利用糖化型細胞培養液製造生物燃料乙醇的方法
2023-09-19 03:26:05
專利名稱：利用糖化型細胞培養液製造生物燃料乙醇的方法
技術領域：
本發明涉及生物燃料乙醇的製造工藝領域，特別是涉及一種利用微生物所產生的 糖化型細胞培養液替代商品糖化酶製劑製造生物燃料乙醇的方法。
背景技術：
我國是一個能源消耗大國，每年要從國外進口大量原油及能源製品補充能源的不 足，發展我國可再生能源成為當務之急。隨著我國可再生能源的生物燃料乙醇替代車用汽 油的發展，生產生物燃料乙醇成本問題成為一個瓶頸問題。在現有的生物燃料乙醇的生產 過程中，其糖化工序均採用昂貴的商品糖化酶製劑，而商品糖化酶製劑的生產過程須將微 生物細胞培養產生的糖化型細胞培養液通過分離、純化、過濾、濃縮或乾燥等提取工藝後包 裝而成，然後運輸到生物燃料乙醇廠使用，這些過程致使商品糖化酶製劑價格昂貴，從而增 加了生物燃料乙醇的生產成本。為了使生物燃料乙醇能替代部分車用汽油，必須降低生物 燃料乙醇的生產成本。因此，人們迫切希望一種能適用於目前生物燃料乙醇工廠降低生產 成本的生物燃料乙醇的製造方法問世。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術的生產生物燃料乙醇成本高的缺 陷，滿足人們的迫切願望和當前生物燃料乙醇製造工藝的需求，提供一種利用糖化型細胞 培養液替代商品糖化酶製劑製造生物燃料乙醇的方法，可節省因製造商品糖化酶製劑在分 離、純化、過濾、濃縮或乾燥等提取工藝和包裝過程以及運輸、銷售等環節所產生的各種費 用，從而在很大程度上降低了生物燃料乙醇的生產成本，該方法由於將微生物產生糖化型 細胞培養液的過程置入生物燃料乙醇生產體系內，能在產生糖化型細胞培養液時與乙醇發 酵共享碳源，提高了設備的利用率，並減少了使用商品酶的各開放環節帶來的雜菌汙染的 危險，達到了環保節能的效果。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是利用糖化型細胞培養液製造生物燃 料乙醇的方法，利用生物質原材料製造生物燃料乙醇，其生產工序包括原料預處理、微生物 細胞培養、糖化、發酵、蒸餾和脫水，本方法將微生物產生糖化型細胞培養液的過程置入生 物燃料乙醇生產體系內，直接利用微生物的產酶細胞，使糖化型細胞培養液替代商品糖化 酶製劑製造生物燃料乙醇，具體方法(1)、產生糖化型細胞培養液的微生物菌類是真菌、細菌、放線菌、酵母菌中一種以 上的菌類；(2)、產生糖化型細胞培養液的培養基選用的原輔材料及其重量份數是碳源3 20份、氮源1 15份、營養鹽1 10份、生長素1 5份、水50 94份；(3)、產生糖化型細胞培養液的工藝步驟如下①、將產生糖化型細胞培養液的原輔材料按其重量份數投入到糖化型細胞培養液專 用培養器內，糖化型細胞培養液專用培養器的投料定容為按培養器容積的30 90%投料；
②、空氣經空壓機和淨化系統輸入糖化型細胞培養液專用培養器內，純淨空氣通 風量為 0. 1 1. 4L/L · min ；③、將微生物菌種經擴培容器後的糖化型細胞菌種液接種到糖化型細胞培養液專 用培養器內，接種量為5 30% ；④、糖化型細胞培養液的微生物進行培養採用的培養條件如下溫度20 39°C ； PH值3. 0 8. 5 ；培養時間為40 150小時；DE值達0. 1 15%即可終止培養；⑤、將終止培養後的糖化型細胞培養液與需糖化的物料按體積比0.0001 0.1 1加到糖化鍋對需糖化的物料進行糖化，採用如下糖化條件溫度為30 105°C; PH值為4 8 ；或者將終止培養後的糖化型細胞培養液與需糖化發酵的物料按體積比 0. 0001 0. 