CN102965398A - 一种利用海带渣制取燃料乙醇的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用海带泥渣制取燃料乙醇的方法。涉及能源领域，包括以下步骤：收集工业废弃的海带泥渣，并用清水漂洗；将漂洗后的海带泥渣超声波处理；将处理后的海带泥渣以1:5～1:20（g/ml）的料液配比加入水；向配比后的海带渣料液中添加至终浓度(w/v)为0.3%的酵母粉,0.5%的蛋白胨，0.02%的尿素，0.4%的硫酸镁，0.01%磷酸氢二铵，接入质量比8%的高活性酿酒酵母，调pH值为4.5～5.5，添加纤维素酶进行发酵；将发酵液进行蒸馏得到燃料乙醇。本发明利用工业废弃的海带泥渣为原料生产燃料乙醇，工艺简单可行，不仅实现了海带泥渣变废为宝，减少了资源的浪费，而且避免了对生态环境污染，具有一定的生态环境效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用工业废弃的海带渣制取燃料乙醇的方法，尤其涉及采用超声波预处理的方式可以代替传统的酸、碱预处理海带渣制取燃料乙醇的方法，属于能源领域。
背景技术
随着化石能源渐趋枯竭和环境的不断恶化，研发应用各种新型可再生能源，走可持续发展的道路已得到世界各国的普遍共识。当前，在生物质能源中燃料乙醇是指通过微生物的发酵将各种生物质原料转化为燃料酒精,它可以单独或与汽油混配制成乙醇汽油作为汽车燃料，是一种可再生能源，具有燃烧完全、效率高、无污染等特点，因此被认为是最终能够替代化石燃料的理想能源之一。目前，我国制备纤维素燃料乙醇主要侧重于秸秆、木薯、甘蔗渣和木屑等陆源原料，然而这些原料都会占用大量的耕地，随着人口的增加与可利用的土地不断减少，粮食和土地供给将是燃料乙醇发展的瓶颈。我国作为海洋大国，有着广阔的领海，蕴含着丰富的海藻等海洋能源物质，对缓解人类面临的粮食、能源、环境三大危机具有巨大的潜力，开发利用这些海洋能源物质将是我们首要选择。
海带为褐藻的一种，是褐藻胶、甘露醇、碘等褐藻化工产品的主要原料之一。在海带工业利用过程中会产生大量的废弃物。据统计，在海带工业生产中，以干物质计，其利用率仅约30%，有愈50%的成份成为废弃物，这些废弃物中含有丰富的膳食纤维等碳水化合物及营养盐等，是极为丰富的可利用资源。将其直接排放不仅浪费资源，也带来环境的污染，因此对海带渣进行生产燃料乙醇的相关研究意义重大，不仅能减少资源的浪费和避免可能带来的环境污染，而且生产燃料乙醇这一附加产品，能够降低海带相关产业的成本，具有重要的生态环境效益和经济效益。然而废弃的海带渣中含有大量的木质素成分，且与纤维素之间以氢键方式更紧密结合在一起，使得纤维素难以被剥离降解。传统的预处理方式主要采用低浓度的硫酸或氢氧化钠进行处理，以破坏它们之间的结构，从而使二者容易分开。但因为海带渣中木质素成分较多，传统稀酸或稀碱处理均难以达到较理想的效果，并且容易造成设备的腐蚀及环境的污染。本发明采用超声波处理方式，能够有效的使木质素和纤维素分离，基本达到酸碱预处理的效果，而且无污染。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利用海带渣制取燃料乙醇的方法，高值化的利用海带工业废弃物，减少资源的浪费，避免可能带来的环境污染问题。本发明针对海带泥渣的特点，采用超声波预处理技术以非常低廉的成本并且不带来酸碱污染的方式获得燃料乙醇这一能源产品，该技术具有生产周期短，工艺简便有效等特点。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种利用海带渣制取燃料乙醇的方法，具体包括以下步骤：
（1）收集工业废弃的海带泥渣，并用清水漂洗海带泥渣以除去其中工业残留的化学物质；
（2）将（1）漂洗后的海带泥渣，进行超声波处理；
（3）将（2）处理后的海带泥渣以1:5～1:20（g/ml）的料液配比加入水；
（4）向（3）加水后的海带渣料液中添加至终浓度(w/v)为0.3%的酵母粉,0.5%的蛋白胨，0.02%的尿素，0.4%的硫酸镁，0.01%磷酸氢二铵，接入质量比8%的高活性酿酒酵母，调pH值为4.5～5.5，以15u/g～25u/g量添加纤维素酶，在34±2℃、110～150rpm发酵24～72h；
