一種利用三角梅藤聯產乙醇、丙酮和丁醇的方法與流程
2023-05-23 20:06:26 1
【
技術領域：
】本發明屬於生物質能源
技術領域：
，具體涉及一種利用三角梅藤聯產乙醇、丙酮和丁醇的方法。
背景技術：
：隨著人口的增長，糧食、能源與環境是人類面臨的最主要挑戰。以纖維素原料生產可再生清潔能源日益受到廣泛關注，而以農作物廢棄物為原料生產燃料丁醇、乙醇等被認為是最有發展前景的產業。三角梅藤中蛋白質含量低但碳水化合物含量高，個別品種碳水化合物含量高達乾物質的78.89%，因而是生產生物質能的優質原料。國內外對蔓藤轉化燃料丁醇、乙醇的研究已起步，目前丁醇、乙醇產率還比較低，瓶頸在於三角梅藤降解成可發酵糖的技術還不理想。因此，發明三角梅藤的高效降解工藝對三角梅藤的綜合開發及木質纖維素的能源化利用均具有極高的經濟價值和社會效益。利用木質纖維材料製取生物丁醇對緩解能源危機與環境惡化有重要的意義（生物質化學工程，2012，46(3)，39-44）。但在酶水解過程中，由於部分纖維素酶和半纖維素酶不可逆的以無效吸附的方式吸附在底物特別是木質素表面會導致酶活性的損失，此外纖維素本身的結晶結構和半纖維素結構的複雜性也是導致水解效率低的重要因素。在實際應用中，生物燃料丁醇由於其能夠汽油以任意比混合，又無需對車輛進行改造，且其經濟性高，可有效提高車輛的燃油效率和行駛裡程。故生物燃料丁醇比生物乙醇更具優越的品質以及更高的熱值轉化率。因而，生物燃料丁醇將會更加贏得人們的青睞。傳統的生物丁醇的製備方法是以玉米、麥類、大豆等穀物糧食為原料通過發酵製備而成的。但以糧食為原料生產生物燃料不僅不能滿足社會需求，而且會危及糧食安全。有研究人員指出，即使美國種植的所有玉米和大豆都用於生產生物能源，也只能分別滿足美國社會汽油需求的12％和柴油需求的6％。而玉米和大豆首先要滿足糧食、飼料和其他經濟需求，不可能都用來生產生物燃料。國際貨幣基金組織也警告說，全球用於生物燃料的穀物生產不斷增加有可能對世界貧困產生嚴重影響。技術實現要素：本發明要解決的技術問題是提供一種利用三角梅藤聯產乙醇、丙酮和丁醇的方法，以解決三角梅藤降解成可發酵糖不完全導致乙醇、丙酮和丁醇產率低等問題。本發明原材料來源廣，聯產乙醇、丙酮和丁醇成本低；本發明的方法能聯產多種新能源，為能源緊缺問題提供了一種新的解決方案。為了解決以上技術問題，本發明採用以下技術方案：一種利用三角梅藤聯產乙醇、丙酮和丁醇的方法，包括以下步驟：S1：採用食鹽水漂洗三角梅藤1.5-2h，漂洗後將三角梅藤放在溫度為83-104℃下烘乾至含水量≤8%，製得幹三角梅藤；S2：將步驟S1製得的幹三角梅藤粉碎，過篩子，製得三角梅藤顆粒；S3：將步驟S2製得的三角梅藤顆粒放入微波反應器中，加入溶液A混合均勻，加熱至56-66℃，在攪拌轉速為100-400r/min下預處理0.6-1.8h，接著冷卻至室溫後過濾，製得預處理的三角梅藤顆粒；所述溶液A為丁酮、乙醇、羧酸銨鹽的混合液，所述丁酮的質量濃度為8%-10%，所述乙醇的質量濃度為60%-80%，所述羧酸銨鹽的質量濃度為6%-8%，所述丁酮溶液、乙醇溶液、羧酸銨鹽溶液的體積比為10-20:12-25:1-2，所述三角梅藤顆粒與溶液A的料液比為1:8-10g/mL；S4：將步驟S3製得的預處理的三角梅藤顆粒放入超聲波反應器中，加入溶液B混合均勻，調節pH為1.2-1.8，加熱至68-75℃，在攪拌轉速為100-500r/min下處理1.2-2.5h，接著冷卻至室溫後過濾，製得糖液；所述溶液B為碳基磺酸鈉、硫酸的混合液，所述碳基磺酸鈉的質量濃度為5%-7%，所述硫酸的質量濃度為4%-6%，所述碳基磺酸鈉溶液、硫酸溶液的體積比為6-10:5-8，所述預處理的三角梅藤顆粒與溶液B的料液比為1:3-6g/mL；S5：將步驟S4製得的糖液接入拜氏梭菌ATCC55025，添加酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸銨、維生素、磷酸氫二鉀、硝酸鎂、硫酸鈣，調節pH為5.4-6.6，控制溫度為28-32℃下發酵60-90h，製得乙醇、丙酮和丁醇；所述拜氏梭菌ATCC55025質量為糖液質量的4%-8%，所述酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸銨、維生素、磷酸氫二鉀、硝酸鎂、硫酸鈣質量分別為糖液質量的0.03%-2%、0.02%-0.5%、0.02%-0.5%、0.04%-0.6%、0.04%-0.5%、0.16%-0.24%、0.09%-0.14%、0.1%-0.2%。進一步地，步驟S1中所述食鹽水的濃度為18%-25%。進一步地，步驟S2中所述篩子的目數為120-180。進一步地，步驟S3中所述三角梅藤顆粒在微波反應器中預處理的溫度為66℃，在攪拌轉速為400r/min下預處理0.6h。進一步地，步驟S3中所述三角梅藤顆粒與溶液A的料液比為1:10g/mL。進一步地，步驟S4中所述預處理的三角梅藤顆粒在超聲波反應器處理的pH為1.8，加熱至75℃，在攪拌轉速為500r/min下處理1.2h。進一步地，步驟S4中所述預處理的三角梅藤顆粒與溶液B的料液比為1:6g/mL。進一步地，步驟S5中所述拜氏梭菌ATCC55025質量為糖液質量的6%，所述酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸銨、維生素、磷酸氫二鉀、硝酸鎂、硫酸鈣質量分別為糖液質量的1%、0.25%、0.25%、0.3%、0.25%、0.2%、0.2%、0.15%。本發明具有以下有益效果：（1）本發明原材料來源廣，聯產乙醇、丙酮和丁醇成本低；（2）本發明製備工藝簡單，投入少，適合大規模的推廣和應用；（3）可避免微生物酶發酵製糖工藝的不確定性，降低了技術風險；（4）糖轉化率高，產生的殘渣量少，是綠色環保型工藝；（5）水解溫度較低，能源消耗少，有利於相關技術的推廣和應用；（6）本發的方法製得的糖得率為92.21%-92.91%，丁醇得率為66.53%-67.52%，丁醇純度為99.61%-99.73%，說明了糖轉化率和丁醇得率高，因此，採用本發明的方法可高產乙醇、丙酮和丁醇；（7）本發明的方法能聯產多種新能源，為能源緊缺問題提供了一種新的解決方案。【具體實施方式】為便於更好地理解本發明，通過以下實施例加以說明，這些實施例屬於本發明的保護範圍，但不限制本發明的保護範圍。在實施例中，所述利用三角梅藤聯產乙醇、丙酮和丁醇的方法，包括以下步驟：S1：採用濃度為18%-25%的食鹽水漂洗三角梅藤1.5-2h，漂洗後將三角梅藤放在溫度為83-104℃下烘乾至含水量≤8%，製得幹三角梅藤；S2：將步驟S1製得的幹三角梅藤粉碎，過120-180目篩子，製得三角梅藤顆粒；S3：將步驟S2製得的三角梅藤顆粒放入微波反應器中，加入溶液A混合均勻，加熱至56-66℃，在攪拌轉速為100-400r/min下預處理0.6-1.8h，接著冷卻至室溫後過濾，製得預處理的三角梅藤顆粒；所述溶液A為丁酮、乙醇、羧酸銨鹽的混合液，所述丁酮的質量濃度為8%-10%，所述乙醇的質量濃度為60%-80%，所述羧酸銨鹽的質量濃度為6%-8%，所述丁酮溶液、乙醇溶液、羧酸銨鹽溶液的體積比為10-20:12-25:1-2，所述三角梅藤顆粒與溶液A的料液比為1:8-10g/mL；S4：將步驟S3製得的預處理的三角梅藤顆粒放入超聲波反應器中，加入溶液B混合均勻，調節pH為1.2-1.8，加熱至68-75℃，在攪拌轉速為100-500r/min下處理1.2-2.5h，接著冷卻至室溫後過濾，製得糖液；所述溶液B為碳基磺酸鈉、硫酸的混合液，所述碳基磺酸鈉的質量濃度為5%-7%，所述硫酸的質量濃度為4%-6%，所述碳基磺酸鈉溶液、硫酸溶液的體積比為6-10:5-8，所述預處理的三角梅藤顆粒與溶液B的料