CN104945535A - 一种生产褐藻酸钠联产乙醇和海藻有机肥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生产褐藻酸钠联产乙醇和海藻有机肥的方法，其步骤包括：以褐藻海带为原料，通过纤维素酶和复合蛋白酶进行酶解预处理，将海带中的纤维素分解为微生物可利用的单糖和寡糖，用来发酵生产乙醇，剩余的含有少量海带渣的发酵液用来制备海藻有机肥；经过预处理的海带进行褐藻酸钠的提取及分离，通过稀碱消化工艺和钙凝—离子交换方法，获得高品质褐藻酸钠。本发明经过生物酶预处理，纤维素酶、蛋白酶预先将海带中的纤维素、蛋白质等主要成分分离，使褐藻酸钠的提取率高；同时利用加工废弃物制备燃料乙醇；制备乙醇中剩余的废液及废渣制造海藻有机肥，实现了海带的高值化利用，开发了海洋生物能源。
Description
本申请是申请号为2013101385420的分案申请，申请日为2013-04-22，申请名称为“一种生产褐藻酸钠联产乙醇和海藻有机肥的方法”。
技术领域
本发明涉及一种生产褐藻酸钠联产乙醇和海藻有机肥的方法，属于海藻综合利用领域。
背景技术
当前世界面临着能源短缺和环境污染的巨大压力，开发清洁的可再生能源已经成为解决石化资源和能源危机的重要手段。生物乙醇作为一种清洁燃料及汽油添加剂而受到广泛关注。目前，我国制备燃料乙醇主要侧重于秸秆、甘蔗渣、木屑和木薯等陆源原料，但对海洋生物资源制备生物乙醇的研究较少，在海藻生物质能源开发方面的技术研究相对落后，还未见利用海藻加工废弃物制备生物乙醇的研究成果。
海洋面积巨大，蕴藏着丰富的海藻资源，其种类繁多、光合作用效率高、生长周期短，每年可通过光合作用产生的生物质总量就达550x108吨，是一种巨大的可再生资源，也是产生生物质能源的潜在资源。利用现有的经济海藻资源优势生产生物质能源，对缓解人类面临的粮食、能源、环境三大危机有巨大的潜力。在海带工业生产过程中，产生大量的海带工业废弃物，这些工业废弃物的主要成分是纤维素、海带多糖、甘露醇等；其中纤维素可以利用不同的方式转化为可被利用的单糖和寡糖，甘露醇和大部分海藻多糖类物质均可以经发酵转化为乙醇。利用富含纤维素、海带多糖、甘露醇的海带加工废弃物制备燃料乙醇，不仅可使海带加工废弃物变废为宝，解决环境污染问题，还可为制备生物乙醇提供充足和廉价的原料供应，促进海洋生物质能源的技术开发。
发明内容
为解决上述技术中存在的技术难题，本发明的目的是提供一种生产褐藻酸钠联产乙醇和海藻有机肥的方法，实现了海洋生物质乙醇的开发和海带清洁化、高值化、综合利用的新方法。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种生产褐藻酸钠联产乙醇和海藻有机肥的方法，步骤包括：以褐藻海带为原料，通过纤维素酶和复合蛋白酶进行酶解预处理，将海带中的纤维素分解为微生物可利用的单糖和寡糖，用来发酵生产乙醇，剩余的含有少量海带渣的发酵液用来制备海藻有机肥；经过预处理的海带进行褐藻酸钠的提取及分离，通过稀碱消化工艺和钙凝—离子交换方法，获得高品质褐藻酸钠。
进一步的，所述酶解预处理是指：将原料海带烘干，粉碎，加入原料重量6～8倍的新鲜饮用水，55℃水浴中浸泡1～3h；然后用HCl调节pH为2～7，加入0.01～0.5％的纤维素酶，酶解5～12h；然后，加入0.05～0.2％的蛋白酶继续酶解2～5h，酶解过程不断搅拌，酶解结束后离心分离，得到预处理后的海带和酶解液。
进一步的，所述褐藻酸钠的提取及分离是指：预处理后的海带用10～15倍海带重量的0.5～2％Na2CO3溶液，在55～60℃水浴中消化1～3h，然后加入体积3～8倍50-70℃的新鲜饮用水进行稀释0.5～2h，充分稀释均匀后，通过250～400目的绢网过滤；滤液加入0.1～0.3％的双氧水，在60℃脱色0.5～2h，然后升温到90℃保持10～30min；用300～500目的绢网过滤，滤液缓慢加入体积比1～3％浓度10％的CaCl2溶液，将其中的褐藻酸钠转化为褐藻酸钙析出，静置0.5～2h，然后过滤，用新鲜的饮用水清洗褐藻酸钙纤维中残留的CaCl2溶液及其它杂质；褐藻酸钙加入10～15倍的纯化水，然后用1～1.5倍10％NaCl溶液，在50℃水浴中进行离子交换，使褐藻酸钙纤维完全转化为褐藻酸钠溶液，然后用95％的酒精沉淀，获得褐藻酸钠，褐藻酸钠经脱水、烘干、粉碎得到成品。
