一種以廚余垃圾為原料同步糖化發(fā)酵制備燃料乙醇的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種以廚余垃圾為原料同步糖化發(fā)酵制備燃料乙醇的方法，屬于生物質(zhì)能領(lǐng)域，包括以下步驟，S1將廚余垃圾加水混合均勻，用堿處理預(yù)混液，然后洗滌抽濾得到經(jīng)過堿預(yù)處理的原料；S2將所述經(jīng)過堿預(yù)處理的原料在酸性條件下蒸煮，得到經(jīng)過酸預(yù)處理的原料；S3向所述經(jīng)過酸預(yù)處理的原料中加入糖化酶和釀酒酵母，同步糖化發(fā)酵后蒸餾，得到燃料乙醇。本發(fā)明提供的制備方法可大規(guī)模拓展燃料乙醇的原料資源量、降低燃料乙醇的生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率，能夠帶來諸多良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說明】
-種從廚余垃圾為原料同步糖化發(fā)酵制備燃料乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及生物質(zhì)能領(lǐng)域，特別設(shè)及一種W廚余垃圾為原料同步糖化發(fā)酵制備燃 料乙醇的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著世界人口的增加和各國工業(yè)化程度的提高，能源和環(huán)境問題已成為全球關(guān)注 的焦點(diǎn)。石油、煤炭和天然氣等化石能源物質(zhì)逐漸枯竭，為保護(hù)環(huán)境和實(shí)現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展 的目標(biāo)，從可再生資源特別是木質(zhì)生物質(zhì)生產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品已成為許多國家的重要發(fā) 展戰(zhàn)略和科學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。生物質(zhì)能是可再生的清潔能源，利用生物質(zhì)為原料水解并 發(fā)酵制取燃料乙醇等化工產(chǎn)品正日益受到廣泛關(guān)注。
[0003] 采用含糖和淀粉等的農(nóng)作物發(fā)酵制取乙醇的技術(shù)已日趨成熟，并廣泛應(yīng)用。然而， 隨著世界人口增長，糧食供應(yīng)緊張，W糧食作物為原料制備燃料乙醇的方法不可能大規(guī)模 展開，因此采用木質(zhì)纖維為原料，通過生物質(zhì)水解制取燃料乙醇具有重要意義。在生活中， 廚余垃圾是困擾人們的污染源之一，廚余垃圾是指剩飯、剩菜、蔬菜的根葉、瓜果的皮核、廢 棄的動物組織等，其成分主要是糖類、脂肪、蛋白質(zhì)、鹽分、水等，營養(yǎng)豐富。長期W來，廚余 垃圾在我國一直作為生豬的飼料，并通過市場自行尋找出路，運(yùn)種處理方式存在很多問題： 一、垃圾含水率高，流動性大，容易泄露，造成二次污染。二、垃圾車影響城市日常交通并污 染環(huán)境。Ξ、垃圾未經(jīng)任何處理，喂出豬的衛(wèi)生情況令人擔(dān)憂，容易導(dǎo)致口蹄疫等疾病的產(chǎn) 生。隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們的居家飲食W及去飯店消 費(fèi)的數(shù)量和質(zhì)量也明顯的提高，餐廚垃圾的數(shù)量必將繼續(xù)攀升。由于餐廚垃圾含有豐富的 淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)等物質(zhì)，對其進(jìn)行合理的利用，不僅可W減少對環(huán)境的污染，而且可W 變廢為寶，對其進(jìn)行資源化利用，還利于環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。
