CN1912129A - 秸秆固体发酵生产乙醇的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于利用微生物发酵技术领域，特别涉及一种以秸秆为原料，循环利用富含纤维素酶和酵母的混合菌液，固体发酵生产乙醇的方法。本发明的技术方案包括：灭菌处理，第一次发酵，排菌液，蒸馏，排渣，再次发酵，再次蒸馏，循环生产。采用本工艺将提高生产效率，减少纤维素酶和酵母的用量，降低生产成本，发酵后的秸秆废渣可以经过再处理，可生产成畜牧业所需的蛋白饲料。

Description

秸秆固体发酵生产乙醇的方法
技术领域
本发明属于利用微生物发酵技术领域，特别涉及一种以秸秆为原料，重复利用含有纤维素酶和酵母的菌液生产乙醇的方法。
背景技术
现在我国采用生物发酵技术利用秸秆发酵生产乙醇已广为人知。但没有形成大规模工业化生产，主要原因就是生产的成本问题，能使秸秆内的纤维素半纤维素转化为多糖的纤维素酶，价格较高，造成以秸秆为原料生产的乙醇成本增加，无法实现工业生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种以秸秆为原料，重复利用菌种，工业化生产乙醇的工艺方法。
为达到本发明的目的，所采取的技术方案包括：
a.灭菌处理：将秸秆粉装入发酵罐后，从发酵罐底部通入高温蒸汽，进行高温灭菌处理。而后用无菌冷空气冷却到30-36摄氏度。
b.第一次发酵处理：从发酵罐顶部向下喷淋纤维素酶和酵母菌种，纤维素酶的活性为1000IU/g，加入量为秸秆重量的1-2％，酵母细胞数在60-80亿个/g的酵母加入量为秸秆粉重量的0.8-1％，水的加入量为秸秆粉重量的2.5-3倍，发酵温度为30-36摄氏度，发酵时间为20-24小时。纤维素酶将秸秆中的纤维素和半纤维素转变成为淀粉质，而后在酵母的作用下糖化水解，最后发酵成为乙醇。
c.排菌液：发酵完成后，从发酵罐顶部通入无菌压缩空气，迫使含有纤维素酶和酵母的液体菌种从发酵罐底部的排液管中排出。以用于下次发酵使用。
d.蒸馏：菌液排出后，再从发酵罐的底部进气管道通入带压力蒸汽，蒸汽温度为100-130摄氏度，蒸汽压力为0.1-0.28Mpa，开始蒸馏低浓度乙醇。蒸馏时间为2-3小时，物料中的乙醇在蒸汽的作用下，随水蒸气一起上升，通过冷却器冷却，冷却后为低浓度乙醇，其度数可达到50-65度。
e.排渣：蒸馏后的秸秆渣排出发酵罐。
f.再次发酵：将第一次发酵后排出的菌液，全部喷淋进入灭菌冷却后的第二个发酵罐中，进行再次发酵，发酵时间为20-24小时。
g.再次排菌液：发酵完成后，从发酵罐顶部通入无菌压缩空气，迫使含有纤维素酶和酵母的液体菌种从发酵罐底部的排液管中排出，并含有少量乙醇。以后所有的发酵都是用上次发酵排出的菌液，如此往复。菌液可以循环使用40-50次，达到循环次数后，此批混合菌液废弃，重新开始第一次发酵过程。
h.再次蒸馏：蒸馏采用100-130摄氏度的蒸汽，压力为0.1-0.28Mpa，蒸馏时间为2-3小时。蒸馏出的乙醇浓度为50-65度。
效益效果：此种方法的效果体现在将菌液重复使用和综合发酵罐的自动化发酵过程，提高了生产效率，减少了酶制剂和菌种的用量，降低了生产成本。秸秆废渣还可以用作畜牧业所需的养牛饲料，为企业创造附加价值。
附图说明：
附图是本发明中的综合发酵罐结构示意图
如图所示：1.进料口；2.发酵菌液喷淋入口管；3.发酵罐，4.出料口；5.蒸汽和冷却气入口；6.菌液排出口；7.无菌压缩空气进气管；8.乙醇蒸汽出口管；9.冷却器。
实施例1：如图所示
1.将2吨玉米秸秆粉通过进料口(1)装入发酵罐(3)后，从蒸汽和冷却气入口(5)向装满秸秆粉的发酵罐(3)中通入温度130摄氏度，压力0.28Mpa的蒸汽进行灭菌。灭菌时间20分钟，灭菌结束再从蒸汽和冷却入口(5)通入压缩无菌冷空气，将罐内温度冷却到35-36摄氏度。
2.选用纤维素酶的酶活性为1000IU/g，加入量为30千克，酵母的活性为80亿个/g，加入量为20千克，将纤维素酶和酵母溶于秸秆粉重量2.5倍的水中，通过综合发酵罐的发酵菌液喷淋入口管(2)进行喷淋接种，接种温度为35-36摄氏度，发酵时间为22小时。
3.发酵完成后，从发酵罐的无菌压缩空气进气管(7)通入无菌空气，将纤维素酶和酵母的混合液体从发酵罐的菌液排出口(6)中排出，排出后的纤维素酶和酵母混合液体作为下次发酵的菌液继续使用。
4.菌液排出后，从发酵罐(3)的蒸汽和冷却气入口(5)通入蒸汽，蒸汽温度为110摄氏度，蒸汽压力为0.15Mpa，开始蒸馏低浓度乙醇。蒸馏时间为2小时，物料中的乙醇在蒸汽的作用下，随蒸气一起上升，通过乙醇蒸汽出口管(8)进入冷却器(9)进行冷却，冷却成为低浓度乙醇，生产出59度乙醇417千克。
5.将蒸馏后的剩余废渣物料从出料口(4)排出发酵罐。
6.将从菌液排出口(6)排出的混合菌液通入下一个发酵罐中，进行再次发酵，加入量为上次发酵排出的全部菌液，再次发酵24小时。
7.再次发酵结束后，再次排出混合菌液，如此往复。在进行循环发酵46次后，菌液中有害菌群浓度超标，此批次菌液停止使用。平均每2吨玉米秸秆能生产59度的乙醇416千克。此次循环生产效果见表。
               玉米秸秆循环发酵乙醇实验效果记录表
循环发酵次数     玉米秸秆粉加入量     生产乙醇重量(59度)
    1     2000千克     417千克
    2     2000千克     416千克
    3     2000千克     418千克
    4     2000千克     421千克
    5     2000千克     423千克
    6     2000千克     424千克
    7     2000千克     423千克
    8     2000千克     426千克
    9     2000千克     423千克
    10     2000千克     425千克
    11     2000千克     423千克
    12     2000千克     422千克
    13     2000千克     425千克
    14     2000千克     425千克
    15     2000千克     424千克
    16     2000千克     423千克
    17     2000千克     424千克
    18     2000千克     423千克
    19     2000千克     426千克
    20     2000千克     425千克
    21     2000千克     424千克
    22     2000千克     425千克
    23     2000千克     424千克
    24     2000千克     426千克
            玉米秸秆循环发酵乙醇实验效果记录表
循环发酵次数     玉米秸秆粉加入量     生产乙醇重量(59度)
    25     2000千克     424千克
    26     2000千克     423千克
    27     2000千克     420千克
    28     2000千克     417千克
    29     2000千克     418千克
    30     2000千克     415千克
    31     2000千克     412千克
    32     2000千克     411千克
    33     2000千克     413千克
    34     2000千克     410千克
    35     2000千克     408千克
    36     2000千克     406千克
    37     2000千克     407千克
    38     2000千克     403千克
    39     2000千克     402千克
    40     2000千克     403千克
    41     2000千克     401千克
    42     2000千克     402千克
    43     2000千克     401千克
    44     2000千克     402千克
    45     2000千克     401千克
    46     2000千克     402千克

