一種利用香瓜藤制備乙醇的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用香瓜藤制備乙醇的方法，屬于生物質(zhì)能源技術(shù)領(lǐng)域，所述乙醇是經(jīng)過香瓜藤干燥、粉碎、預(yù)處理、水解、發(fā)酵等步驟制得的。本發(fā)明可避免微生物酶發(fā)酵制糖工藝的不確定性，降低了技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)；本發(fā)明糖轉(zhuǎn)化率高，產(chǎn)生的殘?jiān)可?，是綠色環(huán)保型工藝；本發(fā)明的水解溫度較低，能源消耗少，有利于相關(guān)技術(shù)的推廣和應(yīng)用。
【專利說明】
一種利用香瓜藤制備乙醇的方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用香瓜藤制備乙醇的方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 隨著人口的增長(zhǎng)，糧食、能源與環(huán)境是人類面臨的最主要挑戰(zhàn)。以纖維素原料生產(chǎn) 可再生清潔能源日益受到廣泛關(guān)注，而以農(nóng)作物廢棄物為原料生產(chǎn)燃料乙醇被認(rèn)為是最有 發(fā)展前景的產(chǎn)業(yè)。香瓜在我國(guó)種植面積很廣，每年在收獲果實(shí)的同時(shí)也產(chǎn)生大量的香瓜藤。 香瓜藤中蛋白質(zhì)含量低但碳水化合物含量高，個(gè)別品種碳水化合物含量高達(dá)干物質(zhì)的81%， 因而是生產(chǎn)生物質(zhì)能的優(yōu)質(zhì)原料。國(guó)內(nèi)外對(duì)藤蔓轉(zhuǎn)化燃料乙醇的研究已起步，但與玉米秸 桿作原料相比，目前乙醇產(chǎn)率還比較低，瓶頸在于藤蔓降解成可發(fā)酵糖的技術(shù)還不理想。因 此，發(fā)明藤蔓的高效降解工藝對(duì)藤蔓的綜合開發(fā)及木質(zhì)纖維素的能源化利用均具有極高的 經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。
[0004] 利用木質(zhì)纖維材料制取生物乙醇對(duì)緩解能源危機(jī)與環(huán)境惡化有重要的意義(生物 質(zhì)化學(xué)工程，2012,46(3)，39-44)。但在酶水解過程中，由于部分纖維素酶和半纖維素酶不 可逆的以無效吸附的方式吸附在底物特別是木質(zhì)素表面會(huì)導(dǎo)致酶活性的損失，此外纖維素 本身的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和半纖維素結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性也是導(dǎo)致水解效率低的重要因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種利用香瓜藤制備乙醇的方法，以解決香瓜藤 降解成可發(fā)酵糖不完全導(dǎo)致乙醇得率低等問題。本發(fā)明可避免微生物酶發(fā)酵制糖工藝的不 確定性，降低了技術(shù)風(fēng)險(xiǎn);本發(fā)明糖轉(zhuǎn)化率高，產(chǎn)生的殘?jiān)可?，是綠色環(huán)保型工藝;本發(fā)明 的水解溫度較低，能源消耗少，有利于相關(guān)技術(shù)的推廣和應(yīng)用。
[0006] 為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案： 一種利用香瓜藤制備乙醇的方法，包括以下步驟： S1:采用食鹽水漂洗香瓜藤2-3h，漂洗后將香瓜藤放在溫度為95-103°C下烘干至含水 量< 11 %，制得干香瓜藤； S2:將步驟S1制得的干香瓜藤粉碎，過篩子，制得香瓜藤顆粒； S3:將步驟S2制得的香瓜藤顆粒放入微波反應(yīng)器中，加入溶液A混合均勻，加熱至63-66 °C，在攪拌轉(zhuǎn)速為200-300r/min下預(yù)處理0.7-0.9h，接著冷卻至室溫后過濾，制得預(yù)處理的 香瓜藤顆粒，預(yù)處理能將香瓜藤的纖維素、木質(zhì)素等天然高分子相互解離，有利于下一步的 水解;所述溶液A為丁酮、乙醇、磷鎢酸銨鹽的混合液，所述丁酮的質(zhì)量濃度為8%-10%，所述 乙醇的質(zhì)量濃度為60%_80%，所述磷鎢酸銨鹽的質(zhì)量濃度為6%-8%，所述丁酮溶液、乙醇溶 