一種海藻加工廢棄物同步發酵產乙醇的方法
2023-04-30 10:04:51 2
專利名稱：一種海藻加工廢棄物同步發酵產乙醇的方法
技術領域：
本發明涉及海洋生物技術領域，具體是指一種利用海藻加工廢棄物同步發酵產乙醇的方法。
背景技術：
化石能源的枯竭以及環境汙染問題的嚴峻性引起了世界各國的廣泛關注，生物乙醇的清潔性和能源可替代性得到了世界的認可。現行生物乙醇主要是利用農作物作為原料進行生產，很大程度上影響世界人口的糧食安全。第二代燃料乙醇的出現，將是未來生物乙醇發展的方向，它擺脫了與人爭糧爭地的尷尬局面。在我國或世界上，第二代生物質原料 (農作物秸稈、農業加工副產品、灌木能源林纖維素)可以說是到處可見的廉價材料。然而， 以海洋為特色的生物資源為原料開發生物乙醇的研究較少，且具有較為廣闊的前景。海洋來源海藻藻體結構獨特，相比陸生來源生物質具有結構優勢。使得生物質能轉化具有諸多優勢如木質素含量較低、特徵性糖鏈的降解減輕對木質素的去除；同時避免了木質素降解產物對後續發酵的抑制作用等。海洋藻類資源豐富，為生物能源產業化提供了取之不盡，用之不竭的物質來源。我國目前已經形成了以褐藻膠、甘露醇、碘為主要產品的海藻藻工業產品體系。海藻的工業利用率僅為30%，還有約2/3的海藻成分尚未利用。 長久以來，大部分海藻廢渣堆棄，沒有得到充分利用，不僅其潛在經濟價值沒有得到發揮， 而且對周邊環境造成巨大壓力。據文獻及資料顯示，目前對海藻廢棄物發酵產乙醇研究處於探索階段，在前處理方法、糖化工藝及乙醇發酵過程等方面尚存在不足。如繆錦來等人在《利用海帶加工廢棄物製備生物乙醇的方法》中通過原料預處理後利用釀酒酵母產乙醇，其缺陷在於預處理需高溫高壓，對設備要求較高，且乙醇產率較低；牟海津等人在《一種以海藻加工廢棄物為原料的生物乙醇的製備方法》中通過前處理添加稀硫酸或過氧化氫，這對設備耐受性要求高，同時糖化和發酵分步進行，使得轉化周期較長。跟據本發明人通過查閱資料和文獻檢索所知，目前沒有關於利用海藻加工廢棄物進行同步發酵生產乙醇方面的研究報導。
發明內容
本發明的目的是提供一種海藻加工廢棄物同步發酵產乙醇的方法。為了實現本發明目的，本發明提供的海藻加工廢棄物同步發酵乙醇的方法，包括以下步驟(1)首先用水對海藻加工廢棄物進行漂洗，除去鹽分和泥沙等雜質；(2)對步驟(1)所得的海藻加工廢棄物進行粉碎處理，用粉碎機處理，使其粒徑 至 20-80目大小；(3)高溫釀酒酵母菌種子液的製備向已滅菌的液體種子培養基中接取一環高溫釀酒酵母菌，30°C振蕩培養24小時即得到高溫釀酒酵母菌種子液；
(4)將步驟(2)所得的海藻加工廢棄物投入到發酵裝置，並加水製成一定濃度的混懸液；(5)向步驟(4)中的混懸液體系添加適量的酸或鹼，調節體系pH至4. 0-6. 0 ；(6)向步驟(5)中的體系添加營養鹽；(7)向步驟(6)中的體系添加複合降解酶液，同時添加一定體積步驟(3)所得的高溫釀酒酵母菌種子液；(8)控制步驟(7)中的體系溫度，厭氧同步發酵24-48小時；(9)發酵液蒸餾得到生物乙醇。所述的海藻加工廢棄物為海藻化學工業中生產褐藻膠、瓊膠、卡拉膠、海藻糖膠過程中形成的各類固體廢棄物。所述的用於調節體系pH的酸可以是硫酸、鹽酸或磷酸；鹼可以是氫氧化鉀或氫氧化鈉。所述的營養鹽組成為向每IL反應液中添加的尿素0. 5-10g,七水硫酸亞鐵 0. 05-1. 0g，硫酸鎂0. 2-2. 0g，硫酸銨0. 5-10g，磷酸氫二鉀0. 2_2g，磷酸二氫鉀0. 2_5g所述複合降解酶液配製首先取IOOg纖維素酶粉溶解於IL水中並震蕩搖勻。