專利名稱：一種利用餐廚垃圾生產(chǎn)燃料丁醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及利用生物技術(shù)的方法處理餐廚垃圾，生產(chǎn)燃料丁醇。
背景技術(shù)：
餐廚垃圾是指剩飯、剩菜、蔬菜的根葉、瓜果的皮核、廢棄的動物組織等，其成分主要是糖類、脂肪、蛋白質(zhì)、鹽分和水等，營養(yǎng)豐富。長期以來，餐廚垃圾在我國一直作為生豬的飼料，并通過市場自行尋找出路，這種處理方式存在很多問題一.垃圾含水率高，流動性大，容易泄露，造成二次污染。二.垃圾車影響城市日常交通并污染環(huán)境。三.垃圾未經(jīng)任何處理，喂出豬的衛(wèi)生情況令人擔(dān)憂，容易導(dǎo)致口蹄疫等疾病的產(chǎn)生。而隨著我國社會、 經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們的居家飲食以及去飯店消費的數(shù)量和質(zhì)量也明顯的提高，餐廚垃圾的數(shù)量必將繼續(xù)攀升。由于餐廚垃圾含有豐富的淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)等物質(zhì)，對其進行合理的利用，不僅可以減少對環(huán)境的污染，而且可以變廢為寶，對其進行資源化利用。中國專利 ZL201010265026. O發(fā)明餐廚垃圾回收制取生物柴油，并且獲得副產(chǎn)物甘油和甲醇，但是該方法操作復(fù)雜，需要耐酸、耐壓，這對設(shè)備的要求較高。而中國專利ZL20110034380. 7公布了 “固態(tài)發(fā)酵餐廚垃圾生產(chǎn)乙醇”的方法，提出了合理科學(xué)的處理方法，但是酶制劑價格高并且操作復(fù)雜。本發(fā)明是通過生物技術(shù)的方法即利用發(fā)酵菌液及酶制劑共同或分別處理餐廚垃圾，進行固態(tài)厭氧發(fā)酵來生產(chǎn)燃料丁醇，具有生產(chǎn)成本低、易操作等優(yōu)點，而且可以很好解決能源危機，應(yīng)用前景廣泛，已應(yīng)用于與汽油調(diào)合，乙醇-柴油混合燃料的助溶劑等，成為替代石油能源的新型燃料之一，具有重大的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種利用餐廚垃圾生產(chǎn)燃料丁醇的方法。利用餐廚垃圾生產(chǎn)燃料丁醇的方法如下餐廚垃圾中添加質(zhì)量比為0-1. O %的混合酶制劑，控制溫度在30-50°C進行酶處理，混合酶制劑添加后0_20h添加餐廚垃圾質(zhì)量1-5%的發(fā)酵菌液，控制溫度在30-5(TC封閉發(fā)酵48-80h，發(fā)酵結(jié)束后，用乙酸乙酯進行萃取，得到丁醇。發(fā)酵菌液由地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和丙酮丁醇梭菌組成；所述混合酶制劑由淀粉酶果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶組成。所述混合酶制劑中淀粉酶果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶的質(zhì)量比例為為 O. 8-1. 2 I. 0-1. 2 O. 8-1. O I. 0-1. 4 O. 8-1. 2。所述酶制劑的質(zhì)量比例優(yōu)選淀粉酶果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶 I. O : I. I : O. 9 : I. 3 : I. O。
發(fā)酵菌液中各菌液添加量為餐廚垃圾質(zhì)量比例的O. 25% -I. 0%。所述地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、和枯草芽孢桿菌采用常規(guī)菌株培養(yǎng)方法經(jīng)斜面、一二級搖瓶培養(yǎng)獲得；丙酮丁醇梭菌經(jīng)過厭氧培養(yǎng)瓶培養(yǎng)獲得。由于餐廚垃圾富含淀粉、纖維素、脂肪、蛋白質(zhì)等有機物質(zhì)，所以運用生物技術(shù)的方法能夠有效處理富含有機物質(zhì)的餐廚垃圾，最終達到利用餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)丁醇的目的。有益效果本發(fā)明充分利用了已對環(huán)境造成污染的餐廚垃圾，根據(jù)餐廚垃圾富含淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)等特點，通過地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、和枯草芽孢桿菌處理及丙酮丁醇梭菌在厭氧條件下利用糖類物質(zhì)，在自身產(chǎn)生的一系列酶的作用下，將葡萄糖經(jīng)磷酸果糖途徑到丙酮酸，再進一步轉(zhuǎn)化為酸和溶劑，獲得燃料丁醇。將發(fā)酵后的繆液用乙酸乙酯進行萃取，獲得燃料丁醇。生產(chǎn)生物丁醇的基礎(chǔ)原料谷物(玉米、小麥等)、甘蔗等的大規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)已完全成熟。但是國際糧食價格不斷拉高，世界各國都在尋求糧食的替代物，運用生物技術(shù)方法對餐廚垃圾進行處理，既符合無害化、資源化、減量化的處理原則，減少了對環(huán)境的污染， 同時又變廢為寶，將餐廚垃圾進行了資源化利用，這在國內(nèi)外還是史無前例的?？傊锒〈嫉膽?yīng)用，是當(dāng)前減少石油消耗的最直接、最有效的方法，具有廣泛的應(yīng)用前景，是一項切實可行的新技術(shù)。