利用甜高粱秸秆固体发酵生产燃料乙醇的方法

摘要

本发明涉及一种利用甜高粱秸秆固体发酵生产燃料乙醇的方法，步骤如下：(1)原料粉碎：将甜高粱粉碎至长度10－30mm的细丝；(2)原料蒸煮与调配：将粉碎的原料按重量加入硫酸铵0.1－1.0％，磷酸氢二钾0.05－0.5％，于100℃灭菌30分钟，冷却至25－33℃后加入纤维素酶，加量为2－200U/g原料；(3)种子的制备：种子培养基为麦芽汁培养基，温度25－33℃，转速100－200rpm，培养时间12－24小时；(4)菌种加入：以步骤(3)所述方式对酿酒酵母进行两级活化后以1－10∶100V/W的比例加入到原料中，搅拌均匀；(5)发酵：将上述发酵体系置于28－35℃条件下密封发酵；(6)蒸馏：按常规蒸馏，得到乙醇。本发明通过在固体发酵中添加适量无机盐和纤维素酶，有效提高原料利用率和乙醇产量，缩短发酵的周期。

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体发酵生产燃料乙醇的方法，特别是涉及一种利用甜高粱秸秆固体发酵生产燃料乙醇的方法。

背景技术

当今社会，能源问题与环境问题日益严重，各国越来越重视生物质能源的研究与开发。利用生物质发酵生成的燃料乙醇被广泛认为是一种有效的替代能源。由于我国人口众多，为确保国家的粮食安全，目前国家已经出台多项限制利用粮食作物生产燃料乙醇的政策法规。在此形势下，利用非粮作物生产燃料乙醇是符合我国国情的有效途径。

目前，甜高粱作为一种新兴的非粮能源作物受到人们的广泛关注，其秸秆含糖量高，生物质产量高，是一种优良的乙醇发酵原料。现有利用甜高粱秸秆生产乙醇的方法主要有液体发酵和固体发酵两种工艺。在液体发酵中，榨汁后得到的糖液不易保存，并且乙醇的终浓度较低，投资大成本高，这使得该发酵工艺在工业化生产中受到很大限制；而固体发酵则具有投资成本低，能耗小，乙醇的终浓度较高，对环境友好等诸多优势。但是目前的固体发酵工艺中多采用将原料粉碎后直接接种发酵的方法，该方法使得原料中的糖分得不到充分利用和转化，乙醇的产量较低。

因此，提供一种利用甜高粱秸秆固体发酵生产燃料乙醇的方法，有效提高原料的利用率，缩短发酵周期，从而提高乙醇的产量，降低燃料乙醇的生成和使用成本，为今后甜高粱秸秆的固体发酵工业化以及非粮原料生产燃料乙醇的普及做出积极的探索，是该技术领域科研人员急需开发的新课题之一。

发明内容

本发明的目的在于克服原有工艺的上述不足之处，提供一种工艺简单、效果显著的利用甜高粱秸秆固体发酵生产燃料乙醇的方法。

为实现上述目的本发明所采用的实施方式如下：

一种利用甜高粱秸秆固体发酵生产燃料乙醇的方法，其特征在于具体实施步骤如下：

(1)原料粉碎：将成熟后收获的甜高粱去掉叶和穗，砍成长度约为15-25cm的小段，然后用粉碎机粉碎至长度10-30mm的细丝；

(2)原料蒸煮与调配：将上述粉碎的原料按重量加入硫酸铵0.1-1.0％，磷酸氢二钾0.05-0.5％，于100℃灭菌30分钟，冷却至25-33℃后加入纤维素酶，加量为2-200U/g原料，备用；

(3)种子的制备：各级种子培养基为麦芽汁培养基，成份是：麦芽汁糖度8-10°Bx 50份、蛋白胨1-3份、酵母膏0.1-1份，pH5-6，分装灭菌，115℃，30分钟；酿酒酵母在上述种子培养基中摇床培养，温度为25-33℃，转速为100-200rpm，培养时间12-24小时；

(4)菌种加入：以步骤(3)所述方式对酿酒酵母进行两级活化后以1-10∶100V/W的比例加入到步骤(2)所述蒸煮和调配的原料中，搅拌均匀；

(5)发酵：将上述发酵体系置于28-35℃条件下密封发酵，残糖不再变化时结束发酵；

(6)蒸馏：将发酵好的物料倒出，转移到蒸馏釜中按常规蒸馏，得到乙醇。

本发明的有益效果是：通过添加适量的无机盐，使得发酵速度加快，发酵周期缩短；通过添加纤维素酶，使得原料中的部分纤维素得到水解并进而转化成乙醇，在很大程度上解决现有方法中糖分利用不充分的问题，大大提高了乙醇的产量。较之于相同发酵条件下未添加无机盐和纤维素酶的发酵体系，发酵时间缩短了3小时以上，乙醇产量可提高10％以上。本发明以甜高粱秸秆取代粮食作物生产燃料乙醇，有效开发新的资源，为今后甜高粱秸秆的固体发酵工业化作出了积极的探索，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、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)原料粉碎：将成熟后收获的甜高粱(糖锤度为20°Bx)去叶、穗，剥去秸秆外层硬皮，然后砍成长度约为15-25cm的小段，粉碎后得到长度10-30mm的细丝，该粉碎后的原料含水量为82％，初始总还原糖为16.5％；

