專利名稱：用化學(xué)法和微生物綜合處理香蕉桿生產(chǎn)燃料乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物質(zhì)能和農(nóng)作物纖維綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用化學(xué)法和微生物 綜合處理香蕉桿生產(chǎn)燃料乙醇的方法。
技術(shù)背景生物質(zhì)是世界第四大能源，70年代初以來，生物質(zhì)能源的開發(fā)利用已成為世界性的熱門 研究課題。生物質(zhì)能是太陽能以化學(xué)能形式儲(chǔ)存在生物中的一種能源形式，它是一種可再生 能源，有取之不盡、用之不竭的特點(diǎn)，是世界能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。與眾多 可再生能源相比較，生物質(zhì)能源具有儲(chǔ)量大、分布廣、環(huán)保效果明顯等優(yōu)勢，有很大的開發(fā) 潛力。進(jìn)入新世紀(jì)后，我國的能源消耗量進(jìn)一步增大，化石能源的儲(chǔ)備量逐年下降，開發(fā)利 用生物質(zhì)能源代替日益減少的化石能源，已成為緩解我國能源危機(jī)，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，保證我 國經(jīng)濟(jì)增長和社會(huì)發(fā)展的重要舉措。世界石油危機(jī)發(fā)生后，石油供應(yīng)量受到嚴(yán)重影響，代用燃料的研究得到廣泛重視。酒精 作為一種潛在能源，由于其具有安全、清潔、可部分或全部代替化石能源等特點(diǎn)，越來越受 到各國的歡迎。利用生物質(zhì)生產(chǎn)酒精既是開發(fā)利用生物質(zhì)能的重要途徑，也是將來酒精生產(chǎn) 的重要方向。目前酒精主要以谷物、糖蜜、果汁、葡萄酒、乳清等為原料，發(fā)酵、蒸餾制得。 但受全球人口的快速增長，耕地面積逐年減少，谷物等糧食的價(jià)格越來越高的影響，酒精生 產(chǎn)成本一直居高不下。以乙醇作為化石能源的代用能源，其關(guān)鍵是降低酒精的生產(chǎn)成本。因 此，利用成本更低的生物質(zhì)作為酒精生產(chǎn)的原料，開發(fā)出更高效的酒精生產(chǎn)工藝，是今后重 要的研究方向。在我國，香蕉種植面積有15 20萬公頃，約占世界香蕉種植總面積的8%，作為香蕉副 產(chǎn)品的香蕉桿的量是非常巨大的。香蕉桿作為一種重要的生物質(zhì)能源，除部分被利用外，絕 大部分被焚燒或遺棄田邊，這不僅造成了資源的浪費(fèi)，還給環(huán)境帶來污染。目前，世界上許 多國家已經(jīng)開展利用生物質(zhì)生產(chǎn)燃料乙醇的研究，某些發(fā)達(dá)國家甚至己經(jīng)實(shí)現(xiàn)了利用生物質(zhì) 生產(chǎn)燃料乙醇的工業(yè)化生產(chǎn)。目前，國內(nèi)研究比較多的生物質(zhì)原料有谷類、薯類、玉米芯、玉米秸桿。雖然利用香蕉制取香蕉酒〔專利申請?zhí)?2138796.6、 200410011667.8)及重復(fù)利 用香蕉纖維(專利申請?zhí)?3108071.1)的工藝已有報(bào)道，但利用香蕉桿制取燃料乙醇的報(bào)道 還不多。植物纖維要轉(zhuǎn)化成酒精須經(jīng)過預(yù)處理，使纖維素、半纖維素被解為糖類物質(zhì)，再經(jīng) 發(fā)酵轉(zhuǎn)化為酒精。目前常見的預(yù)處理方法包括物理法、化學(xué)法、酶法，但都不同程度地存在 水解還原糖量不高，或處理費(fèi)用過高的問題，很難應(yīng)用于人規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。