專利名稱：一種利用海帶渣制取燃料乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用工業(yè)廢棄的海帶渣制取燃料乙醇的方法，尤其涉及采用超聲波預處理的方式可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的酸、堿預處理海帶渣制取燃料乙醇的方法，屬于能源領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著化石能源漸趨枯竭和環(huán)境的不斷惡化，研發(fā)應用各種新型可再生能源，走可持續(xù)發(fā)展的道路已得到世界各國的普遍共識。當前，在生物質(zhì)能源中燃料乙醇是指通過微生物的發(fā)酵將各種生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化為燃料酒精，它可以單獨或與汽油混配制成乙醇汽油作為汽車燃料，是一種可再生能源，具有燃燒完全、效率高、無污染等特點，因此被認為是最終能夠替代化石燃料的理想能源之一。目前，我國制備纖維素燃料乙醇主要側(cè)重于秸桿、木薯、甘蔗渣和木屑等陸源原料，然而這些原料都會占用大量的耕地，隨著人口的增加與可利 用的土地不斷減少，糧食和土地供給將是燃料乙醇發(fā)展的瓶頸。我國作為海洋大國，有著廣闊的領(lǐng)海，蘊含著豐富的海藻等海洋能源物質(zhì)，對緩解人類面臨的糧食、能源、環(huán)境三大危機具有巨大的潛力，開發(fā)利用這些海洋能源物質(zhì)將是我們首要選擇。海帶為褐藻的一種，是褐藻膠、甘露醇、碘等褐藻化工產(chǎn)品的主要原料之一。在海帶工業(yè)利用過程中會產(chǎn)生大量的廢棄物。據(jù)統(tǒng)計，在海帶工業(yè)生產(chǎn)中，以干物質(zhì)計，其利用率僅約30%，有愈50%的成份成為廢棄物，這些廢棄物中含有豐富的膳食纖維等碳水化合物及營養(yǎng)鹽等，是極為豐富的可利用資源。將其直接排放不僅浪費資源，也帶來環(huán)境的污染，因此對海帶渣進行生產(chǎn)燃料乙醇的相關(guān)研究意義重大，不僅能減少資源的浪費和避免可能帶來的環(huán)境污染，而且生產(chǎn)燃料乙醇這一附加產(chǎn)品，能夠降低海帶相關(guān)產(chǎn)業(yè)的成本，具有重要的生態(tài)環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。然而廢棄的海帶渣中含有大量的木質(zhì)素成分，且與纖維素之間以氫鍵方式更緊密結(jié)合在一起，使得纖維素難以被剝離降解。傳統(tǒng)的預處理方式主要采用低濃度的硫酸或氫氧化鈉進行處理，以破壞它們之間的結(jié)構(gòu)，從而使二者容易分開。但因為海帶渣中木質(zhì)素成分較多，傳統(tǒng)稀酸或稀堿處理均難以達到較理想的效果，并且容易造成設(shè)備的腐蝕及環(huán)境的污染。本發(fā)明采用超聲波處理方式，能夠有效的使木質(zhì)素和纖維素分離，基本達到酸堿預處理的效果，而且無污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種利用海帶渣制取燃料乙醇的方法，高值化的利用海帶工業(yè)廢棄物，減少資源的浪費，避免可能帶來的環(huán)境污染問題。本發(fā)明針對海帶泥渣的特點，采用超聲波預處理技術(shù)以非常低廉的成本并且不帶來酸堿污染的方式獲得燃料乙醇這一能源產(chǎn)品，該技術(shù)具有生產(chǎn)周期短，工藝簡便有效等特點。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種利用海帶渣制取燃料乙醇的方法，具體包括以下步驟(I)收集工業(yè)廢棄的海帶泥渣，并用清水漂洗海帶泥渣以除去其中工業(yè)殘留的化學物質(zhì)；
