一种以菊芋块茎及茎叶为原料生产乙醇的方法

摘要

本发明涉及一种以菊芋块茎及茎叶为原料生产乙醇的方法，实施步骤如下：将菊芋及菊芋茎叶经过粉碎、按1∶0.75－2加水，在55－70℃低温下蒸煮20－40分钟后，冷却至30－45℃，加入纤维素酶100－1000mg/kg、半纤维素酶100－500mg/kg、木质素酶100－500mg/kg等多种复合酶对原料进行酶解、转化，得到发酵醪；然后加入克鲁维脆壁酵母和乙醇活性干酵母，或克鲁维脆壁酵母和葡萄酒活性干酵母等进行复合酵母乙醇发酵，最后将发酵醪蒸馏得到乙醇。本发明以菊芋及菊芋茎叶取代粮食作物生产乙醇，开发新的资源，为乙醇工业的发展开拓了一条市场前景广阔的新路。本发明生产方法简单，原料来源广、价格低，可有效降低生产成本，且易形成规模化生产。

说明书

技术领域

本发明涉及生产乙醇的方法，尤其是涉及一种以菊芋块茎及茎叶为原料生产乙醇的方法。

背景技术

目前，乙醇工业是我国发酵行业的主导产业之一，主要应用于配制酒、医药、化工行业。随着世界能源供求矛盾的加剧，生物质能源特别是燃料乙醇已列入我国的未来规划中，我国目前的生产原料主要是淀粉质原料及糖蜜、化学合成物等。淀粉质原料乙醇占75％，糖蜜乙醇占15％，合成乙醇占10％。主要的淀粉质原料为玉米、红薯、木薯，玉米、红薯属粮食作物。由于我国作为世界上人口最多的国家，为保证粮食供应，已出台了一系列限制粮食作物制酒的政策，因此以经济作物取代粮食作物生产乙醇，是我国乙醇工业发展的必由之路，同样也是进一步推向国际市场非常具有竞争力的科研项目。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，针对目前乙醇生产主要以粮食作物为原料生产的现状，提供一种以菊芋块茎及茎叶为原料生产乙醇的方法。

为实现上述目的本发明所采用的实施方式如下：

一种以菊芋块茎及茎叶为原料生产乙醇的方法，实施步骤如下：

(1)将菊芋及菊芋茎叶经过粉碎，按1∶0.75-2加水，在55-70℃低温下蒸煮20-40分钟后，冷却至30-45℃，加入纤维素酶100-1000mg/kg、半纤维素酶100-500mg/kg、木质素酶100-500mg/kg多种复合酶对原料进行酶解、转化，得到发酵醪；

(2)克鲁维脆壁酵母在麦芽汁斜面培养基上于28℃，培养4-5天，取一环菌种接在装有50-100ml种子培养基的500ml三角瓶中；摇瓶种子培养基组成为(g/L)：蔗糖：3.0-30，蛋白胨：1.0-2.0，酵母膏：1.0-2.0，MgSO₄7H₂O：0.1-2.0，K₂HPO₄：0.3-3.0，NaCl：0.1-1.5；pH：4.0-5.0，于121℃灭菌，25分钟，摇瓶于28-35℃，转速为200-300转/分钟的摇床上培养12-24小时，作为一级种子液；

(3)取5-10ml一级种子液接入装有50-100ml种子培养基的500ml三角瓶中；摇瓶种子培养基组成配比同步骤(2)，pH：4.0-5.0，于121℃灭菌，25分钟，摇瓶于28-35℃，转速为200-300转/分钟的摇床上培养12-24小时，作为二级种子液；

(4)按5-10％的接种量将二级种子接入发酵罐中；在发酵罐中加入65-70％体积的种子培养基，其组成与上述摇瓶种子培养基组成配比相同；pH：4.0-5.0，于121℃灭菌，25分钟；于28-35℃，通气量0.5-1.5V/(V·min)，搅拌速度200-300转/分钟条件下发酵16-24小时，根据需要种子量逐级扩大培养后，得到克鲁维脆壁酵母液体酒母；

(5)加入克鲁维脆壁酵母和乙醇活性干酵母，或克鲁维脆壁酵母和葡萄酒活性干酵母进行复合酵母乙醇发酵；即按5-10％液体酒母及0.1-0.5％的乙醇或葡萄酒活性干酵母接入发酵醪进行乙醇发酵，30-33℃发酵48-72小时后结束，最后得到成熟的乙醇发酵醪用于蒸馏乙醇。