（5）将发酵液进行蒸馏得到燃料乙醇。
所述的步骤（1）中的海带泥渣为工业生产褐藻酸钠、褐藻糖胶、甘露醇、碘等海带工业产品后残留的废弃泥渣。
进一步，所述的步骤（4）中的纤维素酶为常温纤维素酶。
进一步，所述的步骤（4）中的纤维素酶为低温纤维素酶，其制备方法为①将实验室保存的从南极土样中筛选出来的南极低温菌株QP7接种活化；该菌株保藏在武汉中国典型培养物保藏中心，保藏号CCTCC NO:M2012257，保藏日期2012年6月28日；②将①活化后的种子液以质量比5%的量接种于麸皮产酶培养基中，在低温摇床上150rpm，12～16℃培养2～5天；③将②培养好的QP7产酶培养基进行高速离心，离心液即作为低温纤维素酶的粗酶液，并测定酶活。
进一步，所述的纤维素酶为常温纤维素酶和上述方法制备的低温纤维素酶的混合物，两者按照酶活量2:1比例添加。
本发明与现有技术相比的有益效果：
实现了海带在工业生产中的二次利用，能有效的将海带工业生产中带来的庞大的废弃泥渣转化为生物质能源。海带渣中含有大量的不溶性纤维等，因此大量的废弃海带泥渣是极为丰富的可利用资源，将其直接排放不仅浪费资源，还有可能带来水体富营养化和诱发赤潮等生态环境问题。本发明将其经超声波预处理后，在纤维素酶和酵母联合作用下直接进行同步糖化发酵得到燃料乙醇，工艺简单，操作简便可行，不仅减少了资源的浪费，而且避免了酸碱预处理带来的环境二次污染，试验结果表明，超声波预处理的效果可以代替传统的酸碱预处理方式，即减少污染，降低酸碱高温水解环节中的能源消耗，还创造了经济价值，对相关领域的发展也提供了有益的启示，具有重要的意义。
附图说明
图1为海带渣制取燃料乙醇的工艺流程图；
图2为发酵液中乙醇气相色谱图；
南极低温菌株QP7，分类命名verticillium longisporum sp.QP7，该菌株保藏在武汉中国典型培养物保藏中心，保藏号CCTCC NO:M2012257，保藏日期2012年6月28日。
具体实施例
下面通过实施例结合附图来对本发明的技术方案做进一步的解释。
实施例1
一种利用海带渣制取燃料乙醇的方法，工艺流程图见图1，具体包括以下步骤：
（1）收集工业废弃的海带泥渣，并用清水漂洗海带泥渣以除去其中工业残留的化学物质；
（2）将漂洗后的海带泥渣，进行超声波处理，超声频率在25kHz，功率3kW，时间1hr；
（3）将（2）所得的海带渣700g，以1:10（g/ml）的料液配比加入水；
（4）向（3）配好后的海带渣料液添加至终浓度(w/v)为0.3%的酵母粉,0.5%的蛋白胨，0.02%的尿素，0.4%的硫酸镁，0.01%磷酸氢二铵，调pH值为5.0，接入质量比8%的高活性酿酒酵母，即市售安琪酵母，以20u/g量添加低温纤维素酶，在振荡培养箱中34℃，120rpm发酵50h；
所述的低温纤维素酶的制备方法为：①将实验室保存的从南极土样中筛选出来的南极低温菌株QP7接种活化；②将①活化后的种子液以质量比5%量接种于麸皮产酶培养基中，在低温摇床上150rpm，15℃培养4天；③将②培养好的QP7产酶培养基进行高速离心，离心液即作为低温纤维素酶的粗酶液，并测定酶活。
（5）将发酵液进行蒸馏得到燃料乙醇60.5g。
经气相色谱检测蒸馏所得该燃料乙醇纯度达到95%以上，气相色谱图见图2。
实施例2
一种利用海带渣制取燃料乙醇的方法，具体包括以下步骤：
（1）收集工业废弃的海带泥渣，并用清水漂洗海带泥渣以除去其中工业残留的某些化学物质；
（2）将漂洗后的海带泥渣，进行超声波处理，超声频率在25kHz，功率3kW，时间1hr；
（3）将（2）所得的海带渣700g，以1:10（g/ml）的料液配比加入水；
（4）向（3）处理后的海带渣料液中添加至终浓度(w/v)为0.3%的酵母粉,0.5%的蛋白胨，0.02%的尿素，0.4%的硫酸镁，0.01%磷酸氢二铵，调pH值为5.0，接入质量比8%的高活性酿酒酵母，即市售安琪酵母，以20u/g量添加市售常温纤维素酶，在振荡培养箱中34℃，120rpm发酵50h；
（5）将发酵液进行蒸馏得到燃料乙醇56g。
经检测蒸馏所得该燃料乙醇纯度达到95%以上。
实施例3
一种利用海带渣制取燃料乙醇的方法，具体包括以下步骤：
（1）收集工业废弃的海带泥渣，并用清水漂洗海带泥渣以除去其中工业残留的某些化学物质；