液、磷鎢酸銨鹽溶液的體積比為10-20:12-25:1-2,所述香瓜藤顆粒與溶液A的料液比為1: 10-14g/mL;磷鎢酸銨鹽與丁酮、乙醇混用可使木質(zhì)素的分離有增效作用； S4:將步驟S3制得的預(yù)處理的香瓜藤顆粒放入超聲波反應(yīng)器中，加入溶液B混合均勻， 調(diào)節(jié)口!1為1.5-1.8，加熱至73-78°(：，在攪拌轉(zhuǎn)速為300-40(^/1^11下處理1-1.611，接著冷卻至 室溫后過濾，制得糖液;所述溶液B為碳基磺酸鈉、硫酸的混合液，所述碳基磺酸鈉的質(zhì)量濃 度為5%-7%，所述硫酸的質(zhì)量濃度為4%-6%，所述碳基磺酸鈉溶液、硫酸溶液的體積比為6-10:5-8，所述預(yù)處理的香瓜藤顆粒與溶液B的料液比為1:5-8g/mL; S5:將步驟S4制得的糖液接入酵母菌，添加尿素、綠豆粉、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣， 控制溫度為26-28Γ下發(fā)酵，經(jīng)脫水制得乙醇;所述酵母菌質(zhì)量為糖液質(zhì)量的9%-11%，所述 尿素、綠豆粉、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣質(zhì)量分別為糖液質(zhì)量的0.18%-0.22%、0.02%_ 0·04%、0·16%-0·21%、0·08%-0·12%、0·14%-0·16%。
[0007] 進(jìn)一步地，步驟S1中所述食鹽水的濃度為10%-15%。
[0008] 進(jìn)一步地，步驟S2中所述篩子的目數(shù)為120-200。
[0009]進(jìn)一步地，步驟S3中所述香瓜藤顆粒在微波反應(yīng)器中預(yù)處理的溫度為66°C，轉(zhuǎn)速 為 300r/min，時(shí)間為0.7h。
[00?0] 進(jìn)一步地，步驟S3中所述香瓜藤顆粒與溶液A的料液比為1:12g/mL。
[0011] 進(jìn)一步地，步驟S4中所述預(yù)處理的香瓜藤顆粒在超聲波反應(yīng)器處理的pH為1.6,溫 度為78°C，轉(zhuǎn)速為400r/min，時(shí)間為lh。
[0012] 進(jìn)一步地，步驟S4中所述預(yù)處理的香瓜藤顆粒與溶液B的料液比為1:7g/mL。
[0013] 進(jìn)一步地，步驟S5中所述酵母菌質(zhì)量為糖液質(zhì)量的10%，所述尿素、綠豆粉、磷酸二 氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣質(zhì)量分別為糖液質(zhì)量的〇. 2%、0.03%、0.2%、0.1 %、0.15%。
[0014] 本發(fā)明具有以下有益效果： (1) 本發(fā)明制備乙醇成本低，原材料來源廣； (2) 本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，投入少，適合大規(guī)模的推廣和應(yīng)用； (3) 可避免微生物酶發(fā)酵制糖工藝的不確定性，降低了技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)； (4) 糖轉(zhuǎn)化率高，產(chǎn)生的殘?jiān)可?，是綠色環(huán)保型工藝； (5) 水解溫度較低，能源消耗少，有利于相關(guān)技術(shù)的推廣和應(yīng)用； (6) 本發(fā)的方法制得的糖得率為92.21%-93.76%，乙醇得率為85.67%-86.89%，乙醇純度 為99.52%-99.64%，可見采用本發(fā)明的方法可高產(chǎn)乙醇。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 為便于更好地理解本發(fā)明，通過以下實(shí)施例加以說明，這些實(shí)施例屬于本發(fā)明的 保護(hù)范圍，但不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0016] 在實(shí)施例中，所述利用香瓜藤制備乙醇的方法，包括以下步驟： S1:米用濃度為10%_15%的食鹽水漂洗香瓜藤2_3h，漂洗后將香瓜藤放在溫度為95-103 °c下烘干至含水量< 11%，制得干香瓜藤； S2:將步驟S1制得的干香瓜藤粉碎，過120-200目篩子，制得香瓜藤顆粒； S3:將步驟S2制得的香瓜藤顆粒放入微波反應(yīng)器中，加入溶液A混合均勻，加熱至63-66 °C，在攪拌轉(zhuǎn)速為200-300r/min下預(yù)處理0.7-0.9h，接著冷卻至室溫后過濾，制得預(yù)處理的 香瓜藤顆粒；所述溶液A為丁酮、乙醇、磷鎢酸銨鹽的混合液，所述丁酮的質(zhì)量濃度為8%-10%，所述乙醇的質(zhì)量濃度為60%-80%，所述磷鎢酸銨鹽的質(zhì)量濃度為6%-8%，所述丁酮溶液、 乙醇溶液、磷鎢酸銨鹽溶液的體積比為10-20:12-25 :1-2，所述香瓜藤顆粒與溶液A的料液 比為 1:10-14g/mL; S4:將步驟S3制得的預(yù)處理的香瓜藤顆粒放入超聲波反應(yīng)器中，加入溶液B混合均勻， 調(diào)節(jié)口!1為1.5-1.8，加熱至73-78°(：，在攪拌轉(zhuǎn)速為300-40(^/1^11下處理1-1.611，接著冷卻至 室溫后過濾，制得糖液;所述溶液B為碳基磺酸鈉、硫酸的混合液，所述碳基磺酸鈉的質(zhì)量濃 度為5%-7%，所述硫酸的質(zhì)量濃度為4%-6%，所述碳基磺酸鈉溶液、硫酸溶液的體積比為6-10:5-8，所述預(yù)處理的香瓜藤顆粒與溶液B的料液比為1:5-8g/mL; S5:將步驟S4制得的糖液接入酵母菌，添加尿素、綠豆粉、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣， 控制溫度為26-28Γ下發(fā)酵，經(jīng)脫水制得乙醇;所述酵母菌質(zhì)量為糖液質(zhì)量的9%-11%，所述 尿素、綠豆粉、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣質(zhì)量分別為糖液質(zhì)量的0.18%-0.22%、0.02%_ 0·04%、0·16%-0·21%、0·08%-0·12%、0·14%-0·16%。
[0017] 下面通過更具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。
[0018] 實(shí)施例1 一種利用香瓜藤制備乙醇的方法，包括以下步驟： S1:采用濃度為12%的食鹽水漂洗香瓜藤2.5h，漂洗后將香瓜藤放在溫度為95-103 °C下 烘干至含水量< 11%，制得干香瓜藤； S2:將步驟S1制得的干香瓜藤粉碎，過150目篩子，制得香瓜藤顆粒； S3:將步驟S2制得的香瓜藤顆粒放入微波反應(yīng)器中，加入溶液A混合均勻，加熱至65°C， 在攪拌轉(zhuǎn)速為300r/min下預(yù)處理0.8h，接著冷卻至室溫后過濾，制得預(yù)處理的香瓜藤顆粒； 所述溶液A為丁酮、乙醇、磷鎢酸銨鹽的混合液，所述丁酮的質(zhì)量濃度為9%，所述乙醇的質(zhì)量 濃度為70%，所述磷鎢酸銨鹽的質(zhì)量濃度為7%，所述丁酮溶液、乙醇溶液、磷鎢酸銨鹽溶液的 體積比為15:18:1，所述香瓜藤顆粒與溶液A的料液比為1:12g/mL; S4:將步驟S3制得的預(yù)處理的香瓜藤顆粒放入超聲波反應(yīng)器中，加入溶液B混合均勻， 調(diào)節(jié)pH為1.6，加熱至75°C，在攪拌轉(zhuǎn)速為400r/min下處理1.4h，接著冷卻至室溫后過濾，制 得糖液;所述溶液B為碳基磺酸鈉、硫酸的混合液，所述碳基磺酸鈉的質(zhì)量濃度為6%，所述硫 酸的質(zhì)量濃度為5%，所述碳基磺酸鈉溶液、硫酸溶液的體積比為8:6,所述預(yù)處理的香瓜藤 顆粒與溶液B的料液比為1: 7g/mL; S5:將步驟S4制得的糖液接入酵母菌，添加尿素、綠豆粉、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣， 控制溫度為27°C下發(fā)酵，經(jīng)脫水制得乙醇;所述酵母菌質(zhì)量為糖液質(zhì)量的10%，所述尿素、綠 豆粉、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣質(zhì)量分別為糖液質(zhì)量的〇. 2%、0.03%、0.2%、0.1%、0.15%。
