專利名稱：一種用食品廢物制備生物燃料丁醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于利用生物質(zhì)廢物進(jìn)行微生物發(fā)酵生產(chǎn)能源燃料的方法，尤其涉及一種以食品廢物為發(fā)酵原料制取生物質(zhì)丁醇燃料的方法。
背景技術(shù)：
生物燃料的推廣是避免溫室效應(yīng)和緩解石油能源危機(jī)的有效途徑。目前使用的生物燃料主要是將生物乙醇與汽油按照不同的比例混合而成。然而，與乙醇相比，丁醇具有腐蝕性小，易于運(yùn)輸；密度低，能量高；不產(chǎn)生SO5^n NOx，減少溫室氣體排放等優(yōu)勢(shì)，是繼乙醇后的一種極具發(fā)展前景的新一代液體燃料。目前國內(nèi)生產(chǎn)生物丁醇的主要原料為玉米、谷物、薯干等淀粉質(zhì)糧食資源。據(jù)報(bào)道，生產(chǎn)It溶劑需要消耗玉米約4. 0 4. 5 t，蒸汽約13 25t，水約20 30t，電約700 100 kwh。近年來以淀粉類為原料的傳統(tǒng)丁醇發(fā)酵中，發(fā)酵原料占整個(gè)溶劑生產(chǎn)成本的 79%左右，而國內(nèi)以玉米等糧食作物為原料的生物煉制行業(yè)發(fā)展迅速，一定程度上促成了全國糧食價(jià)格的較快上升，致使生物丁醇生產(chǎn)成本大幅度增加。為了降低生產(chǎn)成本以木質(zhì)纖維素為原料進(jìn)行發(fā)酵受到重視，綜合目前的研究進(jìn)展來看，木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化制造丁醇的工藝路線可以概括為原料預(yù)處理和水解為單糖；糖液發(fā)酵生成丁醇；產(chǎn)物蒸餾回收等。盡管上述工藝路線具備可行性，但仍有諸多技術(shù)瓶頸需要克服。僅就菌種而言，纖維水解液中五碳糖和六碳糖的同等利用是迫切需要解決的難點(diǎn)之一。因此，如何通過提高丁醇的原料轉(zhuǎn)化率和利用廉價(jià)非糧類原料生產(chǎn)丁醇來降低其生產(chǎn)成本，成為該產(chǎn)業(yè)所必須直面的瓶頸問題。食品廢物是人們?nèi)粘Ｉ钪兴a(chǎn)生的最主要的生物質(zhì)廢物，其產(chǎn)生量很大，并呈逐年增長趨勢(shì)。食品廢物具有較為特殊的成分(如表一所示)，有機(jī)物高達(dá)85%以上，主要包括糖類、蛋白質(zhì)、油脂和木質(zhì)纖維素類物質(zhì)等，其中糖類和蛋白質(zhì)含量占干物質(zhì)的65%以上，而木質(zhì)纖維素類等難降解物質(zhì)含量較少(<5%)這為微生物生長提供了良好的碳骨架能源。C/N—般在10-30之間，氮、磷、鉀等元素含量豐富，有利于微生物的新陳代謝及代謝產(chǎn)物的積累。表一食品廢物的組成元素和重金屬含量
權(quán)利要求
1.一種用食品廢物制備生物燃料丁醇的方法，其特征在于，該方法具體為將食品廢物作為發(fā)酵原料進(jìn)行預(yù)處理，并將其進(jìn)行糖化后制備發(fā)酵培養(yǎng)基，將其接種發(fā)酵菌種進(jìn)行厭氧發(fā)酵，通過固液分離制取生物燃料丁醇。
2.如權(quán)利要求1所述的用食品廢物制備生物燃料丁醇的方法，其特征在于，所述發(fā)酵原料以含淀粉質(zhì)原料的食品廢物為主，包括餐廚垃圾、淀粉加工業(yè)的淀粉渣、制糖工業(yè)的廢糖蜜中的一種或兩種，所述食品廢物中未添加任何營養(yǎng)鹽溶液。
3.如權(quán)利要求1所述的用食品廢物制備生物燃料丁醇的方法，其特征在于，所述食品廢物進(jìn)行預(yù)處理的步驟為將食品廢物經(jīng)收集分揀，剔除大型雜物后用食物粉碎機(jī)將其粉碎至粒徑約1 10mm，攪拌均勻。
4.如權(quán)利要求1所述的用食品廢物制備生物燃料丁醇的方法，其特征在于，所述發(fā)酵原料的固液比為1 :1 1 :5 w/w, ρΗ4· 0 5. 5。
