專利名稱：利用甜高粱秸稈及其籽粒制取乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)乙醇的方法，尤其是涉及一種利用甜高粱秸稈及其籽粒制取乙醇的方法。
背景技術(shù)：
目前，乙醇工業(yè)是我國(guó)發(fā)酵行業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一，主要應(yīng)用于配制酒、醫(yī)藥、化工行業(yè)。近年來(lái)，作為可再生的能源物質(zhì)-燃料乙醇，備受國(guó)內(nèi)外矚目。由于我國(guó)作為世界上人口最多的國(guó)家，為保證糧食供應(yīng)，已出臺(tái)了一系列限制糧食作物制酒的政策，因此以經(jīng)濟(jì)作物取代糧食作物生產(chǎn)乙醇，是我國(guó)乙醇工業(yè)發(fā)展的必由之路，同樣也是進(jìn)一步推向國(guó)際市場(chǎng)非常具有競(jìng)爭(zhēng)力的科研項(xiàng)目。
甜高粱是普通高梁的一個(gè)變種，屬高光效作物，生物量極高，它所合成的碳水化合物的產(chǎn)量為玉米或甜菜的2-3倍，是極具潛力的、可再生的能源作物。甜高粱抗旱、耐鹽堿，對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，有作物中的“駱駝”之稱，一般畝產(chǎn)莖稈5000公斤左右，籽粒100-500公斤。與一般作物相比，甜高粱秸稈含有較高糖份(一般品種含有10-15％總糖)，這些糖分可以在酵母菌的作用下轉(zhuǎn)化成乙醇，這一過(guò)程就是乙醇生產(chǎn)的過(guò)程。從設(shè)備利用率角度來(lái)說(shuō)，希望能在微生物可耐受的范圍內(nèi)盡量提高原料中可發(fā)酵性糖的含量，各種微生物對(duì)糖的耐受能力雖然不同，但一般微生物在總糖小于20％條件下是可以正常發(fā)酵的。從甜高粱秸桿含糖量不難看出，單以秸桿為原料進(jìn)行乙醇發(fā)酵，其設(shè)備利用率還有相當(dāng)?shù)目臻g。因此，將甜高粱籽粒加以利用，同時(shí)提高設(shè)備的利用率，進(jìn)一步增加乙醇的產(chǎn)量是該技術(shù)領(lǐng)域科研人員急需開(kāi)發(fā)的新課題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，提供一種工藝簡(jiǎn)單、效果顯著的利用甜高粱秸稈及其籽粒制取乙醇的方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明所采用的實(shí)施方式如下一種利用甜高粱秸稈及其籽粒制取乙醇的方法，其特征在于具體實(shí)施步驟如下(1)將成熟的甜高粱秸稈按常規(guī)工藝進(jìn)行揉搓粉碎或榨汁，粉碎細(xì)度要求1-10cm；(2)將籽粒進(jìn)行粉碎、過(guò)篩，細(xì)度要求60-80目；發(fā)酵采取固態(tài)法或液態(tài)法兩種方式進(jìn)行(3)籽粒的酶解將粉碎后的甜高粱籽粒加水配成15-25％濃度的溶液，溶液加熱至40-60℃時(shí)加酶糖化，酶的添加量控制在籽粒質(zhì)量的0.1-0.5％，并在該溫度下保持4-8小時(shí)，糖化液備用；(4)將籽粒粉或其糖化液與甜高粱粉碎物或汁液按重量比1∶4-9比例混合均勻，進(jìn)行滅菌，固體料在常壓下蒸汽滅菌30-60分鐘；液體料在1kgf/cm2下、滅菌20-30分鐘；(5