CN106591380B - 一种昭示糟液回流餐厨垃圾发酵产乙醇发酵终点的方法 - Google Patents

一种昭示糟液回流餐厨垃圾发酵产乙醇发酵终点的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种昭示糟液回流餐厨垃圾发酵产乙醇发酵终点的方法，属于生物质废弃物资源化利用技术领域。该方法在菌株活化、餐厨垃圾预处理和调节校准ORP电极后，将餐厨垃圾糖化液放入发酵罐发酵，发酵结束后，对发酵液进行蒸馏，回收乙醇，收集糟液，用糟液代替蒸馏水用于餐厨垃圾预处理重复发酵过程，开展糟液回流发酵。发酵过程中测定ORP，绘制ORP随发酵时间的变化曲线，ORP先是达到最低值，然后反弹回升，当ORP升至最高值后又会出现下降的趋势，则此最高值所对应的发酵时间即为糟液回流餐厨垃圾乙醇的发酵终点。上述方法确定乙醇发酵时间可以有效地缩短时长，提高了该过程的自动化水平，为目前以降低成本为目的燃料乙醇生产提供了有力的技术支持。

Description

一种昭示糟液回流餐厨垃圾发酵产乙醇发酵终点的方法
技术领域
本发明涉及生物质废弃物资源化利用技术领域，特别是指一种昭示糟液回流餐厨垃圾发酵产乙醇发酵终点的方法。
背景技术
乙醇作为一种可再生的战略性资源己进入国家重点发展的工业产品中，但传统的乙醇发酵是用粮食作物来发酵制乙醇，这样生产乙醇会存在粮食短缺、与人争粮的问题。而利用营养丰富的餐厨垃圾发酵产乙醇，既扩大乙醇生产原料来源，又实现了餐厨垃圾的资源化。但是在乙醇发酵的过程中会产生含有大量有机物，COD、BOD极高且处理难度较大的糟液，需要开展好氧厌氧联合处理才能使排水达标，工艺复杂。
糟液循环发酵技术是指糖化后的餐厨垃圾经过发酵、蒸馏制得乙醇后，将得到的剩余糟液代替水用于下一批次的餐厨垃圾发酵过程。废糟液的循环发酵不仅减少了糟液的污染，而且充分利用了糟液中丰富的营养物质，提高乙醇的产率。在重复批次过程，每批次结束时刻的判断十分重要，目前一般采用测定发酵终点的残糖作为指示方法，但是目前并没有简单廉价的实时葡萄糖浓度检测方法，一般的做法是由操作员每隔一定时间采样分析判断，这样极大的增加了人工负担，并不利于实现过程的自动化，而且现有文献及专利未有针对该问题的解决策略。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种昭示糟液回流餐厨垃圾发酵产乙醇发酵终点的方法。
该方法包括如下步骤：
(1)菌株活化、餐厨垃圾预处理和调节校准ORP电极后，将餐厨垃圾进糖化、离心，得到糖化液和糖化渣；
(2)步骤(1)中所得糖化液放入发酵罐发酵，发酵罐安装ORP探头和仪表；
(3)发酵结束后，将步骤(2)所得发酵产物进行蒸馏，回收乙醇，收集糟液；
(4)用步骤(3)所得糟液代替蒸馏水用于步骤(1)餐厨垃圾预处理，重复发酵过程。
其中，步骤(2)中糟液回流餐厨垃圾乙醇发酵8～12小时后，每隔1～2小时通过ORP探头测定ORP，从仪表上直接得到ORP的值；并绘制ORP随发酵时间的变化曲线，直观看出，发酵罐中ORP先是达到最低值，然后反弹回升，当发酵罐中ORP升至最高值后又会出现下降的趋势，此最高值所对应的发酵时间为糟液回流餐厨垃圾乙醇的发酵终点。
步骤(1)至步骤(4)为糟液回流餐厨垃圾发酵产乙醇工艺，涵盖了菌种活化、垃圾糖化、固液分离、液体发酵、蒸馏、糟液回流、糖化整个工艺，整个过程采用批次操作采用批次操作。
本发明的原理：在发酵前调节校准ORP电极后，将餐厨垃圾糖化液放入发酵罐发酵，发酵过程中实时监测ORP，经过检测发酵过程中的ORP可以发现：随着发酵的进行，ORP值不断降低，是由于每个批次的前期，由于培养基中含有一定的溶氧，因此ORP值处于高位，但细胞生长消耗溶氧降低氧化力，并且代谢葡萄糖产生还原力，使ORP值快速降低；随着发酵的进行，ORP值降低速度会降低，且会产生向正向反弹的迹象，这是由于在发酵中期，乙醇浓度增高对细胞产生了抑制作用，还原力产生速度降低使ORP变化相对稳定；在发酵的后期，ORP值触底反弹，从最低的负值开始正向上升，最后甚至可以达到正值，这是由于在发酵后期，伴随着葡萄糖的耗完以及乙醇浓度增高对于酵母细胞的更为严重的毒害作用，细胞代谢几乎停比，导致无还原力产生，胞内代谢物溢出及外界溶氧使得ORP曲线产生回升，甚至会上升至正值，通过对比发酵液中乙醇以及还原糖浓度的变化，可以认为当ORP回升至最高点这时发酵结束。对发酵液进行蒸馏，回收乙醇，当发酵液中乙醇浓度低至不可测得时停止加热，收集糟液，用糟液代替蒸馏水用于餐厨垃圾预处理，经过记录糟液循环回用的7个周期，均有相同的变化规律，在前后七个发酵批次中ORP先下降后回升至最高点的那一点即为糟液全回流餐厨垃圾铲发酵乙醇的发酵终点，也就意味着当ORP上升至最高点时昭示着乙醇发酵已经完成，可以更换培养基进行下一批次的发酵。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