进一步的，所述发酵生产乙醇是指：先将工业酵母置于培养液中培养活化，培养基成分为1％酵母膏、2％蛋白胨、2％葡萄糖，以上原料加水溶解，于121℃灭菌15min，然后在洁净操作台中接种，28-32℃培养1～3天，将海带预处理后的酶解液高压灭菌，冷却后，加入已经活化的酵母菌，接种比例为10～20％，28～35℃密封并继续培养3～7天发酵，发酵液蒸馏生产乙醇，蒸馏乙醇后剩余的液体中含量大量的蛋白质、氮、磷、钾等成分，蒸发乙醇后的液体通过浓缩作为生产海藻有机肥的原料。
更进一步的，所述发酵生产乙醇中，酶解液灭菌后，接入已经活化的工业酵母菌种CICC31447，进行发酵培养。
更进一步的，所述发酵生产乙醇中，酶解液经过活化的酵母菌在30℃下，发酵培养7天，所获得的生物乙醇量最大。
进一步的，所述制备海藻有机肥是指：将乙醇蒸馏后剩余的发酵液体，经浓缩到40～60％浓度后，喷干、造粒，制备海藻有机肥。
更进一步的，所述制备海藻有机肥中，发酵液浓缩到浓度为50％后喷干、造粒制备海藻有机肥。
本发明的有益效果是：由于经过生物酶法对海带进行预处理，纤维素酶、蛋白酶的作用预先将海带中的纤维素、蛋白质等主要成分分离出来，并转化为微生物可利用的单糖、寡糖及游离蛋白质，纤维素的水解，使海藻细胞壁被破坏，有利于提高褐藻酸钠的提取率；同时利用富含纤维素的海带加工废弃物制备燃料乙醇；加工过程中剩余的废液及废渣，通过浓缩、喷干、造粒制造海藻有机肥，实现了海带的高值化综合利用，开发了海洋生物能源。
具体实施方式
一种生产褐藻酸钠联产乙醇和海藻有机肥的方法，步骤包括：以褐藻海带为原料，通过纤维素酶和复合蛋白酶进行酶解预处理，将海带中的纤维素分解为微生物可利用的单糖和寡糖，用来发酵生产生物乙醇，剩余的含有少量海带渣的发酵液用来制备海藻有机肥；经过预处理的海带进行褐藻酸钠的提取及分离，通过稀碱消化工艺和钙凝—离子交换方法，获得高品质褐藻酸钠。
实施例1
准确称取烘干粉碎后的100g海带，加入原料重量600ml的新鲜饮用水，55℃水浴中浸泡1h；然后用HCl调节pH为3，加入0.1％的纤维素酶，酶解5h；然后，加入0.05％的蛋白酶继续酶解2h，酶解过程不断搅拌，酶解结束后离心分离，得到预处理后的海带和酶解液。
预处理后的海带加入1000ml的0.5％Na2CO3溶液，在55℃水浴中消化1h，然后加入体积4000ml的50℃的新鲜饮用水进行稀释0.5h，充分稀释均匀后，通过250目的绢网过滤；滤液加入6ml的双氧水，在60℃脱色0.5h，然后升温到90℃保持10min；用300目的绢网过滤，滤液缓慢加入60ml浓度10％的CaCl2溶液，将其中的褐藻酸钠转化为褐藻酸钙析出，静置0.5h，然后过滤，用新鲜的饮用水清洗褐藻酸钙纤维中残留的CaCl2溶液及其它杂质；褐藻酸钙加入2000ml纯化水，然后用2000ml的10％NaCl溶液，在50℃水浴中进行离子交换，使褐藻酸钙纤维完全转化为褐藻酸钠溶液，然后用95％的酒精沉淀，获得褐藻酸钠，褐藻酸钠经脱水、烘干、粉碎得到成品21.3克。
生产乙醇是指：先将工业酵母置于培养液中培养活化，培养基成分为1％酵母膏、2％蛋白胨、2％葡萄糖，以上原料加水溶解，于121℃灭菌15min，然后在洁净操作台中接种，30℃培养1天，将海带预处理后的酶解液高压灭菌，冷却后，加入已经活化的酵母菌，接种比例为10％，28℃密封并继续培养3天发酵，发酵液蒸馏生产乙醇，培养结束后，测定其中的乙醇浓度约为3.2％，蒸馏后，获得生物乙醇。蒸馏乙醇后剩余的液体中含量大量的蛋白质、氮、磷、钾等成分，蒸发乙醇后的液体通过浓缩作为生产海藻有机肥的原料
生物乙醇发酵蒸馏出乙醇后，剩余的发酵残液浓缩到浓度为50％，然后喷干，粉碎，制成海藻有机肥，肥料中的氮磷钾的含量约为12％，总有机质的含量为42％。
