專利名稱：一種棉桿稀酸水解及生產(chǎn)乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種棉桿稀酸水解及其制 備乙醇的方法。
背景技術(shù)：
棉稈(棉花秸稈)是新疆棉區(qū)大量存在的生物質(zhì)原料，目前大多直接切碎還田，利 用率和生物轉(zhuǎn)化率均較低。棉桿中主要組成成分為木質(zhì)素、纖維素和半纖維素，稀酸水解已 成為糖化秸稈中半纖維素和部分纖維素的重要方法，并在其它秸稈如甜高粱秸稈、玉米秸 稈和稻草等中有較多應(yīng)用，且其酸解糖液在一定程度上實(shí)現(xiàn)了乙醇的發(fā)酵生產(chǎn)，但目前尚 未見完整的棉桿稀酸水解及其生產(chǎn)乙醇的文獻(xiàn)報道和專利，為此建立一種棉桿稀酸水解及 其酸解液發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的方法十分必要，對提高棉桿生物轉(zhuǎn)化率、開辟棉桿利用新途徑具 有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對棉桿的木質(zhì)纖維素組成特性，提供一種能獲得較高木糖得率和葡萄糖 得率的棉桿稀酸水解工藝，并利用酵母菌發(fā)酵酸解糖液生產(chǎn)乙醇的方法。本發(fā)明采用的具 體技術(shù)方案如下一種棉桿稀酸水解方法，包括以下步驟棉桿預(yù)處理步驟棉桿風(fēng)干、粉碎， 過20目篩備用；棉桿的稀酸水解調(diào)節(jié)硫酸水解液濃度為0.5-4.0%，按照固液比為 1:4-1: 20的比例混配所述經(jīng)過預(yù)處理的棉桿和所述硫酸水解液，在100-121°C溫度條 件下水解，水解時間為20-120min。一種棉桿稀酸水解制備乙醇的方法，包括以下步驟，棉桿預(yù)處理步驟棉桿風(fēng)干、 粉碎，過20目篩備用；棉桿的稀酸水解步驟調(diào)節(jié)硫酸水解液濃度為0. 5-4.0%，按照固液 比為1 4-1 20的比例混配所述經(jīng)過預(yù)處理的棉桿和所述硫酸水解液，在100-121°C溫 度條件下水解，水解時間為20-120min ；棉桿酸解液處理步驟將獲得的棉桿酸解液放置于 室溫，用Ca (OH) 2調(diào)pH至10. 0，6000轉(zhuǎn)離心IOmin,取上清液，用稀硫酸回調(diào)至pH = 5. 0，得 到糖液，所得糖液經(jīng)脫色樹脂LS-610脫色，濃縮至糖濃度約為7% ；發(fā)酵步驟菌株選取釀 酒酵母和管囊酵母，發(fā)酵時，分別挑取所述釀酒酵母和所述管囊酵母的斜面菌種3-5環(huán)接 種于活化培養(yǎng)基中，120rpm振蕩培養(yǎng)18_24h，調(diào)節(jié)OD6tltl = 0. 5，分別將經(jīng)過活化的所述釀酒 酵母和管囊酵母按10%接種量接種于種子培養(yǎng)基中，120rpm振蕩培養(yǎng)18_24h，調(diào)節(jié)0D_ = 0.5，將經(jīng)過種子培養(yǎng)的釀酒酵母和管囊酵母單獨(dú)接種或按1 1比例混合接種于發(fā)酵培養(yǎng) 基中，接種量5 %，120rpm振蕩培養(yǎng)6_12h，調(diào)至90rpm培養(yǎng)至24_36h，后24_36h靜置培養(yǎng)， 發(fā)酵溫度28 士 2°C，于48-72h取樣蒸餾檢測乙醇含量。所述的棉桿稀酸水解制備乙醇的方法，所述活化培養(yǎng)基為麥芽粉5g，pH自然， 110°C 滅菌 30min。所述的棉桿稀酸水解制備乙醇的方法，所述種子培養(yǎng)基為麥芽粉5g，(NH4)2SO42g, KH2PO4 lg, MgSO4 0. 5g，ρΗ6· 0，110°C滅菌 30min。所述的棉桿稀酸水解制備乙醇的方法，所述發(fā)酵培養(yǎng)基為酸解糖液IOOmL,酵母 粉 0. 2g, (NH4)2SO4 0. lg, MgSO4 0. lg, KH2PO4 0. 02g, ρΗ5· 0，110°C滅菌 30min。采用了優(yōu)化的組合稀酸水解條件對棉桿進(jìn)行水解，木糖得率和葡萄糖得率均 可達(dá)到10%以上；酸解糖液通過釀酒酵母和管囊酵母混合發(fā)酵48h乙醇含量最高可達(dá) 8. 49g · L—1，從而提供了一種短發(fā)酵周期高乙醇得率的發(fā)酵方式；為棉桿的利用開辟了新途 徑，具有較好的工業(yè)化應(yīng)用前景。