[0019] 實(shí)施例2 一種利用香瓜藤制備乙醇的方法，包括以下步驟： S1:采用濃度為10%的食鹽水漂洗香瓜藤3h，漂洗后將香瓜藤放在溫度為95-103°C下烘 干至含水量< 11%，制得干香瓜藤； S2:將步驟S1制得的干香瓜藤粉碎，過120目篩子，制得香瓜藤顆粒； S3:將步驟S2制得的香瓜藤顆粒放入微波反應(yīng)器中，加入溶液A混合均勻，加熱至63°C， 在攪拌轉(zhuǎn)速為200r/min下預(yù)處理0.9h，接著冷卻至室溫后過濾，制得預(yù)處理的香瓜藤顆粒； 所述溶液A為丁酮、乙醇、磷鎢酸銨鹽的混合液，所述丁酮的質(zhì)量濃度為8%，所述乙醇的質(zhì)量 濃度為60%，所述磷鎢酸銨鹽的質(zhì)量濃度為6%，所述丁酮溶液、乙醇溶液、磷鎢酸銨鹽溶液的 體積比為10:12:1，所述香瓜藤顆粒與溶液A的料液比為1:10g/mL; S4:將步驟S3制得的預(yù)處理的香瓜藤顆粒放入超聲波反應(yīng)器中，加入溶液B混合均勻， 調(diào)節(jié)pH為1.5，加熱至73°C，在攪拌轉(zhuǎn)速為300r/min下處理1.6h，接著冷卻至室溫后過濾，制 得糖液;所述溶液B為碳基磺酸鈉、硫酸的混合液，所述碳基磺酸鈉的質(zhì)量濃度為5%，所述硫 酸的質(zhì)量濃度為4%，所述碳基磺酸鈉溶液、硫酸溶液的體積比為6: 5,所述預(yù)處理的香瓜藤 顆粒與溶液B的料液比為1: 5g/mL; S5:將步驟S4制得的糖液接入酵母菌，添加尿素、綠豆粉、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣， 控制溫度為26°C下發(fā)酵，經(jīng)脫水制得乙醇;所述酵母菌質(zhì)量為糖液質(zhì)量的9%，所述尿素、綠 豆粉、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣質(zhì)量分別為糖液質(zhì)量的〇 . 18 %、0.0 2 %、0.16 %、0.0 8 %、 0.14%〇
[0020] 實(shí)施例3 一種利用香瓜藤制備乙醇的方法，包括以下步驟： S1:采用濃度為15%的食鹽水漂洗香瓜藤2h，漂洗后將香瓜藤放在溫度為95-103 °C下烘 干至含水量< 11%，制得干香瓜藤； S2:將步驟S1制得的干香瓜藤粉碎，過200目篩子，制得香瓜藤顆粒； S3:將步驟S2制得的香瓜藤顆粒放入微波反應(yīng)器中，加入溶液A混合均勻，加熱至66°C， 在攪拌轉(zhuǎn)速為300r/min下預(yù)處理0.7h，接著冷卻至室溫后過濾，制得預(yù)處理的香瓜藤顆粒； 所述溶液A為丁酮、乙醇、磷鎢酸銨鹽的混合液，所述丁酮的質(zhì)量濃度為10%，所述乙醇的質(zhì) 量濃度為80%，所述磷鎢酸銨鹽的質(zhì)量濃度為8%，所述丁酮溶液、乙醇溶液、磷鎢酸銨鹽溶液 的體積比為20:25:2，所述香瓜藤顆粒與溶液A的料液比為1:14g/mL; S4:將步驟S3制得的預(yù)處理的香瓜藤顆粒放入超聲波反應(yīng)器中，加入溶液B混合均勻， 調(diào)節(jié)pH為1.8,加熱至78°C，在攪拌轉(zhuǎn)速為400r/min下處理lh，接著冷卻至室溫后過濾，制得 糖液;所述溶液B為碳基磺酸鈉、硫酸的混合液，所述碳基磺酸鈉的質(zhì)量濃度為7%，所述硫酸 的質(zhì)量濃度為6%，所述碳基磺酸鈉溶液、硫酸溶液的體積比為10:8,所述預(yù)處理的香瓜藤顆 粒與溶液B的料液比為1: 8g/mL; S5:將步驟S4制得的糖液接入酵母菌，添加尿素、綠豆粉、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣， 控制溫度為28°C下發(fā)酵，經(jīng)脫水制得乙醇;所述酵母菌質(zhì)量為糖液質(zhì)量的11%，所述尿素、綠 豆粉、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣質(zhì)量分別為糖液質(zhì)量的〇 . 22%、0.04%、0.21%、0.12%、 0.16%〇
[0021] 取出適量實(shí)施例1-3的糖液煮沸、滅活，并適度稀釋，用DNS比色定糖法測(cè)定發(fā)酵糖 含量，并計(jì)算糖得率;同時(shí)檢測(cè)實(shí)施例1-3的方法制備乙醇得率和純度，結(jié)果如下表所示：
由上表可知，由本發(fā)明實(shí)施例1-3的方法制得的糖得率為92.21%-93.76%，乙醇得率為 85.67%-86.89%，乙醇純度為99.52%-99.64%，說明了糖轉(zhuǎn)化率高，采用本發(fā)明的方法可高產(chǎn) 乙醇。