[0004] 傳統(tǒng)的生產(chǎn)燃料乙醇的方法都是先糖化后發(fā)酵，增加了高濃度糖底物對酵母菌的 抑制作用，因而發(fā)酵效率和乙醇產(chǎn)率均較低、產(chǎn)品成本高；同時(shí)操作復(fù)雜、發(fā)酵周期長，能耗 高、生產(chǎn)效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，提供一種W廚余垃圾為原料同步 糖化發(fā)酵制備燃料乙醇的方法，通過W廚余垃圾替代傳統(tǒng)糧食作物作為原料，可實(shí)現(xiàn)對廚 余垃圾高值化利用，也有助于降低燃料乙醇生產(chǎn)成本，同步糖化發(fā)酵工藝在降低工藝能耗 的同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了 W下技術(shù)方案；
[0007] -種W廚余垃圾為原料同步糖化發(fā)酵制備燃料乙醇的方法，其特征在于，包括W 下步驟：
[000引S1將廚余垃圾加水混合均勻，用堿處理預(yù)混液，然后洗涂抽濾得到經(jīng)過堿預(yù)處理 的原料；
[0009] S2將所述經(jīng)過堿預(yù)處理的原料在酸性條件下蒸煮，得到經(jīng)過酸預(yù)處理的原料；
[0010] S3向所述經(jīng)過酸預(yù)處理的原料中加入糖化酶和釀酒酵母，同步糖化發(fā)酵后蒸饋， 得到燃料乙醇。
[0011] 本發(fā)明的發(fā)明思路為，首先用堿對廚余垃圾進(jìn)行預(yù)處理，由于廚余垃圾中除去纖 維素原料外還含有相當(dāng)量的油脂，而堿預(yù)處理步驟可W使油脂皂化成高級脂肪酸鹽和甘 油，從而避免了油脂對乙醇發(fā)酵反應(yīng)的抑制作用，同時(shí)堿預(yù)處理還能除去纖維素原料中的 大部分乙酷基;隨后對預(yù)混液進(jìn)行離屯、洗涂和抽濾操作除去廚余垃圾皂化后產(chǎn)物和仍殘留 的顆粒雜質(zhì);對經(jīng)堿預(yù)處理的原料在酸性條件下進(jìn)行蒸煮可W在一定程度上降低廚余垃圾 組成中淀粉和粗纖維的聚合度，同時(shí)增加纖維素原料對纖維素酶反應(yīng)的敏感性，提高其酶 水解的轉(zhuǎn)化率；同步糖化發(fā)酵工藝保證廚余垃圾中淀粉和纖維素原料在酶水解成還原糖 后，還原糖在釀酒酵母的作用下繼續(xù)發(fā)酵成乙醇，兩步反應(yīng)均在一個(gè)容器中進(jìn)行。隨后通過 后續(xù)的蒸饋和脫水操作得到體積濃度達(dá)到99.5% W上的燃料乙醇。
[0012] 進(jìn)一步地，上述步驟S1中堿處理的步驟包括在PH值為9-12的條件下于50-70°C將 預(yù)混液攬拌1-化。
[0013] 進(jìn)一步地，上述步驟S1中洗涂步驟包括將經(jīng)堿處理的預(yù)混液在離屯、轉(zhuǎn)速為4000- 600化pm的離屯、機(jī)中洗涂至中性。
[0014] 進(jìn)一步地，上述步驟S2包括將經(jīng)過堿預(yù)處理的原料在PH值為3-4的條件下于120- 150°C 蒸煮 20-40min。
[001引進(jìn)一步地，上述步驟S3中所述同步糖化發(fā)酵包括在PH值為4-6的條件下于30-40°C 發(fā)酵3-5天。
[0016] 進(jìn)一步地，上述糖化酶的加入量為l-40FPU/g。
[0017] 進(jìn)一步地，上述釀酒酵母的加入量為廚余垃圾重量的0.1-0.8%。
[0018] 進(jìn)一步地，上述步驟S3中還包括蒸饋后將蒸氣經(jīng)分子篩樹脂或膜萃取的方式除去 水分的處理。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：
[0020] 1、本發(fā)明提供的W廚余垃圾為原料同步糖化發(fā)酵制備燃料乙醇的方法，可被用W 實(shí)現(xiàn)對廚余垃圾高效、高值化利用，及同比降低燃料乙醇生產(chǎn)成本。
[0021] 2、本發(fā)明提供的W廚余垃圾為原料同步糖化發(fā)酵制備燃料乙醇的方法，其中的同 步糖化發(fā)酵工藝替代傳統(tǒng)的先糖化后發(fā)酵的工藝，操作便捷、能耗低，是一種經(jīng)濟(jì)、綠色、節(jié) 能工藝，符合國家"節(jié)能、減排"發(fā)展要求。