(2)將(I)漂洗后的海帶泥渣，進行超聲波處理；(3 )將(2 )處理后的海帶泥渣以1:5 1:20 (g/ml)的料液配比加入水；(4)向(3)加水后的海帶渣料液中添加至終濃度(w/v)為O. 3%的酵母粉，O. 5%的蛋白胨，O. 02%的尿素，O. 4%的硫酸鎂，O. 01%磷酸氫二銨，接入質(zhì)量比8%的高活性釀酒酵母，調(diào)pH值為4. 5 5. 5，以15u/g 25u/g量添加纖維素酶，在34±2°C、110 150rpm發(fā)酵24 72h ；(5)將發(fā)酵液進行蒸餾得到燃料乙醇。所述的步驟(I)中的海帶泥渣為工業(yè)生產(chǎn)褐藻酸鈉、褐藻糖膠、甘露醇、碘等海帶 工業(yè)產(chǎn)品后殘留的廢棄泥渣。進一步，所述的步驟(4)中的纖維素酶為常溫纖維素酶。進一步，所述的步驟(4)中的纖維素酶為低溫纖維素酶，其制備方法為①將實驗室保存的從南極土樣中篩選出來的南極低溫菌株QP7接種活化；該菌株保藏在武漢中國典型培養(yǎng)物保藏中心，保藏號CCTCC N0:M2012257，保藏日期2012年6月28日；②將①活化后的種子液以質(zhì)量比5%的量接種于麩皮產(chǎn)酶培養(yǎng)基中，在低溫搖床上150rpm，12 16°C培養(yǎng)2 5天將②培養(yǎng)好的QP7產(chǎn)酶培養(yǎng)基進行高速離心，離心液即作為低溫纖維素酶的粗酶液，并測定酶活。進一步，所述的纖維素酶為常溫纖維素酶和上述方法制備的低溫纖維素酶的混合物，兩者按照酶活量2:1比例添加。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果實現(xiàn)了海帶在工業(yè)生產(chǎn)中的二次利用，能有效的將海帶工業(yè)生產(chǎn)中帶來的龐大的廢棄泥渣轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能源。海帶渣中含有大量的不溶性纖維等，因此大量的廢棄海帶泥渣是極為豐富的可利用資源，將其直接排放不僅浪費資源，還有可能帶來水體富營養(yǎng)化和誘發(fā)赤潮等生態(tài)環(huán)境問題。本發(fā)明將其經(jīng)超聲波預處理后，在纖維素酶和酵母聯(lián)合作用下直接進行同步糖化發(fā)酵得到燃料乙醇，工藝簡單，操作簡便可行，不僅減少了資源的浪費，而且避免了酸堿預處理帶來的環(huán)境二次污染，試驗結(jié)果表明，超聲波預處理的效果可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的酸堿預處理方式，即減少污染，降低酸堿高溫水解環(huán)節(jié)中的能源消耗，還創(chuàng)造了經(jīng)濟價值，對相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展也提供了有益的啟示，具有重要的意義。


圖I為海帶渣制取燃料乙醇的工藝流程圖；圖2為發(fā)酵液中乙醇氣相色譜圖；南極低溫菌株QP7,分類命名verticillium longisporum sp. QP7,該菌株保藏在武漢中國典型培養(yǎng)物保藏中心，保藏號CCTCC N0:M2012257，保藏日期2012年6月28日。
具體實施例下面通過實施例結(jié)合附圖來對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的解釋。實施例I一種利用海帶渣制取燃料乙醇的方法，工藝流程圖見圖1，具體包括以下步驟(I)收集工業(yè)廢棄的海帶泥渣，并用清水漂洗海帶泥渣以除去其中工業(yè)殘留的化學物質(zhì)；(2)將漂洗后的海帶泥渣，進行超聲波處理，超聲頻率在25kHz，功率3kW，時間Ihr ；(3)將(2)所得的海帶渣700g，以1:10 (g/ml)的料液配比加入水;(4)向(3)配好后的海帶渣料液添加至終濃度(w/v)為O. 3%的酵母粉，O. 5%的蛋白胨，O. 02%的尿素，O. 4%的硫酸鎂，O. 01%磷酸氫二銨，調(diào)pH值為5. 