实施例2
准确称取烘干粉碎后的1吨海带，加入原料重量8吨的新鲜饮用水，55℃水浴中浸泡3h，然后用HCl调节pH为7，加入0.5％的纤维素酶，酶解12h；然后，加入0.2％的蛋白酶继续酶解5h，酶解过程不断搅拌，酶解结束后离心分离，得到预处理后的海带和酶解液。
预处理后的海带用10吨2％Na2CO3溶液，在60℃水浴中消化3h，然后加入体积50吨倍70℃的新鲜饮用水进行稀释2h，充分稀释均匀后，通过400目的绢网过滤；滤液加入0.18吨的双氧水，在60℃脱色2h，然后升温到90℃保持30min；用500目的绢网过滤，滤液缓慢加入1吨浓度10％的CaCl2溶液，将其中的褐藻酸钠转化为褐藻酸钙析出，静置2h，然后过滤，用新鲜的饮用水清洗褐藻酸钙纤维中残留的CaCl2溶液及其它杂质；褐藻酸钙加入3倍的纯化水，然后用4吨10％NaCl溶液，在50℃水浴中进行离子交换，使褐藻酸钙纤维完全转化为褐藻酸钠溶液，然后用95％的酒精沉淀，获得褐藻酸钠，褐藻酸钠经脱水、烘干、粉碎得到成品220公斤，褐藻酸钠的提取率为22％。
生产乙醇是指：先将工业酵母置于培养液中培养活化，培养基成分为1％酵母膏、2％蛋白胨、2％葡萄糖，以上原料加水溶解，于121℃灭菌15min，然后在洁净操作台中接种，30℃左右培养3天，将海带预处理后的酶解液高压灭菌，冷却后，加入已经活化的酵母菌，接种比例为20％，35℃下，密封并继续培养7天发酵，发酵液蒸馏生产乙醇。培养结束后，测定其中的乙醇浓度约为3.5％。蒸馏后，获得生物乙醇。
生物乙醇发酵蒸馏出乙醇后，剩余的发酵残液浓缩到浓度为50％，然后喷干，粉碎，制成海藻有机肥，肥料中的氮磷钾的含量约为13％，总有机质的含量为45％。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种生产褐藻酸钠联产乙醇和海藻有机肥的方法，其特征在于，步骤包括：以褐藻海带为原料，通过纤维素酶和复合蛋白酶进行酶解预处理，将海带中的纤维素分解为微生物可利用的单糖和寡糖，用来发酵生产乙醇，剩余的含有少量海带渣的发酵液用来制备海藻有机肥，经过预处理的海带进行褐藻酸钠的提取及分离，通过稀碱消化工艺和钙凝—离子交换方法，获得高品质褐藻酸钠；
所述酶解预处理是指：将原料海带烘干，粉碎，加入原料重量6～8倍的新鲜饮用水，55℃水浴中浸泡1～3h；然后用HCl调节pH为2～7，加入0.01～0.5％的纤维素酶，酶解5～12h；然后，加入0.05～0.2％的蛋白酶继续酶解2～5h，酶解过程不断搅拌，酶解结束后离心分离，得到预处理后的海带和酶解液；
所述发酵生产乙醇是指：先将工业酵母置于培养液中培养活化，培养基成分为1％酵母膏、2％蛋白胨、2％葡萄糖，以上原料加水溶解，于121℃灭菌15min，然后在洁净操作台中接种，28-32℃培养1～3天，将海带预处理后的酶解液高压灭菌，冷却后，加入已经活化的酵母菌，接种比例为10～20％，28～35℃密封并继续培养3～7天发酵，发酵液蒸馏生产乙醇，蒸馏乙醇后剩余的液体中含大量的蛋白质、氮、磷、钾成分，蒸馏乙醇后的液体通过浓缩作为生产海藻有机肥的原料。
2.根据权利要求1所述的生产褐藻酸钠联产乙醇和海藻有机肥的方法，其特征在于：所述发酵生产乙醇中，酶解液灭菌后，接入已经活化的工业酵母菌种CICC31447，进行发酵培养。
3.根据权利要求1或2所述的生产褐藻酸钠联产乙醇和海藻有机肥的方法，其特征在于：所述发酵生产乙醇中，酶解液经过活化的酵母菌在30℃下，发酵培养7天，所获得的生物乙醇量最大。
4.根据权利要求1或2所述的生产褐藻酸钠联产乙醇和海藻有机肥的方法，其特征在于：所述制备海藻有机肥是指：将乙醇蒸馏后剩余的发酵液体，经浓缩到40～60％浓度后，喷干、造粒，制备海藻有机肥。
5.根据权利要求4所述的生产褐藻酸钠联产乙醇和海藻有机肥的方法，其特征在于：所述制备海藻有机肥中，发酵液浓缩到浓度为50％后喷干、造粒制备海藻有机肥。
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