複合降解酶液組成按纖維素酶、纖維二糖酶、果膠酶體積比為4 1 2的比例配製混合液。 其中的纖維素酶量按10-200FPU/克底物加入至體系。所述的酶均購自市場常見的纖維素酶、纖維二糖酶、果膠酶。所述的酵母菌購自市場上常見的高溫釀酒酵母。所述的同步發酵體系溫度為35_45°C。本發明是有關利用海藻加工廢棄物同步發酵產乙醇的方法，該方法主要體現在對海藻加工廢棄物的糖鏈酶解和乙醇發酵同步進行。其特徵在於選擇海藻加工廢棄物為原料，經過漂洗、粉碎、過篩後，並調節體系至適當PH值，補充必須營養鹽。控制體系溫度，然後加入複合降解酶液，並接種高溫釀酒酵母，以達到在厭氧條件、短時、高效實現海藻加工廢棄物的糖鏈酶解和乙醇發酵同步進行。本發明的特點是(1)該反應體系的同步發酵過程提高了特徵糖鏈的酶解效率。 相比分步發酵，同步發酵使得體系酶解產生的還原糖能夠及時並充分的被酵母菌所利用， 從而使得複合降解酶液維持較高的酶切速率。(2)複合降解酶液與高溫釀酒酵母菌在該發明的體系條件下可以達到很好的兼容。這表現在酶分子對酵母菌體無任何抑制或破壞，同時在體系中酶解產生的還原糖能夠及時被酵母菌利用並轉化為乙醇。在該同步發酵過程中，還原糖始終保持在很低的水平，而乙醇濃度在發酵周期內保持增加。該同步發酵體系處理周期24-48小時。(3)該方法兼具有操作快速、方法簡便、生產成本低的特點。與海藻廢棄物的分步法發酵乙醇相比，該方法獲得的乙醇產率可以提高10%以上，處理周期縮短 2-4天，能耗顯著降低。
具體實施例方式實施例一(1)海藻加工廢棄物漂洗將海藻加工廢棄物加水浸泡，用水衝洗除沙子，反覆衝洗三到四次。
(2)海藻加工廢棄物粉碎用粉碎機對海藻加工廢棄物進行處理3-5分鐘，粉碎至粒徑20-80目大小。(3)將處理好的海藻加工廢棄物投入到發酵裝置中與水混合製成10% (質量體積比)濃度的混懸液。(4)高溫釀酒酵母菌種子液的製備首先配置液體種子培養基。馬鈴薯去皮，取 IOOg切成塊煮沸15min，然後用紗布過濾，再加入IOg蔗糖攪拌混勻後補水制500ml，分裝三角瓶封口至於115°C，30min滅菌。滅菌後用接種環向液體種子培養基中接取一環高溫釀酒酵母菌，30°C振蕩培養24小時即得到高溫釀酒酵母菌種子液。(5)向發酵體系中添加IM硫酸，調節混懸液體系的pH至4. 5。(6)向發酵體系中添加營養鹽，加入0. 的尿素，0.01%的七水硫酸亞鐵，0. 的硫酸鎂，0. 的硫酸銨，0. 05%的磷酸氫二鉀，0. 25%的磷酸二氫鉀。(7)向體系中添加複合降解酶液。其中的纖維素酶加入量控制在100FPIU/克底物。同時向體系中接種10%的高溫釀酒酵母菌種子液，
(8)控制恆定反應體系溫度42°C，同步發酵48小時。(9)發酵液蒸餾得到生物乙醇。海藻加工廢棄物經同步發酵實現乙醇轉化率為0. 132g/g (原料)實施例二 (1)海藻廢渣漂洗將海藻廢渣加水浸泡，用水反覆衝洗三到四次。(2)海藻廢渣的粉碎用粉碎機對海藻廢渣進行粉碎處理，處理3-5分鐘，使其粒徑粉碎至20-80目大小。(3)將處理好的海藻加工廢棄物投入到發酵裝置中與水混合製成5% (質量體積比)濃度的混懸液。(4)高溫釀酒酵母菌種子液的製備首先配置液體種子培養基。馬鈴薯去皮，取 IOOg切成塊煮沸15min，然後用紗布過濾，再加入IOg蔗糖攪拌混勻後補水制500ml，分裝三角瓶封口至於115°C，30min滅菌。滅菌後用接種環向液體種子培養基中接取一環高溫釀酒酵母菌，30°C振蕩培養24小時即得到高溫釀酒酵母菌種子液。