一種提高由木質纖維素類中藥渣制備乙醇的產量的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提高由木質纖維素類中藥渣制備乙醇的產量的方法，屬于生物質廢棄物資源化利用技術領域。
【背景技術】
[0002]中藥渣是中藥制備過程中所產生的廢棄物，是一種典型的工業(yè)生物質，通常是經過煎煮、發(fā)酵等工業(yè)生產后的廢棄物，屬于一種形態(tài)復雜、含水率較高生物質。據不完全統(tǒng)計，目前中國有近1600家中藥企業(yè)，每年排放中藥渣約為0.13億噸，具有產量大、排放集中等典型特點，初始含水率一般在70%以上，且相互粘結、難以篩選、易變質、難降解。對于中藥渣的處理傳統(tǒng)方法為焚燒、填埋和固定區(qū)域堆放等，這不僅資金投入大、環(huán)境污染嚴重且造成極大資源浪費，因此中藥渣的妥善處理成為中藥行業(yè)面臨的重大難題。
[0003]CN201310135514公開了一種由淀粉類中藥渣制備乙醇的方法，該方法利用α -淀粉酶和糖化酶水解中藥渣中淀粉類物質使其轉化為乙醇，可以獲得較為理想的乙醇產量。但是中藥渣除含部分淀粉類物質，其大部分組分為木質纖維素類物質，探尋如何提高由木質纖維素類中藥渣制備乙醇的產量對中藥渣的資源化利用意義重大。
[0004]木質纖維素是植物類藥渣中含量最多的部分，其主要成分是纖維素、木質素和半纖維素。在植物組織中木質素與半纖維素以共價鍵形式結合，并將纖維素分子包埋其中，使其很難被降解利用。因此，對木質纖維素進行預處理并提高纖維素酶對纖維素的可及性是提高中藥渣乙醇得率的技術關鍵。
[0005]目前，在木質纖維素類藥渣預處理后的綜合利用方面還存在原料轉化率低的問題。基于中藥渣的自身特性進行研發(fā)是合理利用木質纖維素類中藥渣的最佳方案。木質纖維素類中藥渣含碳源豐富，而氮含量和其他營養(yǎng)元素相對不足，如何能夠通過方法優(yōu)化藥渣中的營養(yǎng)組成，提高由木質纖維素類中藥渣制備乙醇的產量，具有重要意義。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種提高由木質纖維素類中藥渣制備乙醇的產量的方法，將中藥渣中的纖維素發(fā)酵轉化為乙醇。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術方案加以實現(xiàn)的，一種提高由木質纖維素類中藥渣制備乙醇的產量的方法，所述的木質纖維素類中藥渣包括:藤黃果和貫葉連翹。其特征在于其步驟為:
[0008](I)將中藥渣粉碎至目數(shù)為20?120目的粉末，將中藥渣在稀硫酸中于85?125°C下浸泡I?4h預處理，預處理結束后冷卻至室溫，按1g (干重)中藥渣用40?10mL的0.5%?3.0% (質量濃度)的稀硫酸溶液計；
[0009](2)控制固液比(中藥渣(干重)與水的質量比)在0.05?0.2范圍內，即1g中藥渣的總發(fā)酵體積為50?200mL ;向步驟(I)所得的中藥渣漿液中，按總發(fā)酵體積5?20g/L加入酵母膏或蛋白胨，或者按總發(fā)酵體積2?10g/L加入(NH4)#04或NH4Cl,再或者以氮含量豐富的生物質廢棄物代替，如按總發(fā)酵體積8?40g/L加入豆柏、酒糟、豆渣等；以及按總發(fā)酵體積0.5?5.0g/L加入KH2PO4;
[0010](3)調節(jié)步驟(2)所得漿液pH為4.5?5.5 ;
[0011](4)向步驟(3)所得的漿液中按照每克中藥渣(干重)50?200酶活力單位加入纖維素酶，按照每克中藥渣(干重)0.005-0.05g接入安琪酵母，混合均勻，在溫度為30?370C，轉速為O?200r/min下隔絕空氣發(fā)酵48?108h。
[0012]所述步驟(2)中總發(fā)酵體積的計算方法為所添加中藥渣的干重(單位:g)與固液比的比值，單位為mL。