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例1本實(shí)施例提供一種木糖得率和葡萄糖得率的棉桿稀酸水解方法，包括，棉桿預(yù)處 理步驟選取棉桿100kg，將棉桿風(fēng)干、粉碎，過20目篩得到篩下物80kg備用；根據(jù)表1的 8組數(shù)據(jù)配置硫酸水解液，調(diào)節(jié)硫酸水解液濃度(體積百分比)，按照不同固液比混配棉桿 篩下物和硫酸水解液，在不同溫度條件下進(jìn)行水解，水解時間根據(jù)表1內(nèi)容調(diào)整，水解結(jié)束 后，取糖液測定木糖得率和葡萄糖得率，結(jié)果參見表1。表1不同處理?xiàng)l件下酸解液的木糖得率和葡萄糖得率 實(shí)施例2本實(shí)施例提供一種棉桿稀酸水解制備乙醇的方法，包括以下步驟，棉桿預(yù)處理步 驟選取棉桿100kg，將棉桿風(fēng)干、粉碎，過20目篩得到篩下物80kg備用；棉桿的稀酸水解配置硫酸水解液，調(diào)節(jié)硫酸水解液濃度為4. 0%，按照固液比為 1 20的比例混配經(jīng)過預(yù)處理的棉桿和硫酸水解液，在100°C溫度條件下水解，水解時間為 120min ；棉桿酸解液處理步驟將獲得的棉桿酸解液放置于室溫，用Ca(OH)2調(diào)pH至10. 0， 6000轉(zhuǎn)離心lOmin，取上清液，用稀硫酸回調(diào)至pH = 5. 0，得到糖液，所得糖液經(jīng)脫色樹脂 LS-610脫色，濃縮至糖濃度約為 % ；
發(fā)酵步驟菌株選取釀酒酵母和管囊酵母，發(fā)酵時，分別挑取釀酒酵母和管囊酵母 的斜面菌種3-5環(huán)接種于活化培養(yǎng)基中，120rpm振蕩培養(yǎng)18_24h，調(diào)節(jié)0D_ = 0. 5，分別 將經(jīng)過活化的釀酒酵母和管囊酵母按10%接種量接種于種子培養(yǎng)基中，120rpm振蕩培養(yǎng) 18-24h，調(diào)節(jié)0D_ = 0.5，將經(jīng)過種子培養(yǎng)的釀酒酵母和管囊酵母1 1混合，得到組合菌 種，將組合菌種按5%接種量接種于發(fā)酵培養(yǎng)基中，120rpm振蕩培養(yǎng)6-12h，調(diào)至90rpm培養(yǎng) 至24-36h，后24-36h靜置培養(yǎng)，發(fā)酵溫度28士2°C，于48_72h取樣蒸餾檢測乙醇含量。上述步驟中，也可以將經(jīng)過種子培養(yǎng)的釀酒酵母單獨(dú)接種于發(fā)酵培養(yǎng)基中，接種 量5%。上述步驟中，也可以將經(jīng)過種子培養(yǎng)的管囊酵母單獨(dú)接種于發(fā)酵培養(yǎng)基中，接種
量5%。優(yōu)選的，活化培養(yǎng)基為麥芽粉5g，pH自然，110°C滅菌30min。優(yōu)選的，種子培養(yǎng)基為麥芽粉5g，(NH4)2SO4 2g，KH2PO4 lg，MgSO4 0. 5g，pH6. 0， 110°C 滅菌 30min。優(yōu)選的，發(fā)酵培養(yǎng)基為酸解糖液lOOmL，酵母粉0. 2g，(NH4)2SO4 0. lg,MgSO4O. Ig, KH2PO4 0. 02g, ρΗ5· 0，110°C滅菌 3Omin。實(shí)施例3本實(shí)施例繼續(xù)提供一種棉桿稀酸水解制備乙醇的方法，與實(shí)施例2不同的是，棉 桿稀酸水解按以下條件進(jìn)行硫酸濃度4. 0%、水解時間為30min、固液比1 5、水解溫度 121°C，棉桿木糖得率和葡萄糖得率分別可達(dá)到14. 38%和12. 66%，此酸解液用Ca(OH)2調(diào) pH至10.0，6000轉(zhuǎn)離心lOmin，取上清液，用稀硫酸回調(diào)至pH = 5.0，進(jìn)行脫毒。所得糖液 進(jìn)一步經(jīng)脫色樹脂LS-610脫色，濃縮約4倍，糖濃度約可達(dá)7%，用于后續(xù)乙醇發(fā)酵。發(fā)酵 酵母菌種為釀酒酵母和嗜單寧管囊酵母，通過單菌株和二菌株組合發(fā)酵酸解糖液48-72h， 發(fā)酵溫度28士2°C，各處理均可檢測到乙醇，結(jié)果如表2，尤以二菌株組合發(fā)酵48h的乙醇含 量最聞。表2不同發(fā)酵條件下的乙醇含量(g · Γ1) 采用優(yōu)化的組合稀酸水解條件對棉桿進(jìn)行水解，木糖得率和葡萄糖得率均可達(dá)到 10 %以上；采用優(yōu)化的組合酵母和發(fā)酵工藝，發(fā)酵48h乙醇含量最高可達(dá)8. 