CN107083405A - 一种用蔬菜废弃物生产燃料乙醇的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于燃料乙醇生产技术领域，提供了一种用蔬菜废弃物生产燃料乙醇的方法，将蔬菜废弃物浸泡在磷酸溶液中；加入预冷丙酮，搅拌混合均匀，再固液分离，收集沉淀；水洗沉淀，得到纤维素组分；向纤维素组分中添加柠檬酸钠缓冲液，再加入2.0‑4.0％的纤维素处理组合物在温度为40‑48℃，转速为100‑110rpm的厌氧条件下处理15‑48h；将酿酒酵母进行活化，并扩大培养，加入到混合物中，在温度为30‑36℃，转速为80‑100rpm的条件下发酵12‑48h；分离提取乙醇。本发明采用蔬菜废弃物做发酵原料，采用多种微生物混合发酵，原料利用率高，乙醇产率高，发酵周期短，成本低，降低了能源消耗。

Description

一种用蔬菜废弃物生产燃料乙醇的方法
技术领域
本发明属于燃料乙醇生产技术领域，具体地，涉及一种用蔬菜废弃物生产燃料乙醇的方法。
背景技术
目前我国蔬菜事业进入了快速发展的新时期，蔬菜作物的种植在农业中所占比重越来越大。随之蔬菜废弃物的产生量也在急剧增加。多种蔬菜如蚕豆、冬笋等的废弃物产生比例已高达60%。蔬菜废弃物堆积在蔬菜产地周围，极易腐烂变臭，滋生蚊蝇，成为细菌性或真菌性病害的传染源，致使后茬作物发病，影响整个蔬菜生产。
这些蔬菜、园林废弃物是一种优质的有机资源，以蔬菜废弃物为例，其有机质含量在80%以上，氮含量约为3%-4%，磷含量约为0.3%-0.5%，钾含量在3.6%左右（烘干基），因此，大量的蔬菜废弃物如果不进行处理利用或者处理利用方式不当，不仅会成为一种污染源，而且还会造成巨大的资源浪费。因此，蔬菜废弃物的有效处理和资源化利用对产业健康发展和环境保护意义重大。
燃料酒精是目前急待深入研究开发的产品。发展燃料酒精不但可以消耗农业废弃物等生物质原料，促进农业种植业的持续发展，还可以作为清洁燃料替代汽油或作为汽油添加剂，减轻汽车尾气的污染，保护环境。同时，也可缓解原油的进口压力。
目前生物质发酵燃料乙醇有以下方面的不足之处：现有技术的生物质发酵生产燃料乙醇产率低，成本高，能源消耗高，发酵周期长，产率低。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用蔬菜废弃物生产燃料乙醇的方法，采用蔬菜废弃物做发酵原料，采用多种微生物混合发酵，原料利用率高，乙醇产率高，发酵周期短，成本低，降低了能源消耗。
根据本发明提供的一种用蔬菜废弃物生产燃料乙醇的方法，包括如下步骤：
（1）将蔬菜废弃物浸泡在磷酸溶液中，在温度为30-40℃、转速为60-80rpm的条件下浸泡30-50min，蔬菜废弃物与磷酸溶液的固液体积比为1∶5-7；
（2）加入2-2.3倍磷酸溶液重量的预冷丙酮，搅拌混合均匀，再固液分离，收集沉淀；
（3）水洗沉淀，得到纤维素组分；
（4）向纤维素组分中添加pH值为5.1柠檬酸钠缓冲液中，再加入2.0-4.0％的纤维素处理组合物在温度为40-48℃，转速为100-110rpm的厌氧条件下处理15-48h；
（5）将酿酒酵母进行活化，并扩大培养，加入到步骤（4）混合物中，在温度为30-36℃，转速为80-100rpm的条件下发酵12-48h；
