用化學法和微生物綜合處理香蕉杆生產燃料乙醇的方法

2023-06-17 19:54:26

專利名稱：用化學法和微生物綜合處理香蕉杆生產燃料乙醇的方法
技術領域：
本發明屬於生物質能和農作物纖維綜合利用技術領域，具體涉及一種用化學法和微生物 綜合處理香蕉杆生產燃料乙醇的方法。
技術背景生物質是世界第四大能源，70年代初以來，生物質能源的開發利用已成為世界性的熱門 研究課題。生物質能是太陽能以化學能形式儲存在生物中的一種能源形式，它是一種可再生 能源，有取之不盡、用之不竭的特點，是世界能源可持續發展戰略的重要組成部分。與眾多 可再生能源相比較，生物質能源具有儲量大、分布廣、環保效果明顯等優勢，有很大的開發 潛力。進入新世紀後，我國的能源消耗量進一步增大，化石能源的儲備量逐年下降，開發利 用生物質能源代替日益減少的化石能源，已成為緩解我國能源危機，調整能源結構，保證我 國經濟增長和社會發展的重要舉措。世界石油危機發生後，石油供應量受到嚴重影響，代用燃料的研究得到廣泛重視。酒精 作為一種潛在能源，由於其具有安全、清潔、可部分或全部代替化石能源等特點，越來越受 到各國的歡迎。利用生物質生產酒精既是開發利用生物質能的重要途徑，也是將來酒精生產 的重要方向。目前酒精主要以穀物、糖蜜、果汁、葡萄酒、乳清等為原料，發酵、蒸餾製得。 但受全球人口的快速增長，耕地面積逐年減少，穀物等糧食的價格越來越高的影響，酒精生 產成本一直居高不下。以乙醇作為化石能源的代用能源，其關鍵是降低酒精的生產成本。因 此，利用成本更低的生物質作為酒精生產的原料，開發出更高效的酒精生產工藝，是今後重 要的研究方向。在我國，香蕉種植面積有15 20萬公頃，約佔世界香蕉種植總面積的8%，作為香蕉副 產品的香蕉杆的量是非常巨大的。香蕉杆作為一種重要的生物質能源，除部分被利用外，絕 大部分被焚燒或遺棄田邊，這不僅造成了資源的浪費，還給環境帶來汙染。目前，世界上許 多國家已經開展利用生物質生產燃料乙醇的研究，某些發達國家甚至己經實現了利用生物質 生產燃料乙醇的工業化生產。目前，國內研究比較多的生物質原料有穀類、薯類、玉米芯、玉米秸杆。雖然利用香蕉製取香蕉酒〔專利申請號02138796.6、 200410011667.8)及重複利 用香蕉纖維(專利申請號93108071.1)的工藝已有報導，但利用香蕉杆製取燃料乙醇的報導 還不多。植物纖維要轉化成酒精須經過預處理，使纖維素、半纖維素被解為糖類物質，再經 發酵轉化為酒精。目前常見的預處理方法包括物理法、化學法、酶法，但都不同程度地存在 水解還原糖量不高，或處理費用過高的問題，很難應用於人規模工業化生產。因此培養出高 效、反應條件溫和、使用範圍廣的纖維素降解菌株，研發出新的預處理工藝，就成了當前急 需解決的問題。 發明內容本發明的目的是利用化學法和微生物對香蕉杆進行綜合預處理，縮短香蕉杆的水解時 間，提高糖化率，形成周期短、水解糖化率高、耗能低的香蕉杆生產酒精的工藝路線。克服 其他方法對香蕉杆進行預處理存在的成本過高，糖化率不高，水解時間過長的不足。本發明 方法可以利用香蕉杆大規模工業化生產燃料乙醇。本發明方法解決其技術問題所採用的技術方案本發明方法有以下步驟(1) 將香蕉杆切碎，加入質量濃度為l-ll。/。的氫氧化鈉溶液，在25 45。C條件下水解l~6h， 水解後調節水解液PH值為6.0-8.0;(2) 將經過預處理香蕉杆接種微生物菌液、加入酵母，其質量比為香蕉杆微生物菌 液酵母=1: 0.1~0.5: (X01 0.05;(3) 將接種後的香蕉杆攪拌均勻，裝入發酵容器內，在25 3(TC條件下，密封發酵15 30天；(4) 用常壓蒸餾法製取燃料乙醇將發酵好的物料進行3次蒸餾，得到80%以上的燃料 乙醇，蒸餾時的溫度是80 150。C。上述步驟(1)中氫氧化鈉溶液香蕉杆的質量比為4 14: 1。