專利名稱：利用海帶加工廢棄物制備生物乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于海洋資源生物技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種利用海帶加工廢棄物制備生 物乙醇的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前世界面臨著能源短缺和環(huán)境污染的巨大壓力，開(kāi)發(fā)清潔的可再生能源已成為 解決危機(jī)的重要手段。生物乙醇作為一種清潔燃料及汽油添加劑而受到廣泛關(guān)注。然而， 日趨嚴(yán)峻的世界糧食形勢(shì)讓以玉米、小麥等糧食作物作為生產(chǎn)原料的第一代生物能源漸失 優(yōu)勢(shì)，遵循不“與糧爭(zhēng)地”，不“與人爭(zhēng)食”路線的第二代生物燃料(以非糧作物乙醇、纖維素 乙醇和生物柴油等為代表)，正成為未來(lái)生物能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向。目前，我國(guó)制備燃料乙 醇的主要側(cè)重于秸稈、枯草、甘蔗渣、稻殼、木屑和木薯等陸源原料，但對(duì)海洋生物資源制備 生物乙醇的研究較少，在海藻生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)方面的技術(shù)研究相對(duì)滯后，還未見(jiàn)利用海藻加 工廢棄物制備生物乙醇的研究報(bào)道。我國(guó)現(xiàn)在海帶經(jīng)過(guò)人工養(yǎng)殖，年產(chǎn)量最高達(dá)40萬(wàn)噸，位居世界首位。在海帶加工 的同時(shí)，有相當(dāng)數(shù)量的海帶碎料被處理下來(lái)。這些不可食部分往往在原料中占30%左右，個(gè) 別可高達(dá)40 50%。這些加工廢棄物的主要成分是纖維素。長(zhǎng)期以來(lái)，海帶加工廢棄物 (海帶根、加工邊角料等)未能充分利用，大量堆積在海邊，造成資源的浪費(fèi)，同時(shí)也對(duì)環(huán)境 造成污染。目前充足和廉價(jià)的原料供應(yīng)是限制生物乙醇產(chǎn)業(yè)化的主要瓶頸。顯然，利用富 含纖維素的海帶加工廢棄物制備燃料乙醇以變廢為寶解決環(huán)境污染問(wèn)題；為制備生物乙醇 提供充足和廉價(jià)的原料供應(yīng)，解決生物乙醇產(chǎn)業(yè)化的主要瓶頸，促進(jìn)海洋生物質(zhì)能的開(kāi)發(fā) 是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用海帶加工廢棄物制備生物乙醇的方法，以彌補(bǔ)現(xiàn)有 技術(shù)的不足，解決海帶加工廢棄物的環(huán)保污染問(wèn)題，突破生物乙醇產(chǎn)業(yè)化的主要瓶頸。本發(fā)明的技術(shù)路線首先是將海帶加工廢棄物的預(yù)處理，再將預(yù)處理液水解糖化， 然后將糖化液發(fā)酵生產(chǎn)生物乙醇，最后是生物乙醇的分離制備。本發(fā)明的具體方法包括下述步驟(1)海帶加工廢棄物的預(yù)處理將海帶加工廢棄物用水清洗干凈，浸泡12 24h， 勻漿lOmin，然后于121°C下滅菌30min得到預(yù)處理液；(2)預(yù)處理液的水解糖化按體積比為5 20%加入活化的綠色木霉或/和按重 量體積比0. 5 lg/L加入纖維素酶水解糖化預(yù)處理液，水解糖化溫度為45 55°C，pH5 7，水解糖化36 48h后得到糖化液；(3)糖化液發(fā)酵制備生物乙醇用酵母基本培養(yǎng)基，在溫度30 40°C，pH4 6，活 化釀酒酵母菌種；將活化好的釀酒酵母發(fā)酵菌液按照體積比為10 20%加入到糖化液中， 進(jìn)行厭氧密閉發(fā)酵，發(fā)酵溫度為25 35°C，pH4 6，發(fā)酵50 60h后，發(fā)酵停止；