（6）分离提取乙醇。
优选地，所述蔬菜废弃物为蔬菜种植过程中产生的秧、藤、叶及加工过程中的尾料。
优选地，所述步骤（1）浸泡后的蔬菜废弃物含水率控制为60-80wt%、碳氮比控制为20-30∶1。
优选地，所述步骤（3）水洗沉淀2-4次。
优选地，所述步骤（4）纤维素处理组合物包括如下重量份数的原料：枯草芽孢杆菌0.5-1.5份、里氏木霉0.5-1.1份、木素木霉0.5-1.2份、米曲霉0.4-1.1份、根霉0.6-1.0份、黑曲霉0.5-1.1份的混合菌种，以及氯化钠0.5-1.2份和麦芽糖0.5-1.3份。
优选地，所述纤维素处理组合物制备方法为：先将枯草芽孢杆菌、里氏木霉、木素木霉、米曲霉、根霉、黑曲霉分别进行活化、扩大培养，再按照重量分数配比混合均匀即可。
优选地，所述步骤（5）培养后的酿酒酵母与步骤（4）混合物重量比为0.5-3.2:100，同时加入10-13倍酿酒酵母和混合物总重量的水。
优选地，所述磷酸溶液中的磷酸质量为83-98％。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明提供的一种用蔬菜废弃物生产燃料乙醇的方法，首先采用纤维素组合物进行处理，能够充分快速地处理蔬菜生物质原料，缩短发酵时间；其次将纤维素组合物与酿酒酵母进行混合后进行发酵生产，在发酵过程中使用混合菌制剂，各种菌的协同作用，同时也抑制了有害细菌的生长，提高原料的利用率，大大降低了生产酒精的成本；
（2）本发明中预处理所采用的磷酸和丙酮等溶液，对设备的腐蚀性较小。同时，在温度为30-40℃、转速为60-80rpm的条件下浸泡30-50min，条件更为温和，动力消耗更少。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明的目的是提供一种用蔬菜废弃物生产燃料乙醇的方法，采用蔬菜废弃物做发酵原料，采用多种微生物混合发酵，原料利用率高，乙醇产率高，发酵周期短，成本低，降低了能源消耗。
根据本发明提供的一种用蔬菜废弃物生产燃料乙醇的方法，包括如下步骤：
（1）将蔬菜废弃物浸泡在磷酸溶液中，在温度为30-40℃、转速为60-80rpm的条件下浸泡30-50min，蔬菜废弃物与磷酸溶液的固液体积比为1∶5-7；
（2）加入2-2.3倍磷酸溶液重量的预冷丙酮，搅拌混合均匀，再固液分离，收集沉淀；
（3）水洗沉淀，得到纤维素组分；
（4）向纤维素组分中添加pH值为5.1柠檬酸钠缓冲液中，再加入2.0-4.0％的纤维素处理组合物在温度为40-48℃，转速为100-110rpm的厌氧条件下处理15-48h；
（5）将酿酒酵母进行活化，并扩大培养，加入到步骤（4）混合物中，在温度为30-36℃，转速为80-100rpm的条件下发酵12-48h；
（6）分离提取乙醇。
优选地，所述蔬菜废弃物为蔬菜种植过程中产生的秧、藤、叶及加工过程中的尾料。
优选地，所述步骤（1）浸泡后的蔬菜废弃物含水率控制为60-80wt%、碳氮比控制为20-30∶1。
优选地，所述步骤（3）水洗沉淀2-4次。
优选地，所述步骤（4）纤维素处理组合物包括如下重量份数的原料：枯草芽孢杆菌0.5-1.5份、里氏木霉0.5-1.1份、木素木霉0.5-1.2份、米曲霉0.4-1.1份、根霉0.6-1.0份、黑曲霉0.5-1.1份的混合菌种，以及氯化钠0.5-1.2份和麦芽糖0.5-1.3份。
