專利名稱：利用木霉菌的二階段生質(zhì)酒精的方法及其制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二階段生產(chǎn)酒精的方法，尤其涉及一種利用木霉菌 (7^'c力o&7^3 spp.)及以禾本科植物為原料來制成酒精的方法；且進(jìn)一
步提供關(guān)于一種二階段產(chǎn)制酒精的裝置以完成上述制程。
背景技術(shù)：
目前己知的酒精生產(chǎn)技術(shù)，在第一階段生物反應(yīng)槽時，使用工業(yè)酵 素將高分子碳源分解成小分子(用于發(fā)酵槽產(chǎn)生酒精)。然而，此工業(yè)酵
素需要極大用量，且成本極昂貴；而且受到酵素對環(huán)境免感度忍受力低 的限制，亦增加制造成本，并降低對原料的使用率，進(jìn)而降低酒精產(chǎn)率。 再者，于第一階段分解后，須將發(fā)酵液取出后，消毒殺菌，再置入酒精 發(fā)酵槽中；此一非連續(xù)操作，亦增加操作風(fēng)險、成本，以及耗費多余的 人力成本。
一般傳統(tǒng)制造酒精的技術(shù)所使用的原料為具經(jīng)濟(jì)價值的經(jīng)濟(jì)作物， 如稻米淀粉、玉米淀粉、或其它淀粉來源的經(jīng)濟(jì)作物；此做法因原料昂 貴而需大量增加生產(chǎn)成本。
此外，若原料為谷物，則必需經(jīng)過前處理，其可區(qū)分為兩種處理方 式干處理(dry mill)、及濕處理(wet mill)。其中濕處理需將谷物 置于水中后，以硫酸(H2S04)下進(jìn)行酸處理48小時，之后以堿中和，再以 大量工業(yè)酵素分解生成寡醣；此處理方法會增加材料處理成本與環(huán)境污 染。而經(jīng)干處理(dry mill)后的谷物，則因為酵素作用上的需要，必 需將其輾碎成更小顆粒，此亦增加原料處理的難度；而輾碎過程中所產(chǎn) 生的高熱和谷物作用后，容易生成有毒物質(zhì)，也會造成環(huán)境污染。
以玉米為例，制備玉米粉需要有六個步驟，所加入的能源必須隨之 增加，且因步驟多導(dǎo)致原料耗損相對增加，故而非但成本增加，產(chǎn)率卻 相對降低，(參見例如，美國專利案號7， 138，257及7，074，603)實有 加以改善的必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一 種利用木霉菌的二階段產(chǎn)制酒精的方法及其制造裝置，其利用木霉菌取 代工業(yè)酵素，及以禾本科植物的種子及/或莖部為原料，可增進(jìn)酒精生成 效率、降低操作成本及增加產(chǎn)量。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 一種利用木 霉菌的二階段生質(zhì)酒精的方法，該方法包含第一階段將禾本科植物 的種子及/或莖部以木霉菌于pH 4.0至9.0，于22至35。C下進(jìn)行水解， 制得低分子碳源即寡糖產(chǎn)物；及第二階段以酵母于37-C以下迸行酒精 發(fā)酵制程。
本發(fā)明產(chǎn)制酒精的方法，是利用木霉菌(7^'c力o^2v^ spp.)取代工 業(yè)酵素，及以禾本科植物的種子及/或莖部為原料。
上述二階段產(chǎn)制酒精的方法中的一可行具體態(tài)樣，是使用禾本科植 物的莖部為原料。例如可使用稻草(即，稻米的莖部)為原料。此外， 在產(chǎn)制過程中；經(jīng)木霉菌部份發(fā)酵的莖或/和纖維，更可利用來做為農(nóng)畜 飼料，及/或生物防治劑，而成行富經(jīng)濟(jì)價值的副產(chǎn)品。
根據(jù)本發(fā)明的一項特別具體態(tài)樣，利用木霉菌及酵母菌將干稻草轉(zhuǎn) 化生產(chǎn)酒精，其制程如下
1. 田間收集干稻草并磨碎；
2. 將緩沖液加入碎稻草，經(jīng)高溫高壓滅菌后加進(jìn)生物反應(yīng)槽中；
3. 加入木霉菌菌絲于培養(yǎng)液進(jìn)行培養(yǎng)；
4. 測量培養(yǎng)液的醣水解酶活性及還原醣量；
5. 將從含有木霉菌絲及半消化的碎稻草(甲產(chǎn)物，可單獨分離出再
利用于農(nóng)畜飼料及/或生物防治劑)的混合物，以連通管移出培養(yǎng)液(乙
產(chǎn)物，內(nèi)含寡糖產(chǎn)物)；
6. 將連通管加熱同時將乙產(chǎn)物滅菌；
7. 將乙產(chǎn)物加入酒精生成發(fā)酵槽中，再將酒精酵母菌加入發(fā)酵槽。
8. 以乙醇偵測器偵測發(fā)酵槽內(nèi)的乙醇含量；
9. 以蒸餾法取得190 proof (95%)乙醇；
10. 連續(xù)重復(fù)步驟5至9;
11.以分子篩系統(tǒng)取得200 proof (100%)乙醇。