)種子的制備酵母各級(jí)種子培養(yǎng)基為常規(guī)麥芽汁培養(yǎng)基，二級(jí)及以上培養(yǎng)基可用如下培養(yǎng)基替代甜高粱汁100％、蛋白胨1-3％、酵母膏0.1-1％，pH5-6；分裝滅菌，1kgf/cm2、30分鐘，搖床培養(yǎng)120-200rpm，培養(yǎng)時(shí)間10-18小時(shí)；種子要求細(xì)胞數(shù)大于1億/mL，出芽率15-30％，死亡率小于0.5％，無(wú)雜菌；(6)原料滅菌后，攤涼或冷卻至25-30℃，添加培養(yǎng)好的酵母種子液或種子與淀粉糖化酶的混合液，攪拌均勻后裝入滾筒式發(fā)酵罐中，在25-35℃下發(fā)酵40-72小時(shí)，酵母的接種量控制在原料質(zhì)量的2-10％，酶的添加量控制在籽粒質(zhì)量的0.1-0.5％；(7)發(fā)酵結(jié)束后按常規(guī)進(jìn)行蒸餾，制得乙醇。
本發(fā)明的有益效果是由于利用了淀粉糖化酶對(duì)籽粒中的淀粉進(jìn)行水解，提高了發(fā)酵底物中糖的含量，使微生物可轉(zhuǎn)化的組分增加，因此對(duì)發(fā)酵物料中乙醇含量的提高起直接作用。當(dāng)在粉碎的甜高粱秸稈(或其汁液)原料中加入一定量的甜高粱籽粒粉時(shí)，無(wú)論是邊糖化邊發(fā)酵，還是先糖化再發(fā)酵，原料中糖的含量明顯增加，酵母對(duì)糖的轉(zhuǎn)化率達(dá)到95％以上，發(fā)酵后酒精產(chǎn)量也明顯提高，平均得率達(dá)到91％以上。以1噸原料為例，籽粒所占比例每增加1％，95％酒精產(chǎn)量增加2-3公斤，亦即1份甜高粱籽粒平均相當(dāng)于4份以上秸稈(含糖量14％)所產(chǎn)乙醇量?？梢?jiàn)，添加籽粒后明顯提高了設(shè)備的利用率和出酒率，降低了生產(chǎn)成本。以甜高粱秸稈及其籽粒取代糧食作物生產(chǎn)乙醇，有效開(kāi)發(fā)新的資源，將為我國(guó)乃至世界乙醇工業(yè)發(fā)展開(kāi)拓一條新路。本發(fā)明生產(chǎn)方法簡(jiǎn)單，原料來(lái)源廣、且易形成規(guī)?；a(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施方式
詳述如下實(shí)施例1(1)秸稈及其籽粒的粉碎去掉甜高粱表面葉子，然后將秸稈和籽粒分別用不同的破碎機(jī)進(jìn)行粉碎備用，甜高粱秸稈要求破碎細(xì)度在1-10cm，破碎后的籽粒粉過(guò)篩，細(xì)度要求達(dá)到60-80目。
(2)蒸料滅菌將粉碎后的800kg秸稈和200kg甜高粱籽粒，拌勻后裝入蒸料裝置中，常壓蒸汽滅菌30-60分鐘。待蒸好的原料溫度降低到25-30℃時(shí)，將原料通過(guò)傳送帶，送入滾筒發(fā)酵罐中。
(3)種子的制備酵母各級(jí)種子培養(yǎng)基為常規(guī)麥芽汁培養(yǎng)基，二級(jí)及以上培養(yǎng)基可用如下培養(yǎng)基替代甜高粱汁100％、蛋白胨1-3％、酵母膏0.1-1％，pH 5-6。分裝滅菌，1kgf/cm2、30分鐘，搖床培養(yǎng)120-200rpm，培養(yǎng)時(shí)間10-18小時(shí)。種子要求細(xì)胞數(shù)大于1億/mL，出芽率15-30％，死亡率小于0.5％，無(wú)雜菌。
(4)酶液的配置按籽粒質(zhì)量的0.1-0.5％稱取淀粉糖化酶，將稱好的酶制劑溶于水中，攪拌均勻，投入培養(yǎng)好的種子罐中。