Claims (2)

1.一种秸秆固体发酵生产乙醇的方法，包括以下步骤：
a.灭菌—将秸秆粉装入发酵罐中，进行灭菌处理，从发酵罐底部通入高温高压蒸气，进行高温灭菌，而后冷却至30-36摄氏度；
b.第一次发酵处理-从发酵罐顶部向下喷淋纤维素酶和酵母的混合溶液，活性为1000IU/g的纤维素酶的加入量为秸秆重量的1-2％，活性为60-80亿/g的酵母加入量为秸秆重量的0.8-1％，水的加入量为秸秆重量的2.5-3倍，发酵温度为30-36摄氏度，发酵时间为20-24小时；
c.排菌液-从发酵罐顶部通入无菌压缩空气，将含有纤维素酶和酵母的混合菌液从发酵罐底部的排液管中排出；
d.蒸馏-菌液排出后，从发酵罐底部的蒸汽管道通入压力蒸汽，蒸汽的温度为100-130摄氏度，蒸汽压力为0.1-0.28Mpa，蒸馏时间为2-3小时，乙醇在蒸汽作用下，通过冷却器冷却，成为低浓度乙醇，其度数可达到50-65度；
e.排渣-蒸馏后的秸秆渣排出发酵罐；
f.再次发酵：将从上一次发酵过程中排出的，富含纤维素酶和酵母的混合菌液，全部喷淋加入到下一罐灭菌后的秸秆中，进行再次发酵；如此反复循环进行灭菌、发酵、排菌液、蒸馏、排渣；一批发酵菌液可以循环使用40-50次；
2.根据权利要求1所述秸秆固体发酵生产乙醇的方法其特征在于能够将上一次发酵过程中，产生的富含纤维素酶和酵母菌的混合菌液用于下一罐的发酵过程中，并循环使用。
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