(4)乙醇的分離制備采用尼龍布過(guò)濾或離心機(jī)6000 8000rpm離心lOmin，進(jìn)行 發(fā)酵液液固分離，將上清液采用減壓蒸餾的方法蒸出乙醇，將蒸餾出的乙醇再進(jìn)行濃縮，即 可得體積分?jǐn)?shù)90 %以上的乙醇。其中，綠色木霉(Trichoderma viride)，菌種編號(hào)為(3. 3711)，由中國(guó)科學(xué)院微生 物研究所微生物資源中心提供；活化的綠色木霉是用Mandel ’ s無(wú)機(jī)鹽營(yíng)養(yǎng)液，在溫度30 350C，pH5 6，活化綠色木霉48 60h制備的。纖維素酶為商業(yè)出售的，該纖維素酶能夠?qū)⒗w維素降解為可被釀酒酵母利用的單 糖和寡糖。釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)，菌種編號(hào)為(2. 1525)，由中國(guó)科學(xué)院微 生物研究所微生物資源中心提供；本發(fā)明為海藻加工廢棄物的綜合利用提供經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、高效的處理方法，工藝簡(jiǎn) 單，成本更低，不僅解決海藻加工廢棄物的環(huán)境污染問(wèn)題，變廢為寶，而且還為生物乙醇的 規(guī)?；a(chǎn)提供新的材料來(lái)源，促進(jìn)海洋生物質(zhì)能的發(fā)展。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 (其中用綠色木霉菌水解糖化預(yù)處理液)制備生物乙醇，由下述步驟組成(1)海帶加工廢棄物的預(yù)處理將海帶加工廢棄物用水清洗干凈，浸泡24h，勻漿 lOmin，然后于121°C下滅菌30min得到預(yù)處理液；(2)預(yù)處理液的水解糖化用Mandel，s無(wú)機(jī)鹽營(yíng)養(yǎng)液，在溫度35°C，pH6，培養(yǎng)綠 色木霉48h，將活化后的綠色木霉發(fā)酵液，按其接入體積比為20%加入到預(yù)處理液中，發(fā)酵 溫度為50°C，pH6，水解糖化48h后得到糖化液；(3)糖化液發(fā)酵制備生物乙醇用酵母基本培養(yǎng)基，在溫度35°C，pH5，活化釀酒酵 母菌種；將活化好的釀酒酵母發(fā)酵菌液按照體積比為15%加入到步驟(2)制備的海帶加工 廢棄物糖化液中，進(jìn)行厭氧密閉發(fā)酵，發(fā)酵溫度為30°C，pH5，發(fā)酵60h后，發(fā)酵停止；(4)乙醇的分離制備。采用離心機(jī)SOOOrpm離心lOmin，進(jìn)行發(fā)酵液液固分離，將上 清液采用減壓蒸餾的方法蒸出乙醇，將蒸餾出的乙醇再進(jìn)行濃縮，即可得到體積分?jǐn)?shù)90% 以上的乙醇。實(shí)施例2 (其中用纖維素酶水解糖化預(yù)處理液)制備生物乙醇，由下述步驟組成(1)海帶加工廢棄物的預(yù)處理將海帶加工廢棄物用水清洗干凈，浸泡20h，勻漿 lOmin，然后于121°C下滅菌30min得到預(yù)處理液；(2)預(yù)處理液的的水解糖化在預(yù)處理液中添加lg/L纖維素酶制劑，水解糖化溫 度為50°C，pH7，水解糖化時(shí)間48h得到糖化液；(3)糖化液發(fā)酵制備生物乙醇用酵母基本培養(yǎng)基，在溫度35°C，pH5，活化釀酒酵 母菌種；將活化好的釀酒酵母發(fā)酵菌液按照體積比為15%加入到步驟(2)制備的海帶加工 廢棄物糖化液中，進(jìn)行厭氧密閉發(fā)酵，發(fā)酵溫度為30°C，pH5，發(fā)酵60h后，發(fā)酵停止；(4)乙醇的分離制備。采用離心機(jī)SOOOrpm離心lOmin，進(jìn)行發(fā)酵液液固分離，將上 清液采用減壓蒸餾的方法蒸出乙醇，將蒸餾出的乙醇再進(jìn)行濃縮，即可得到體積分?jǐn)?shù)90%