因此培養(yǎng)出高 效、反應(yīng)條件溫和、使用范圍廣的纖維素降解菌株，研發(fā)出新的預(yù)處理工藝，就成了當(dāng)前急 需解決的問題。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是利用化學(xué)法和微生物對香蕉桿進(jìn)行綜合預(yù)處理，縮短香蕉桿的水解時(shí) 間，提高糖化率，形成周期短、水解糖化率高、耗能低的香蕉桿生產(chǎn)酒精的工藝路線?？朔?其他方法對香蕉桿進(jìn)行預(yù)處理存在的成本過高，糖化率不高，水解時(shí)間過長的不足。本發(fā)明 方法可以利用香蕉桿大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)燃料乙醇。本發(fā)明方法解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案本發(fā)明方法有以下步驟(1) 將香蕉桿切碎，加入質(zhì)量濃度為l-ll。/。的氫氧化鈉溶液，在25 45。C條件下水解l~6h， 水解后調(diào)節(jié)水解液PH值為6.0-8.0;(2) 將經(jīng)過預(yù)處理香蕉桿接種微生物菌液、加入酵母，其質(zhì)量比為香蕉桿微生物菌 液酵母=1: 0.1~0.5: (X01 0.05;(3) 將接種后的香蕉桿攪拌均勻，裝入發(fā)酵容器內(nèi)，在25 3(TC條件下，密封發(fā)酵15 30天；(4) 用常壓蒸餾法制取燃料乙醇將發(fā)酵好的物料進(jìn)行3次蒸餾，得到80%以上的燃料 乙醇，蒸餾時(shí)的溫度是80 150。C。上述步驟(1)中氫氧化鈉溶液香蕉桿的質(zhì)量比為4 14: 1。上述步驟(2)中微生物菌液的制備包括如下步驟(1) 微生物的采集采集動(dòng)物排泄物，用生理鹽水活化30 60min，得到原始的菌種；(2) 微生物的富集分離用纖維濾紙、硫酸鎂、硫酸亞鐵制作初選液體培養(yǎng)基，滅菌后加入原始菌種，在PH值為6.0 8.0，溫度30。C條件下培養(yǎng)7 15天，得到初選微生物菌液； 將香蕉桿粉碎，高溫滅菌后加入初選微生物菌液，在PH值為6.0 8.0，溫度30'C，轉(zhuǎn)速為 120 140r/min的搖床中震蕩15~20天，再將干物質(zhì)去掉，分離得到對香蕉桿有較好降解效果 的菌種；將初選菌種轉(zhuǎn)接到營養(yǎng)PDA固體培養(yǎng)基中，畫板純化；(3)微生物菌液的制取將純化得到的菌種加入含有營養(yǎng)物質(zhì)及礦物元素的事先已高溫 滅菌的溶液，在PH值為6.0-8.0，溫度3(TC，轉(zhuǎn)速120 140r/min的搖床中活化約30h，制得 微生物菌液。上述步驟(2)中上述酵母是釀酒酵母。 上述步驟(1)中上述香蕉桿粉碎至長l~3cm，寬0.2 0.5cm。 本發(fā)明的方法與背景技術(shù)相比的有益效果本發(fā)明的方法由于采用了化學(xué)和微生物相結(jié)合的方法對香蕉桿進(jìn)行綜合處理，使工藝中 的糖化率較單獨(dú)采用化學(xué)法或微生物法高，從而使乙醇產(chǎn)率的提高成為可能，禰補(bǔ)了采用單 一方法處理香蕉桿糖化率不高的缺陷，為實(shí)現(xiàn)利用生物質(zhì)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)燃料乙醇提供另 一種途徑。本發(fā)明的方法簡單，效果顯著，成本比酶法低。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:首先，采集草食動(dòng)物排泄物，用生理鹽水對其進(jìn)行活化30 60min，過濾取上層清液，加 入到含纖維濾紙的經(jīng)過滅菌的初選液體培養(yǎng)基中，在溫度為30°C，轉(zhuǎn)速為140r/min的搖床中 震蕩15天。