(5)加入酵母液和酶液將培養(yǎng)好的酵母液(含酶液)從種子罐的無(wú)菌管道壓入滾筒發(fā)酵罐中，酵母的接種量控制在原料質(zhì)量的2-10％。
(6)發(fā)酵原料在滾筒發(fā)酵罐中進(jìn)行酶解和發(fā)酵，溫度控制在25-35℃，時(shí)間48-72小時(shí)。發(fā)酵過(guò)程中通過(guò)監(jiān)控發(fā)酵罐內(nèi)溫度變化和菌種耗糖的情況，觀察發(fā)酵是否正常，當(dāng)原料殘?zhí)切∮?.0％時(shí)，判定發(fā)酵已接近終點(diǎn)。
(7)蒸餾發(fā)酵結(jié)束后，將原料從發(fā)酵罐中取出，裝入蒸餾裝置中按常規(guī)進(jìn)行蒸餾，制得乙醇產(chǎn)品。測(cè)定殘?zhí)?.0％，蒸餾得到95％(w/w)酒精91.4kg，糖轉(zhuǎn)化率95.8％，乙醇得率91.4％。
實(shí)施例2(1)秸稈及其籽粒的粉碎去掉甜高粱表面葉子，然后將秸稈和籽粒用不同的破碎機(jī)進(jìn)行粉碎備用，甜高粱秸稈要求破碎細(xì)度在1-10cm，破碎后的籽粒粉過(guò)篩，細(xì)度要求達(dá)到60-80目。
(2)籽粒的酶解將20kg粉碎后的甜高粱籽粒粉置于糖化鍋中，加水定容至100Kg，蒸汽加熱到40-60℃，加入淀粉糖化酶，酶的添加量控制在籽粒質(zhì)量的0.1-0.5％，在40-60℃下邊攪拌邊水解，處理4-8小時(shí)。
(3)蒸料滅菌將粉碎后的900kg秸稈裝入蒸料裝置中，常壓蒸汽滅菌30-60分鐘。待蒸好的原料溫度降低到25-30℃時(shí)，將原料通過(guò)傳送帶，送入滾筒發(fā)酵罐中。
(4)種子的制備酵母各級(jí)種子培養(yǎng)基為常規(guī)麥芽汁培養(yǎng)基，二級(jí)及以上培養(yǎng)基可用如下培養(yǎng)基替代甜高粱汁100％、蛋白胨1-3％、酵母膏0.1-1％，pH5-6。分裝滅菌，1kgf/cm2、30分鐘，搖床培養(yǎng)120-200rpm，培養(yǎng)時(shí)間10-18小時(shí)。種子要求細(xì)胞數(shù)大于1億/mL，出芽率15-30％，死亡率小于0.5％，無(wú)雜菌。
(5)加入酵母液及酶解糖液將培養(yǎng)好的酵母液和酶解籽粒制得的糖液從種子罐的無(wú)菌管道壓入滾筒發(fā)酵罐中，酵母的接種量控制在原料質(zhì)量的2-10％。
(6)發(fā)酵原料在滾筒發(fā)酵罐中進(jìn)行發(fā)酵，溫度控制在25-35℃，時(shí)間40-48小時(shí)。發(fā)酵過(guò)程中通過(guò)監(jiān)控發(fā)酵罐內(nèi)溫度變化和菌種耗糖的情況，觀察發(fā)酵是否正常，當(dāng)原料殘?zhí)切∮?.0％時(shí)，判定發(fā)酵已接近終點(diǎn)。
(7)蒸餾發(fā)酵結(jié)束后，將原料從發(fā)酵罐中取出，裝入蒸餾裝置中進(jìn)行蒸餾，制得乙醇產(chǎn)品。測(cè)定殘?zhí)?.61％，蒸餾得到95％(w/w)酒精65.8kg，糖轉(zhuǎn)化率97.5％，乙醇得率94.4％。
實(shí)施例3(1)甜高粱榨汁及籽粒粉碎去掉甜高粱表面葉子，將秸稈在榨汁機(jī)上榨汁并過(guò)濾，得800kg甜高粱汁儲(chǔ)存?zhèn)溆?。將籽粒用破碎機(jī)進(jìn)行粉碎，籽粒的破碎細(xì)度要求達(dá)到60-80目。