(5)向發酵體系中添加IM鹽酸，調節混懸液體系的pH至5. 5。(6)向發酵體系中添加營養鹽，加入0. 的尿素，0.01%的七水硫酸亞鐵，0. 的硫酸鎂，0. 的硫酸銨，0. 05%的磷酸氫二鉀，0. 25%的磷酸二氫鉀。(7)向體系中添加複合降解酶液。其中的纖維素酶加入量控制在50FPIU/克底物。 同時向體系中接種10%的高溫釀酒酵母菌種子液，(8)控制恆定反應體系溫度40°C，同步發酵48小時。(9)發酵液蒸餾得到生物乙醇。海藻加工廢棄物經同步發酵實現乙醇轉化率為0. 119g/g (原料)實施例三(1)海帶加工廢渣漂洗加水浸泡，用水反覆衝洗三到四次。(2)粉碎用粉碎機對海帶加工廢渣進行粉碎處理，處理3-5分鐘，使其粒徑粉碎至20-80目大小。(3)將處理好的粉碎顆粒投入到發酵裝置中與水混合製成2. 5% (質量體積比)濃度的混懸液。(4)高溫釀酒酵母菌種子液的製備首先配置液體種子培養基。馬鈴薯去皮，取 IOOg切成塊煮沸15min，然後用紗布過濾，再加入IOg蔗糖攪拌混勻後補水制500ml，分裝三 角瓶封口至於115°C，30min滅菌。滅菌後用接種環向液體種子培養基中接取一環高溫釀酒酵母菌，30°C振蕩培養24小時即得到高溫釀酒酵母菌種子液。(5)向發酵裝置體系中添加IM磷酸，調節混懸液體系的pH至5. 0。(6)向發酵體系中添加營養鹽，加入0. 的尿素，0.01%的七水硫酸亞鐵，0. 的硫酸鎂，0. 的硫酸銨，0. 05%的磷酸氫二鉀，0. 25%的磷酸二氫鉀。(7)向體系中添加複合降解酶液。其中的纖維素酶加入量控制在200FPIU/克底物。同時向體系中接種10%的高溫釀酒酵母菌種子液，(8)控制恆定反應體系溫度40°C，同步發酵24小時。(9)發酵液蒸餾得到生物乙醇。海藻加工廢棄物經同步發酵實現乙醇轉化率為0. 128g/g (原料)。
權利要求
1.一種海藻加工廢棄物同步發酵產乙醇的方法，其特徵在於選擇海藻加工廢棄物，經過漂洗、粉碎、加水製成混懸液，通過加酸或加鹼調節體系PH值4. 0-6. 0,向該體系補充必須的營養鹽，然後加入適量的複合降解酶液。酶解的同時接種其體積百分比為5-15%的高溫釀酒酵母菌種子液，在厭氧條件下，體系溫度為35-45°C，發酵周期為24-48h進行糖化與酵解同步的乙醇發酵。
2.根據權利要求1所述的一種海藻加工廢棄物同步發酵產乙醇的方法，其特徵在於 所述的PH為4. 5，營養鹽為0. 的尿素、0.01%的七水硫酸亞鐵、0. 的硫酸鎂、0. 的硫酸銨、0. 05%的磷酸氫二鉀、0. 25%的磷酸二氫鉀，複合降解酶為纖維素酶100FPIU/克底物、纖維二糖酶25U/克底物、果膠酶200U/克底物，接種體積百分比為10%的高溫釀酒酵母菌種子液，體系溫度為42°C，發酵周期為48h。
全文摘要
本發明涉及一種海藻加工廢棄物同步發酵產乙醇的方法。通過對海藻加工廢棄物漂洗、粉碎、過篩後，加水配置混懸液並調節體系至適當的pH值，補充必須的營養鹽。控制體系溫度，然後加入複合降解酶液，並接種高溫釀酒酵母，以達到在厭氧條件、短時、高效實現海藻加工廢棄物的糖鏈酶解和乙醇發酵同步進行。該方法兼具有設備簡單、方法簡便、操作快速、處理周期短和生產成本低等特點。
文檔編號C12R1/865GK102206681SQ20111007480
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月16日 優先權日2011年3月16日
發明者江曉路, 牟海津, 王鵬, 郝劍君 申請人:中國海洋大學