1 1直接加到乙醇發酵罐與酒母對物料同步糖化發酵，採用的條件與酒母使 用條件相同；(4)、由糖化工序產出的糖化產物部分移到微生物細胞培養工序的培養基中；(5)、通過原材料預處理工序後的物料部分移到微生物細胞培養工序的培養基中。所述碳源是澱粉質物料、纖維素質物料、糖質物料中一種以上的物料。所述氮源是含無機氮、銨鹽、硝酸鹽、液氨、有機氮、豆餅粉、花生餅粉、麩皮、脲素、 胺、醯胺、嘌呤鹼、嘧啶鹼、蛋白質、蛋白腖、牛肉膏、酵母膏中一種以上的物料。所述營養鹽是含磷、硫、鎂、鉀、鈉、鐵、鈣、鋅、鈷、錳中一種以上離子的混合鹽液。所述生長素是含胺基酸、嘌呤、嘧啶、維生素、玉米漿、生物代謝劑中一種以上的物 料。所述生物質原材料是指澱粉質物料、纖維素質物料、糖質物料中一種以上的物料。本發明的有益效果是1、本發明將微生物產生糖化型細胞培養液的過程置入生 物燃料乙醇生產體系內，使製造生物燃料乙醇的糖化工序直接利用微生物的產酶細胞，減 少了使用商品酶的各開放環節帶來的雜菌汙染的危險；2、碳源的共享，即在製造生物燃料 乙醇的糖化工序產出的糖化產物部分可移到產生糖化型細胞培養液的培養基中使用，原材 料預處理後的物料部分也可移到產生糖化型細胞培養液的培養基中使用，提高了處理設備 的利用率；3、可實施性強，即可用於現行的糖化、發酵生產乙醇的分步工藝，也可用於邊糖 化邊發酵的同步工藝；4、本發明利用糖化型細胞培養液替代商品糖化酶製劑，可節省因制 造商品糖化酶製劑在分離、純化、過濾、濃縮或乾燥等提取工藝和包裝過程以及運輸、銷售 等環節所產生的各種費用，從而在很大程度上降低了生物燃料乙醇的生產成本；5、還可以 將糖化型細胞培養液中的營養物質充分再利用到乙醇發酵中，從而進一步降低了生物燃 料乙醇的生產成本；直接使用糖化型細胞培養液的成本只是使用商品糖化酶製劑成本的 70% 50%，只需很短時間就可將投入的技術改造費收回，達到了環保節能的效果。
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細的說明。圖1是本發明的實施例1、實施例2、實施例3、實施例4的工藝流程圖。
具體實施例方式實施例1，參見圖1，本實施例所述的一種利用糖化型細胞培養液製造生物燃料乙醇的方法，利用生物質原材料製造生物燃料乙醇，其生產工序包括原料預處理、微生物細胞 培養、糖化、發酵、蒸餾和脫水，本實施例將微生物產生糖化型細胞培養液的過程置入生物 燃料乙醇生產體系內，直接利用微生物的產酶細胞，使糖化型細胞培養液替代商品糖化酶 製劑製造生物燃料乙醇，具體方法(1)、產生糖化型細胞培養液的微生物菌類是真菌；(2)、產生糖化型細胞培養液的培養基選用的原輔材料及其重量份數是碳源12 份、氮源8份、營養鹽6份、生長素3份、水72份；(3)、產生糖化型細胞培養液的工藝步驟如下①、將產生糖化型細胞培養液的原輔材料按其重量份數投入到糖化型細胞培養液 專用培養器內，糖化型細胞培養液專用培養器的投料定容為按培養器容積的50 90%投 料；②、空氣經空壓機和淨化系統輸入糖化型細胞培養液專用培養器內，純淨空氣通 風量為 0. 3 0. 8L/L · min ；③、將微生物菌種經擴培後的糖化型細胞菌種液接種到糖化型細胞培養液專用培 養器內，接種量為10 30% ；④、糖化型細胞培養液的微生物進行培養採用的培養條件如下溫度30 35°C ； PH值3. 0 4. 8 ；培養時間為80 150小時；DE值達4 6%即可終止培養；⑤、將終止培養後的糖化型細胞培養液與需糖化的物料按體積比0.01 0.1 1 加到糖化鍋對需糖化的物料進行糖化，採用如下糖化條件溫度為58 60°C ；PH值為4 5;或者將終止培養後的糖化型細胞培養液與需糖化發酵的物料按體積比0.01 0.1 1 直接加到乙醇發酵罐與酒母對物料同步糖化發酵，採用的條件與酒母使用條件相同；(4)、由糖化工序產出的糖化產物部分移到微生物細胞培養工序的培養基中；(5)、通過原材料預處理工序後的物料部分移到微生物細胞培養工序的培養基中。