本發(fā)明涉及甘蔗汁酒精發(fā)酵液的預(yù)處理及廢液高值產(chǎn)物的提取方法，主要涉及酒精發(fā)酵廢液處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
甘蔗，甘蔗屬，多年生高大實(shí)心草本。根狀莖粗壯發(fā)達(dá)。稈高3-5（-6）米。中國(guó)臺(tái)灣、福建、廣東、海南、廣西、四川、云南等南方熱帶地區(qū)廣泛種植。甘蔗適合栽種于土壤肥沃、陽(yáng)光充足、冬夏溫差大的地方。甘蔗是溫帶和熱帶農(nóng)作物，是制造蔗糖的原料，且可提煉乙醇作為能源替代品。全世界有一百多個(gè)國(guó)家出產(chǎn)甘蔗，最大的甘蔗生產(chǎn)國(guó)是巴西、印度和中國(guó)。甘蔗中含有豐富的糖分、水分，還含有對(duì)人體新陳代謝非常有益的各種維生素、脂肪、蛋白質(zhì)、有機(jī)酸、鈣、鐵等物質(zhì)，主要用于制糖，表皮一般為紫色和綠色兩種常見(jiàn)顏色，也有紅色和褐色，但比較少見(jiàn)。
能源甘蔗生產(chǎn)乙醇成本低、效益好，但甘蔗能源酒精生產(chǎn)中存在的高濃度有機(jī)廢水污染問(wèn)題是酒精廢液治理過(guò)程中存在的共性技術(shù)難題。本文研究了超細(xì)微粒對(duì)發(fā)酵產(chǎn)酒率及澄清預(yù)處理工藝對(duì)蔗汁酒精廢液治理的效果，并且比較了不同堿性物對(duì)沉降速度、COD去除率、清度的影響，探討了甘蔗蔗汁酒精發(fā)酵液的預(yù)處理及廢液治理工藝。該工藝不僅可以提高酒精發(fā)酵效率和澄清效果，降低酒精廢液后處理的難度，而且還可回收大量高附加值產(chǎn)物，在提高甘蔗能源酒精的整體經(jīng)濟(jì)效益及保護(hù)環(huán)境方面都具有積極的意義。
但是經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)能源的需求越來(lái)越大，為保證經(jīng)濟(jì)可持續(xù)快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)多元化、保證能源供應(yīng)已成為當(dāng)務(wù)之急。與其它能源作物相比，能源甘蔗生產(chǎn)乙醇成本低、效益好，但甘蔗能源酒精的生產(chǎn)中存在高濃度有機(jī)廢水的污染問(wèn)題，目前還沒(méi)有很好的治理方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，本發(fā)明提供了發(fā)酵產(chǎn)物營(yíng)養(yǎng)成分高的甘蔗汁酒精發(fā)酵液的預(yù)處理及廢液高值產(chǎn)物的提取方法。
本發(fā)明方法根據(jù)甘蔗蔗汁的成分特點(diǎn)在甘蔗酒精發(fā)酵過(guò)程中采用特殊的預(yù)處理方法，既回收高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)、酵母等物質(zhì)，又為后工序提取天然色素提供了低雜質(zhì)的物料。
本發(fā)明方法根據(jù)蔗汁酒精廢液的成分特點(diǎn)采用抗污染能力強(qiáng)的離子交換纖維作為粗脫色﹑用吸附樹(shù)脂進(jìn)行精脫色的回收色素工藝，既回收了高價(jià)值的天然色素，又使廢液的色值達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了資源充分利用和清潔生產(chǎn)的目的。
為達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
甘蔗蔗汁酒精發(fā)酵液的預(yù)處理方法，包括如下步驟：
（1）在蔗汁酒精發(fā)酵時(shí)，加入10-300目的超細(xì)顆粒，發(fā)酵完畢后調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH至6.5-7.5，固液分離，固體回收，液體用于提取酒精；
