CN1451755A - 用秸秆固态发酵生产酒精的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用秸秆同步固态发酵生产酒精的方法。本工艺将揉切并粉碎的秸秆在1.2～1.4MPa、持压5～7min进行蒸汽爆破预处理；在预处理后的秸秆粉中加入纤维素酶曲42IU/g、接种耐高温酵母5％、45℃下发酵24h得到酒精7.2％，发酵残渣含较丰富的蛋白质和部分还原糖类，蒸煮后气味清香，有作为饲料的应用前景。本工艺能耗低，生产效率高，无废渣、废液等环境污染。
Description
技术领域
本工艺涉及一种用秸秆作为原料生产酒精的方法，特别涉及一种用秸秆作为原料固态发酵生产燃料酒精的方法。
背景技术
我国是农业生产大国，每年各类农作物的废弃物秸秆近6亿吨，资源丰富、价格低廉。在理论上，纤维质生物量发酵生产燃料乙醇不存在困难，但久久不能实行工业化生产，出现这一问题的实质是经济成本难于过关，没有高效率的工艺条件。当今我国酒精行业面临的最大课题是原料、成本和污染三个问题。解决发酵酒精原料的根本出路，在于利用纤维原料代替粮食；酒精生产与饲料生产相结合；利用遗传工程技术选育能直接发酵纤维素、半纤维素的菌株，以及耐高温酵母、抗杂菌酒精发酵菌等。目前，发酵纤维质生物量转化为乙醇的研究距离实际应用仍有一定差距，造成这一问题的原因有许多方面，主要表现在纤维质原料预处理的能耗高；纤维素酶的生产成本高，酶活低；纤维素酶解与酵母发酵的最适温度不协调，发酵工艺还不太成熟；产物浓度低，造成产物回收费用高。
发明内容
本发明的目的是要提供一种有效的用秸秆固态发酵生产酒精的方法。
为了达到本发明的目的所采取的技术方案包括：
1)秸秆的预处理
将秸秆经过揉搓并粗粉碎至20目左右后，用蒸汽爆破法进行预处理，将要处理的秸秆，倒入爆破装置的反应器中，通入饱和水蒸汽，升压到1.2～1.6MPa开始计时，反应5～7分钟放下阀门，反应器中的被处理后的秸秆回收到接收器中；
2)纤维素酶曲的制备
选用康氏木霉做为出发菌株，利用康氏木霉固态发酵生产纤维素酶曲，将纤维素酶曲直接利用到进一步的同步发酵中；
(1)将康氏木霉接种到斜面培养基培养一定时间，从活化的斜面刮几环孢子接入带玻璃珠的无菌水中，振荡，分散孢子，测定孢子浓度，使孢子悬液浓度达106～107个/mL；
(2)于容器中添加秸秆粉与麸皮，水，硫酸铵；使秸秆粉与麸皮重量比为1∶1～1.5∶1，固液重量比为1∶2～1∶3，硫酸铵添加量为总重量的2～2.5％；
(3)将(2)中的培养基灭菌，冷却后接种总重量5～8％的孢子悬液，于28℃～30℃下培养72～90小时后得到纤维素酶曲；
3)酵母活化
选用能在45～50℃条件下生长良好的耐高温酵母，接种麦芽汁斜面保藏的酵母株一环于5mLYEPD液体培养基中，30℃～45℃下120r/min培养16～20h，然后再按5％的接种量转接入装有20mLYEPD液体的250mL三角瓶中摇床120r/min培养16～18h，依次扩大；
4)同步糖化发酵
在预处理后的秸秆粉中添加纤维素酶曲，使总底物中的纤维素酶曲酶活以纤维素滤纸酶活计达到42～50IU/g，加入固体底物2～3倍重量的水；接种活化后的耐高温酵母，接种量为总底物质量的5～10％，于45℃～50℃发酵20～24小时，收集酒精。
上述工艺步骤中所用的康氏木霉斜面培养基(保藏培养基)可这样制作：
称取麸皮10g加水适量，煮沸30min，过滤取汁，将汁液定容至100mL，加琼脂粉2g，分装灭菌，冷却倾斜放置即成。
本发明从秸秆同时糖化发酵的角度出发，实现了秸秆固态同步发酵转化为酒精的过程，具有如下特点和优点：
本发明选用耐高温的酵母，解决了酵母最适生长温度与纤维素酶解的最适温度不一致的技术难题，满足了同步发酵的要求；