优选地，所述纤维素处理组合物制备方法为：先将枯草芽孢杆菌、里氏木霉、木素木霉、米曲霉、根霉、黑曲霉分别进行活化、扩大培养，再按照重量分数配比混合均匀即可。
优选地，所述步骤（5）培养后的酿酒酵母与步骤（4）混合物重量比为0.5-3.2:100，同时加入10-13倍酿酒酵母和混合物总重量的水。
优选地，所述磷酸溶液中的磷酸质量为83-98％。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明提供的一种用蔬菜废弃物生产燃料乙醇的方法，首先采用纤维素组合物进行处理，能够充分快速地处理蔬菜生物质原料，缩短发酵时间；其次将纤维素组合物与酿酒酵母进行混合后进行发酵生产，在发酵过程中使用混合菌制剂，各种菌的协同作用，同时也抑制了有害细菌的生长，提高原料的利用率，大大降低了生产酒精的成本；
（2）本发明中预处理所采用的磷酸和丙酮等溶液，对设备的腐蚀性较小。同时，在温度为30-40℃、转速为60-80rpm的条件下浸泡30-50min，条件更为温和，动力消耗更少。
实施例1
本实施例提供的一种用蔬菜废弃物生产燃料乙醇的方法，包括如下步骤：
（1）将蔬菜废弃物浸泡在磷酸溶液中，在温度为40℃、转速为60rpm的条件下浸泡50min，蔬菜废弃物与磷酸溶液的固液体积比为1∶5；
（2）加入2.3倍磷酸溶液重量的预冷丙酮，搅拌混合均匀，再固液分离，收集沉淀；
（3）水洗沉淀，得到纤维素组分；
（4）向纤维素组分中添加pH值为5.1柠檬酸钠缓冲液中，再加入2.0％的纤维素处理组合物在温度为48℃，转速为100rpm的厌氧条件下处理48h；
（5）将酿酒酵母进行活化，并扩大培养，加入到步骤（4）混合物中，在温度为30℃，转速为100rpm的条件下发酵12h；
（6）分离提取乙醇。
所述蔬菜废弃物为蔬菜种植过程中产生的秧、藤、叶及加工过程中的尾料。
所述步骤（1）浸泡后的蔬菜废弃物含水率控制为80wt%、碳氮比控制为20∶1。
所述步骤（3）水洗沉淀4次。
所述步骤（4）纤维素处理组合物包括如下重量份数的原料：枯草芽孢杆菌1.5份、里氏木霉0.5份、木素木霉1.2份、米曲霉0.4份、根霉1.0份、黑曲霉0.5份的混合菌种，以及氯化钠1.2份和麦芽糖0.5份。
所述纤维素处理组合物制备方法为：先将枯草芽孢杆菌、里氏木霉、木素木霉、米曲霉、根霉、黑曲霉分别进行活化、扩大培养，再按照重量分数配比混合均匀即可。
所述步骤（5）培养后的酿酒酵母与步骤（4）混合物重量比为3.2：100，同时加入10-13倍酿酒酵母和混合物总重量的水。
所述磷酸溶液中的磷酸质量为83％。
实施例2
本实施例提供的一种用蔬菜废弃物生产燃料乙醇的方法，包括如下步骤：
（1）将蔬菜废弃物浸泡在磷酸溶液中，在温度为30℃、转速为80rpm的条件下浸泡30min，蔬菜废弃物与磷酸溶液的固液体积比为1∶7；
（2）加入2倍磷酸溶液重量的预冷丙酮，搅拌混合均匀，再固液分离，收集沉淀；
（3）水洗沉淀，得到纤维素组分；
（4）向纤维素组分中添加pH值为5.1柠檬酸钠缓冲液中，再加入4.0％的纤维素处理组合物在温度为40℃，转速为110rpm的厌氧条件下处理15h；