重復(fù)上述步驟3次，對菌種做進(jìn)一步富集，最后將崩解的濾紙過濾掉，得到原 始菌液。接著將香蕉桿粉碎，高溫滅菌后加入一定體積的原始微生物菌液，在PH值為8.0， 溫度為30'C，轉(zhuǎn)速為140r/min的搖床中震蕩20天后，將干物質(zhì)去掉，分離得到對香蕉桿有 較好降解效果的菌種。然后將分離得到的微生物菌種在PDA固體平板培養(yǎng)基上畫板純化， 純化后的菌種保存于4'C以下冰箱中。取經(jīng)粉碎至長3cm，寬0.5cm的香蕉桿2Kg，加入24Kg 質(zhì)量百分濃度為3%的氫氧化鈉溶液，在25'C下放置6個(gè)小時(shí)，調(diào)節(jié)PH6.0;然后，將篩得到的保存在4'C以下冰箱的純菌種加入到含有營養(yǎng)物質(zhì)及礦物元素的事先已高溫滅菌的培 養(yǎng)液中，調(diào)節(jié)溶液PH為8.0，在溫度為30°C，轉(zhuǎn)速140r/min的搖床中增殖培養(yǎng)約24h，制 得微生物菌液；接著，加入lKg微生物菌液和0.1Kg釀酒酵母。將菌酵母混合液、預(yù)處理過 的香蕉桿及PH8.0的預(yù)處理液一起混合，攪拌均勻后裝入發(fā)酵容器內(nèi)。在30'C的條件下，密 封發(fā)酵15天；最后，過濾除去千物料，將發(fā)酵液常壓蒸餾3次，即可得到750mL濃度80M 的酒精。實(shí)施例2:將篩選得到保存在4'C以下冰箱中的純菌種，加入到含有營養(yǎng)物質(zhì)及礦物元素的事先已 高溫滅菌的培養(yǎng)液中，調(diào)節(jié)溶液PH為8.0，在溫度為3(TC，轉(zhuǎn)速140r/min的搖床中增殖培 養(yǎng)約24h，制得微生物菌液。用氫氧化鈉溶液對香蕉桿進(jìn)行預(yù)處理，其步驟是取2Kg新鮮 香蕉桿粉碎至長約3cm，寬約0.5cm，加入24Kg質(zhì)量百分濃度為6%的氫氧化鈉溶液，在30°C 下放置4個(gè)小時(shí)，調(diào)節(jié)預(yù)處理液PH為7.0。接著，加入0.6Kg微生物菌液和0.06Kg酵母。 將菌酵母混合液、預(yù)處理過的香蕉桿及PH8.0的預(yù)處理液一起混合，攪拌均勻后，裝入發(fā)酵 容器內(nèi)，在30'C條件下，密封發(fā)酵20天。最后，過濾除去干物料，對發(fā)酵液進(jìn)行3次蒸鎦， 蒸餾溫度為80~150°C，可得到400mL濃度82%的酒精。實(shí)施例3:將篩選得到保存在4'C以下冰箱中的純菌種，加入到含有營養(yǎng)物質(zhì)及礦物元素的事先已 高溫滅菌的培養(yǎng)液中，調(diào)節(jié)溶液PH為8.0，在溫度為30°C，轉(zhuǎn)速140r/min的控溫?fù)u床中增 殖培養(yǎng)約24h，制得微生物菌液。用氫氧化鈉溶液對香蕉桿進(jìn)行預(yù)處理，其步驟是取2Kg 新鮮香蕉桿粉碎至長約3cm，寬約0.5cm，加入24Kg質(zhì)量百分濃度為10%的氫氧化鈉溶液， 在4CTC下放置3個(gè)小時(shí)，調(diào)節(jié)PH8.0。接著，加入0.2Kg微生物菌液和0.02Kg酵母。將菌 酵母混合液、預(yù)處理過的香蕉桿及PH8.0的預(yù)處理液一起混合，攪拌均勻后，裝入發(fā)酵容器 內(nèi)，在3(TC條件下，密封發(fā)酵20天。最后，過濾除去干物料，對發(fā)酵液進(jìn)行3次蒸餾，蒸 餾溫度為80-15CTC ，可得到320mL濃度85%的酒精。
權(quán)利要求