5.如權(quán)利要求1所述的用食品廢物制備生物燃料丁醇的方法，其特征在于，所述糖化過程中，加入糖化酶用量100 300U/g，糖化時(shí)間30 60min，糖化溫度50 65°C。
6.如權(quán)利要求1所述的用食品廢物制備生物燃料丁醇的方法，其特征在于，所述發(fā)酵培養(yǎng)基由經(jīng)糖化后的食品廢物水解液，加水稀釋使其還原糖的濃度范圍在60 100g/L， pH6 7，裝液量為2/5 4/5，在115 121°C下，滅菌15 20min，冷卻混合制得。
7.如權(quán)利要求1所述的用食品廢物制備生物燃料丁醇的方法，其特征在于，所述發(fā)酵菌種包括丙酮丁酸梭菌C. acetobutylicum ATCC824、糖乙酸多丁醇梭菌Clostridium saccharoperbutylacetonicum ATCC13564>^ 1 |if<S7o5·tridium beijerinckii BAlOl 中的一種或兩種以上。
8.如權(quán)利要求1所述的用食品廢物制備生物燃料丁醇的方法，其特征在于，所述發(fā)酵菌種優(yōu)選為丙酮丁酸梭菌Ca^to/wij^i^/ ATCC824，所述丙酮丁酸梭菌 C. acetobutylicum ATCC824 由凍干菌株C acetobutylicum ATCC824活化而成，其活化步驟為(1) 5 8g玉米粉加水?dāng)噭?，慢慢倒入IOOml沸水中，并不斷攪拌，煮一小時(shí)后將醪液分裝于試管中，于121°C下滅菌Ih ;(2)冷卻到30 40°C后接種冷凍管中的菌體；(3)熱處理 將接種試管置于沸水浴中處理1 anin ； (4)冷處理將試管置于冷水中處理1 aiiin ； (5)將試管置于真空干燥器中抽真空，以驅(qū)除真空干燥器和培養(yǎng)基中溶解的氧，真空度0. 1 MPa或置于厭氧培養(yǎng)箱中37°C培養(yǎng)18 Mh。
9.如權(quán)利要求1所述的用食品廢物制備生物燃料丁醇的方法，其特征在于，將活化后的菌種孢子懸液3. 5mL，無菌條件下接入裝有70mL的TYA培養(yǎng)液的IOOml血清厭氧瓶中，置于厭氧培養(yǎng)箱中37°C培養(yǎng)18 20h，以制得所述發(fā)酵菌種。
10.如權(quán)利要求1所述的用食品廢物制備生物燃料丁醇的方法，其特征在于，所述發(fā)酵菌種以3 10%的接種量將一級(jí)種子液接入所述發(fā)酵液體培養(yǎng)基中，發(fā)酵料的裝料量為 2/5 4/5，在30 37°C厭氧培養(yǎng)箱培養(yǎng)70 120h制備生物燃料丁醇。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用食品廢物制備生物燃料丁醇的方法，具體為將食品廢物作為發(fā)酵原料進(jìn)行預(yù)處理，并將其進(jìn)行糖化后制備發(fā)酵培養(yǎng)基，將其接種發(fā)酵菌種進(jìn)行厭氧發(fā)酵，通過固液分離制取生物燃料丁醇。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于說述方法利用丙酮丁酸梭菌對(duì)食品廢物中有效成分進(jìn)行厭氧發(fā)酵，生產(chǎn)生物燃料丁醇。該方法工藝簡單，不需添加其他輔助物質(zhì)，成本低廉，可操作性強(qiáng)，解決了傳統(tǒng)上燃料丁醇生產(chǎn)原料成本問題，為生物燃料丁醇的生產(chǎn)開辟了一條新的工藝路線。
文檔編號(hào)C12P7/16GK102250967SQ20111014374
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者孫曉紅, 汪群慧, 王娟, 石姍姍, 馬鴻志 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)