CN110106207A - 一种利用咖啡废弃物生产生物乙醇的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用咖啡废弃物（咖啡渣、壳、果皮）渣制备生物乙醇的方法，在去离子水中加入咖啡渣、硫酸，在100℃下水解1小时，然后在30‑37℃下加入异常毕赤酵母菌发酵48‑96小时，得到咖啡废弃物酶解液，在78.5℃下煮沸反应，冷却，得到生物乙醇。本发明回收利用了使用咖啡后的咖啡残渣，经过热反应，制备得到生物乙醇，可带来可观的经济效益，并且对环境友好，减少环境污染。本发明制得的生物乙醇可用于部分替代汽车燃料。

Description

一种利用咖啡废弃物生产生物乙醇的方法
技术领域
本发明属于生物化工技术领域，涉及食品废渣的利用方法，具体是利用咖啡渣生产乙醇的方法。
背景技术
咖啡果在采收过程中，由于不同的加工方法产生不同的咖啡废弃物：湿法加工的咖啡产生大量咖啡壳（占20%），干法加工（日晒法）则产生大量咖啡果皮、果胶和果壳（共占45%）。咖啡豆经咖啡机的研磨，冲泡后成为咖啡饮品，但也留下了约占咖啡豆重量70-80%的萃取渣。在速溶咖啡生产中，厂家提高咖啡机的研磨能力，努力将咖啡豆研磨得更小，萃取后仍要留下50-65%的咖啡渣。目前，咖啡废弃物的利用非常有限，大部分被丢弃，污染环境。
目前，世界经济主要依赖石油、煤、天然气等化石能源，这些能源正用于生产燃料、电力和其他商品。化石燃料的大量消费造成了严重的污染。随着人口的扩大和工业的繁荣，全球能源消费逐渐增加。运输燃料的使用受到世界矿物燃料储量有限的影响。
替代能源必须在技术上可行、经济上有竞争力、环境上可以接受，而且随时可用。已经提出了几种替代燃料，如生物乙醇、生物柴油、甲醇、氢、硼、天然气和液化石油气。生物乙醇是迄今为止全世界使用最广泛的生物燃料。
研究工作更多地集中在可再生、低成本的大规模木质纤维素原料加工上，这些原料主要来自农业和森林残留物。因为农业废物不具有粮食价值，不需要单独的土地、水和能源需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用咖啡废弃物生产生物乙醇的方法。
包括如下步骤：
A、酸解：在去离子水中加入硫酸，硫酸的浓度为0.4-0.6 M，再加入咖啡废弃物，咖啡废弃物与水的比例为（kg/L）=1:3-1:5，温度100℃，搅拌1h；
B、酶解：将咖啡废弃物酸解液降至室温，调节pH值4-6，将温度控制在30-37℃，加入酵母菌，发酵时间为48-96h，得到咖啡废弃物酶解液；
C、煮沸：咖啡废弃物酶解液75-85℃下煮沸反应，冷却得到生物乙醇。
步骤A中所述的咖啡废弃物为咖啡渣、咖啡果皮；硫酸的浓度为0.5M；咖啡废弃物与水的比例为（kg/L）=1：4。
步骤B中所述的酵母菌为异常毕赤酵母菌。
步骤C中所述的咖啡废弃物酶解液78.5℃下煮沸反应。
本发明具有下列优点和效果：
德宏后谷有限公司咖啡速溶加工产每年产生5万吨以上咖啡渣，云南年产咖啡豆果皮15万吨，咖啡渣和咖啡果皮是生产生物乙醇的良好原料。本发明研究了用稀硫酸水解法生产咖啡废液乙醇。利用蒸馏水和不同浓度的硫酸水解咖啡废液，确定了最有效的酸浓度，保证了最大乙醇收率。优化研究表明，在0.4-0.6 M硫酸水解1h，温度为100℃；水解物在酵母菌株生产乙醇的最佳温度为30-37℃和pH值5，发酵时间为48-96h时，最高可生产乙醇产率为11.5%。这项发明清楚地表明了利用湿咖啡废料生产乙醇的可能性。利用咖啡废料作为替代能源生产，可减少了我国的环境污染和对石油和石化油的依赖。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
一种利用咖啡废弃物生产生物乙醇的方法，包括如下步骤：
A、酸解：在去离子水中加入硫酸，硫酸的浓度为0.4-0.6 M，再加入咖啡废弃物，咖啡废弃物与水的比例为（kg/L）=1:3-1:5，温度100℃，搅拌1h；
B、酶解：将咖啡废弃物酸解液降至室温，调节pH值4-5，将温度控制在30-37℃，加入酵母菌，发酵时间为48-96h，得到咖啡废弃物酶解液；
C、蒸馏：咖啡废弃物酶解液75-85℃下蒸馏，冷却得到生物乙醇。
步骤A中所述的咖啡废弃物为咖啡渣、咖啡果皮；硫酸的浓度为0.5M；咖啡废弃物与水的比例为（kg/L）=1：4。
步骤B中所述的酵母菌为异常毕赤酵母菌。
步骤C中所述的咖啡废弃物酶解液78.5℃下煮沸反应。
实施例1
对咖啡废弃物进行物质组成成分分析，结果如表1。
表1 咖啡废弃物物质组成成分
咖啡果皮中可以含有咖啡皮或咖啡皮+果胶+壳。
实施例2
A、酸解：在去离子水中加入硫酸，硫酸的浓度为0.4-0.6 M，再加入咖啡废弃物，咖啡废弃物与水的比例为（kg/L）=1:3-1:5，温度100℃，搅拌1h；
B、酶解：将咖啡废弃物酸解液降至室温，调节pH值4-5，将温度控制在30-37℃，加入酵母菌，发酵时间为48-96h，得到咖啡废弃物酶解液；
C、蒸馏：咖啡废弃物酶解液75-85℃下蒸馏，冷却得到生物乙醇。
异常毕赤酵母菌的来源为商业菌种经中国咖啡工程研究中心在咖啡果皮发酵中驯化，重新分离得到的高效降解咖啡果皮的异常毕赤酵母菌，Pichia anomala CERCC 3号。
按照此方法，进行实验，各参数与乙醇产率见表2。其中，产率的计算方法为：%产量（V/W）=乙醇蒸馏产量（ml）x 100 / 咖啡废弃物重量(g)
表2 咖啡废弃物在不同硫酸浓度和发酵方法中与生产乙醇产量关系*
*：咖啡果皮和咖啡渣比率为2:1，硫酸水解时间为1小时，温度100℃。

Claims (6)

1.一种利用咖啡废弃物生产生物乙醇的方法，其特征是包括如下步骤：
A、酸解：在去离子水中加入硫酸，硫酸的浓度为0.4-0.6 M，再加入咖啡废弃物，咖啡废弃物与水的比例为（kg/L）=1:3-1:5，温度100℃，搅拌1h；
B、酶解：将咖啡废弃物酸解液降至室温，调节pH值4-6，将温度控制在30-37℃，加入酵母菌，发酵时间为48-96h，得到咖啡废弃物酶解液；
C、蒸馏：咖啡废弃物酶解液75-85℃下蒸馏，冷却得到生物乙醇。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤A中所述的咖啡废弃物为咖啡渣、咖啡果皮。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤A中所述的硫酸的浓度为0.5M。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤A中所述的咖啡废弃物与水的比例为（kg/L）=1：4。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤B中所述的酵母菌为异常毕赤酵母菌。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤C中所述的咖啡废弃物酶解液78.5℃下煮沸反应。
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