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限制性的，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍。實施例I將餐廚垃圾人工分揀，取處理過的餐廚垃圾200g，加入發(fā)酵菌液。發(fā)酵菌液包含如下成分地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和丙酮丁醇梭菌；其添加的質(zhì)量比例各為O. 25%然后將加入發(fā)酵菌液的料液封閉37°C恒溫發(fā)酵48h。發(fā)酵結(jié)束后，將發(fā)酵繆液 5000r/min離心IOmin取上清液，用乙酸乙酯進行萃取，經(jīng)氣相色譜檢測換算后，丁醇的產(chǎn)量達到5. 6g/L。本例中地衣芽抱桿菌(Bacillus licheniformis)、幼蟲芽抱桿菌(Paenibacillus larvae)、納豆芽孢桿菌(Bacillus natto)、枯草芽抱桿菌(Bacillus subtilis)和丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicium)發(fā)酵生產(chǎn)丁醇進購于中國普通微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，地址位于北京市朝陽區(qū)北辰西路I號院3號，郵編100101，保藏編號分別為 CGMCC Nol. 106，Nol. 0005，Nol. 1086，Nol. 1630，Nol. 0244。I.生物菌株一級種子和二級種子培養(yǎng)一級種子培養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基固態(tài)斜面活化地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌四株菌，37°C培養(yǎng)24h。PYG培養(yǎng)基固態(tài)斜面活化丙酮丁醇梭菌，37°C 培養(yǎng)24h。二級種子培養(yǎng)將地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌接種至肉湯液體培養(yǎng)基500ml三角瓶中，裝液量100ml，在37°C，150r/min條件下?lián)u床中培養(yǎng)18h。丙酮丁醇梭菌轉(zhuǎn)接至250ml厭氧瓶中，裝液量為100ml，在37°C靜止培養(yǎng)24h。實施例2將餐廚垃圾人工分揀，取處理過的餐廚垃圾200g，同時加入發(fā)酵菌液和酶制劑。發(fā)酵菌液其包含如下成分地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和丙酮丁醇梭菌；其添加的質(zhì)量比例各為O. 25%。同時添加質(zhì)量比為O. I %的混合酶制劑，酶制劑的組成為果膠酶(100000u/g)、酸性蛋白酶(100000u/g)、中溫淀粉酶(200000u/g)和纖維素酶(200000u/g)。酶制劑的組成質(zhì)量比例為果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶比例為 1.0 : 1.1 : 0.9 : 1.3 : 1.0。然后將加入發(fā)酵菌液及酶制劑的料液封閉37°C恒溫發(fā)酵 54h。發(fā)酵結(jié)束后，將發(fā)酵繆液5000r/min離心IOmin取上清液，用乙酸乙酯進行萃取，經(jīng)氣相色譜檢測換算后，丁醇的產(chǎn)量達到8. 4g/L。實施例3將餐廚垃圾人工分揀，取處理過的餐廚垃圾20000g，加入酶制劑，在30°C液化 10h，然后再加入發(fā)酵菌液。發(fā)酵菌液其包含如下成分地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和丙酮丁醇梭菌；其添加的質(zhì)量比例各為0. 4%。添加質(zhì)量比為 0. 4%的混合酶制劑，酶制劑的組成為果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶。酶制劑的組成質(zhì)量比例為果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶比例為 0.8 : 1.0 : 0.8 : 1.0 : 0.8。然后將加入發(fā)酵菌液及酶制劑的料液封閉40°C恒溫發(fā)酵 54h。發(fā)酵結(jié)束后，將發(fā)酵繆液5000r/min離心IOmin取上清液，用乙酸乙酯進行萃取，經(jīng)氣相色譜檢測換算后，丁醇的產(chǎn)量達到9. 5g/L。實施例4將餐廚垃圾人工分揀，取處理過的餐廚垃圾lOOOOg，加入酶制劑，在30°C液化 20h，然后再加入發(fā)酵菌液。添加質(zhì)量比為0. 6%的混合酶制劑，酶制劑的組成質(zhì)量比例為果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶比例為0.8 : 1.1 : 1.0 : 1.4 : 1.2。發(fā)酵菌液包含如下成分地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和丙酮丁醇梭菌；其添加的質(zhì)量比例各為0. 5%。將酶制劑加入處理過的餐廚垃圾在45°C封閉恒溫發(fā)酵60h。發(fā)酵結(jié)束后，將發(fā)酵繆液離心IOmin取上清液，轉(zhuǎn)速5000r/min，然后用乙酸乙酯進行萃取，經(jīng)氣相色譜檢測換算后，丁醇的產(chǎn)量達到10. 3g/L。實施例5將餐廚垃圾人工分揀，取處理過的餐廚垃圾lOOOOg，加入酶制劑，在40°C液化 20h，然后再加入發(fā)酵菌液。酶制劑的組成質(zhì)量比例為果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶比例為1.0 I. I 0.9 1.3 1.0，添加的質(zhì)量比例為0.7%。發(fā)酵菌液中包含如下成分地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和丙酮丁醇梭菌; 其添加的質(zhì)量比例各為0. 5%。將酶制劑加入處理過的餐廚垃圾在45°C封閉恒溫發(fā)酵72h。發(fā)酵結(jié)束后，將發(fā)酵繆液離心IOmin取上清液，轉(zhuǎn)速5000r/min，然后用乙酸乙酯進行萃取，經(jīng)氣相色譜檢測換算后，丁醇的產(chǎn)量達到12. 5g/L。