所述碳源是澱粉質物料。所述氮源是含無機氮、銨鹽、液氨、有機氮、豆餅粉、花生餅粉、麩皮中一種以上的 物料。所述營養鹽是含磷、硫、鎂、鉀、鈉、鐵、鈣離子的混合鹽液。所述生長素是含玉米漿、生物代謝劑中一種以上的物料。所述生物質原材料是指澱粉質物料。實施例2，參見圖1，本實施例所述的一種利用糖化型細胞培養液製造生物燃料乙 醇的方法，利用生物質原材料製造生物燃料乙醇，其生產工序包括原料預處理、微生物細胞 培養、糖化、發酵、蒸餾和脫水，本實施例將微生物產生糖化型細胞培養液的過程置入生物 燃料乙醇生產體系內，直接利用微生物的產酶細胞，使糖化型細胞培養液替代商品糖化酶 製劑製造生物燃料乙醇，具體方法(1)、產生糖化型細胞培養液的微生物菌類是細菌；(2)、產生糖化型細胞培養液的培養基選用的原輔材料及其重量份數是碳源20 份、氮源15份、營養鹽10份、生長素5份、水94份；(3)、產生糖化型細胞培養液的工藝步驟如下①、將產生糖化型細胞培養液的原輔材料按其重量份數投入到糖化型細胞培養液專用培養器內，糖化型細胞培養液專用培養器的投料定容為按培養器容積的30 50%投 料；②、空氣經空壓機和淨化系統輸入糖化型細胞培養液專用培養器內，純淨空氣通 風量為 0. 4 1. 4L/L · min ；③、將微生物菌種經擴培後的糖化型細胞菌種液接種到糖化型細胞培養液專用培 養器內，接種量為5 10%;④、糖化型細胞培養液的微生物進行培養採用的培養條件如下溫度35 39°C ； PH值5. 5 8. 5 ；培養時間為40 50小時；DE值達10 15%即可終止培養；⑤、將終止培養後的糖化型細胞培養液與需糖化的物料按體積比0.0001 0. 001 1加到糖化鍋對需糖化的物料進行糖化，採用如下糖化條件溫度為80 105°C ； PH值為6 8 ；或者將終止培養後的糖化型細胞培養液與需糖化發酵的物料按體積比 0.0001 0.001 1直接加到乙醇發酵罐與酒母對物料同步糖化發酵，採用的條件與酒母 使用條件相同；(4)、由糖化工序產出的糖化產物部分移到微生物細胞培養工序的培養基中；(5)、通過原材料預處理工序後的物料部分移到微生物細胞培養工序的培養基中。所述碳源是澱粉質物料或纖維素質物料。所述氮源是含無機氮、銨鹽、硝酸鹽、液氨、有機氮、豆餅粉、花生餅粉、麩皮、脲素、 胺、醯胺、嘌呤鹼、嘧啶鹼、蛋白質、蛋白腖、牛肉膏、酵母膏中一種以上的物料。所述營養鹽是含磷、硫、鎂、鉀、鈉、鐵、鈣、鋅、鈷、錳離子的混合鹽液。所述生長素是含胺基酸、嘌呤、嘧啶、維生素、玉米漿中一種以上的物料。所述生物質原材料是指澱粉質物料或纖維素質物料。實施例3，參見圖1，本實施例所述的一種利用糖化型細胞培養液製造生物燃料乙 醇的方法，利用生物質原材料製造生物燃料乙醇，其生產工序包括原料預處理、微生物細胞 培養、糖化、發酵、蒸餾和脫水，本實施例將微生物產生糖化型細胞培養液的過程置入生物 燃料乙醇生產體系內，直接利用微生物的產酶細胞，使糖化型細胞培養液替代商品糖化酶 製劑製造生物燃料乙醇，具體方法(1)、產生糖化型細胞培養液的微生物菌類是放線菌；(2)、產生糖化型細胞培養液的培養基選用的原輔材料及其重量份數是碳源3 份、氮源1份、營養鹽1份、生長素1份、水50份；(3)、產生糖化型細胞培養液的工藝步驟如下①、將產生糖化型細胞培養液的原輔材料按其重量份數投入到糖化型細胞培養液 專用培養器內，糖化型細胞培養液專用培養器的投料定容為按培養器容積的50 70%投 料；②、空氣經空壓機和淨化系統輸入糖化型細胞培養液專用培養器內，純淨空氣通 風量為 0. 4 0. 8L/L · min ；③、將微生物菌種經擴培後的糖化型細胞菌種液接種到糖化型細胞培養液專用培 養器內，接種量為10 20% ；④、糖化型細胞培養液的微生物進行培養採用的培養條件如下溫度20 29°C ； PH值5. 5 6. 6 ；培養時間為40 50小時；DE值達1 4%即可終止培養；
