專利名稱：紅薯固態(tài)同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)資源的利用領(lǐng)域，特別涉及一種用紅薯作為原料固態(tài)同步糖 化發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的方法。
背景技術(shù)：
隨著人類社會的快速發(fā)展，能源及資源危機日益凸現(xiàn)，利用生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化 燃料乙醇是世界高技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化競爭激烈的領(lǐng)域熱點。各國根據(jù)實際情況分 別以不同的原料進行生物乙醇的生產(chǎn)。綜合我國的國情和生物資源狀況，遵照"發(fā) 展燃料乙醇不與人爭糧，不與糧爭地"的原則，發(fā)展生物質(zhì)燃料乙醇， 一個可行的方案是有選擇地在一些不適宜種植高產(chǎn)糧食作物的地區(qū)，因地制宜，通過發(fā)展高 產(chǎn)、耐旱、耐貧瘠、代糧的作物作為生物質(zhì)燃料的原料，如在我國廣泛種植、畝 產(chǎn)量大、淀粉含量高的紅薯，是很有潛力的生產(chǎn)燃料乙醇的原料。紅薯又名甘薯、番薯等，原產(chǎn)南美洲，傳入中國已有400多年歷史，在我國大 多省份普遍栽培，種植面積約有930萬公頃，每年全國總產(chǎn)量約4.5億噸，占全世界 總產(chǎn)量的80%以上，居世界首位。但是，由于中國紅薯的主產(chǎn)區(qū)多是貧困、干旱山 區(qū)，交通不便，加工滯后，因而增產(chǎn)容易增值難，通常是人吃1/3，飼料用1/3，爛 掉1/3。加工業(yè)也多為消化過剩紅薯的作坊加工，'產(chǎn)品多為粗制淀粉、粉絲、粉條 等初級產(chǎn)品，致使紅薯的利用價值不高，價格較低。新鮮紅薯的淀粉含量達到15-20 %，可部分替代玉米、小麥等糧食作物成為生產(chǎn)乙醇的淀粉質(zhì)原料。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種紅薯固態(tài)同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的方法，糖化 與發(fā)酵同步進行，無須單獨糖化過程，糖化產(chǎn)生的葡萄糖隨時被酵母利用，解除產(chǎn)物抑制的同時也有利于防止染菌；另外采用固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇工藝，只需要添 加少量的水，可提高發(fā)酵醪中乙醇濃度，降低蒸餾能耗，減少后續(xù)廢水的處理， 降低生產(chǎn)成本，有利于紅薯的綜合利用；同時解決了以糧食原料生產(chǎn)乙醇中糧食 來源有限，價格昂貴的難題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下-本發(fā)明提供的紅薯固態(tài)同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的方法，其步驟如下:將紅薯清洗后絞碎成約5 10mm碎段；將絞碎后的碎紅薯加自來水拌勻，升溫 至70 90'C ，加入a-淀粉酶蒸煮20 50min;將蒸煮后的紅薯物料冷卻至30 35°C，在無菌條件下，同時加入糖化酶、硫酸銨、磷酸二氫鉀和活化后的 酵母，在30 35。C條件下發(fā)酵48 84h，蒸餾收集發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇。所述自來水與碎紅薯的質(zhì)量份配比為l: 1 1: 6;所述a-淀粉酶的加入量為每克紅薯加入5.0 15.0Ua-淀粉酶；所述糖化酶的加入量為每克紅薯加入120 200U糖化酶； 所述硫酸銨的加入量為每100克紅薯加入'0.10 0.15g硫酸銨； 所述磷酸二氫鉀的加入量為每100克紅薯加入0.10 0.2g磷酸二氫鉀； 所述酵母的加入量為；每100克紅薯加入2-5ml活化后的酵母；本發(fā)明從固態(tài)同步糖化發(fā)酵的角度出發(fā)，實現(xiàn)了紅薯固態(tài)同步糖化發(fā)酵轉(zhuǎn)化為乙醇的過程，具有如下的特點和優(yōu)點1. 本發(fā)明將紅薯作為燃料乙醇的生產(chǎn)原料，解決糧食發(fā)酵中存在的問題糧食來源有限，且價格昂貴，因此糧食發(fā)酵成本高，競爭力差，另外大量糧食消耗 會引起人均糧食占有量下降，影響國家糧食安全等。同時有利于山區(qū)農(nóng)民增產(chǎn)又 增收，開辟了一條致富之路。 .2. 本發(fā)明采用同步糖化固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，在發(fā)酵過程中省略了糖化工段， 能耗降低；糖化和發(fā)酵同時進行，糖化生產(chǎn)的葡萄糖一經(jīng)生產(chǎn)就被酵母利用，可保持較低的水平，有利于防止染菌。3. 本發(fā)明采用固態(tài)同步糖化發(fā)酵乙醇，只需要添加少量的水，使發(fā)酵醪中水分含量大大降低，在提高發(fā)酵醪中乙醇含量的同時，降低了蒸餾的能耗，并且減 少了后續(xù)廢水的處理過程，降低生產(chǎn)成本的同時為發(fā)酵渣的二次利用提供條件，有利于紅薯的綜合利用。
具體實施方式
