CN107384974A - 一种以木薯淀粉加工废弃物生产乙醇的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种以木薯淀粉加工废弃物生产乙醇的方法，将木薯淀粉加工废弃物加水配成的混合物先利用α‑淀粉酶和复合酶酶解得到酶解醪液，再添加尿素后利用耐高温酵母发酵，最后进行蒸馏提纯处理。该方法既实现了木薯淀粉加工废弃物资源化和高值化利用，又能得到乙醇含量达到11~13％、残糖质量浓度小于0.9％的发酵醪液，蒸馏提纯后乙醇的品质可以达到食品级标准，经济效益也比直接利用木薯发酵生产乙醇要高，且成本低，适于大规模生产，具有广阔的市场应用前景。

Description

一种以木薯淀粉加工废弃物生产乙醇的方法
技术领域
本发明属于乙醇生产技术领域，具体涉及一种以木薯淀粉加工废弃物生产乙醇的方法。
背景技术
木薯属于非粮生物质，在食品、饲料、发酵工业等有非常重要的用途，而生产木薯淀粉所剩下的木薯淀粉加工废弃物（木薯渣），一般经过板框过滤、烘干后储存，其主要以淀粉、纤维素、半纤维素、木质素为主，存在相当大的再利用价值。目前已有利用其作饲料应用的研究，也有研究将木薯渣与淀粉生产过程中产生的黄浆水混合生产酒精，但该方法得到的发酵成熟醪中乙醇含量较低，一般在3%以下，生产的设备利用率、劳动生产率低并且能耗高，难以实现大规模推广。同时，由于木薯淀粉加工废弃物中纤维素和木质素的含量均较高，导致其中的淀粉利用率比较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种以木薯淀粉加工废弃物生产乙醇的方法，该方法既充分利用了木薯淀粉加工废弃物，又能得到乙醇含量较高的发酵醪液，成本低，适于大规模推广。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种以木薯淀粉加工废弃物生产乙醇的方法，包括以下步骤：
（1）将木薯淀粉加工废弃物加水配成质量浓度为15~25%的混合物；
（2）以木薯淀粉加工废弃物的干重计，按每吨木薯淀粉加工废弃物添加2~3kg的添加量向步骤（1）的混合物中添加复合酶A，在40~55℃的温度下酶解4~12小时；再按每吨木薯淀粉加工废弃物添加10~20U和1~2kg的添加量分别添加α-淀粉酶和复合酶B，在85~105℃的温度下酶解2~3小时；然后按每吨木薯淀粉加工废弃物添加150~200U和0.5~1.2kg的添加量分别添加糖化酶和复合酶C，并用质量浓度98%的浓硫酸调节pH值至3.8~4.5，在58~62℃的温度下水解10~14小时，得到酶解醪液；
（3）将步骤（2）得到的酶解醪液冷却至25~40℃，按0.1~0.18%的质量百分比添加尿素，然后按每克木薯淀粉加工废弃物添加0.001~0.005g的添加量接入耐高温酵母，在25~40℃静置发酵8~12小时，之后每隔12小时搅拌或打循环一次，进行乙醇发酵24~60小时，发酵完成后得到发酵醪液；
（4）将步骤（3）得到的发酵醪液蒸馏提纯处理后得到乙醇。
所述步骤（2）中的复合酶A由中性纤维素酶、中性蛋白酶和戊聚糖酶按10:1:1的质量比复配而成，且其中性纤维素酶的酶活力为5100U/g，中性蛋白酶的酶活力为50000U/g，戊聚糖酶的酶活力为4500000U/g，复合酶A的酶活力为50000U/g。
所述步骤（2）中的复合酶B由β-淀粉酶、异淀粉酶和果胶糖酶按1:1:1的质量比复配而成，且其β-淀粉酶的酶活力为4000U/g，异淀粉酶的酶活力为80000U/g，果胶糖酶的酶活力为10000U/g，复合酶B的酶活力为30000U/g。
所述步骤（2）中的复合酶C由酸性纤维素酶和普鲁兰酶按2:1的质量比复配而成，且其酸性纤维素酶的酶活力为5100U/g，普鲁兰酶的酶活力2000U/g，复合酶C的酶活力为3000U/g。
所述步骤（4）采用六塔蒸馏工艺进行蒸馏提纯处理。