⑤、將終止培養後的糖化型細胞培養液與需糖化的物料按體積比0.001 0.01 1加到糖化鍋對需糖化的物料進行糖化，採用如下糖化條件溫度為30 50°C ； PH值為7 8 ；或者將終止培養後的糖化型細胞培養液與需糖化發酵的物料按體積比 0.001 0.01 1直接加到乙醇發酵罐與酒母對物料同步糖化發酵，採用的條件與酒母使 用條件相同；(4)、由糖化工序產出的糖化產物部分移到微生物細胞培養工序的培養基中；(5)、通過原材料預處理工序後的物料部分移到微生物細胞培養工序的培養基中。所述碳源是澱粉質物料或纖維素質物料。所述氮源是含無機氮、銨鹽、硝酸鹽、液氨、有機氮、豆餅粉、花生餅粉、麩皮、脲素、 胺、醯胺、嘌呤鹼、嘧啶鹼、蛋白質、蛋白腖、牛肉膏、酵母膏中一種以上的物料。所述營養鹽是含磷、硫、鎂、鉀、鈉、鐵、鈣、鋅、鈷、錳離子的混合鹽液。所述生長素是含胺基酸、嘌呤、嘧啶、維生素、玉米漿中一種以上的物料。所述生物質原材料是指澱粉質物料或纖維素質物料。實施例4，參見圖1，本實施例所述的一種利用糖化型細胞培養液製造生物燃料乙 醇的方法。利用生物質原材料製造生物燃料乙醇，其生產工序包括原料預處理、微生物細胞 培養、糖化、發酵、蒸餾和脫水，本實施例將微生物產生糖化型細胞培養液的過程置入生物 燃料乙醇生產體系內，直接利用微生物的產酶細胞，使糖化型細胞培養液替代商品糖化酶 製劑製造生物燃料乙醇。具體方法(1)、產生糖化型細胞培養液的微生物菌類是酵母菌；(2)、產生糖化型細胞培養液的培養基選用的原輔材料及其重量份數是碳源12 份、氮源8份、營養鹽6份、生長素3份、水72份；(3)、產生糖化型細胞培養液的工藝步驟如下①、將產生糖化型細胞培養液的原輔材料按其重量份數投入到糖化型細胞培養液 專用培養器內，糖化型細胞培養液專用培養器的投料定容為按培養器容積的60 80%投 料；②、空氣經空壓機和淨化系統輸入糖化型細胞培養液專用培養器內，純淨空氣通 風量為 0. 1 0. 5L/L · min ；③、將微生物菌種經擴培後的糖化型細胞菌種液接種到糖化型細胞培養液專用培 養器內，接種量為8 10% ；④、糖化型細胞培養液的微生物進行培養採用的培養條件如下溫度30 34°C ； PH值4. 0 5. 0 ；培養時間為40 75小時；DE值達0. 1 0. 3%即可終止培養；⑤、將終止培養後的糖化型細胞培養液與需糖化的物料按體積比0.001 0. 05 1加到糖化鍋對需糖化的物料進行糖化，採用如下糖化條件溫度為30 34°C ； PH值為4 5 ；或者將終止培養後的糖化型細胞培養液與需糖化發酵的物料按體積比 0.001 0.05 1直接加到乙醇發酵罐與酒母對物料同步糖化發酵，採用的條件與酒母使 用條件相同；(4)、由糖化工序產出的糖化產物部分移到微生物細胞培養工序的培養基中；(5)、通過原材料預處理工序後的物料部分移到微生物細胞培養工序的培養基中。所述碳源是澱粉質物料或纖維素質物料或糖質物料。
所述氮源是含無機氮、銨鹽、硝酸鹽、液氨、有機氮、豆餅粉、花生餅粉、麩皮、脲素、 胺、醯胺、嘌呤鹼、嘧啶鹼、蛋白質、蛋白腖、牛肉膏、酵母膏中一種以上的物料。所述營養鹽是含磷、硫、鎂、鉀、鈉、鐵、鈣、鋅、鈷、錳離子的混合鹽液。所述生長素是含胺基酸、嘌呤、嘧啶、維生素、玉米漿、生物代謝劑中一種以上的物 料。所述生物質原材料是指澱粉質物料或纖維素質物料或糖質物料。以上所述僅是本發明的四個優選實施例，並非用來限制本發明，凡其類似的實施 例與近似的利用糖化型細胞培養液製造生物燃料乙醇的方法，都應涵蓋於本發明專利的保 護範圍。