實施例l:將紅薯清洗后絞碎成約0.5-1.0cm的碎段，投入到蒸煮鍋中，按照 紅薯與自來水質(zhì)量比為l: l的比例加自來水拌勻，升溫至90。C，按照每克紅薯加 入5U淀粉酶的比例加入(x-淀粉酶蒸煮25min;將蒸煮后的紅薯物料冷卻至30 35'C左右，在無菌條件下，同時按照每克紅薯加入100U糖化酶的比例加入糖化酶 以及0.1%硫酸銨、0.1%磷酸二氫鉀和3%活化后的酵母，在30 35'C條件下發(fā) 酵72h，蒸餾收集發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇，乙醇濃度為8.21%。實施例2:將紅薯清洗后絞碎成約0.5-1.0cm的碎段，投入到蒸煮鍋中，按照 紅薯與自來水質(zhì)量比為2: l的比例加自來水拌勻，升溫至85t:，按照每克紅薯加 入7.5U淀粉酶的比例加入a-淀粉酶蒸煮30min;將蒸煮后的紅薯物料冷卻至35°C 左右，在無菌條件下，同時按照每克紅薯加入120U糖化酶的比例加入糖化酶以及 0.15%硫酸銨、0.15%磷酸二氫鉀禾卩4%活化后的酵母，在30 35r條件下發(fā)酵 60h，蒸餾收集發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇，乙醇濃度為9.37%。實施例3:將紅薯清洗后絞碎成約0.5-1.0cm的碎段，投入到蒸煮鍋中，按照 紅薯與自來水質(zhì)量比為3: l的比例加自來水拌勻，升溫至85。C，按照每克紅薯加 入10U淀粉酶的比例加入a-淀粉酶蒸煮40min;將蒸煮后的紅薯物料冷卻至35°C 左右，在無菌條件下，同時按照每克紅薯加入150U糖化酶的比例加入糖化酶以及 0.1%硫酸銨、0.15%磷酸二氫鉀和5%活化后的酵母，在30 35°C條件下發(fā)酵 60h，蒸餾收集發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇，乙醇濃度為11.90%。實施例4:將紅薯清洗后絞碎成約0.5-1.0cm的碎段，投入到蒸煮鍋中，按照 紅薯與自來水質(zhì)量比為4: l的比例加自來水拌勻，升溫至8(TC，按照每克紅薯加 入10U淀粉酶的比例加入ct-淀粉酶蒸煮50min;將蒸煮后的紅薯物料冷卻至30 35。C左右，在無菌條件下，同時按照每克紅薯加入150U糖化酶的比例加入糖化酶以及、0.15%硫酸銨、0.15%磷酸二氫鉀和5%活化后的酵母，在30 35。C條件 下發(fā)酵72h，蒸餾收集發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇，乙醇濃度為10.26%。實施例5:將紅薯清洗后絞碎成約0.5-1.0cm的碎段，投入到蒸煮鍋中，按照 紅薯與自來水質(zhì)量比為5: l的比例加自來水拌勻，升溫至90。C，按照每克紅薯加 入15U淀粉酶的比例加入a-淀粉酶蒸煮45min;將蒸煮后的紅薯物料冷卻至30 35。C左右，在無菌條件下，同時按照每克紅薯加入150U糖化酶的比例加入糖化酶 以及0.15%硫酸銨、0.1%磷酸二氫鉀和5%活化后的酵母，在30 35°C條件下 發(fā)酵72h，蒸餾收集發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇，乙醇濃度為11.01%。實施例6:將紅薯清洗后絞碎成約0.5-1.0cm的碎段，投入到蒸煮鍋中，按照 紅薯與自來水質(zhì)量比為6: l的比例加自來水拌勻，升溫至9(TC，按照每克紅薯加 入15U淀粉酶的比例加入a-淀粉酶蒸煮50min;將蒸煮后的紅薯物料冷卻至35°C 左右，在無菌條件下，同時按照每克紅薯加入180U糖化酶的比例加入糖化酶以及 0.1%硫酸銨、0.15%磷酸二氫鉀和5%活化后的酵母，在30 35°C條件下發(fā)酵 72h，蒸餾收集發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇，乙醇濃度為10.29%。
權(quán)利要求
1. 一種紅薯同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的方法，其特征在于將紅薯清洗后絞碎成約5～10mm碎段；將絞碎后的碎紅薯加自來水拌勻，升溫至70～90℃，加入α-淀粉酶蒸煮20～50min；將蒸煮后的紅薯物料冷卻至30～35℃，在無菌條件下，同時加入糖化酶、硫酸銨、磷酸二氫鉀和活化后的酵母，在30～35℃條件下發(fā)酵48～84h，蒸餾收集發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述自來水與碎紅薯的質(zhì)量份配比為1:1 1: 6。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述a-淀粉酶的加入量為每克紅薯加入5.0 15.0Ua-淀粉酶。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述糖化酶的加入量為每克紅薯加入120 200U糖化酶。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述硫酸銨的加入量為每100克紅薯加入0.10 0.15g硫酸銨。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述磷酸二氫鉀的加入量為每100克紅薯加入0.10 0.2g磷酸二氫鉀。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述酵母的加入量為每100克紅薯加入2-5ml活化后的酵母。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種紅薯固態(tài)同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的方法。主要工藝過程是破碎紅薯，加水拌料，升溫至70～90℃，加α-淀粉酶蒸煮液化；冷卻至30～35℃，在無菌條件下，同時加入糖化酶、硫酸銨、磷酸二氫鉀和活化后的酵母，發(fā)酵48～84h后，蒸餾收集發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇。本發(fā)明糖化與發(fā)酵同步進行，無須單獨糖化過程，糖化產(chǎn)生的葡萄糖隨時被酵母利用，解除了產(chǎn)物抑制的同時也有利于防止染菌；另外采用固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇工藝，只需要添加少量的水，可提高發(fā)酵醪中乙醇濃度，降低蒸餾能耗，減少后續(xù)廢水的處理，降低生產(chǎn)成本，有利于紅薯的綜合利用。
文檔編號C12P7/06GK101245355SQ200810102979
公開日2008年8月20日 申請日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者付小果, 汪衛(wèi)東, 陳洪章 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所;湖南省強生藥業(yè)有限公司