(2)原料蒸煮与调配：取上述原料1000g装入2L三角瓶中，加入硫酸铵2g，磷酸氢二钾0.5g，100℃灭菌30分钟，冷却至25-33℃后加入纤维素酶，加量为5000U，备用；

(3)种子的制备：各级种子培养基为麦芽汁培养基，成份是：麦芽汁(糖度9°Bx)50ml、蛋白胨2g、酵母膏0.5g，补水至100ml，pH5，分装灭菌，115℃，30分钟。酿酒酵母在上述种子培养基中摇床培养，温度为28℃，转速为150rpm，培养时间24小时；

(4)菌种加入：以步骤(3)所述方式对酿酒酵母进行两级活化后以5∶100(V/W)的比例加入到步骤(2)所述蒸煮和调配的原料中，搅拌均匀；

(5)发酵：将上述发酵体系置于30℃条件下密封发酵，33小时后残糖不再变化，结束发酵；

(6)蒸馏：将发酵好的物料倒出，转移到蒸馏釜中按常规蒸馏，得到乙醇。

较之于相同发酵条件下未添加无机盐和纤维素酶的发酵体系，发酵时间缩短了3小时，乙醇产量提高了10.38％。

实施例2

(1)原料粉碎：将成熟后收获的甜高粱(糖锤度为20°Bx)去叶、穗，剥去秸秆外层硬皮，然后砍成长度约为15-25cm的小段，粉碎后得到长度10-30mm的细丝，该粉碎后的原料含水量为81.4％，初始总还原糖为17％；

(2)原料蒸煮与调配：取上述原料1000g装入2L三角瓶中，加入硫酸铵4g，磷酸氢二钾1.25g，100℃灭菌30分钟，冷却至25-33℃后加入纤维素酶，加量为200000U，备用；

(3)种子的制备：各级种子培养基为麦芽汁培养基，成份是：麦芽汁(糖度9°Bx)50ml、蛋白胨2g、酵母膏0.5g，补水至100ml，pH5，分装灭菌，115℃，30分钟。酿酒酵母在上述种子培养基中摇床培养，温度为33℃，转速为150rpm，培养时间16小时；

(4)菌种加入：以步骤(3)所述方式对酿酒酵母进行两级活化后以5∶100(V/W)的比例加入到步骤(2)所述蒸煮和调配的原料中，搅拌均匀；

(5)发酵：将上述发酵体系置于30℃条件下密封发酵，32小时后残糖不再变化，结束发酵；

(6)蒸馏：将发酵好的物料倒出，转移到蒸馏釜中按常规蒸馏，得到乙醇。

较之于相同发酵条件下未添加无机盐和纤维素酶的发酵体系，发酵时间缩短了3.5小时，乙醇产量提高了11.24％。

实施例3

(1)原料粉碎：将成熟后收获的甜高粱(糖锤度为18°Bx)去叶、穗，不剥去秸秆外层硬皮，然后砍成长度约为15-25cm的小段，粉碎后得到长度10-30mm的细丝，该粉碎后的原料含水量为78％，初始总还原糖为14％；

(2)原料蒸煮与调配：取上述原料1000g装入2L三角瓶中，加入硫酸铵10g，磷酸氢二钾5g，100℃灭菌30分钟，冷却至25-33℃后加入纤维素酶，加量为100000U，备用；

(3)种子的制备：各级种子培养基为麦芽汁培养基，成份是：麦芽汁(糖度9°Bx)50ml、蛋白胨2g、酵母膏0.5g，补水至100ml，pH 5，分装灭菌，115℃，30分钟。酿酒酵母在上述种子培养基中摇床培养，温度为33℃，转速为200rpm，培养时间12小时；

(4)菌种加入：以步骤(3)所述方式对酿酒酵母进行两级活化后以4∶100(V/W)的比例加入到步骤(2)所述蒸煮和调配的原料中，搅拌均匀；

(5)发酵：将上述发酵体系置于33℃条件下密封发酵，28小时后残糖不再变化，结束发酵；

(6)蒸馏：将发酵好的物料倒出，转移到蒸馏釜中按常规蒸馏，得到乙醇。

较之于相同发酵条件下未添加无机盐和纤维素酶的发酵体系，发酵时间缩短了3.5小时，乙醇产量提高了10.72％。

上述参照实施例对利用甜高粱秸秆固体发酵生产燃料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。