[0013]進一步的，所述步驟(2)中氮含量豐富的生物質廢棄物代替酵母膏、蛋白胨等作為氮源，按氮元素含量為0.5?2.5g/L(按總發(fā)酵體積計)加入。
[0014]進一步的，所述步驟(4)中纖維素酶的酶活力定義為:^酶粉于50°0、?!14.8條件下，Imin水解底物(濾紙、CMC、脫脂棉或水楊素)產生I μ g葡萄糖的酶量，即為I個酶活力單位。
[0015]通過上述方法進行乙醇發(fā)酵可提高木質纖維素類中藥渣的乙醇得率，可使藥渣中的纖維素充分被利用得到產物乙醇。通過添加酵母膏等氮源物質和KH2PO4，可以提高乙醇的產量I?3倍。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點在于，提供的提高木質纖維素類中藥渣乙醇發(fā)酵產量的方法具有成本低、效率高的經濟效益和工藝綠色的環(huán)境效益。
【具體實施方式】
[0017]實施例1
[0018]1.將含水率為6.8%的藤黃果藥渣粉碎至目數(shù)為20?120目的粉末，稱取10.0g藤黃果藥渣，向藥渣中加入50mL 1%的稀硫酸溶液，用棉塞封口，于121°C環(huán)境下放置2h，然后冷卻至室溫；
[0019]2.控制固液比為1:15，按15g/L (按總發(fā)酵體積計)加入酵母膏，按1.5g/L(按總發(fā)酵體積計)加入KH2PO4,按5mg/L (按總發(fā)酵體積計)加入FeSO4.7H20 ；
[0020]3.調節(jié)漿液pH為5.0 ;
[0021]4.向上述漿液中按照每克藤黃果藥渣100酶活力單位加入纖維素酶，按照每克藤黃果藥渣0.02g接入安琪酵母，混合均勻，在37°C下隔絕空氣靜置發(fā)酵72h。獲得乙醇的產量為6.0g/L,即0.09g/g(干藥渣)。
[0022]對比試驗:
[0023]1.將含水率為6.8%的藤黃果藥渣粉碎至目數(shù)為20?120目的粉末，稱取10.0g藤黃果藥渣，向藥渣中加入50mL 1%的稀硫酸溶液，用棉塞封口，于121°C環(huán)境下放置2h，然后冷卻至室溫；
[0024]2.控制固液比為1:15，調節(jié)漿液pH為5.0 ;
[0025]3.向上述漿液中按照每克藤黃果藥渣100酶活力單位加入纖維素酶，按照每克藤黃果藥渣0.02g接入安琪酵母，混合均勻，在37°C下隔絕空氣靜置發(fā)酵72h。獲得乙醇的產量為1.9g/L，即0.03g/g(干藥渣)。
[0026]結果表明，通過添加酵母膏和1^#04等氮源和無機鹽物質可大大提高木質纖維素類中藥渣的乙醇發(fā)酵產量。
[0027]實施例2
[0028]1.將含水率為8.8%的貫葉連翹藥渣粉碎至目數(shù)為20?120目的粉末，稱取10.0g貫葉連翹藥渣，向藥渣中加入50mL 1%的稀硫酸溶液，用棉塞封口，于121°C環(huán)境下放置2h，然后冷卻至室溫；
[0029]2.控制固液比為1:15，按15g/L (按總發(fā)酵體積計)加入蛋白胨，按1.5g/L (按總發(fā)酵體積計)加入KH2PO4,按5mg/L (按總發(fā)酵體積計)加入FeSO4.7H20 ；
[0030]3.調節(jié)漿液pH為5.0 ;
[0031]4.向上述漿液中按照每克貫葉連翹藥渣100酶活力單位加入纖維素酶，按照每克貫葉連翹藥渣0.02g接入安琪酵母，混合均勻，在37°C下隔絕空氣靜置發(fā)酵72h。獲得乙醇的產量為2.6g/L，即0.04g/g(干藥渣)。
[0032]對比試驗:
[0033]1.將含水率為8.8%的貫葉連翹藥渣粉碎至目數(shù)為20?120目的粉末，稱取10.0g貫葉連翹藥渣，向藥渣中加入50mL 1%的稀硫酸溶液，用棉塞封口，于121°C環(huán)境下放置2h，然后冷卻至室溫；
[0034]2.控制固液比為1:15，調節(jié)漿液pH為5.0 ;