（2）調(diào)節(jié)提取酒精后的酒精廢液的pH至7.0-8.0，固液分離，固體回收，液體進(jìn)一步處理。
優(yōu)選的，所述超細(xì)顆粒為純白石英砂、碳化硅、礬土中的至少一種。
優(yōu)選的，所述超細(xì)顆粒的添加量為80-600mg/L蔗汁。
甘蔗蔗汁酒精發(fā)酵廢液高值產(chǎn)物的提取方法，包括將上述甘蔗蔗汁酒精發(fā)酵液預(yù)處理方法中步驟（2）固液分離得到的液體進(jìn)行脫色，提取色素。
上述甘蔗蔗汁酒精發(fā)酵廢液高值產(chǎn)物的提取方法，包括如下步驟：
（1）將上述甘蔗蔗汁酒精發(fā)酵液預(yù)處理方法中步驟（2）固液分離得到的液體通過(guò)離子交換纖維柱進(jìn)行粗脫色；
（2）將步驟（1）脫色后的溶液再過(guò)吸附樹(shù)脂柱進(jìn)行精脫色；
（3）用再生液對(duì)步驟（1）的離子交換纖維柱進(jìn)行洗脫，收集再生液；
（4）用洗脫液對(duì)步驟（2）的吸附樹(shù)脂柱進(jìn)行洗脫，收集洗脫液；
（5）將步驟（3）、（4）收集到的再生液和洗脫液分別進(jìn)行濃縮得到色素。
優(yōu)選的，所述離子交換纖維柱為聚乙烯醇基強(qiáng)堿性陰離子交換纖維。
優(yōu)選的，所述吸附樹(shù)脂柱為d101大孔吸附樹(shù)脂。
優(yōu)選的，所述再生液為2.5%-15%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NaCl溶液，pH值為7.0-14.0。
優(yōu)選的，所述洗脫液為20%-100%體積分?jǐn)?shù)的乙醇。
本發(fā)明具有以下有益效果：
1）本發(fā)明方法，在發(fā)酵過(guò)程中加入了多孔性的超細(xì)粉體，既充分發(fā)揮了多孔超細(xì)粒子分散性強(qiáng)、比表面積大，使大量酵母菌體附著，提高酒精發(fā)酵效率的作用，同時(shí)又發(fā)揮了超細(xì)粉體粒子在發(fā)酵液澄清沉淀過(guò)程中作為沉淀物晶核的作用，加速絮凝物的沉降速度，提高了澄清的效果。
2)本發(fā)明方法根據(jù)蔗汁酒精發(fā)酵液中非酒份物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)，在蒸酒前對(duì)蔗汁發(fā)酵成熟液進(jìn)行澄清預(yù)處理，其最大的好處是：①避免蒸餾設(shè)備積垢，改善蒸酒的傳熱傳質(zhì)效果，提高蒸餾設(shè)備的酒精蒸餾效率；②避免蛋白質(zhì)，淀粉，脂肪等在蒸餾過(guò)程中變性導(dǎo)致增加后工序酒精廢液處理的負(fù)荷。
3)本發(fā)明方法根據(jù)蔗汁酒精廢液的成分特點(diǎn)采用抗污染能力強(qiáng)的離子交換纖維作為粗脫色，用吸附樹(shù)脂進(jìn)行精脫色來(lái)回收具有不同抗氧化活性特性的色素物，經(jīng)處理后的酒精廢液呈無(wú)色，可作為甘蔗壓榨抽提蔗糖分的滲透水或進(jìn)一步簡(jiǎn)單的生化處理后進(jìn)行排放。本處理方法既有利于降低酒精廢液后處理的難度，又回收了大量高附加值產(chǎn)物，這對(duì)于提高甘蔗能源酒精的整體經(jīng)濟(jì)效益，具有積極的意義。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
取甘蔗蔗汁500ml，加入300目碳化硅，添加量為50mg，按酒精發(fā)酵操作規(guī)程進(jìn)行消毒、接種、搖瓶等操作，發(fā)酵50小時(shí)后結(jié)束發(fā)酵。向發(fā)酵液加入10%的氫氧化鈉溶液調(diào)pH值至7.5，攪拌充分，靜置，固液分離，得到沉淀物和清發(fā)酵液?；厥粘恋砦铫瘢ǜ芍貫?.023%），清發(fā)酵液用于蒸餾酒精，得到酒精（酒度數(shù)為6.64）和酒精廢液（COD值為1.56×104mg/L）。