液比為1:3-6g/mL；S5：將步驟S4製得的糖液接入拜氏梭菌ATCC55025，添加酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸銨、維生素、磷酸氫二鉀、硝酸鎂、硫酸鈣，調節pH為5.4-6.6，控制溫度為28-32℃下發酵60-90h，製得乙醇、丙酮和丁醇；所述拜氏梭菌ATCC55025質量為糖液質量的4%-8%，所述酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸銨、維生素、磷酸氫二鉀、硝酸鎂、硫酸鈣質量分別為糖液質量的0.03%-2%、0.02%-0.5%、0.02%-0.5%、0.04%-0.6%、0.04%-0.5%、0.16%-0.24%、0.09%-0.14%、0.1%-0.2%。下面通過更具體實施例對本發明進行說明。實施例1一種利用三角梅藤聯產乙醇、丙酮和丁醇的方法，包括以下步驟：S1：採用濃度為22%的食鹽水漂洗三角梅藤1.5-2h，漂洗後將三角梅藤放在溫度為83-104℃下烘乾至含水量≤8%，製得幹三角梅藤；S2：將步驟S1製得的幹三角梅藤粉碎，過150目篩子，製得三角梅藤顆粒；S3：將步驟S2製得的三角梅藤顆粒放入微波反應器中，加入溶液A混合均勻，加熱至60℃，在攪拌轉速為300r/min下預處理1.2h，接著冷卻至室溫後過濾，製得預處理的三角梅藤顆粒；所述溶液A為丁酮、乙醇、羧酸銨鹽的混合液，所述丁酮的質量濃度為9%，所述乙醇的質量濃度為70%，所述羧酸銨鹽的質量濃度為7%，所述丁酮溶液、乙醇溶液、羧酸銨鹽溶液的體積比為15:18:1，所述三角梅藤顆粒與溶液A的料液比為1:10g/mL；S4：將步驟S3製得的預處理的三角梅藤顆粒放入超聲波反應器中，加入溶液B混合均勻，調節pH為1.5，加熱至72℃，在攪拌轉速為300r/min下處理1.8h，接著冷卻至室溫後過濾，製得糖液；所述溶液B為碳基磺酸鈉、硫酸的混合液，所述碳基磺酸鈉的質量濃度為6%，所述硫酸的質量濃度為5%，所述碳基磺酸鈉溶液、硫酸溶液的體積比為8:6，所述預處理的三角梅藤顆粒與溶液B的料液比為1:5g/mL；S5：將步驟S4製得的糖液接入拜氏梭菌ATCC55025，添加酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸銨、維生素、磷酸氫二鉀、硝酸鎂、硫酸鈣，調節pH為6，控制溫度為30℃下發酵75h，製得乙醇、丙酮和丁醇；所述拜氏梭菌ATCC55025質量為糖液質量的6%，所述酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸銨、維生素、磷酸氫二鉀、硝酸鎂、硫酸鈣質量分別為糖液質量的1%、0.25%、0.25%、0.3%、0.25%、0.2%、0.2%、0.15%。實施例2一種利用三角梅藤聯產乙醇、丙酮和丁醇的方法，包括以下步驟：S1：採用濃度為18%的食鹽水漂洗三角梅藤2h，漂洗後將三角梅藤放在溫度為83-104℃下烘乾至含水量≤8%，製得幹三角梅藤；S2：將步驟S1製得的幹三角梅藤粉碎，過120目篩子，製得三角梅藤顆粒；S3：將步驟S2製得的三角梅藤顆粒放入微波反應器中，加入溶液A混合均勻，加熱至56℃，在攪拌轉速為100r/min下預處理1.8h，接著冷卻至室溫後過濾，製得預處理的三角梅藤顆粒；所述溶液A為丁酮、乙醇、羧酸銨鹽的混合液，所述丁酮的質量濃度為8%，所述乙醇的質量濃度為60%，所述羧酸銨鹽的質量濃度為6%，所述丁酮溶液、乙醇溶液、羧酸銨鹽溶液的體積比為10:12:1，所述三角梅藤顆粒與溶液A的料液比為1:8g/mL；S4：將步驟S3製得的預處理的三角梅藤顆粒放入超聲波反應器中，加入溶液B混合均勻，調節pH為1.2，加熱至68℃，在攪拌轉速為100r/min下處理2.5h，接著冷卻至室溫後過濾，製得糖液；所述溶液B為