(2)籽粒的酶解將40kg粉碎后的甜高粱籽粒粉置于糖化鍋中，加水定容至200Kg，蒸汽加熱到40-60℃，加入淀粉糖化酶，酶的添加量控制在籽粒質(zhì)量的0.1-0.5％，在40-60℃下邊攪拌邊水解，處理4-8小時(shí)。
(3)蒸料滅菌將制備好的甜高粱汁和酶解的糖液加入液態(tài)發(fā)酵罐中，1kgf/cm2壓力，蒸汽滅菌20-30分鐘左右。
(4)種子的制備酵母各級(jí)種子培養(yǎng)基為常規(guī)麥芽汁培養(yǎng)基，二級(jí)及以上培養(yǎng)基可用如下培養(yǎng)基替代甜高粱汁100％、蛋白胨1-3％、酵母膏0.1-1％，pH5-6。分裝滅菌，1kgf/cm2、30分鐘，搖床培養(yǎng)120-200rpm，培養(yǎng)時(shí)間10-18小時(shí)。種子要求細(xì)胞數(shù)大于1億/mL，出芽率15-30％，死亡率小于0.5％，無(wú)雜菌。
(5)加入酵母液將培養(yǎng)好的酵母液從種子罐的無(wú)菌管道壓入液態(tài)發(fā)酵罐中，酵母的接種量控制在原料質(zhì)量的2-10％。
(6)發(fā)酵原料在發(fā)酵罐中進(jìn)行發(fā)酵，溫度控制在25-35℃，時(shí)間40-48小時(shí)。發(fā)酵過(guò)程中通過(guò)監(jiān)控發(fā)酵罐內(nèi)溫度、pH變化和菌種耗糖的情況，觀察發(fā)酵是否正常，當(dāng)原料殘?zhí)切∮?.0％時(shí)，判定發(fā)酵已接近終點(diǎn)。
(7)蒸餾發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液從發(fā)酵罐中打入蒸餾裝置中進(jìn)行蒸餾，制得乙醇產(chǎn)品。測(cè)定殘?zhí)?.51％，蒸餾得到95％(w/w)酒精60.1kg，糖轉(zhuǎn)化率97.7％，乙醇得率86.9％。
實(shí)施例4(1)甜高粱榨汁及籽粒粉碎去掉甜高粱表面葉子，將秸稈在榨汁機(jī)榨汁并過(guò)濾，得800kg甜高粱汁儲(chǔ)存?zhèn)溆?。將籽粒用破碎機(jī)進(jìn)行粉碎，籽粒的破碎細(xì)度要求達(dá)到60-80目。
(2)蒸料滅菌將制備好的800kg甜高粱汁和200kg籽粒粉混合，加入液態(tài)發(fā)酵罐中，1kgf/cm2壓力，121℃，蒸汽滅菌20-30分鐘。
(3)種子的制備酵母各級(jí)種子培養(yǎng)基為常規(guī)麥芽汁培養(yǎng)基，二級(jí)及以上培養(yǎng)基可用如下培養(yǎng)基替代甜高粱汁100％、蛋白胨1-3％、酵母膏0.1-1％，pH5-6。分裝滅菌，1kgf/cm2、30分鐘，搖床培養(yǎng)120-200rpm，培養(yǎng)時(shí)間10-18小時(shí)。種子要求細(xì)胞數(shù)大于1億/mL，出芽率15-30％，死亡率小于0.5％，無(wú)雜菌。
(4)酶液的配置按籽粒粉質(zhì)量的0.1-0.5％稱取淀粉糖化酶，將稱好的酶液溶于水中，攪拌均勻，投入培養(yǎng)好的種子罐中。
(5)加入酵母液和酶液將培養(yǎng)好的酵母液(含酶液)從種子罐的無(wú)菌管道壓入液態(tài)發(fā)酵罐中，酵母的接種量控制在原料質(zhì)量的2-10％。
(6)發(fā)酵原料在發(fā)酵罐中進(jìn)行發(fā)酵，溫度控制在25-35℃，時(shí)間48-72小時(shí)。發(fā)酵過(guò)程中通過(guò)監(jiān)控發(fā)酵罐內(nèi)溫度、pH變化和菌種耗糖的情況，觀察發(fā)酵是否正常，當(dāng)原料殘?zhí)切∮?.0％時(shí)，判定發(fā)酵已接近終點(diǎn)。