0，接入質(zhì)量比8%的高活性釀酒酵母，即市售安琪酵母，以20u/g量添加低溫纖維素酶，在振蕩培養(yǎng)箱中34°C，120rpm 發(fā)酵 50h ；所述的低溫纖維素酶的制備方法為①將實驗室保存的從南極土樣中篩選出來的南極低溫菌株QP7接種活化；②將①活化后的種子液以質(zhì)量比5%量接種于麩皮產(chǎn)酶培養(yǎng)基 中，在低溫搖床上150rpm，15°C培養(yǎng)4天將②培養(yǎng)好的QP7產(chǎn)酶培養(yǎng)基進行高速離心，離心液即作為低溫纖維素酶的粗酶液，并測定酶活。(5)將發(fā)酵液進行蒸餾得到燃料乙醇60. 5g。經(jīng)氣相色譜檢測蒸餾所得該燃料乙醇純度達到95%以上，氣相色譜圖見圖2。實施例2一種利用海帶渣制取燃料乙醇的方法，具體包括以下步驟(I)收集工業(yè)廢棄的海帶泥渣，并用清水漂洗海帶泥渣以除去其中工業(yè)殘留的某些化學物質(zhì)；(2)將漂洗后的海帶泥渣，進行超聲波處理，超聲頻率在25kHz，功率3kW，時間Ihr ；(3)將(2)所得的海帶渣700g，以1:10 (g/ml)的料液配比加入水;(4)向(3)處理后的海帶渣料液中添加至終濃度(w/v)為O. 3%的酵母粉，O. 5%的蛋白胨，O. 02%的尿素，O. 4%的硫酸鎂，O. 01%磷酸氫二銨，調(diào)pH值為5. 0，接入質(zhì)量比8%的高活性釀酒酵母，即市售安琪酵母，以20u/g量添加市售常溫纖維素酶，在振蕩培養(yǎng)箱中34°C, 120rpm 發(fā)酵 50h ；(5)將發(fā)酵液進行蒸餾得到燃料乙醇56g。經(jīng)檢測蒸餾所得該燃料乙醇純度達到95%以上。實施例3一種利用海帶渣制取燃料乙醇的方法，具體包括以下步驟(I)收集工業(yè)廢棄的海帶泥渣，并用清水漂洗海帶泥渣以除去其中工業(yè)殘留的某些化學物質(zhì)；(2)將漂洗后的海帶泥渣，進行超聲波處理，超聲頻率在25kHz，功率3kW，時間Ihr ；(3)將(2)所得的海帶渣700g，以1:10 (g/ml)的料液配比加入水；(4)向(3)處理后的海帶渣料液中添加至終濃度(w/v)為O. 3%的酵母粉，O. 5%的蛋白胨，O. 02%的尿素，O. 4%的硫酸鎂，O. 01%磷酸氫二銨，調(diào)pH值為5. 0，接入質(zhì)量比8%的高活性釀酒酵母，即市售安琪酵母，以酶活總量為20u/g的量添加市售常溫纖維素酶和低溫纖維素酶粗酶液，其中常溫纖維素酶與低溫纖維素酶分別以酶活量2:1比例添加，在振蕩培養(yǎng)箱中34°C，120rpm/min發(fā)酵50h ；
所述的低溫纖維素酶粗酶液的制備方法為①將實驗室保存的從南極土樣中篩選出來的南極低溫菌株QP7接種活化；②將①活化后的種子液以質(zhì)量比5%的量接種于麩皮產(chǎn)酶培養(yǎng)基中，在低溫搖床上150rpm，15°C培養(yǎng)4天將②培養(yǎng)好的QP7產(chǎn)酶培養(yǎng)基進行高速離心，離心液即作為低溫纖維素酶的粗酶液，并測定酶活。(5)將發(fā)酵液進行蒸餾得到燃料乙醇69g。實施例4 一種利用海帶渣制取燃料乙醇的方法，具體包括以下步驟(I)收集工業(yè)廢棄的海帶泥渣，并用清水漂洗海帶泥渣以除去其中工業(yè)殘留的化學物質(zhì)；(2)將(I)所得的海帶渣700g，以1:10的料液比加入濃度為I. 5%的硫酸，在120°C水解處理60min ；(3)將(2)水解后的海帶渣料液pH值調(diào)為5. 0，并添加至終濃度(w/v)為O. 3%的酵母粉，O. 5%的蛋白胨，O. 02%的尿素，O. 4%的硫酸鎂，O. 01%磷酸氫二銨，調(diào)pH為5. 0，接入8%的高活性釀酒酵母，以25u/g量添加低溫纖維素酶，在振蕩培養(yǎng)箱中34°C，120rpm發(fā)酵 50h ；所述的低溫纖維素酶的制備方法為①將實驗室保存的從南極土樣中篩選出來的南極低溫菌株QP7接種活化；②將①活化后的種子液以質(zhì)量比5%的量接種于麩皮產(chǎn)酶培養(yǎng)基中，在低溫搖床上150rpm，15°C培養(yǎng)4天將②培養(yǎng)好的QP7產(chǎn)酶培養(yǎng)基進行高速離心，離心液即作為低溫纖維素酶的粗酶液，并測定酶活；(5)將發(fā)酵液進行蒸餾得到燃料乙醇64g。