49g · L-1,從而 提供了一種短發(fā)酵周期高乙醇得率的發(fā)酵方式；為棉桿的利用開辟了新途徑，具有較好的 工業(yè)化應(yīng)用前景。應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換， 而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種棉桿稀酸水解方法，其特征在于，包括以下步驟棉桿預(yù)處理步驟棉桿風(fēng)干、粉碎，過20目篩備用；棉桿的稀酸水解調(diào)節(jié)硫酸水解液濃度為0.5 4.0％，按照固液比為1∶4 1∶20的比例混配所述經(jīng)過預(yù)處理的棉桿和所述硫酸水解液，在100 121℃溫度條件下水解，水解時間為20 120min。
2. 一種棉桿稀酸水解制備乙醇的方法，其特征在于，包括以下步驟，棉桿預(yù)處理步驟 棉桿風(fēng)干、粉碎，過20目篩備用；棉桿的稀酸水解步驟調(diào)節(jié)硫酸水解液濃度為0. 5-4. 0%, 按照固液比為1 4-1 20的比例混配所述經(jīng)過預(yù)處理的棉桿和所述硫酸水解液，在 100-121°C溫度條件下水解，水解時間為20-120min ；棉桿酸解液處理步驟將獲得的棉桿 酸解液放置于室溫，用Ca(OH)JfpH至10.0，6000轉(zhuǎn)離心lOmin，取上清液，用稀硫酸回調(diào) 至PH = 5. 0，得到糖液，所得糖液經(jīng)脫色樹脂LS-610脫色，濃縮至糖濃度約為 % 發(fā)酵步 驟菌株選取釀酒酵母和管囊酵母，發(fā)酵時，分別挑取所述釀酒酵母和所述管囊酵母的斜 面菌種3-5環(huán)接種于活化培養(yǎng)基中，120rpm振蕩培養(yǎng)18_24h，調(diào)節(jié)OD6tltl = 0. 5，分別將經(jīng) 過活化的所述釀酒酵母和管囊酵母按10%接種量接種于種子培養(yǎng)基中，120rpm振蕩培養(yǎng) 18-24h，調(diào)節(jié)0D_ = 0.5，將經(jīng)過種子培養(yǎng)的釀酒酵母和管囊酵母單獨(dú)接種或按1 1比例 混合接種于發(fā)酵培養(yǎng)基中，接種量5 %，120rpm振蕩培養(yǎng)6_12h，調(diào)至90rpm培養(yǎng)至24_36h， 后24-36h靜置培養(yǎng)，發(fā)酵溫度28士2°C，于48-72h取樣蒸餾檢測乙醇含量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的棉桿稀酸水解制備乙醇的方法，其特征在于，所述活化培養(yǎng) 基為麥芽粉5g，pH自然，110°C滅菌30min。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的棉桿稀酸水解制備乙醇的方法，其特征在于，所述種子培養(yǎng) 基為麥芽粉 5g，(NH4)2SO4 2g，KH2PO4 lg，MgSO4 0. 5g，pH6. 0，110°C滅菌 30min。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的棉桿稀酸水解制備乙醇的方法，其特征在于，所述發(fā)酵培養(yǎng) 基為酸解糖液 IOOmL,酵母粉 0. 2g，(NH4)2SO4 0. lg, MgSO4 0. lg, KH2PO4 0. 02g，pH5. 0， 110°C 滅菌 30min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種棉桿稀酸水解方法，包括以下步驟棉桿預(yù)處理步驟棉桿風(fēng)干、粉碎，過20目篩備用；棉桿的稀酸水解調(diào)節(jié)硫酸水解液濃度為0.5-4.0％，按照固液比為1∶4-1∶20的比例混配所述經(jīng)過預(yù)處理的棉桿和所述硫酸水解液，在100-121℃溫度條件下水解，水解時間為20-120min，提高了木糖得率和葡萄糖得率；還提供一種棉桿稀酸水解制備乙醇的方法。
文檔編號C12R1/645GK101906489SQ201010237870
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月28日
發(fā)明者張琴, 李晶晶, 李艷賓, 馬春美, 龔明福 申請人:張琴