本发明的有益效果是：本发明的方法既实现了木薯淀粉加工废弃物资源化和高值化利用，又能得到乙醇含量达到11~13％、残糖质量浓度小于0.9％的发酵醪液，蒸馏提纯后乙醇的品质可以达到食品级标准，经济效益也比直接利用木薯发酵生产乙醇要高，且成本低，适于大规模生产，具有广阔的市场应用前景。
具体实施方式：
以下结合实施例对本发明做进一步详细说明，但这些实施例并不是对本发明的限定。
实施例1
一种以木薯淀粉加工废弃物生产乙醇的方法，包括以下步骤：
（1）将木薯淀粉加工废弃物加水配成质量浓度为16%的混合物；
（2）以木薯淀粉加工废弃物的干重计，按每吨木薯淀粉加工废弃物添加2kg的添加量向步骤（1）的混合物中添加复合酶A，在42℃的温度下酶解5小时；再按每吨木薯淀粉加工废弃物添加10U和1kg的添加量分别添加α-淀粉酶和复合酶B，在85℃的温度下酶解2小时；然后按每吨木薯淀粉加工废弃物添加150U和0.5kg的添加量分别添加糖化酶和复合酶C，并用质量浓度98%的浓硫酸调节pH值至4，在58℃的温度下水解10小时，得到酶解醪液；
（3）将步骤（2）得到的酶解醪液冷却至25℃，按0.1%的质量百分比添加尿素，然后按每克木薯淀粉加工废弃物添加0.001g的添加量接入耐高温酵母，在25℃静置发酵12小时，之后每隔12小时搅拌或打循环一次，进行乙醇发酵24小时，发酵完成后得到发酵醪液，取样检测，乙醇含量为12.5％，残糖质量浓度为0.83％；
（4）将步骤（3）得到的发酵醪液蒸馏提纯处理后得到乙醇，纯度为95.5%，收率为97%。
实施例2
一种以木薯淀粉加工废弃物生产乙醇的方法，包括以下步骤：
（1）将木薯淀粉加工废弃物加水配成质量浓度为18%的混合物；
（2）以木薯淀粉加工废弃物的干重计，按每吨木薯淀粉加工废弃物添加2.5kg的添加量向步骤（1）的混合物中添加复合酶A，在50℃的温度下酶解8小时；再按每吨木薯淀粉加工废弃物添加15U和1.5kg的添加量分别添加α-淀粉酶和复合酶B，在90℃的温度下酶解2.5小时；然后按每吨木薯淀粉加工废弃物添加180U和0.8kg的添加量分别添加糖化酶和复合酶C，并用质量浓度98%的浓硫酸调节pH值至4，在60℃的温度下水解12小时，得到酶解醪液；
（3）将步骤（2）得到的酶解醪液冷却至29℃，按0.15%的质量百分比添加尿素，然后按每克木薯淀粉加工废弃物添加0.003g的添加量接入耐高温酵母，在30℃静置发酵10小时，之后每隔12小时搅拌或打循环一次，进行乙醇发酵40小时，发酵完成后得到发酵醪液，取样检测，乙醇含量为11.8％，残糖质量浓度为0.9％；
（4）将步骤（3）得到的发酵醪液蒸馏提纯处理后得到乙醇，纯度为95.7%，收率为95%。
实施例3
一种以木薯淀粉加工废弃物生产乙醇的方法，包括以下步骤：
（1）将木薯淀粉加工废弃物加水配成质量浓度为24%的混合物；
（2）以木薯淀粉加工废弃物的干重计，按每吨木薯淀粉加工废弃物添加3kg的添加量向步骤（1）的混合物中添加复合酶A，在55℃的温度下酶解12小时；再按每吨木薯淀粉加工废弃物添加20U和2kg的添加量分别添加α-淀粉酶和复合酶B，在105℃的温度下酶解2小时；然后按每吨木薯淀粉加工废弃物添加200U和1.2kg的添加量分别添加糖化酶和复合酶C，并用质量浓度98%的浓硫酸调节pH值至4.5，在60℃的温度下水解14小时，得到酶解醪液；
（3）将步骤（2）得到的酶解醪液冷却至35℃，按0.16%的质量百分比添加尿素，然后按每克木薯淀粉加工废弃物添加0.004g的添加量接入耐高温酵母，在40℃静置发酵8小时，之后每隔12小时搅拌或打循环一次，进行乙醇发酵50小时，发酵完成后得到发酵醪液，取样检测，乙醇含量为12.9％，残糖质量浓度为0.7％；
（4）将步骤（3）得到的发酵醪液蒸馏提纯处理后得到乙醇，纯度为95.7%，收率为97.5%。