4以上的乙醇。實(shí)施例3 (其中用綠色木霉和纖維素酶一同水解糖化預(yù)處理液)制備生物乙醇，由下述步驟組成(1)海帶加工廢棄物的預(yù)處理將海帶加工廢棄物用水清洗干凈，浸泡24h，勻漿 lOmin，然后于121°C下滅菌30min得到預(yù)處理液；(2)預(yù)處理液的的水解糖化按體積比為10%加入用Mandel’ s無(wú)機(jī)鹽營(yíng)養(yǎng)液，在 溫度35°C，pH6，活化綠色木霉48h活化的綠色木霉和按重量體積比0. 5g/L加入纖維素酶 水解糖化預(yù)處理液，水解糖化溫度為50°C，pH6，水解糖化48h后得到糖化液；(3)糖化液發(fā)酵生產(chǎn)生物乙醇用酵母基本培養(yǎng)基，在溫度35°C，pH5，活化釀酒酵 母菌種；將活化好的釀酒酵母發(fā)酵菌液按照體積比為15%加入到步驟(2)制備的海帶加工 廢棄物糖化液中，進(jìn)行厭氧密閉發(fā)酵，發(fā)酵溫度為30°C，pH5，發(fā)酵60h后，發(fā)酵停止；(4)乙醇的分離制備。采用離心機(jī)SOOOrpm離心lOmin，進(jìn)行發(fā)酵液液固分離，將上 清液采用減壓蒸餾的方法蒸出乙醇，將蒸餾出的乙醇再進(jìn)行濃縮，即可得到體積分?jǐn)?shù)90% 以上的乙醇。本發(fā)明不僅僅使用于海帶加工廢棄物，還適用于馬尾藻、巨藻、江蘺、裙帶菜、紫 菜、滸苔等其他海藻加工廢棄物。本發(fā)明參照實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，但保護(hù)范圍不限于此，在本 發(fā)明技術(shù)范圍內(nèi)具有普通技術(shù)人員可以經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的變換，而獲得本發(fā)明同樣的技術(shù)效果， 同樣在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種利用海帶加工廢棄物制備生物乙醇的方法，其特征在于首先將海帶加工廢棄物用水清洗干凈，浸泡12～24h后勻漿10min，然后于121℃下滅菌30min得到預(yù)處理液，再按體積比為5～20％加入活化的綠色木霉或/和按重量體積比0.5～1g/L加入纖維素酶來(lái)水解糖化預(yù)處理液，其中水解糖化條件為45～55℃，pH5～7，水解36～48h后得到糖化液，再將釀酒酵母發(fā)酵菌液按照體積比10～20％加入到該糖化液中進(jìn)行厭氧密閉發(fā)酵，發(fā)酵溫度為25～35℃，發(fā)酵時(shí)間50～60h即得生物乙醇發(fā)酵液，然后將生物乙醇發(fā)酵液用尼龍布過(guò)濾或離心機(jī)6000～8000rpm離心10min，進(jìn)行發(fā)酵液液固分離，最后將上清液采用減壓蒸餾的方法蒸出乙醇。
2.如權(quán)利要求1所述的利用海帶加工廢棄物制備生物乙醇的方法，其特征在于上述活 化的綠色木霉是用Mandel，s無(wú)機(jī)鹽營(yíng)養(yǎng)液，在溫度30 35°C，pH5 6下培養(yǎng)48 60h 制備的。
3.如權(quán)利要求1所述的利用海帶加工廢棄物制備生物乙醇的方法，其特征在于上述的 釀酒酵母發(fā)酵菌液是將釀酒酵母菌種用酵母基本培養(yǎng)基，在溫度30 40°C，pH4 6條件 下制備的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用海帶加工廢棄物制備生物乙醇的方法。首先是對(duì)海帶加工廢棄物清洗，勻漿并滅菌制成預(yù)處理液；再將預(yù)處理液水解糖化按體積比為5～20％加入活化的綠色木霉發(fā)酵液或/和按重量體積比0.5～1g/L加入纖維素酶來(lái)水解糖化預(yù)處理液，水解糖化溫度為45～55℃，pH5～7，時(shí)間為36～48h。再將活化好的釀酒酵母發(fā)酵菌液按照體積比為10～20％加入到水解糖化液中發(fā)酵制備乙醇，發(fā)酵溫度為25～35℃，pH4～6，發(fā)酵時(shí)間50～60h；發(fā)酵結(jié)束后將發(fā)酵液進(jìn)行液固分離，將上清液以減壓蒸餾方法蒸出乙醇。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，成本更低，不僅解決海藻加工廢棄物的環(huán)境污染問(wèn)題，而且還為乙醇的規(guī)模化生產(chǎn)提供新的材料來(lái)源，促進(jìn)海洋生物質(zhì)能的發(fā)展。
文檔編號(hào)C12P7/10GK101880693SQ20101020952
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月19日
發(fā)明者繆錦來(lái), 鄭洲 申請(qǐng)人:國(guó)家海洋局第一海洋研究所