利用康氏木霉固态发酵生产纤维素酶曲，将纤维素酶曲直接利用到进一步的同步发酵中，不仅可以实现秸秆同步固态发酵生产酒精，而且省去了纯化、制备纤维素酶制剂的过程，同时产纤维素酶曲所利用的培养基以秸秆为主，仅添加少量低成本的麸皮和硫酸铵，不仅利用了秸秆，而且大大降低了制备酶的成本；
通过对同步固态发酵条件的研究，得到了优化的发酵工艺路线，大大缩短了发酵时间，提高了发酵效率，同步发酵20～24小时，即可得到7.2％左右的酒精(按秸秆干基计算)；
利用本工艺不仅可以将秸秆等农业废弃物转化为燃料酒精，而且整个工艺过程能耗低，无废渣、废液等污染环境，是绿色环保的废物利用方法；
秸秆中含有丰富的纤维素类物质，以秸秆作为原料发酵生产酒精，不仅可以从根本上改变目前酒精以淀粉类物质为原料的生产状况，而且可以同时得到质优价廉的酒糟饲料，有着极大的经济效益和社会效益。利用本工艺所产生的发酵残渣含较丰富的蛋白质和部分还原糖类，蒸煮后气味清香，有作为饲料的应用前景。
附图说明
图1为本发明中纤维素酶曲的培养方法工艺流程图；
图2为本发明用秸秆同步固态发酵生产酒精方法的工艺流程图。
具体实施方案方案一：如图1、图2所示，
(1)将秸秆用揉切粉碎机揉搓并粗粉碎至20目；将粉碎后的秸秆，倒入爆破装置的反应器中，通入饱和水蒸汽，升压到1.2MPa开始计时，反应5分钟放下阀门，将秸秆回收到接收器中；
(2)将康氏木霉接种到斜面培养基培养至菌丝生长旺盛，从斜面刮几环孢子接入带玻璃珠的无菌水中，振荡，分散孢子；孢子悬液浓度在107个/mL；
(3)于容器中添加秸秆粉与麸皮，水，硫酸铵；使秸秆粉与麸皮重量比为1∶1，固液重量比为1∶3，硫酸铵添加量为总重量的2％，混合均匀，灭菌，冷却后接种总重量5％的孢子悬液，于30℃下培养84小时后得到纤维素酶曲；
(4)接种麦芽汁斜面保藏的耐高温酵母株一环于5mLYEPD液体培养基中，45℃下120r/min培养16h，然后再按5％的接种量依次扩大；
(5)在爆破后的秸秆粉中添加纤维素酶曲，使总底物中的纤维素酶曲酶活以纤维素滤纸酶活计达到42IU/g，加入固体底物2倍重量的水，接种活化后的耐高温酵母，接种量为总底物质量的5％，于45℃发酵24小时，收集酒精，可得到每100g干秸秆约产酒精7.23g。方案二：
(1)将秸秆揉搓并粗粉碎；将粉碎后的秸秆，倒入爆破装置的反应器中，通入饱和水蒸汽，升压到1.2MPa开始计时，反应5分钟放下阀门，将秸秆回收到接收器中；
(2)从康氏木霉斜面培养基刮几环孢子接入无菌水中，振荡，分散孢子，孢子悬液浓度在106个/mL；
(3)于容器中添加秸秆粉与麸皮，水，硫酸铵；使秸秆粉与麸皮重量比为1∶1，固液重量比为1∶2，硫酸铵添加量为总重量的2.5％，混合均匀，灭菌，冷却后接种总重量5％的孢子悬液，于30℃下培养76小时后得到纤维素酶曲；
(4)接种麦芽汁斜面保藏的耐高温酵母株一环于5mLYEPD液体培养基中，30℃下120r/min培养18h，然后再按5％的接种量依次扩大；
(5)在爆破后的秸秆粉中添加纤维素酶曲，使总底物中的纤维素酶曲酶活以纤维素滤纸酶活计达到47IU/g，加入固体底物2倍重量的水；接种活化后的耐高温酵母，接种量为总底物质量的5％，于50℃发酵24小时，收集酒精，可得到每100g干秸秆约产酒精7.14g。
Claims (4)
1、一种用秸秆固态发酵生产酒精的方法，包括下列生产工艺：
1)秸秆的预处理
将秸秆经过揉搓并粗粉碎至20目左右后，用蒸汽爆破法进行预处理，将要处理的秸秆，倒入爆破装置的反应器中，通入饱和水蒸汽，升压到1.2～1.6MPa开始计时，反应5～7分钟放下阀门，反应器中的被处理后的秸秆回收到接收器中；
2)纤维素酶曲的制备
选用康氏木霉做为出发菌株，利用康氏木霉固态发酵生产纤维素酶曲，将纤维素酶曲直接利用到进一步的同步发酵中；