[0022] 3、本發(fā)明提供的一種W廚余垃圾為原料制備燃料乙醇的方法，通過采用堿預(yù)處理 步驟，W皂化反應(yīng)方式除去廚余垃圾中的油脂組分，避免了其對后續(xù)乙醇發(fā)酵的抑制作用， 同時(shí)后續(xù)對廚余垃圾的纖維素原料進(jìn)行適度酸預(yù)水解處理，降低了廚余垃圾纖維素聚合 度，提高了其反應(yīng)活性，相比現(xiàn)有技術(shù)解決了廚余垃圾纖維素原料酶水解轉(zhuǎn)化率低的問題， 并提高了最終乙醇的產(chǎn)率，采用本技術(shù)可極大拓寬現(xiàn)有燃料乙醇制備技術(shù)應(yīng)用范圍。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合試驗(yàn)例及【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解 為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于W下的實(shí)施例，凡基于本
【發(fā)明內(nèi)容】
所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本 發(fā)明的范圍。
[0024] 實(shí)施例1
[0025] 一種W廚余垃圾為原料同步糖化發(fā)酵制備燃料乙醇的方法，包括W下步驟:S1首 先，將廚余垃圾和水按1:5重量比混合均勻，在PH值為10的條件下于60°C將預(yù)混液攬拌化， 然后在離屯、轉(zhuǎn)速為5000rpm的離屯、機(jī)中將預(yù)混液洗涂至中性、抽濾后得到經(jīng)堿預(yù)處理的原 料;S2稱取400g經(jīng)堿預(yù)處理的原料，在PH值為4的條件下于140°C蒸煮30min，得到經(jīng)酸預(yù)處 理的原料;S3將經(jīng)酸預(yù)處理的原料在PH值為4的條件下于38°C加入20FPU/g的曲霉屬真菌和 4g釀酒酵母，糖化發(fā)酵4天，然后進(jìn)行蒸饋，脫水，收集其中的燃料乙醇。
[00%] 實(shí)施例2
[0027] -種W廚余垃圾為原料同步糖化發(fā)酵制備燃料乙醇的方法，包括W下步驟:S1首 先，將廚余垃圾和水按1:5重量比混合均勻，在PH值為9的條件下于50°C將預(yù)混液攬拌化，然 后在離屯、轉(zhuǎn)速為4000rpm的離屯、機(jī)中將預(yù)混液洗涂至中性、抽濾后得到經(jīng)堿預(yù)處理的原料； S2稱取500g經(jīng)堿預(yù)處理的原料，在PH值為3的條件下于120°C蒸煮20min，得到經(jīng)酸預(yù)處理的 原料;S3將經(jīng)酸預(yù)處理的原料在PH值為5的條件下于35°C加入lOFPU/g的曲霉屬真菌和4.3g 釀酒酵母，糖化發(fā)酵5天后得到發(fā)酵產(chǎn)物，然后進(jìn)行蒸饋，脫水，收集其中的燃料乙醇。
[0028] 實(shí)施例3
[0029] -種W廚余垃圾為原料同步糖化發(fā)酵制備燃料乙醇的方法，包括W下步驟:S1首 先，將廚余垃圾和水按1:5重量比混合均勻，在PH值為12的條件下于70°C將預(yù)混液攬拌化， 然后在離屯、轉(zhuǎn)速為4500rpm的離屯、機(jī)中將預(yù)混液洗涂至中性、抽濾后得到經(jīng)堿預(yù)處理的原 料;S2稱取450g經(jīng)堿預(yù)處理的原料，在PH值為3.5的條件下于150°(：蒸煮25111111，得到經(jīng)酸預(yù) 處理的原料;S3將經(jīng)酸預(yù)處理的原料在PH值為5的條件下于33°C加入lOFPU/g的曲霉屬真菌 和5.6g釀酒酵母，糖化發(fā)酵4天后得到發(fā)酵產(chǎn)物，然后進(jìn)行蒸饋，脫水，收集其中的燃料乙 醇。
[0030] 對比例1
[0031] -種由廚余垃圾制備燃料乙醇的方法，包括W下步驟:S1首先，將廚余垃圾和水按 1:5重量比混合均勻，然后在離屯、轉(zhuǎn)速為5000巧m的離屯、機(jī)中將預(yù)混液洗涂、抽濾后得到初 始原料;S2稱取400g初始原料，在PH值為4的條件下于140°C蒸煮30min，得到經(jīng)酸預(yù)處理的 原料;S3將經(jīng)酸預(yù)處理的原料在PH值為4的條件下于70°C用20FPU/g的曲霉屬真菌水解化， 得到還原性糖。S4將所述還原糖和30g釀酒酵母混合均勻，進(jìn)行前發(fā)酵，控制溫度為32°C，時(shí) 間為lOh;進(jìn)入主發(fā)酵期，此時(shí)將發(fā)酵溫度控制為38°C，發(fā)酵時(shí)間為12h;進(jìn)入后發(fā)酵期，再將 溫度調(diào)至34Γ，維持6化后得到發(fā)酵產(chǎn)物，然后進(jìn)行蒸饋，脫水，收集其中的燃料乙醇。