本发明的有益效果是：菊芋(Jerusalem artichoke)为地下生长的块茎植物，容易栽培，一年种植后可每年收获，可以连收4-5年。由于其外形似姜，故又名洋姜、鬼子姜。菊芋茎、叶、根都含有菊粉。菊芋根含有80％的水分，其余20％的固形物由90％的碳水化合物、6％的纤维素、半纤维素，2％的蛋白质和2％的灰分组成。菊芋的茎叶所含的碳水化合物比根茎所含的略少，大约在10-12％左右。在中国每亩每年平均可以收获菊芋根3吨，茎叶7吨，因此菊芋可以被充分利用来生产乙醇，其剩余物也是生产营养丰富的动物饲料的好原料。我国已出台了一系列限制粮食制酒的政策，因此以菊芋及菊芋茎叶取代粮食作物生产乙醇，有效开发新的资源，将为我国乃至世界乙醇工业发展开拓一条新路。本发明生产方法简单，原料来源广、价格低，可有效降低生产成本，且易形成规模化生产。

具体实施方式

以下结合较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式详述如下：

实施例1

(1)菊芋及菊芋茎叶经过粉碎，按1∶2.0加入水，65℃低温蒸煮30分钟后，冷却至45℃，加入纤维素酶1000mg/kg、半纤维素酶500mg/kg、木质素酶500mg/kg等多种复合酶对原料进行酶解、转化，得到发酵醪；

(2)克鲁维脆壁酵母在麦芽汁斜面培养基上于28℃培养5天，取一环菌种接在装有100ml种子培养基的500ml三角瓶中；摇瓶种子培养基组成为(g/L)：蔗糖：30.0，蛋白胨：3.0，酵母膏：1.5，MgSO₄7H₂O：0.3，K₂HPO₄：3.0，NaCl：1.0；pH：4.0，于121℃灭菌25分钟，摇瓶于32℃，转速为200转/分钟的摇床上培养12小时，作为一级种子液；

(3)取10ml菌悬液接入装有100ml种子培养基的500ml三角瓶中。摇瓶种子培养基组成为(g/L)：蔗糖：30.0，蛋白胨：2.0，酵母膏：2.0，MgSO₄7H₂O：0.5，K₂HPO₄：3.0，NaCl：1.0；pH：4.0，于121℃灭菌，25分钟，摇瓶于28℃，转速为200转/分钟的摇床上培养12小时，作为二级种子液；

(4)按10％的接种量将二级种子接入发酵罐中。在发酵罐中加入65％体积的种子培养基，种子培养基组成为(g/L)：蔗糖：30.0，蛋白胨：1.5，酵母膏：1.5，MgSO₄7H₂O：2.0，K₂HPO₄：3.0，NaCl：1.0；pH：4.0，于121℃灭菌，25分钟，于35℃，通气量1.5V/(V·min)，搅拌速度200转/分钟条件下发酵24小时，逐级扩大培养后，得到克鲁维脆壁酵母液体酒母；

(5)将10％的克鲁维脆壁酵母液体酒母和0.5％的乙醇活性干酵母接入发酵醪进行乙醇发酵，30℃发酵48小时后结束，成熟的醪液送去蒸馏。

实施例2

(1)菊芋及菊芋茎叶经过粉碎、按1∶1.5加入水，60℃低温蒸煮25分钟后，冷却至30℃，加入纤维素酶100mg/kg、半纤维素酶100mg/kg、木质素酶100mg/kg等多种复合酶对原料进行酶解、转化，得到发酵醪；

(2)克鲁维脆壁酵母在麦芽汁斜面培养基上于28℃培养4天，取一环菌种接在装有100ml种子培养基的500ml三角瓶中。摇瓶种子培养基组成为(g/l)：蔗糖：30.0，蛋白胨：1.0，酵母膏：2.0，MgSO₄7H₂O：2.0，K₂HPO₄：2.5，NaCl：1.5；pH：4.5，于121℃灭菌，25分钟，摇瓶于32℃，转速为300转/分钟的摇床上培养12小时，作为一级种子液；

(3)取10ml菌悬液接入装有100ml种子培养基的500ml三角瓶中。摇瓶种子培养基组成为(g/L)：蔗糖：30.0，蛋白胨：1.0，酵母膏：2.0，MgSO₄7H₂O：2.0，K₂HPO₄：2.5，NaCl：1.5；pH：4.5，于121℃灭菌，25分钟，摇瓶于32℃，转速为300转/分钟的摇床上培养12小时，作为二级种子液；

(4)按10％的接种量将二级种子接入发酵罐中。在发酵罐中加入70％体积的种子培养基，种子培养基组成为(g/L)：蔗糖：30.0，蛋白胨：1.0，酵母膏：2.0，MgSO₄7H₂O：0.5，K₂HPO₄：2.5，NaCl：1.0；pH：4.5，于121℃灭菌，25分钟；于28℃，通气量0.75V/(V·min)，搅拌速度300转/分钟条件下发酵24小时，逐级扩大培养后，得到克鲁维脆壁酵母液体酒母；

(5)将5％的克的鲁维脆壁酵母液体酒母和0.1％的乙醇活性干酵母接入发酵醪，在发酵罐内进行乙醇发酵，33℃发酵24小时后将发酵醪1/3-1/2分出至第二个罐，然后两个罐同时补加新鲜发酵醪至满，继续发酵；待第二罐发酵正常，又处于主发酵阶段时，同时又分出1/3-1/2发酵醪至第三罐，并加新鲜发酵醪至第二、三罐。如此连续分割第三、四......各罐；前面的第一、二罐发酵60小时后，成熟的醪液送去蒸馏。