上述步驟(2)中微生物菌液的製備包括如下步驟(1) 微生物的採集採集動物排洩物，用生理鹽水活化30 60min，得到原始的菌種；(2) 微生物的富集分離用纖維濾紙、硫酸鎂、硫酸亞鐵製作初選液體培養基，滅菌後加入原始菌種，在PH值為6.0 8.0，溫度30。C條件下培養7 15天，得到初選微生物菌液； 將香蕉杆粉碎，高溫滅菌後加入初選微生物菌液，在PH值為6.0 8.0，溫度30'C，轉速為 120 140r/min的搖床中震蕩15~20天，再將乾物質去掉，分離得到對香蕉杆有較好降解效果 的菌種；將初選菌種轉接到營養PDA固體培養基中，畫板純化；(3)微生物菌液的製取將純化得到的菌種加入含有營養物質及礦物元素的事先已高溫 滅菌的溶液，在PH值為6.0-8.0，溫度3(TC，轉速120 140r/min的搖床中活化約30h，製得 微生物菌液。上述步驟(2)中上述酵母是釀酒酵母。 上述步驟(1)中上述香蕉杆粉碎至長l~3cm，寬0.2 0.5cm。 本發明的方法與背景技術相比的有益效果本發明的方法由於採用了化學和微生物相結合的方法對香蕉杆進行綜合處理，使工藝中 的糖化率較單獨採用化學法或微生物法高，從而使乙醇產率的提高成為可能，禰補了採用單 一方法處理香蕉杆糖化率不高的缺陷，為實現利用生物質大規模工業化生產燃料乙醇提供另 一種途徑。本發明的方法簡單，效果顯著，成本比酶法低。
具體實施方式
實施例1:首先，採集草食動物排洩物，用生理鹽水對其進行活化30 60min，過濾取上層清液，加 入到含纖維濾紙的經過滅菌的初選液體培養基中，在溫度為30°C，轉速為140r/min的搖床中 震蕩15天。重複上述步驟3次，對菌種做進一步富集，最後將崩解的濾紙過濾掉，得到原 始菌液。接著將香蕉杆粉碎，高溫滅菌後加入一定體積的原始微生物菌液，在PH值為8.0， 溫度為30'C，轉速為140r/min的搖床中震蕩20天後，將乾物質去掉，分離得到對香蕉杆有 較好降解效果的菌種。然後將分離得到的微生物菌種在PDA固體平板培養基上畫板純化， 純化後的菌種保存於4'C以下冰箱中。取經粉碎至長3cm，寬0.5cm的香蕉杆2Kg，加入24Kg 質量百分濃度為3%的氫氧化鈉溶液，在25'C下放置6個小時，調節PH6.0;然後，將篩得到的保存在4'C以下冰箱的純菌種加入到含有營養物質及礦物元素的事先已高溫滅菌的培 養液中，調節溶液PH為8.0，在溫度為30°C，轉速140r/min的搖床中增殖培養約24h，制 得微生物菌液；接著，加入lKg微生物菌液和0.1Kg釀酒酵母。將菌酵母混合液、預處理過 的香蕉杆及PH8.0的預處理液一起混合，攪拌均勻後裝入發酵容器內。在30'C的條件下，密 封發酵15天；最後，過濾除去千物料，將發酵液常壓蒸餾3次，即可得到750mL濃度80M 的酒精。實施例2:將篩選得到保存在4'C以下冰箱中的純菌種，加入到含有營養物質及礦物元素的事先已 高溫滅菌的培養液中，調節溶液PH為8.0，在溫度為3(TC，轉速140r/min的搖床中增殖培 養約24h，製得微生物菌液。用氫氧化鈉溶液對香蕉杆進行預處理，其步驟是取2Kg新鮮 香蕉杆粉碎至長約3cm，寬約0.5cm，加入24Kg質量百分濃度為6%的氫氧化鈉溶液，在30°C 下放置4個小時，調節預處理液PH為7.0。接著，加入0.6Kg微生物菌液和0.06Kg酵母。 將菌酵母混合液、預處理過的香蕉杆及PH8.0的預處理液一起混合，攪拌均勻後，裝入發酵 容器內，在30'C條件下，密封發酵20天。最後，過濾除去乾物料，對發酵液進行3次蒸鎦， 蒸餾溫度為80~150°C，可得到400mL濃度82%的酒精。實施例3:將篩選得到保存在4'C以下冰箱中的純菌種，加入到含有營養物質及礦物元素的事先已 高溫滅菌的培養液中，調節溶液PH為8.0，在溫度為30°C，轉速140r/min的控溫搖床中增 殖培養約24h，製得微生物菌液。用氫氧化鈉溶液對香蕉杆進行預處理，其步驟是取2Kg 新鮮香蕉杆粉碎至長約3cm，寬約0.5cm，加入24Kg質量百分濃度為10%的氫氧化鈉溶液， 在4CTC下放置3個小時，調節PH8.0。接著，加入0.2Kg微生物菌液和0.02Kg酵母。將菌 酵母混合液、預處理過的香蕉杆及PH8.0的預處理液一起混合，攪拌均勻後，裝入發酵容器 內，在3(TC條件下，密封發酵20天。最後，過濾除去乾物料，對發酵液進行3次蒸餾，蒸 餾溫度為80-15CTC ，可得到320mL濃度85%的酒精。