[0032] 對比例2
[0033] -種由廚余垃圾制備燃料乙醇的方法，包括W下步驟:S1首先，將廚余垃圾和水按 1:5重量比混合均勻，在PH值為10的條件下于60°C將預(yù)混液攬拌化，然后在離屯、轉(zhuǎn)速為 500化pm的離屯、機(jī)中將預(yù)混液洗涂至中性、抽濾后得到經(jīng)堿預(yù)處理的原料;S2稱取400g經(jīng)堿 預(yù)處理的原料，于140°C蒸煮30min，得到蒸煮后的原料;S3將經(jīng)蒸煮處理的原料在PH值為4 的條件下于70°C用20FPU/g的曲霉屬真菌水解化，得到還原性糖。S4將所述還原糖和30g釀 酒酵母混合均勻，進(jìn)行前發(fā)酵，控制溫度為32°C，時(shí)間為lOh;進(jìn)入主發(fā)酵期，此時(shí)將發(fā)酵溫 度控制為38°C，發(fā)酵時(shí)間為12h;進(jìn)入后發(fā)酵期，再將溫度調(diào)至34°C，維持65h后得到發(fā)酵產(chǎn) 物，然后進(jìn)行蒸饋，脫水，收集其中的燃料乙醇。
[0034] 對實(shí)施例1-3及對比例1-2制備工藝中燃料乙醇的產(chǎn)率、還原糖的轉(zhuǎn)化率和水解速 率進(jìn)行對比，結(jié)果如下表一所示可知，其中對比例1的制備工序中省略了堿預(yù)處理的操作， 對比例2的制備工藝中省略了酸預(yù)處理的操作，同時(shí)2個(gè)對比例采用了先糖化后發(fā)酵的工 藝，可W看出，省略了堿預(yù)處理和酸預(yù)處理的制備工藝中，其燃料乙醇的產(chǎn)率和還原糖的轉(zhuǎn) 化率均低于本發(fā)明實(shí)施例的效果，同時(shí)其酶水解的速率也較低。
[0035] 表一
[0036]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種以廚余垃圾為原料同步糖化發(fā)酵制備燃料乙醇的方法，其特征在于，包括以下 步驟： S1將廚余垃圾加水混合均勻，用堿處理預(yù)混液，然后洗滌抽濾得到經(jīng)過堿預(yù)處理的原 料； S2將所述經(jīng)過堿預(yù)處理的原料在酸性條件下蒸煮，得到經(jīng)過酸預(yù)處理的原料； S3向所述經(jīng)過酸預(yù)處理的原料中加入糖化酶和釀酒酵母，同步糖化發(fā)酵后蒸餾，得到 燃料乙醇。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S1中堿處理的步驟包括在PH 值為9-12的條件下于50-70 °C將預(yù)混液攪拌1 _3h。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S1中洗滌步驟包括將經(jīng)堿處 理的預(yù)混液在離心轉(zhuǎn)速為4000-6000rpm的離心機(jī)中洗滌至中性。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S2包括將所述經(jīng)過堿預(yù)處理 的原料在PH值為3-4的條件下于120-150°C蒸煮20-40min。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中所述同步糖化發(fā)酵包括 在PH值為4-6的條件下于30-40 °C發(fā)酵3-5天。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述糖化酶的加入量為l-40FRJ/g。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述釀酒酵母的加入量為廚余垃圾重 量的 0.1-0.8%。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中還包括蒸餾后將蒸氣經(jīng) 分子篩樹脂或膜萃取的方式除去水分的處理。
【文檔編號】C12R1/865GK106011180SQ201610626058
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月2日
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】四川力久云智知識產(chǎn)權(quán)運(yùn)營有限公司