(7)蒸餾發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液從發(fā)酵罐中打入蒸餾裝置中按常規(guī)進(jìn)行蒸餾，制得乙醇產(chǎn)品。測(cè)定殘?zhí)?.58％，蒸餾得到95％(w/w)酒精97.2kg，糖轉(zhuǎn)化率97.4％，乙醇得率91.4％。
上述參照實(shí)施例對(duì)利用甜高粱秸稈及其籽粒制取乙醇的方法進(jìn)行的詳細(xì)描述，是說(shuō)明性的而不是限定性的，可按照所限定范圍列舉出若干個(gè)實(shí)施例，因此在不脫離本發(fā)明總體構(gòu)思下的變化和修改，應(yīng)屬本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用甜高粱秸稈及其籽粒制取乙醇的方法，其特征在于具體實(shí)施步驟如下(1)將成熟的甜高粱秸稈按常規(guī)工藝進(jìn)行揉搓粉碎或榨汁，粉碎細(xì)度要求1-10cm；(2)將籽粒進(jìn)行粉碎、過(guò)篩，細(xì)度要求60-80目；發(fā)酵采取固態(tài)法或液態(tài)法兩種方式進(jìn)行(3)籽粒的酶解將粉碎后的甜高粱籽粒加水配成15-25％濃度的溶液，溶液加熱至40-60℃時(shí)加酶糖化，酶的添加量控制在籽粒質(zhì)量的0.1-0.5％，并在該溫度下保持4-8小時(shí)，糖化液備用；(4)將籽粒粉或其糖化液與甜高粱粉碎物或汁液按重量比1∶4-9比例混合均勻，進(jìn)行滅菌，固體料在常壓下蒸汽滅菌30-60分鐘；液體料在1kgf/cm2下、滅菌20-30分鐘；(5)種子的制備酵母各級(jí)種子培養(yǎng)基為常規(guī)麥芽汁培養(yǎng)基，二級(jí)及以上培養(yǎng)基可用如下培養(yǎng)基替代甜高粱汁100％、蛋白胨1-3％、酵母膏0.1-1％，pH5-6；分裝滅菌，1kgf/cm2、30分鐘，搖床培養(yǎng)120-200rpm，培養(yǎng)時(shí)間10-18小時(shí)；種子要求細(xì)胞數(shù)大于1億/mL，出芽率15-30％，死亡率小于0.5％，無(wú)雜菌；(6)原料滅菌后，攤涼或冷卻至25-30℃，添加培養(yǎng)好的酵母種子液或種子與淀粉糖化酶的混合液，攪拌均勻后裝入滾筒式發(fā)酵罐中，在25-35℃下發(fā)酵40-72小時(shí)，酵母的接種量控制在原料質(zhì)量的2-10％，酶的添加量控制在籽粒質(zhì)量的0.1-0.5％；(7)發(fā)酵結(jié)束后按常規(guī)進(jìn)行蒸餾，制得乙醇。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用甜高粱秸稈及其籽粒制取乙醇的方法，實(shí)施步驟如下將成熟的甜高粱秸稈和籽粒分別進(jìn)行粉碎，將籽粒粉或其糖化液與甜高粱粉碎物或汁液按重量比1∶4－9比例混合；拌勻后進(jìn)行滅菌，其中固體料在常壓下蒸汽滅菌30－60分鐘；液體料在1kgf/cm
文檔編號(hào)C12R1/85GK101067142SQ20071005758
公開(kāi)日2007年11月7日 申請(qǐng)日期2007年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月8日
發(fā)明者王祥河, 胡曉原, 趙瓊, 韓慧 申請(qǐng)人:天津市工業(yè)微生物研究所