[0035]3.向上述漿液中按照每克貫葉連翹藥渣100酶活力單位加入纖維素酶，按照每克貫葉連翹藥渣0.02g接入安琪酵母，混合均勻，在37°C下隔絕空氣靜置發(fā)酵72h。獲得乙醇的產量為1.2g/L，即0.02g/g(干藥渣)。
[0036]結果表明，通過添加蛋白胨和1^#04等氮源和無機鹽物質可大大提高木質纖維素類中藥渣的乙醇發(fā)酵產量。
【主權項】
1.一種提高由木質纖維素類中藥渣制備乙醇的產量的方法，所述的木質纖維素類中藥渣包括:藤黃果和貫葉連翹，其中木質纖維素含量均高于50%，其特征在于，包括以下步驟: (1)將中藥渣粉碎至目數(shù)為20?120目的粉末，將中藥渣在稀硫酸中于85?125°C下浸泡I?4h預處理，預處理結束后冷卻至室溫，每1g干重中藥渣加入40?10ml的0.5%?3.0 %的稀硫酸溶液； (2)控制固液比在0.05?0.2范圍內，即1g干重中藥渣的總發(fā)酵體積為50?200mL，固液比是中藥渣與水的質量比；向步驟(I)所得的中藥渣漿液中加入酵母膏或蛋白胨和KH2PO4，酵母膏和蛋白胨按總發(fā)酵體積5?20g/L加入，KH2PO4按總發(fā)酵體積0.5?5.0g/L加入； (3)調節(jié)步驟(2)所得漿液pH為4.5?5.5 ; (4)向步驟(3)所得的漿液中按照每克干重中藥渣50?200酶活力單位加入纖維素酶，按照每克干重中藥渣0.005-0.05g接入安琪酵母，混合均勻，在溫度為30?37°C，轉速為O?200r/min下隔絕空氣發(fā)酵48?108h。
2.根據權利要求1所述的提高由木質纖維素類中藥渣制備乙醇的產量的方法，其特征在于:所述步驟(2)中的酵母膏或蛋白胨用(NH4)#04或NH4Cl類無機氮源替代，按總發(fā)酵體積計，(NH4)2SO4或NH4Cl加入量為2?10g/L。
3.根據權利要求1所述的提高由木質纖維素類中藥渣制備乙醇的產量的方法，其特征在于:所述步驟(2)中的酵母膏或蛋白胨用豆柏、酒糟或豆渣類氮含量豐富的生物質廢棄物替代，按總發(fā)酵體積計豆柏、酒糟或豆渣類氮含量豐富的生物質廢棄物按氮元素含量為0.5 ?2.5g/L 加入。
4.根據權利要求1所述的提高木質纖維素類中藥渣發(fā)酵乙醇產量的方法，其特征在于:所述步驟(4)中纖維素酶的酶活力定義為:lg酶粉于50°C、pH4.8條件下，Imin水解底物產生I μ g葡萄糖的酶量，即為I個酶活力單位，水解底物為濾紙、CMC、脫脂棉或水楊素。
【專利摘要】一種提高由木質纖維素類中藥渣制備乙醇的產量的方法。將中藥渣粉碎至目數(shù)為20～120，按10g中藥渣用40～100mL的0.5％～3.0％的稀硫酸溶液計，將中藥渣在稀硫酸中于85～125℃下進行1～4h預處理，冷卻；控制固液比為0.05～0.2；按總發(fā)酵體積5～20g/L加入酵母膏或蛋白胨，或者按總發(fā)酵體積2～10g/L加入(NH4)2SO4或NH4Cl類無機氮源，再或者按氮元素含量為0.5～2.5g/L加入氮含量豐富的生物質廢棄物；按總發(fā)酵體積0.5～5.0g/L加入KH2PO4；調節(jié)漿液pH為4.5～5.5；按照每克中藥渣50～200酶活力單位加入纖維素酶，按照每克中藥渣0.005-0.05g加入安琪酵母，混合均勻，在溫度為30～37℃，轉速為0～200r/min下隔絕空氣發(fā)酵48～108h。本發(fā)明方法進行乙醇發(fā)酵可提高木質纖維素類中藥渣的乙醇得率，可使其中的纖維素充分被利用得到產物乙醇。通過添加氮源物質和KH2PO4，可以提高乙醇的產量1～3倍。
【IPC分類】C12P7-10
【公開號】CN104630285
【申請?zhí)枴緾N201510056813
【發(fā)明人】馬鴻志, 張鳳英, 于淼, 汪群慧
【申請人】北京科技大學
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年2月4日