通过上述方法进行乙醇发酵可简单高效地确定乙醇发酵的周期，避免了人工值守，减少不必要的发酵时间，极大地降低了人力成本，为目前以降低成本为目的燃料乙醇生产提供了有力的技术支持，进而提高生产效率。
附图说明
图1为本发明的昭示糟液回流餐厨垃圾发酵产乙醇发酵终点的方法技术路线图；
图2为本发明实施例中具体发酵过程中ORP变化趋势图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的槽液循环发酵技术在重复批次发酵过程，每批次结束时刻不确定等问题，提供一种昭示糟液回流餐厨垃圾发酵产乙醇发酵终点的方法。
如图1所示，在进行菌株活化和餐厨垃圾预处理后，得到上清液(即糖化液)和糖化渣，将得到的上清液进行发酵，得到发酵产物，发酵产物蒸馏后，回收乙醇同时产生糟液，然后将糟液回流至预处理阶段继续回用，在发酵过程中不断监测发酵过程中的ORP值，观察当ORP先下降后上升至最高点时即可终止本批次发酵。该方法具体步骤如下：
(1)菌株活化、餐厨垃圾预处理和调节校准ORP电极后，将餐厨垃圾进糖化、离心，得到糖化液和糖化渣；
(2)步骤(1)中所得糖化液放入发酵罐发酵，发酵罐安装ORP探头和仪表；
(3)发酵结束后，将步骤(2)所得发酵产物进行蒸馏，回收乙醇，收集糟液；
(4)用步骤(3)所得糟液代替蒸馏水用于步骤(1)餐厨垃圾预处理，重复发酵过程。
下面结合具体实施例予以阐述。
实施例1
菌株活化、餐厨垃圾预处理和调节校准ORP电极后，将餐厨垃圾糖化液放入发酵罐发酵，发酵结束后，对发酵液进行蒸馏，回收乙醇，收集糟液，用糟液代替蒸馏水用于餐厨垃圾预处理重复发酵过程，开展糟液回流发酵。
发酵8～12小时后，每隔1～2小时开始测定ORP，从外接仪表盘上直接得到ORP的值；绘制ORP随发酵时间的变化曲线，ORP先是达到最低值，然后反弹回升，当ORP升至最高值后又会出现下降的趋势，则此最高值所对应的发酵时间即为糟液回流餐厨垃圾乙醇的发酵终点。
实施例2
在步骤(2)发酵8-12小时后开始检测发酵液的ORP，每隔1小时测定ORP。其它与实施例1相同。
实施例3
菌株活化、餐厨垃圾预处理和调节校准ORP电极后，将餐厨垃圾糖化液放入发酵罐发酵，发酵结束后，对发酵液进行蒸馏，回收乙醇，收集糟液，用糟液代替蒸馏水用于餐厨垃圾预处理重复发酵过程，开展糟液回流发酵。
其中，发酵开始后，每隔1小时开始测定ORP，从外接仪表盘上直接得到ORP的值；绘制ORP随发酵时间的变化曲线，ORP先是达到最低值，然后反弹回升，当ORP升至最高值后又会出现下降的趋势，则此最高值所对应的发酵时间即为糟液回流餐厨垃圾乙醇的发酵终点。
实施例4
在测定发酵液中ORP值的同时，每隔12小时取发酵液，利用气相色谱测定发酵液中乙醇浓度然后绘制乙醇、ORP二者随发酵时间的变化曲线，如图2所示，选取典型的糟液回流第4批次的ORP变化趋势图，当ORP先下降后上升至最高点时，乙醇浓度也达到最高点，乙醇在27g/L左右，ORP值在+25mv左右，符合熟发酵醪的指标。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种昭示糟液回流餐厨垃圾发酵产乙醇发酵终点的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)菌株活化、餐厨垃圾预处理和调节校准ORP电极后，将餐厨垃圾进糖化、离心，得到糖化液和糖化渣；
(2)步骤(1)中所得糖化液放入发酵罐发酵，发酵罐安装ORP探头和仪表；
(3)发酵结束后，将步骤(2)所得发酵产物进行蒸馏，回收乙醇，收集糟液；
(4)用步骤(3)所得糟液代替蒸馏水用于步骤(1)餐厨垃圾预处理，重复发酵过程；
所述步骤(2)中糟液回流餐厨垃圾乙醇发酵8～12小时后，每隔1～2小时通过ORP探头测定ORP，从仪表上直接得到ORP的值；并绘制ORP随发酵时间的变化曲线，直观看出，发酵罐中ORP先是达到最低值，然后反弹回升，当发酵罐中ORP升至最高值后又会出现下降的趋势，此最高值所对应的发酵时间为糟液回流餐厨垃圾乙醇的发酵终点。
2.根据权利要求1所述的昭示糟液回流餐厨垃圾发酵产乙醇发酵终点的方法，其特征在于：所述步骤(1)至步骤(4)采用批次操作。
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