上述各实施例中，复合酶A由中性纤维素酶、中性蛋白酶和戊聚糖酶按10:1:1的质量比复配而成，且其中性纤维素酶的酶活力为5100U/g，中性蛋白酶的酶活力为50000U/g，戊聚糖酶的酶活力为4500000U/g，复合酶A的酶活力为50000U/g；复合酶B由β-淀粉酶、异淀粉酶和果胶糖酶按1:1:1的质量比复配而成，且其β-淀粉酶的酶活力为4000U/g，异淀粉酶的酶活力为80000U/g，果胶糖酶的酶活力为10000U/g，复合酶B的酶活力为30000U/g；复合酶C由酸性纤维素酶和普鲁兰酶按2:1的质量比复配而成，且其酸性纤维素酶的酶活力为5100U/g，普鲁兰酶的酶活力2000U/g，复合酶C的酶活力为3000U/g。
耐高温酵母采用安琪酵母股份有限公司生产的耐高温酵母或法国乐斯福公司生产法尔凯耐高温酵母。
蒸馏提纯处理采用六塔蒸馏工艺，发酵醪液经预热器后进入醪塔，将乙醇和挥发性杂质与乙醇糟液、不挥发性杂质分离；醪塔升温后乙醇和挥发性杂质从醪塔顶部排出，为减轻醪塔负荷，在醪塔第23层塔板处设一溢流管，使回流的低浓度液相乙醇进入粗辅塔进一步浓缩，再重新回到醪塔；来自醪塔的粗乙醇由水萃取塔的第二层填料液体分布器进入处理，处理后高浓度乙醇冷凝送回水萃取塔进一步净化处理，另一部分低浓度乙醇进入含杂馏分处理塔进行处理；排杂后的水萃取塔塔釜的低浓度乙醇被送入精馏塔，以得到较高浓度的乙醇产品。

Claims (5)

1.一种以木薯淀粉加工废弃物生产乙醇的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将木薯淀粉加工废弃物加水配成质量浓度为15~25%的混合物；
（2）以木薯淀粉加工废弃物的干重计，按每吨木薯淀粉加工废弃物添加2~3kg的添加量向步骤（1）的混合物中添加复合酶A，在40~55℃的温度下酶解4~12小时；再按每吨木薯淀粉加工废弃物添加10~20U和1~2kg的添加量分别添加α-淀粉酶和复合酶B，在85~105℃的温度下酶解2~3小时；然后按每吨木薯淀粉加工废弃物添加150~200U和0.5~1.2kg的添加量分别添加糖化酶和复合酶C，并用质量浓度98%的浓硫酸调节pH值至3.8~4.5，在58~62℃的温度下水解10~14小时，得到酶解醪液；
（3）将步骤（2）得到的酶解醪液冷却至25~40℃，按0.1~0.18%的质量百分比添加尿素，然后按每克木薯淀粉加工废弃物添加0.001~0.005g的添加量接入耐高温酵母，在25~40℃静置发酵8~12小时，之后每隔12小时搅拌或打循环一次，进行乙醇发酵24~60小时，发酵完成后得到发酵醪液；
（4）将步骤（3）得到的发酵醪液蒸馏提纯处理后得到乙醇。
2.根据权利要求1所述的以木薯淀粉加工废弃物生产乙醇的方法，其特征在于，所述步骤（2）中的复合酶A由中性纤维素酶、中性蛋白酶和戊聚糖酶按10:1:1的质量比复配而成，且其中性纤维素酶的酶活力为5100U/g，中性蛋白酶的酶活力为50000U/g，戊聚糖酶的酶活力为4500000U/g，复合酶A的酶活力为50000U/g。
3.根据权利要求1所述的以木薯淀粉加工废弃物生产乙醇的方法，其特征在于，所述步骤（2）中的复合酶B由β-淀粉酶、异淀粉酶和果胶糖酶按1:1:1的质量比复配而成，且其β-淀粉酶的酶活力为4000U/g，异淀粉酶的酶活力为80000U/g，果胶糖酶的酶活力为10000U/g，复合酶B的酶活力为30000U/g。
4.根据权利要求1所述的以木薯淀粉加工废弃物生产乙醇的方法，其特征在于，所述步骤（2）中的复合酶C由酸性纤维素酶和普鲁兰酶按2:1的质量比复配而成，且其酸性纤维素酶的酶活力为5100U/g，普鲁兰酶的酶活力2000U/g，复合酶C的酶活力为3000U/g。
5.根据权利要求1所述的以木薯淀粉加工废弃物生产乙醇的方法，其特征在于，所述步骤（4）采用六塔蒸馏工艺进行蒸馏提纯处理。
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