權利要求
利用糖化型細胞培養液製造生物燃料乙醇的方法，利用生物質原材料製造生物燃料乙醇，其生產工序包括原料預處理、微生物細胞培養、糖化、發酵、蒸餾和脫水，其特徵是將微生物產生糖化型細胞培養液的過程置入生物燃料乙醇生產體系內，直接利用微生物的產酶細胞，使糖化型細胞培養液替代商品糖化酶製劑製造生物燃料乙醇，具體方法(1)、產生糖化型細胞培養液的微生物菌類是真菌、細菌、放線菌、酵母菌中一種以上的菌類；(2)、產生糖化型細胞培養液的培養基選用的原輔材料及其重量份數是碳源3～20份、氮源1～15份、營養鹽1～10份、生長素1～5份、水50～94份；(3)、產生糖化型細胞培養液的工藝步驟如下①、將產生糖化型細胞培養液的原輔材料按其重量份數投入到糖化型細胞培養液專用培養器內，糖化型細胞培養液專用培養器的投料定容為按培養器容積的30～90％投料；②、空氣經空壓機和淨化系統輸入糖化型細胞培養液專用培養器內，純淨空氣通風量為0.1～1.4L/L·min；③、將微生物菌種經擴培後的糖化型細胞菌種液接種到糖化型細胞培養液專用培養器內，接種量為5～30％；④、糖化型細胞培養液的微生物進行培養採用的培養條件如下溫度20～39℃；PH值3.0～8.5；培養時間為40～150小時；DE值達0.1～15％即可終止培養；⑤、將終止培養後的糖化型細胞培養液與需糖化的物料按體積比0.0001～0.1∶1加到糖化鍋對需糖化的物料進行糖化，採用如下糖化條件溫度為30～105℃；PH值為4～8；或者將終止培養後的糖化型細胞培養液與需糖化發酵的物料按體積比0.0001～0.1∶1直接加到乙醇發酵罐與酒母對物料同步糖化發酵；(4)、由糖化工序產出的糖化產物部分移到微生物細胞培養工序的培養基中；(5)、通過原材料預處理工序後的物料部分移到微生物細胞培養工序的培養基中。
2.根據權利要求1所述的利用糖化型細胞培養液製造生物燃料乙醇的方法，其特徵 是所述碳源是澱粉質物料、纖維素質物料、糖質物料中一種以上的物料。
3.根據權利要求1所述的利用糖化型細胞培養液製造生物燃料乙醇的方法，其特徵 是所述氮源是含無機氮、銨鹽、硝酸鹽、液氨、有機氮、豆餅粉、花生餅粉、麩皮、脲素、胺、醯 胺、嘌呤鹼、嘧啶鹼、蛋白質、蛋白腖、牛肉膏、酵母膏中一種以上的物料。
4.根據權利要求1所述的利用糖化型細胞培養液製造生物燃料乙醇的方法，其特徵 是所述營養鹽是含磷、硫、鎂、鉀、鈉、鐵、鈣、鋅、鈷、錳中一種以上離子的混合鹽液。
5.根據權利要求1所述的利用糖化型細胞培養液製造生物燃料乙醇的方法，其特徵 是所述生長素是含胺基酸、嘌呤、嘧啶、維生素、玉米漿、生物代謝劑中一種以上的物料。
6.根據權利要求1所述的利用糖化型細胞培養液製造生物燃料乙醇的方法，其特徵 是所述生物質原材料是指澱粉質物料、纖維素質物料、糖質物料中一種以上的物料。
全文摘要
利用糖化型細胞培養液製造生物燃料乙醇的方法，其步驟如下①將產生糖化型細胞培養液的原輔材料按其重量份數以培養器容積的30～90％投料到專用培養器內；②淨化空氣為0.1～1.4L/L·min輸入專用培養器內；③菌種接種量為5～30％；④在一定培養條件下培養到DE值0.1～25％終止培養；⑤將終止培養後的糖化型細胞培養液與需糖化的物料按體積比0.0001～0.1∶1加到糖化鍋對需糖化的物料進行糖化；也可直接與酒母對物料同步糖化發酵。本發明用於製造生物燃料乙醇。能夠減少汙染，提高設備利用率，降低生產成本，使用糖化型細胞培養液是使用商品糖化酶製劑成本的70％～50％，並達到了環保節能的效果。
文檔編號C12P7/06GK101974568SQ20101052746
公開日2011年2月16日 申請日期2010年11月1日 優先權日2010年11月1日
發明者黃虹寓 申請人:黃虹寓