本發(fā)明如上述方法所用的裝置，其包含第一生物反應(yīng)槽，藉以在 其中進(jìn)行木霉菌的水解作用；酒精發(fā)酵槽，于其中利用酵母菌將該寡糖 產(chǎn)物進(jìn)行酒精生成發(fā)酵；及連通管，聯(lián)結(jié)于第一生物反應(yīng)槽及酒精發(fā)酵 槽之間，藉以，將第一生物反應(yīng)槽生成的寡糖產(chǎn)物連續(xù)直接地移入酒精 發(fā)酵槽。
此持續(xù)式操作可以增進(jìn)酒精生成效率、降低操作成本及增加產(chǎn)量。 于一項具體態(tài)樣，系于以連通管將第一生物反應(yīng)槽生成的寡糖產(chǎn)物， 在移送入酒精發(fā)酵槽的同時，進(jìn)行加熱滅菌。于另一項具體態(tài)樣，系于 連通管之前裝設(shè)過濾裝置，其用以將第一生物反應(yīng)槽產(chǎn)物中的不可溶原 料碎片及/或木霉菌菌絲濾除。
本發(fā)明的酒精產(chǎn)制方法，采用木霉菌持續(xù)分泌醣水解酵素，來取代 一般現(xiàn)有技術(shù)中所使用的工業(yè)酵素；因為木霉菌容易維護(hù)，且能分泌大 量酵素分解禾本科植物原料中的高分子聚醣，故能持續(xù)將高分子聚醣水
解成寡糖產(chǎn)物，供后續(xù)酵母發(fā)酵產(chǎn)制酒精，因此成本低廉。
而且，本發(fā)明的方法并不限于以淀粉為原料資源，尤其是目前諸多 不具經(jīng)濟(jì)效益之農(nóng)作物廢棄物和經(jīng)濟(jì)作物的莖部份，如稻草、玉米梗、 小麥梗、燕麥梗等未本科植物之莖部皆可用于本發(fā)明，不僅能將廢棄物 有效利用，亦大大地減低酒精制造成本。又，如前所述，若以禾本科植 物具經(jīng)濟(jì)價值之果實/種子作為原料，則根據(jù)本發(fā)明的方法，不僅可較現(xiàn) 有方法簡化原料的處理，亦能以高效的轉(zhuǎn)換率將其生成酒精。
本發(fā)明的其它特性將在觀察以下詳細(xì)揭示具體實施例之后，而得以 更加明了。


圖1是本發(fā)明二階段產(chǎn)制酒精的一可行方法的流程示意圖。 圖2是木霉菌醣水解酶反應(yīng)活性圖。 圖3是木霉菌還原醣量圖。
具體實施例方式
本發(fā)明將詳細(xì)描述特殊的具體實施例。這些具體實施例經(jīng)由發(fā)明解
釋提供，并非意欲用以限制本發(fā)明。在發(fā)明的范圍及精神內(nèi)，本發(fā)明存 在傾向于包括這些及其它變更及變動。 第一階段稻草的水解
將田間收集得的干稻草磨碎。將緩沖液(PH為7)加入碎稻草(終
濃度為8%(重量))，經(jīng)高溫高壓滅菌后，加進(jìn)第一生物反應(yīng)槽中。以12 g木霉菌(7yj'c力o^77Z7a spp.)菌絲/升反應(yīng)液之量，將木霉菌加至反應(yīng)槽 中。將反應(yīng)混合物于22'C, 180rpm下進(jìn)行培育48小時，以令木霉菌將 稻草水解成Cs寡糖類及C6寡糖類，于培養(yǎng)期間取樣測量培養(yǎng)液的醣水解 酶活性及還原醣量(請參見圖2)。經(jīng)48小時培育后，將水溶性發(fā)酵液利 用虹吸管抽出，通過0.45微米U m)膜篩及連通管送達(dá)酒精發(fā)酵槽中。 或者，另供選擇地，先將發(fā)酵液通過數(shù)層過濾紗布(cheese cloth)收 集，并去除部份未經(jīng)水解的不可溶稻草碎片。將收集得的上清液儲存于 4'C，以供使用于第二階段的酒精發(fā)酵，將其中的寡糖產(chǎn)物轉(zhuǎn)變成酒精。 部份未經(jīng)水解的稻草碎片可再藉由補(bǔ)充緩沖液，而于前述同一反應(yīng)槽中 以木霉菌連續(xù)處理數(shù)次循環(huán)。 第二階段酒精發(fā)酵
將2克干酵母(6^cc力aro/ff/ces cerew'w'ae)粉力卩至200ml的0. 5% 蔗糖培養(yǎng)基中，并于37'C下培育2天，使酵母活化。然后將其以20 ml 每管，分裝于培養(yǎng)試管中備用。以每升得自第一階段的上清液，添加一 管(20ml)經(jīng)活化酵母的比例，將酵母液加至培養(yǎng)瓶中。將培養(yǎng)瓶于37°C 下，以140 rpm搖晃速率進(jìn)行培育，并于每24小時采樣測定酒精產(chǎn)量。 藉由Williams et al. (Anal. Chem. 22， 1556， 1950)所發(fā)表的比色計 量方法，測定所制得的酒精含量。結(jié)果，于第8天測定得酒精含量為最 高，0.95%。
酒精產(chǎn)量及轉(zhuǎn)換率計算如下
將0.95%酒精含量換算成以9. 5 ml/L記。如此，8%稻草每升上清液 產(chǎn)生9.5ml/L酒精，表示80克稻草最終產(chǎn)生6. 3 ml酒精。 一公斤稻草 原料可制得78. 75 ml酒精(亦即，1000 + 80 X 6. 3 = 78.75)。依此 數(shù)值，則一公噸稻草原料(干物質(zhì))可轉(zhuǎn)換產(chǎn)生78.75 L ( 21gal)酒精。