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實施例6將餐廚垃圾人工分揀，取處理過的餐廚垃圾20000g，加入酶制劑，在50°C液化 20h，然后再加入發(fā)酵菌液。酶制劑的組成質(zhì)量比例為果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶比例為I. 2 I. I 1.0 1.3 1.0，添加的質(zhì)量比例為0.7%。發(fā)酵菌液，其包含如下成分地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和丙酮丁醇梭菌; 其添加的質(zhì)量比例各為1.0%。將酶制劑加入處理過的餐廚垃圾在45°C封閉恒溫發(fā)酵72h。發(fā)酵結(jié)束后，將發(fā)酵繆液離心IOmin取上清液，轉(zhuǎn)速5000r/min，然后用乙酸乙酯進行萃取，經(jīng)氣相色譜檢測換算后，丁醇的產(chǎn)量達到10. 8g/L。
權(quán)利要求
1.一種利用餐廚垃圾生產(chǎn)燃料丁醇的方法，包括如下步驟餐廚垃圾中添加質(zhì)量比為 0-1. 0%的混合酶制劑，控制溫度在30-50°C進行酶處理，混合酶制劑添加0_20h后添加餐廚垃圾質(zhì)量1-5%的發(fā)酵菌液，控制溫度在30-50°C封閉發(fā)酵48-80h，發(fā)酵結(jié)束后，用乙酸乙酯進行萃取，得到丁醇。
2.如權(quán)I所述一種利用餐廚垃圾生產(chǎn)燃料丁醇的方法，其特征在于所述發(fā)酵菌液由地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和丙酮丁醇梭菌組成。
3.如權(quán)I所述一種利用餐廚垃圾生產(chǎn)燃料丁醇的方法，其特征在于所述混合酶制劑由淀粉酶果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶組成。
4.如權(quán)I或3所述一種利用餐廚垃圾生產(chǎn)燃料丁醇的方法，其特征在于所述混合酶制劑中淀粉酶果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶的質(zhì)量比例為O. 8-1. 2 1.0-1. 2 O. 8-1. O I. 0-1. 4 O. 8-1. 2。
5.如權(quán)3或4所述一種利用餐廚垃圾生產(chǎn)燃料丁醇的方法，其特征在于所述酶制劑的質(zhì)量比例為淀粉酶果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶I.O : I. I : 0.9 : I. 3 : I. O。
6.如權(quán)I所述一種利用餐廚垃圾生產(chǎn)燃料丁醇的方法，其特征在于所述發(fā)酵菌液中各菌液添加量為餐廚垃圾質(zhì)量比例的O. 25% -I. O %。
7.如權(quán)I所述一種利用餐廚垃圾生產(chǎn)燃料丁醇的方法，其特征在于所述餐廚垃圾中加入酶制劑在30°C液化IOh后再加入發(fā)酵菌液，40°C恒溫發(fā)酵54h ;發(fā)酵菌液中地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和丙酮丁醇梭菌添加的質(zhì)量比例各為O.4% ;添加餐廚垃圾質(zhì)量比O. 4%的混合酶制劑。
8.如權(quán)I或4所述一種利用餐廚垃圾生產(chǎn)燃料丁醇的方法，其特征在于所述酶制劑中果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶的組成質(zhì)量比例為·0.8 : 1.0 : 0.8 : 1.0 : 0.8。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用餐廚垃圾生產(chǎn)燃料丁醇的方法，本發(fā)明利用餐廚垃圾生產(chǎn)燃料丁醇屬于生物技術(shù)領(lǐng)域，旨在減少餐廚垃圾對環(huán)境的污染，將餐廚垃圾進行資源化利用，同時可以綜合解決我國石油短缺、糧食短缺及環(huán)境惡化三大熱點問題。本方法利用餐廚垃圾含有豐富的淀粉、纖維素、脂肪、蛋白質(zhì)等物質(zhì)，通過發(fā)酵菌液及酶制劑對其進行綜合作用，發(fā)酵菌液包含地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和丙酮丁醇梭菌。酶制劑包含如下成分果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶，最后入發(fā)酵罐30-50℃恒溫發(fā)酵48-80h，用乙酸乙酯對發(fā)酵液進行萃取，即得燃料丁醇。
文檔編號C12P7/16GK102586382SQ201210056810
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
發(fā)明者喬長晟, 宋可, 李利寧, 李政 申請人:天津北洋百川生物技術(shù)有限公司