取上述酒精廢液，用10%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至8.0，攪拌充分，靜置，固液分離，得到沉淀物（干重為0.008%）和酒精廢液清液（COD值為0.56×104mg/L）?；厥粘恋砦铫颉＞凭珡U液清液進(jìn)一步脫色，并回收色素。
實(shí)施例2
取甘蔗蔗汁500ml，加入180目高純度純白石英砂，添加量為200mg，按酒精發(fā)酵操作規(guī)程進(jìn)行消毒、接種、搖瓶等操作，發(fā)酵50小時(shí)后結(jié)束發(fā)酵。向發(fā)酵液加入10%的氫氧化鈉溶液調(diào)pH值至7.3，攪拌充分，靜置，固液分離，得到沉淀物和清發(fā)酵液?；厥粘恋砦铫瘢ǜ芍貫?.026%），清發(fā)酵液用于蒸餾酒精，得到酒精（酒度數(shù)為6.76）和酒精廢液（COD值為1.78×104mg/L）。
取上述酒精廢液，用10%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至7.9，攪拌充分，靜置，固液分離，得到沉淀物（干重為0.009%）和酒精廢液清液（COD值為0.59×104mg/L）?；厥粘恋砦铫颍凭珡U液清液進(jìn)一步脫色，并回收色素。
實(shí)施例3
取甘蔗蔗汁500ml，加入170目礬土，添加量為200mg，按酒精發(fā)酵操作規(guī)程進(jìn)行消毒、接種、搖瓶等操作，發(fā)酵50小時(shí)后結(jié)束發(fā)酵。向發(fā)酵液加入10%的氫氧化鈉溶液調(diào)pH值至6.9，攪拌充分，靜置，固液分離，得到沉淀物和清發(fā)酵液?；厥粘恋砦铫瘢ǜ芍貫?.031%），清發(fā)酵液用于蒸餾酒精，得到酒精（酒度數(shù)為6.80）和酒精廢液（COD值為1.63×104mg/L）。
取上述酒精廢液，用10Be的石灰乳液調(diào)節(jié)pH值至8.0，攪拌充分，靜置，固液分離，得到沉淀物（干重為0.012%）和酒精廢液清液（COD值為0.61×104mg/L）。回收沉淀物Ⅱ，酒精廢液清液進(jìn)一步脫色，并回收色素。
實(shí)施例4
取甘蔗蔗汁500ml，加入200目礬土100mg，300目高純度純白石英砂100mg，280目碳化硅50mg按酒精發(fā)酵操作規(guī)程進(jìn)行消毒、接種、搖瓶等操作，發(fā)酵50小時(shí)后結(jié)束發(fā)酵。向發(fā)酵液加入10%的氫氧化鈉溶液調(diào)pH值至7.5，攪拌充分，靜置，固液分離，得到沉淀物和清發(fā)酵液。回收沉淀物Ⅰ（干重為0.031%），清發(fā)酵液用于蒸餾酒精，得到酒精（酒度數(shù)為6.75）和酒精廢液（COD值為1.74×104mg/L）。礬土較白石英砂和碳化硅具有類似的作用效果以外，還具有提高發(fā)酵產(chǎn)物中營(yíng)養(yǎng)成分含量的效果。
取上述酒精廢液，用10Be的石灰乳液調(diào)節(jié)pH值至8.0，攪拌充分，靜置，固液分離，得到沉淀物（干重為0.011%）和酒精廢液清液（COD值為0.62×104mg/L）?；厥粘恋砦铫颍凭珡U液清液進(jìn)一步脫色，并回收色素。
以上各實(shí)施例中的沉淀物干重均為除去超細(xì)顆粒重量后的沉淀物干重占沉淀物和清發(fā)酵液總質(zhì)量的百分比。
上述說(shuō)明并非對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不限于上述舉例。本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)，作出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。