（5）将酿酒酵母进行活化，并扩大培养，加入到步骤（4）混合物中，在温度为36℃，转速为80rpm的条件下发酵48h；
（6）分离提取乙醇。
所述蔬菜废弃物为蔬菜种植过程中产生的秧、藤、叶及加工过程中的尾料。
所述步骤（1）浸泡后的蔬菜废弃物含水率控制为70wt%、碳氮比控制为25∶1。
所述步骤（3）水洗沉淀3次。
所述步骤（4）纤维素处理组合物包括如下重量份数的原料：枯草芽孢杆菌0.5份、里氏木霉1.1份、木素木霉0.5份、米曲霉1.1份、根霉0.6份、黑曲霉1.1份的混合菌种，以及氯化钠0.5份和麦芽糖1.3份。
所述纤维素处理组合物制备方法为：先将枯草芽孢杆菌、里氏木霉、木素木霉、米曲霉、根霉、黑曲霉分别进行活化、扩大培养，再按照重量分数配比混合均匀即可。
所述步骤（5）培养后的酿酒酵母与步骤（4）混合物重量比为0.5：100，同时加入13倍酿酒酵母和混合物总重量的水。
所述磷酸溶液中的磷酸质量为83％。
实施例3
本实施例提供的一种用蔬菜废弃物生产燃料乙醇的方法，包括如下步骤：
（1）将蔬菜废弃物浸泡在磷酸溶液中，在温度为35℃、转速为65rpm的条件下浸泡40min，蔬菜废弃物与磷酸溶液的固液体积比为1∶6；
（2）加入2.2倍磷酸溶液重量的预冷丙酮，搅拌混合均匀，再固液分离，收集沉淀；
（3）水洗沉淀，得到纤维素组分；
（4）向纤维素组分中添加pH值为5.1柠檬酸钠缓冲液中，再加入3.0％的纤维素处理组合物在温度为45℃，转速为105rpm的厌氧条件下处理38h；
（5）将酿酒酵母进行活化，并扩大培养，加入到步骤（4）混合物中，在温度为33℃，转速为90rpm的条件下发酵34h；
（6）分离提取乙醇。
所述蔬菜废弃物为蔬菜种植过程中产生的秧、藤、叶及加工过程中的尾料。
所述步骤（1）浸泡后的蔬菜废弃物含水率控制为70wt%、碳氮比控制为25∶1。
所述步骤（3）水洗沉淀3次。
所述步骤（4）纤维素处理组合物包括如下重量份数的原料：枯草芽孢杆菌0.8份、里氏木霉0.9份、木素木霉1.1份、米曲霉0.6份、根霉0.9份、黑曲霉0.6份的混合菌种，以及氯化钠0.7份和麦芽糖1.2份。
所述纤维素处理组合物制备方法为：先将枯草芽孢杆菌、里氏木霉、木素木霉、米曲霉、根霉、黑曲霉分别进行活化、扩大培养，再按照重量分数配比混合均匀即可。
所述步骤（5）培养后的酿酒酵母与步骤（4）混合物重量比为2.2：100，同时加入12倍酿酒酵母和混合物总重量的水。
所述磷酸溶液中的磷酸质量为87％。
实施例4
本实施例提供的一种用蔬菜废弃物生产燃料乙醇的方法，包括如下步骤：
（1）将蔬菜废弃物浸泡在磷酸溶液中，在温度为38℃、转速为67rpm的条件下浸泡37min，蔬菜废弃物与磷酸溶液的固液体积比为1∶6；
（2）加入2.1倍磷酸溶液重量的预冷丙酮，搅拌混合均匀，再固液分离，收集沉淀；
（3）水洗沉淀，得到纤维素组分；
（4）向纤维素组分中添加pH值为5.1柠檬酸钠缓冲液中，再加入2.5％的纤维素处理组合物在温度为43℃，转速为109rpm的厌氧条件下处理28h；
（5）将酿酒酵母进行活化，并扩大培养，加入到步骤（4）混合物中，在温度为34℃，转速为85rpm的条件下发酵22h；
（6）分离提取乙醇。
所述蔬菜废弃物为蔬菜种植过程中产生的秧、藤、叶及加工过程中的尾料。