碳基磺酸鈉、硫酸的混合液，所述碳基磺酸鈉的質量濃度為5%，所述硫酸的質量濃度為4%，所述碳基磺酸鈉溶液、硫酸溶液的體積比為6:5，所述預處理的三角梅藤顆粒與溶液B的料液比為1:3g/mL；S5：將步驟S4製得的糖液接入拜氏梭菌ATCC55025，添加酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸銨、維生素、磷酸氫二鉀、硝酸鎂、硫酸鈣，調節pH為5.4，控制溫度為28℃下發酵90h，製得乙醇、丙酮和丁醇；所述拜氏梭菌ATCC55025質量為糖液質量的4%，所述酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸銨、維生素、磷酸氫二鉀、硝酸鎂、硫酸鈣質量分別為糖液質量的0.03%、0.02%、0.02%、0.04%、0.04%、0.16%、0.09%、0.1%。實施例3一種利用三角梅藤聯產乙醇、丙酮和丁醇的方法，包括以下步驟：S1：採用濃度為25%的食鹽水漂洗三角梅藤1.5h，漂洗後將三角梅藤放在溫度為83-104℃下烘乾至含水量≤8%，製得幹三角梅藤；S2：將步驟S1製得的幹三角梅藤粉碎，過180目篩子，製得三角梅藤顆粒；S3：將步驟S2製得的三角梅藤顆粒放入微波反應器中，加入溶液A混合均勻，加熱至66℃，在攪拌轉速為400r/min下預處理0.6h，接著冷卻至室溫後過濾，製得預處理的三角梅藤顆粒；所述溶液A為丁酮、乙醇、羧酸銨鹽的混合液，所述丁酮的質量濃度為10%，所述乙醇的質量濃度為80%，所述羧酸銨鹽的質量濃度為8%，所述丁酮溶液、乙醇溶液、羧酸銨鹽溶液的體積比為20:25:2，所述三角梅藤顆粒與溶液A的料液比為1:10g/mL；S4：將步驟S3製得的預處理的三角梅藤顆粒放入超聲波反應器中，加入溶液B混合均勻，調節pH為1.8，加熱至75℃，在攪拌轉速為500r/min下處理1.2h，接著冷卻至室溫後過濾，製得糖液；所述溶液B為碳基磺酸鈉、硫酸的混合液，所述碳基磺酸鈉的質量濃度為7%，所述硫酸的質量濃度為6%，所述碳基磺酸鈉溶液、硫酸溶液的體積比為10:8，所述預處理的三角梅藤顆粒與溶液B的料液比為1:6g/mL；S5：將步驟S4製得的糖液接入拜氏梭菌ATCC55025，添加酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸銨、維生素、磷酸氫二鉀、硝酸鎂、硫酸鈣，調節pH為6.6，控制溫度為32℃下發酵60h，製得乙醇、丙酮和丁醇；所述拜氏梭菌ATCC55025質量為糖液質量的4%-8%，所述酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸銨、維生素、磷酸氫二鉀、硝酸鎂、硫酸鈣質量分別為糖液質量的2%、0.5%、0.5%、0.6%、0.5%、0.24%、0.14%、0.2%。取出適量實施例1-3的糖液煮沸、滅活，並適度稀釋，用DNS比色定糖法測定發酵糖含量，並計算糖得率；同時將實施例1-3的方法製備所得乙醇、丙酮和丁醇混合液提純，計算丁醇得率和純度，結果如下表所示：實施例糖得率，%丁醇得率，%丁醇純度，%192.8567.199.69292.2166.5399.61392.9167.5299.73由上表可知，由本發明實施例1-3的方法製得的糖得率為92.21%-92.91%，丁醇得率為66.53%-67.52%，丁醇純度為99.61%-99.73%，說明了糖轉化率和丁醇得率高，因此，採用本發明的方法可高產乙醇、丙酮和丁醇。以上內容不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明，對於本發明所屬
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明由所提交的權利要求書確定的專利保護範圍。當前第1頁1 2 3