權利要求
1. 一種用化學法和微生物綜合處理香蕉杆生產燃料乙醇的方法，其特徵在於該方法有以下步驟(1)將香蕉杆切碎，加入質量濃度為1～11％的氫氧化鈉溶液，在25～45℃條件下水解1～6h，水解後調節水解液PH值為6.0～8.0；(2)將經過預處理香蕉杆接種微生物菌液、加入酵母，香蕉杆∶微生物菌液∶酵母的質量比為1∶0.1～0.5∶0.01～0.05；(3)將接種後的香蕉杆攪拌均勻，裝入發酵容器內，在25～30℃條件下，密封發酵15～30天；(4)用常壓蒸餾法製取燃料乙醇將發酵好的物料進行3次蒸餾，得到80％以上的燃料乙醇，蒸餾時的溫度是80～150℃。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於上述步驟(1)中氫氧化鈉溶液香蕉杆的 質量比為4 14: 1。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於上述步驟(2)中微生物菌液的製備包括如 下步驟(1) 微生物的採集採集動物排洩物，用生理鹽水活化30 60min，得到原始的菌種；(2) 微生物的富集分離用纖維濾紙、硫酸鎂、硫酸亞鐵製作初選液體培養基，滅菌後加入原始菌種，在PH值為6.0-8.0，溫度3(TC條件下培養7 15天，得到初選微生物菌液； 將香蕉杆粉碎，高溫滅菌後加入初選微生物菌液，在PH值為6.0 8.0，溫度3(TC，轉速為 120 140r/min的搖床中震蕩15-20天，再將乾物質去掉，分離得到對香蕉杆有較好降解效果 的菌種；將初選菌種轉接到營養PDA固體培養基中，畫板純化；(3) 微生物菌液的製取將純化得到的菌種加入含有營養物質及礦物元素的事先已高溫 滅菌的溶液，在PH值為6.0-8.0，溫度3(TC，轉速120 140r/min的搖床中活化約30h，製得 微生物菌液。
4. 根據權利要求l所述的方法，其特徵在於上述步驟(2)中上述酵母是釀酒酵母。
5. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於上述步驟(l)中上述香蕉杆粉碎至長1 3cm， 寬0.2~0.5cm。
全文摘要
本發明公開了一種用化學法和微生物綜合處理香蕉杆生產燃料乙醇的方法，該方法有以下步驟(1)將香蕉杆切碎，加入質量濃度為1～11％的氫氧化鈉溶液，在25～45℃條件下水解1～6h，水解後調節水解液pH值為6.0～8.0；(2)將經過預處理香蕉杆接種微生物菌液、加入酵母，香蕉杆∶微生物菌液∶酵母的質量比為1∶0.1～0.5∶0.01～0.05；(3)將接種後的香蕉杆攪拌均勻，裝入發酵容器內，在25～30℃條件下，密封發酵15～30天；(4)用常壓蒸餾法製取燃料乙醇將發酵好的物料蒸餾，得到燃料乙醇；本發明將化學法和微生物綜合處理香蕉杆，使香蕉杆糖化工藝簡單易行，糖化率提高；香蕉杆製取酒精的過程縮短，從而降低了酒精的生產成本。
文檔編號C12P7/10GK101260413SQ200810027458
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月15日 優先權日2008年4月15日
發明者焜 張, 方巖雄, 蔡燕飛, 趙肅清, 強 鄧, 黃寶華 申請人:廣東工業大學