所述步骤（1）浸泡后的蔬菜废弃物含水率控制为78wt%、碳氮比控制为24∶1。
所述步骤（3）水洗沉淀3次。
所述步骤（4）纤维素处理组合物包括如下重量份数的原料：枯草芽孢杆菌1.1份、里氏木霉0.7份、木素木霉0.9份、米曲霉0.5份、根霉0.9份、黑曲霉0.8份的混合菌种，以及氯化钠1.2份和麦芽糖1.3份。
所述纤维素处理组合物制备方法为：先将枯草芽孢杆菌、里氏木霉、木素木霉、米曲霉、根霉、黑曲霉分别进行活化、扩大培养，再按照重量分数配比混合均匀即可。
所述步骤（5）培养后的酿酒酵母与步骤（4）混合物重量比为1.2:100，同时加入11倍酿酒酵母和混合物总重量的水。
所述磷酸溶液中的磷酸质量为88％。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种用蔬菜废弃物生产燃料乙醇的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将蔬菜废弃物浸泡在磷酸溶液中，在温度为30-40℃、转速为60-80rpm的条件下浸泡30-50min，蔬菜废弃物与磷酸溶液的固液体积比为1∶5-7；
（2）加入2-2.3倍磷酸溶液重量的预冷丙酮，搅拌混合均匀，再固液分离，收集沉淀；
（3）水洗沉淀，得到纤维素组分；
（4）向纤维素组分中添加pH值为5.1柠檬酸钠缓冲液中，再加入2.0-4.0％的纤维素处理组合物在温度为40-48℃，转速为100-110rpm的厌氧条件下处理15-48h；
（5）将酿酒酵母进行活化，并扩大培养，加入到步骤（4）混合物中，在温度为30-36℃，转速为80-100rpm的条件下发酵12-48h；
（6）分离提取乙醇。
2.根据权利要求1所述的用蔬菜废弃物生产燃料乙醇的方法，其特征在于：所述蔬菜废弃物为蔬菜种植过程中产生的秧、藤、叶及加工过程中的尾料。
3.根据权利要求1所述的用蔬菜废弃物生产燃料乙醇的方法，其特征在于：所述步骤（1）浸泡后的蔬菜废弃物含水率控制为60-80wt%、碳氮比控制为20-30∶1。
4.根据权利要求1所述的用蔬菜废弃物生产燃料乙醇的方法，其特征在于：所述步骤（3）水洗沉淀2-4次。
5.根据权利要求1所述的用蔬菜废弃物生产燃料乙醇的方法，其特征在于：所述步骤（4）纤维素处理组合物包括如下重量份数的原料：枯草芽孢杆菌0.5-1.5份、里氏木霉0.5-1.1份、木素木霉0.5-1.2份、米曲霉0.4-1.1份、根霉0.6-1.0份、黑曲霉0.5-1.1份的混合菌种，以及氯化钠0.5-1.2份和麦芽糖0.5-1.3份。
6.根据权利要求5所述的用蔬菜废弃物生产燃料乙醇的方法，其特征在于：所述纤维素处理组合物制备方法为：先将枯草芽孢杆菌、里氏木霉、木素木霉、米曲霉、根霉、黑曲霉分别进行活化、扩大培养，再按照重量分数配比混合均匀即可。
7.根据权利要求1所述的用蔬菜废弃物生产燃料乙醇的方法，其特征在于：所述步骤（5）培养后的酿酒酵母与步骤（4）混合物重量比为0.5-3.2：100，同时加入10-13倍酿酒酵母和混合物总重量的水。
8.根据权利要求1所述的用蔬菜废弃物生产燃料乙醇的方法，其特征在于：所述磷酸溶液中的磷酸质量为83-98％。
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