酵培养基中添加氮源后，按水∶固体发酵培养基＝1-3∶1的重量比加水后在无菌条件下，将培养好的接种菌株加至上述固体发酵培养基中，20～30℃恒温静置发酵2～10天后，再经40～60℃干燥24小时，然后研磨粉碎制得粗酶粉；再将粗酶粉经浸提、离心过滤和精制后得纤维素酶；然后再将剩余糟渣经炭化、活化后工艺制备成吸附用粉状活性炭；其炭化条件为氮气保护下，温度为300-600℃，炭化时间30-240分钟；活化条件为温度为800-1000℃，以二氧化碳作为保护气，活化时间30-360分钟。
本发明所述的纤维素酶为液态或固态产品；所述的恒温静置发酵采用固态发酵工艺，其接种菌株为黑曲霉；所述的氮源为硫酸铵、磷酸氢二铵、尿素或蛋白胨。
本发明与现有技术相比，对啤酒糟的资源化利用实现高附加值产品纤维素酶的制备，又实现对一级利用后的残渣的梯级利用，制备活性炭产品；其技术工艺简单，原理安全可靠，生产成本低，资源有效利用率高，制备的产品质量好，应用性强，整个生产过程环保性好。
具体实施方式：
下面通过实施例进一步说明本发明：
实施例1：
本实施例的具体方案中的选用的原料为普通工业啤酒糟，将啤酒糟干燥，粉碎为35-40目，啤酒糟和麸皮重量比例为8∶2作为培养基，水料比为1∶1，在无菌条件下，取1mL黑曲霉孢子悬液加至上述培养基中，27℃恒温静置培养5天，发酵结束后于50℃干燥24h，研磨粉碎，制成粗酶粉；称取上述粗酶粉0.5g，加入25mL浓度为0.2mol/L和pH值为4.6的醋酸缓冲液和2g直径为0.1mm的玻璃珠，室温条件下浸提1h后离心过滤，得粗酶液；所制备纤维素酶的滤纸酶活(FPA)和羧甲基纤维素酶活(CMCA)分别为56.9475nkat和612.5430nkat。
实施例2：
本实施例将啤酒糟干燥，粉碎为35-40目，啤酒糟和麸皮按重量比例为8∶2作为培养基，水料比为3∶1，在无菌条件下，取1mL黑曲霉孢子悬液至上述培养基中，27℃恒温静置培养5天，发酵结束后于50℃干燥24h，研磨粉碎，制成粗酶粉。称取上述粗酶粉0.5g，加入25mL浓度为0.2mol/L和pH值为4.6的醋酸缓冲液和2g直径为0.1mm的玻璃珠，室温浸提1h后离心过滤，得粗酶液；所制备纤维素酶的滤纸酶活(FPA)和羧甲基纤维素酶活(CMCA)分别为33.3712nkat和359.5627nkat。
实施例3：
本实施例将啤酒糟干燥，粉碎为35-40目，啤酒糟和麸皮重量比例为8∶2作为培养基，水料比为1.5∶1，添加(NH4)2SO4为氮源，在无菌条件下，取1mL黑曲霉孢子悬液至上述培养基中，27℃恒温静置培养5天，发酵结束后于50℃干燥24h，研磨粉碎，制成粗酶粉；称取上述粗酶粉0.5g，加入25mL浓度为0.2mol/L和pH值为4.6的醋酸缓冲液和2g直径为0.1mm的玻璃珠，室温浸提1h后离心过滤，得粗酶液；所制备纤维素酶的滤纸酶活(FPA)为104.5932nkat。
实施例4：
本实施例将啤酒糟制备纤维素酶后的糟渣筛选除杂，用质量百分比浓度为15％的酸液进行酸洗，然后用水洗至中性后，再用质量百分比浓度为15％的碱液进行碱洗，然后用水漂洗至中性，洗涤温度为80-100℃，洗涤时间为240分钟；将洗涤后的物料进行漂洗后再在100℃条件下烘干；将经烘干后的物料送入活化炉，在氮气保护下，升温至300℃，进行炭化30分钟；将经炭化处理后的物料继续升温至800℃，通入二氧化碳，进行活化30分钟，活化结束后，在氮气气氛下降至室温，即制得活性炭，其亚甲基蓝脱色力为150mg/g，灰分为3.36％。
实施例5：
本实施例将啤酒糟制备纤维素酶后的糟渣筛选除杂，用质量百分比浓度为10％的酸液进行酸洗，然后用水洗至中性后，再用质量百分比浓度为10％的碱液进行碱洗，然后用水漂洗至中性，洗涤温度为100℃，洗涤时间为120分钟；将洗涤后的物料进行漂洗后再在110℃条件下烘干；将经烘干后的物料送入活化炉，在氮气保护下，升温至600℃，进行炭化60分钟；将经炭化处理后的物料继续升温至1000℃，通入二氧化碳，进行活化60分钟，活化结束后，在氮气气氛下降至室温，即制得活性炭，其亚甲基蓝脱色力为165mg/g，灰分为5.13％。
Claims (3)
1.一种用啤酒糟制备纤维素酶和活性炭的方法，其特征在于以工业生产中的啤酒糟为原料，经脱水干燥后粉碎为35～40目粒状，选取干燥粒状啤酒糟重量比为100份与重量比为10～50份的麦麸混合搅拌均匀，再经灭菌后作为固体发酵培养基；在固体发酵培养基中添加氮源后，按水∶固体发酵培养基＝1-3∶1的重量比加水后在无菌条件下，将培养好的接种菌株加至上述固体发酵培养基中，20～30℃恒温静置发酵2～10天后，再经40～60℃干燥24小时，然后研磨粉碎制得粗酶粉；再将粗酶粉经浸提、离心过滤和精制后得纤维素酶；然后再将剩余糟渣经炭化、活化后工艺制备成吸附用粉状活性炭；其炭化条件为氮气保护下，温度为300-600℃，炭化时间30-240分钟；活化条件为温度为800-1000℃，以二氧化碳作为保护气，活化时间30-360分钟。
2.根据权利要求1所述的用啤酒糟制备纤维素酶和活性炭的方法，其特征在于所述的纤维素酶为液态或固态产品；所述的恒温静置发酵采用固态发酵工艺，其接种菌株为黑曲霉；所述的氮源为硫酸铵、磷酸氢二铵、尿素或蛋白胨。
3.根据权利要求1所述的用啤酒糟制备纤维素酶和活性炭的方法，其特征在于取粗酶粉0.5g，加入25mL浓度为0.2mol/L和pH值为4.6的醋酸缓冲液和2g直径为0.1mm的玻璃珠，室温条件下浸提1h后离心过滤，得粗纤维素酶液；其滤纸酶活和羧甲基纤维素酶活分别为56.9475nkat和612.5430nkat。
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