權(quán)利要求
1.一種利用木霉菌的二階段生質(zhì)酒精的方法，其特征在于該方法包含第一階段將禾本科植物的種子及/或莖部以木霉菌于pH4.0至9.0，于22至35℃下進(jìn)行水解，制得低分子碳源即寡糖產(chǎn)物；及第二階段以酵母于37℃以下進(jìn)行酒精發(fā)酵制程。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述禾本科植物選自 水稻、玉米、小麥或燕麥的至少其中一種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述禾本科植物莖部 選自稻草、玉米梗、小麥?；蜓帑湽５闹辽倨渲幸环N。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述禾本科植物于第一階段經(jīng)木霉菌部份發(fā)酵的莖或/和纖維副產(chǎn)物，利用來做為農(nóng) 畜飼料，及/或生物防治劑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述木霉菌
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述木霉菌為
7. —種如權(quán)利要求l所述的方法所用的裝置，其特征在于包含-第一生物反應(yīng)槽，藉以在其中進(jìn)行木霉菌的水解作用； 酒精發(fā)酵槽，于其中利用酵母菌將該寡糖產(chǎn)物進(jìn)行酒精生成發(fā)酵；及連通管，聯(lián)結(jié)于第一生物反應(yīng)槽及酒精發(fā)酵槽之間，藉以，將第一 生物反應(yīng)槽生成的寡糖產(chǎn)物連續(xù)直接地移入酒精發(fā)酵槽。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述連通管具有加熱裝置，可在將寡糖產(chǎn)物移入酒精發(fā)酵槽的同時，對通過連通管的寡糖產(chǎn) 物進(jìn)行加熱滅菌。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于所述裝置進(jìn)一步包含裝設(shè)于連通管之前的過濾裝置，用以將第一生物反應(yīng)槽產(chǎn)物中的不 可溶原料碎片濾除。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于所述裝置進(jìn)一 步包含蒸餾裝置，其將得自酒精發(fā)酵槽的酒精產(chǎn)物蒸餾而得到95%以上的 酒精。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于所述裝置進(jìn)一步包含蒸餾裝置，其將得自酒精發(fā)酵槽的酒精產(chǎn)物蒸餾而得到95%以上的酒精。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于所述裝置進(jìn)一 步包含酒精分子篩，以得到100%酒精。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于所述裝置進(jìn)一步包 含酒精分子篩，以得到100%酒精。
14. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的裝置，其特征在于所述裝置進(jìn)一步包含酒精分子篩，以得到100%酒精。
15. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的裝置，其特征在于所述裝置進(jìn)一步包含酒精分子篩，以得到100%酒精。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用木霉菌(Trichoderma spp.)的二階段生質(zhì)酒精的方法，其第一階段先將禾本科植物種子及/或莖部以木霉菌消化，制得低分子碳源(糖類)，用于后續(xù)的第二階段進(jìn)行的酵母酒精發(fā)酵制程；本發(fā)明亦提供二階段產(chǎn)制酒精的裝置，其包含第一生物反應(yīng)槽，連通管，及第二生物反應(yīng)槽。從而，可增進(jìn)酒精生成效率、降低操作成本及增加產(chǎn)量。
文檔編號C12R1/885GK101368192SQ20071014363
公開日2009年2月18日 申請日期2007年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月16日
發(fā)明者彭國證, 羅朝村, 黃育才 申請人:銘嘉生物科技有限公司