[0022] 以上內(nèi)容不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明，對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換， 都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定的專利保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種利用香瓜藤制備乙醇的方法，其特征在于，包括以下步驟： S1:采用食鹽水漂洗香瓜藤2-3h，漂洗后將香瓜藤放在溫度為95-103°C下烘干至含水 量< 11 %，制得干香瓜藤； S2:將步驟S1制得的干香瓜藤粉碎，過篩子，制得香瓜藤顆粒； S3:將步驟S2制得的香瓜藤顆粒放入微波反應(yīng)器中，加入溶液A混合均勻，加熱至63-66 °C，在攪拌轉(zhuǎn)速為200-300r/min下預(yù)處理0.7-0.9h，接著冷卻至室溫后過濾，制得預(yù)處理的 香瓜藤顆粒；所述溶液A為丁酮、乙醇、磷鎢酸銨鹽的混合液，所述丁酮的質(zhì)量濃度為8%-10%，所述乙醇的質(zhì)量濃度為60%-80%，所述磷鎢酸銨鹽的質(zhì)量濃度為6%-8%，所述丁酮溶液、 乙醇溶液、磷鎢酸銨鹽溶液的體積比為10-20:12-25 :1-2，所述香瓜藤顆粒與溶液A的料液 比為 1:10-14g/mL; S4:將步驟S3制得的預(yù)處理的香瓜藤顆粒放入超聲波反應(yīng)器中，加入溶液B混合均勻， 調(diào)節(jié)口!1為1.5-1.8，加熱至73-78°(：，在攪拌轉(zhuǎn)速為300-40(^/1^11下處理1-1.611，接著冷卻至 室溫后過濾，制得糖液;所述溶液B為碳基磺酸鈉、硫酸的混合液，所述碳基磺酸鈉的質(zhì)量濃 度為5%-7%，所述硫酸的質(zhì)量濃度為4%-6%，所述碳基磺酸鈉溶液、硫酸溶液的體積比為6-10:5-8，所述預(yù)處理的香瓜藤顆粒與溶液B的料液比為1:5-8g/mL; S5:將步驟S4制得的糖液接入酵母菌，添加尿素、綠豆粉、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣， 控制溫度為26-28Γ下發(fā)酵，經(jīng)脫水制得乙醇;所述酵母菌質(zhì)量為糖液質(zhì)量的9%-11%，所述 尿素、綠豆粉、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣質(zhì)量分別為糖液質(zhì)量的0.18%-0.22%、0.02%_ 0·04%、0·16%-0·21%、0·08%-0·12%、0·14%-0·16%。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用香瓜藤制備乙醇的方法，其特征在于，步驟S1中所述食鹽 水的濃度為1〇%_15%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用香瓜藤制備乙醇的方法，其特征在于，步驟S2中所述篩子 的目數(shù)為120-200。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用香瓜藤制備乙醇的方法，其特征在于，步驟S3中所述香瓜 藤顆粒在微波反應(yīng)器中預(yù)處理的溫度為66°C，轉(zhuǎn)速為300r/min，時(shí)間為0.7h。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用香瓜藤制備乙醇的方法，其特征在于，步驟S3中所述香瓜 藤顆粒與溶液A的料液比為1:12g/mL。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用香瓜藤制備乙醇的方法，其特征在于，步驟S4中所述預(yù)處 理的香瓜藤顆粒在超聲波反應(yīng)器處理的pH為1.8,溫度為78°C，轉(zhuǎn)速為400r/min，時(shí)間為lh。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用香瓜藤制備乙醇的方法，其特征在于，步驟S4中所述預(yù)處 理的香瓜藤顆粒與溶液B的料液比為1: 7g/mL。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用香瓜藤制備乙醇的方法，其特征在于，步驟S5中所述酵母 菌質(zhì)量為糖液質(zhì)量的10%，所述尿素、綠豆粉、磷酸二氫鈉、硝酸鎂、硫酸鈣質(zhì)量分別為糖液 質(zhì)量的0 · 2%、0 · 03%、0 · 2%、0 · 1%、0 · 15%。
【文檔編號(hào)】C12P7/10GK105936918SQ201610544915
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年7月12日
【發(fā)明人】覃央央
【申請(qǐng)人】廣西南寧榮威德新能源科技有限公司