（2）将漂洗后的海带泥渣，进行超声波处理，超声频率在25kHz，功率3kW，时间1hr；
（3）将（2）所得的海带渣700g，以1:10（g/ml）的料液配比加入水；
（4）向（3）处理后的海带渣料液中添加至终浓度(w/v)为0.3%的酵母粉,0.5%的蛋白胨，0.02%的尿素，0.4%的硫酸镁，0.01%磷酸氢二铵，调pH值为5.0，接入质量比8%的高活性酿酒酵母，即市售安琪酵母，以酶活总量为20u/g的量添加市售常温纤维素酶和低温纤维素酶粗酶液，其中常温纤维素酶与低温纤维素酶分别以酶活量2:1比例添加，在振荡培养箱中34℃，120rpm/min发酵50h；
所述的低温纤维素酶粗酶液的制备方法为：①将实验室保存的从南极土样中筛选出来的南极低温菌株QP7接种活化；②将①活化后的种子液以质量比5%的量接种于麸皮产酶培养基中，在低温摇床上150rpm，15℃培养4天；③将②培养好的QP7产酶培养基进行高速离心，离心液即作为低温纤维素酶的粗酶液，并测定酶活。
（5）将发酵液进行蒸馏得到燃料乙醇69g。
实施例4
一种利用海带渣制取燃料乙醇的方法，具体包括以下步骤：
（1）收集工业废弃的海带泥渣，并用清水漂洗海带泥渣以除去其中工业残留的化学物质；
（2）将（1）所得的海带渣700g，以1:10的料液比加入浓度为1.5%的硫酸，在120℃水解处理60min；
（3）将（2）水解后的海带渣料液pH值调为5.0，并添加至终浓度(w/v)为0.3%的酵母粉,0.5%的蛋白胨，0.02%的尿素，0.4%的硫酸镁，0.01%磷酸氢二铵，调pH为5.0，接入8%的高活性酿酒酵母，以25u/g量添加低温纤维素酶，在振荡培养箱中34℃，120rpm发酵50h；
所述的低温纤维素酶的制备方法为：①将实验室保存的从南极土样中筛选出来的南极低温菌株QP7接种活化；②将①活化后的种子液以质量比5%的量接种于麸皮产酶培养基中，在低温摇床上150rpm，15℃培养4天；③将②培养好的QP7产酶培养基进行高速离心，离心液即作为低温纤维素酶的粗酶液，并测定酶活；
（5）将发酵液进行蒸馏得到燃料乙醇64g。
经检测蒸馏所得该燃料乙醇纯度达到95%以上。
通过实施例1和例4的对比，可以看出采用超声波预处理的效果达到了传统酸处理效果的94.5%，是替代传统酸处理的较好方法之一，而且降低了能源消耗和酸带来的环境污染。由实施例3可知，降解纤维素采用常温纤维素酶和低温酶组成的复配酶系，预处理采用超声波方式，可以达到更好的效果，超过了传统的常温纤维素酶加酸预处理的方法。
Claims (4)
1.一种利用海带渣制取燃料乙醇的方法，其特征在于具体包括以下步骤：
（1）收集工业废弃的海带泥渣，并用清水漂洗海带泥渣以除去其中工业残留的化学物质；
（2）将（1）漂洗后的海带泥渣，进行超声波处理；
（3）将（2）处理后的海带泥渣以1:5～1:20（g/ml）的料液配比加入水；
（4）向（3）加水后的海带泥渣料液中添加至终浓度(w/v)为0.3%的酵母粉,0.5%的蛋白胨，0.02%的尿素，0.4%的硫酸镁，0.01%磷酸氢二铵，接入质量比8%的高活性酿酒酵母，调pH值为4.5～5.5，以15u/g～25u/g量添加纤维素酶，在34±2℃、110～150rpm发酵24～72h；
（5）将发酵液进行蒸馏得到燃料乙醇。
2.根据权利要求1所述的一种利用海带渣制取燃料乙醇的方法，其特征在于所述的步骤（4）中的纤维素酶为常温纤维素酶。
3.根据权利要求1所述的一种利用海带渣制取燃料乙醇的方法，其特征在于所述的步骤（4）中的纤维素酶为低温纤维素酶，其制备方法为①将实验室保存的从南极土样中筛选出来的南极低温菌株QP7接种活化；该菌株保藏在武汉中国典型培养物保藏中心，保藏号CCTCC NO:M2012257②将①活化后的种子液以质量比5%量接种于麸皮产酶培养基中，在低温摇床上150rpm，12～16℃培养2～5天；③将②培养好的QP7产酶培养基进行高速离心，离心液即作为低温纤维素酶的粗酶液，并测定酶活。
4.根据权利要求3所述的一种利用海带渣制取燃料乙醇的方法，其特征在于所述的纤维素酶为常温纤维素酶和所述方法制备的低温纤维素酶的混合物，两者按照酶活量2:1比例添加。
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