(1)将康氏木霉接种到斜面培养基培养一定时间，从活化的斜面刮几环孢子接入带玻璃珠的无菌水中，振荡，分散孢子，测定孢子浓度，使孢子悬液浓度达106～107个/mL；
(2)于容器中添加秸秆粉与麸皮，水，硫酸铵；使秸秆粉与麸皮重量比为1∶1～1.5∶1，固液重量比为1∶2～1∶3，硫酸铵添加量为总重量的2～2.5％；
(3)将(2)中的培养基灭菌，冷却后接种总重量5～8％的孢子悬液，于28℃～30℃下培养72～90小时后得到纤维素酶曲；
3)酵母活化
选用能在45～50℃条件下生长良好的耐高温酵母，接种麦芽汁斜面保藏的酵母株一环于5mLYEPD液体培养基中，30℃～45℃下120r/min培养16～20h，然后再按5％的接种量转接入装有20mLYEPD液体的250mL三角瓶中摇床120r/min培养16～18h，依次扩大；
4)同步糖化发酵
在预处理后的秸秆粉中添加纤维素酶曲，使总底物中的纤维素酶曲酶活以纤维素滤纸酶活计达到42～50IU/g，加入固体底物2～3倍重量的水；接种活化后的耐高温酵母，接种量为总底物质量的5～10％，于45℃～50℃发酵20～24小时，收集酒精。
2、根据权利要求1所述的用秸秆固态发酵生产酒精的方法，其特征在于，该方法中所用的康氏木霉斜面培养基(保藏培养基)可这样制作：
称取麸皮10g加水适量，煮沸30min，过滤取汁，将汁液定容至100mL，加琼脂粉2g，分装灭菌，冷却倾斜放置即成。
3、根据权利要求1所述的用秸秆固态发酵生产酒精的方法，其特征在于
(1)将秸秆用揉切粉碎机揉搓并粗粉碎至20目；将粉碎后的秸秆，倒入爆破装置的反应器中，通入饱和水蒸汽，升压到1.2MPa开始计时，反应5分钟放下阀门，将秸秆回收到接收器中；
(2)将康氏木霉接种到斜面培养基培养至菌丝生长旺盛，从斜面刮几环孢子接入带玻璃珠的无菌水中，振荡，分散孢子；孢子悬液浓度在107个/mL；
(3)于容器中添加秸秆粉与麸皮，水，硫酸铵；使秸秆粉与麸皮重量比为1∶1，固液重量比为1∶3，硫酸铵添加量为总重量的2％，混合均匀，灭菌，冷却后接种总重量5％的孢子悬液，于30℃下培养84小时后得到纤维素酶曲；
(4)接种麦芽汁斜面保藏的耐高温酵母株一环于5mLYEPD液体培养基中，45℃下120r/min培养16h，然后再按5％的接种量依次扩大；
(5)在爆破后的秸秆粉中添加纤维素酶曲，使总底物中的纤维素酶曲酶活以纤维素滤纸酶活计达到42IU/g，加入固体底物2倍重量的水，接种活化后的耐高温酵母，接种量为总底物质量的5％，于45℃发酵224小时，收集酒精，可得到每100g干秸秆约产酒精7.23g。
4、根据权利要求1所述的用秸秆固态发酵生产酒精的方法，其特征在于，
(1)将秸秆揉搓并粗粉碎；将粉碎后的秸秆，倒入爆破装置的反应器中，通入饱和水蒸汽，升压到1.2MPa开始计时，反应5分钟放下阀门，将秸秆回收到接收器中；
(2)从康氏木霉斜面培养基刮几环孢子接入无菌水中，振荡，分散孢子，孢子悬液浓度在106个/mL；
(3)于容器中添加秸秆粉与麸皮，水，硫酸铵；使秸秆粉与麸皮重量比为1∶1，固液重量比为1∶2，硫酸铵添加量为总重量的2.5％，混合均匀，灭菌，冷却后接种总重量5％的孢子悬液，于30℃下培养76小时后得到纤维素酶曲；
(4)接种麦芽汁斜面保藏的耐高温酵母株一环于5mLYEPD液体培养基中，30℃下120r/min培养18h，然后再按5％的接种量依次扩大；
(5)在爆破后的秸秆粉中添加纤维素酶曲，使总底物中的纤维素酶曲酶活以纤维素滤纸酶活计达到47IU/g，加入固体底物2倍重量的水；接种活化后的耐高温酵母，接种量为总底物质量的5％，于50℃发酵24小时，收集酒精，可得到每100g干秸秆约产酒精7.14g。
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