1. 一種用化學(xué)法和微生物綜合處理香蕉桿生產(chǎn)燃料乙醇的方法，其特征在于該方法有以下步驟(1)將香蕉桿切碎，加入質(zhì)量濃度為1～11％的氫氧化鈉溶液，在25～45℃條件下水解1～6h，水解后調(diào)節(jié)水解液PH值為6.0～8.0；(2)將經(jīng)過預(yù)處理香蕉桿接種微生物菌液、加入酵母，香蕉桿∶微生物菌液∶酵母的質(zhì)量比為1∶0.1～0.5∶0.01～0.05；(3)將接種后的香蕉桿攪拌均勻，裝入發(fā)酵容器內(nèi)，在25～30℃條件下，密封發(fā)酵15～30天；(4)用常壓蒸餾法制取燃料乙醇將發(fā)酵好的物料進(jìn)行3次蒸餾，得到80％以上的燃料乙醇，蒸餾時(shí)的溫度是80～150℃。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述步驟(1)中氫氧化鈉溶液香蕉桿的 質(zhì)量比為4 14: 1。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述步驟(2)中微生物菌液的制備包括如 下步驟(1) 微生物的采集采集動(dòng)物排泄物，用生理鹽水活化30 60min，得到原始的菌種；(2) 微生物的富集分離用纖維濾紙、硫酸鎂、硫酸亞鐵制作初選液體培養(yǎng)基，滅菌后加入原始菌種，在PH值為6.0-8.0，溫度3(TC條件下培養(yǎng)7 15天，得到初選微生物菌液； 將香蕉桿粉碎，高溫滅菌后加入初選微生物菌液，在PH值為6.0 8.0，溫度3(TC，轉(zhuǎn)速為 120 140r/min的搖床中震蕩15-20天，再將干物質(zhì)去掉，分離得到對香蕉桿有較好降解效果 的菌種；將初選菌種轉(zhuǎn)接到營養(yǎng)PDA固體培養(yǎng)基中，畫板純化；(3) 微生物菌液的制取將純化得到的菌種加入含有營養(yǎng)物質(zhì)及礦物元素的事先已高溫 滅菌的溶液，在PH值為6.0-8.0，溫度3(TC，轉(zhuǎn)速120 140r/min的搖床中活化約30h，制得 微生物菌液。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于上述步驟(2)中上述酵母是釀酒酵母。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述步驟(l)中上述香蕉桿粉碎至長1 3cm， 寬0.2~0.5cm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用化學(xué)法和微生物綜合處理香蕉桿生產(chǎn)燃料乙醇的方法，該方法有以下步驟(1)將香蕉桿切碎，加入質(zhì)量濃度為1～11％的氫氧化鈉溶液，在25～45℃條件下水解1～6h，水解后調(diào)節(jié)水解液pH值為6.0～8.0；(2)將經(jīng)過預(yù)處理香蕉桿接種微生物菌液、加入酵母，香蕉桿∶微生物菌液∶酵母的質(zhì)量比為1∶0.1～0.5∶0.01～0.05；(3)將接種后的香蕉桿攪拌均勻，裝入發(fā)酵容器內(nèi)，在25～30℃條件下，密封發(fā)酵15～30天；(4)用常壓蒸餾法制取燃料乙醇將發(fā)酵好的物料蒸餾，得到燃料乙醇；本發(fā)明將化學(xué)法和微生物綜合處理香蕉桿，使香蕉桿糖化工藝簡單易行，糖化率提高；香蕉桿制取酒精的過程縮短，從而降低了酒精的生產(chǎn)成本。
文檔編號C12P7/10GK101260413SQ200810027458
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月15日
發(fā)明者焜 張, 方巖雄, 蔡燕飛, 趙肅清, 強(qiáng) 鄧, 黃寶華 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)