經(jīng)檢測蒸餾所得該燃料乙醇純度達到95%以上。通過實施例I和例4的對比，可以看出采用超聲波預處理的效果達到了傳統(tǒng)酸處理效果的94. 5%，是替代傳統(tǒng)酸處理的較好方法之一，而且降低了能源消耗和酸帶來的環(huán)境污染。由實施例3可知，降解纖維素采用常溫纖維素酶和低溫酶組成的復配酶系，預處理采用超聲波方式，可以達到更好的效果，超過了傳統(tǒng)的常溫纖維素酶加酸預處理的方法。
權(quán)利要求
1.一種利用海帶渣制取燃料乙醇的方法，其特征在于具體包括以下步驟 (1)收集工業(yè)廢棄的海帶泥渣，并用清水漂洗海帶泥渣以除去其中工業(yè)殘留的化學物質(zhì)； (2)將(I)漂洗后的海帶泥渣，進行超聲波處理； (3)將(2)處理后的海帶泥渣以1:5 1:20(g/ml)的料液配比加入水； (4)向(3)加水后的海帶泥渣料液中添加至終濃度(w/v)為O.3%的酵母粉，O. 5%的蛋白胨，O. 02%的尿素，O. 4%的硫酸鎂，O. 01%磷酸氫二銨，接入質(zhì)量比8%的高活性釀酒酵母，調(diào)PH值為4. 5 5. 5，以15u/g 25u/g量添加纖維素酶，在34±2°C、110 150rpm發(fā)酵24 72h ； (5)將發(fā)酵液進行蒸餾得到燃料乙醇。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用海帶渣制取燃料乙醇的方法，其特征在于所述的步驟(4)中的纖維素酶為常溫纖維素酶。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用海帶渣制取燃料乙醇的方法，其特征在于所述的步驟(4)中的纖維素酶為低溫纖維素酶，其制備方法為①將實驗室保存的從南極土樣中篩選出來的南極低溫菌株QP7接種活化；該菌株保藏在武漢中國典型培養(yǎng)物保藏中心，保藏號CCTCC N0:M2012257②將①活化后的種子液以質(zhì)量比5%量接種于麩皮產(chǎn)酶培養(yǎng)基中，在低溫搖床上150rpm，12 16°C培養(yǎng)2 5天將②培養(yǎng)好的QP7產(chǎn)酶培養(yǎng)基進行高速離心，離心液即作為低溫纖維素酶的粗酶液，并測定酶活。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用海帶渣制取燃料乙醇的方法，其特征在于所述的纖維素酶為常溫纖維素酶和所述方法制備的低溫纖維素酶的混合物，兩者按照酶活量2:1比例添加。
全文摘要
一種利用海帶泥渣制取燃料乙醇的方法。涉及能源領(lǐng)域，包括以下步驟收集工業(yè)廢棄的海帶泥渣，并用清水漂洗；將漂洗后的海帶泥渣超聲波處理；將處理后的海帶泥渣以1:5～1:20(g/ml)的料液配比加入水；向配比后的海帶渣料液中添加至終濃度(w/v)為0.3%的酵母粉,0.5%的蛋白胨，0.02%的尿素，0.4%的硫酸鎂，0.01%磷酸氫二銨，接入質(zhì)量比8%的高活性釀酒酵母，調(diào)pH值為4.5～5.5，添加纖維素酶進行發(fā)酵；將發(fā)酵液進行蒸餾得到燃料乙醇。本發(fā)明利用工業(yè)廢棄的海帶泥渣為原料生產(chǎn)燃料乙醇，工藝簡單可行，不僅實現(xiàn)了海帶泥渣變廢為寶，減少了資源的浪費，而且避免了對生態(tài)環(huán)境污染，具有一定的生態(tài)環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。
文檔編號C12P7/10GK102965398SQ20121054026
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者王能飛, 明凱利, 臧家業(yè) 申請人:國家海洋局第一海洋研究所