实施例3

(1)菊芋及菊芋茎叶经过粉碎、按1∶1.25加入水，70℃低温蒸煮20分钟后，冷却至30-45℃，加入纤维素酶500mg/kg、半纤维素酶200mg/kg、木制素酶200mg/kg等多种复合酶对原料进行酶解、转化，得到发酵醪；

(2)克鲁维脆壁酵母在麦芽汁斜面培养基上于28℃培养5天，取一环菌种接在装有100ml种子培养基的500ml三角瓶中。摇瓶种子培养基组成为(g/L)：蔗糖：3.0，蛋白胨：2.0，酵母膏：1.0，MgSO₄7H₂O：0.1，K₂HPO₄：0.3，NaCl：0.1；pH：5.0，于121℃灭菌，25分钟，摇瓶于32℃，转速为200转/分钟的摇床上培养12小时，作为一级种子液；

(3)取10ml菌悬液接入装有100ml种子培养基的500ml三角瓶中。摇瓶种子培养基组成为(g/L)：蔗糖：25.0，蛋白胨：2.0，酵母膏：1.0，MgSO₄7H₂O：0.1，K₂HPO₄：0.3，NaCl：0.1；pH：5.0，于121℃灭菌，25分钟，摇瓶于32℃，转速为200转/分钟的摇床上培养12小时，作为二级种子液；

(4)按10％的接种量将二级种子接入发酵罐中。在发酵罐中加入70％体积的种子培养基，种子培养基组成为(g/L)：蔗糖：25.0，蛋白胨：2.0，酵母膏：1.0，MgSO₄7H₂O：0.1，K₂HPO₄：0.3，NaCl：0.1；pH：5.0，于121℃灭菌，25分钟；于30℃，通气量1.0V/(V·min)，搅拌速度200转/分钟条件下发酵24小时，逐级扩大培养后，得到克鲁维脆壁酵母液体酒母；

(5)将5％的克鲁维脆壁酵母液体酒母和0.3％的葡萄酒活性干酵母接入发酵醪进行乙醇发酵，31℃发酵72小时后结束，成熟的醪液送去蒸馏。

实施例4

(1)菊芋及菊芋茎叶经过粉碎、按1∶0.75加入水，55℃低温蒸煮40分钟后，冷却至30-45℃，加入纤维素酶600mg/kg、半纤维素酶300mg/kg、木制素酶300mg/kg等多种复合酶对原料进行酶解、转化，得到发酵醪；

(2)克鲁维脆壁酵母在麦芽汁斜面培养基上于28℃培养4天，取一环菌种接在装有100ml种子培养基的500ml三角瓶中。摇瓶种子培养基组成为(g/L)：蔗糖：3.0，蛋白胨：2.0，酵母膏：1.0，MgSO₄7H₂O：0.1，K₂HPO₄：0.3，NaCl：0.1；pH：5.0，于121℃灭菌，25分钟，摇瓶于32℃，转速为250转/分钟的摇床上培养12小时，作为一级种子液；

(3)取10ml菌悬液接入装有100ml种子培养基的500ml三角瓶中。摇瓶种子培养基组成为(g/L)：蔗糖：3.0，蛋白胨：2.0，酵母膏：1.0，MgSO₄7H₂O：0.1，K₂HPO₄：0.3，NaCl：0.1；pH：5.0，于121℃灭菌25分钟，摇瓶于32℃，转速为250转/分钟的摇床上培养12小时，作为二级种子液；

(4)按10％的接种量将摇瓶种子接入发酵罐中。在发酵罐中加入67.5％种子培养基，种子培养基组成为(g/L)：蔗糖：20.0，蛋白胨：2.0，酵母膏：1.0，MgSO₄7H₂O：0.1，K₂HPO₄：0.3，NaCl：0.1；pH：5.0，于121℃灭菌，25分钟；于31℃，通气量1.2V/(V·min)，搅拌速度250转/分钟条件下发酵24小时，逐级扩大培养后，得到克鲁维脆壁酵母液体酒母；

(5)将10％的克鲁维脆壁酵母液体酒母和0.5％的葡萄酒活性干酵母接入发酵醪，在发酵罐内进行乙醇发酵，30℃发酵24小时后将发酵醪1/3-1/2分出至第二个罐，然后两个罐同时补加新鲜发酵醪至满，继续发酵；待第二罐发酵正常，又处于主发酵阶段时，同时又分出1/3-1/2发酵醪至第三罐，并加新鲜发酵醪至第二、三罐；如此连续分割第三、四......各罐。前面的第一、二罐发酵70小时后，成熟的醪液送去蒸馏。

上述参照实施例对一种以菊芋块茎及茎叶为原料生产乙醇的方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。