專利名稱：汽爆紅薯直接發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)資源的利用領(lǐng)域，特別涉及一種汽爆紅薯直接發(fā)酵生產(chǎn)燃 料乙醇的方法。
背景技術(shù)：
隨著油價(jià)高漲，改變現(xiàn)有的以石化、煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)，使新能源成為清 潔高效的替代選擇，已成為世界投資熱點(diǎn)，其中燃料乙醇的快速發(fā)展，在替代汽油供應(yīng)方面起到越來越大的作用。預(yù)計(jì)未來10年內(nèi)，全球燃料乙醇年消費(fèi)量將 達(dá)到160億至180億加侖。目前，美國(guó)、加拿大、巴西等一些國(guó)家紛紛通過相關(guān) 規(guī)定，要求今后逐步增加在汽油中燃料乙醇的數(shù)量。中國(guó)已成為繼巴西、美國(guó)之 后的第三大生物燃料乙醇生產(chǎn)國(guó)，產(chǎn)能和應(yīng)用范圍都在不斷擴(kuò)大。當(dāng)前我國(guó)的燃料乙醇發(fā)酵生產(chǎn)主要以玉米、稻谷、小麥等糧食作物為原料， "十五"期間我國(guó)也在北方地區(qū)建設(shè)了一定規(guī)模的以玉米為原料的燃料乙醇示范 項(xiàng)目。但是我國(guó)人多地少，耕地資源緊缺，糧食生產(chǎn)壓力巨大，單一以糧食(主 要是玉米與戰(zhàn)備陳化糧大米)為原料的燃料乙醇發(fā)展空間受到極大的限制，難以 長(zhǎng)久支撐我國(guó)燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，由此可見，我國(guó)大力發(fā)展燃料乙醇就必 須尋找更豐富的可再生資源——生物資源作為燃料乙醇的生產(chǎn)原料。綜合我國(guó)的 國(guó)情和生物資源狀況考慮和分析，一個(gè)可行的方案是有選擇地在一些不適宜種植 高產(chǎn)糧食作物的地區(qū)，因地制宜，通過發(fā)展高產(chǎn)、高淀粉、耐旱、耐貧瘠、代糧 的含淀粉或含糖作物作為燃料乙醇的生產(chǎn)原料。如在我國(guó)廣泛種植、畝產(chǎn)量大、 淀粉含量高的紅薯，是很有潛力的生產(chǎn)燃料乙醇的原料。用來發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的淀粉類原料一般要經(jīng)過高溫或低溫蒸煮、糊化、液化， 再進(jìn)行糖化等步驟，最后才能進(jìn)行乙醇發(fā)酵，其中原料的蒸煮所耗能量占乙醇生 產(chǎn)能耗的30-40%。近年來發(fā)展起來的木材制漿方面的蒸汽爆破處理技術(shù)(簡(jiǎn)稱汽爆技術(shù))是使用一定壓力的水蒸汽、空氣等介質(zhì)，蒸煮一定的時(shí)間，再突然減壓噴放時(shí)，產(chǎn)生 二次蒸汽，體積猛增，受機(jī)械力的作用，將固體物料的結(jié)構(gòu)破壞。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種汽爆紅薯直接發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的方法，該方法將 汽爆技術(shù)應(yīng)用于紅薯預(yù)處理，采用低壓蒸汽爆破處理后的紅薯可直接發(fā)酵生產(chǎn)乙 醇，解決了紅薯淀粉發(fā)酵乙醇前需要消耗大量能量用于紅薯粉碎和淀粉的蒸煮、 液化的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的汽爆紅薯直接發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的方法，其工藝過程主要是將紅薯在蒸汽壓力0.5 0.8MPa的條件下蒸汽爆破處理2 4min;汽爆后 的紅薯加入糖化酶，在55 6(TC保溫糖化20 60min;糖化后物料冷卻至30 35'C，紫外滅菌15 20min。在無菌條件下，加入硫酸銨、磷酸二氫鉀和活 化后的酵母，在30 35。C條件下發(fā)酵4S 60h，蒸餾收集發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇。所述的糖化酶的加入量為每1克紅薯加入120-200U糖化酶； 所述硫酸銨的加入量為每100克紅薯加入0.1 0.15g硫酸銨；所述磷酸二氫鉀的加入量為每100克紅薯加入0.1 0.2g磷酸二氫鉀；所述酵母的加入量為；每100克紅薯加入0.10 0.30g活性干酵母；本發(fā)明以紅薯作為發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的淀粉質(zhì)原料，針對(duì)淀粉質(zhì)原料發(fā)酵乙醇蒸 煮、液化等預(yù)處理高能耗的缺點(diǎn)，采用蒸汽爆破技術(shù)對(duì)紅薯進(jìn)行預(yù)處理，具有如下的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)1、 本發(fā)明采用2 4min的短時(shí)間的蒸汽爆破技術(shù)對(duì)紅薯進(jìn)行預(yù)處理，省去 了淀粉質(zhì)原料的長(zhǎng)達(dá)30 120min的蒸煮過程，降低了發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的能耗，縮 短生產(chǎn)的周期。2、 本發(fā)明采用蒸汽爆破技術(shù)對(duì)紅薯進(jìn)行預(yù)處理，蒸汽爆破的熱機(jī)械化學(xué)作 用，使植物組織的細(xì)胞壁破裂，使紅薯淀粉糊化率提高，有利于糖化過程的進(jìn)行。3、 本發(fā)明將蒸汽爆破處理的紅薯進(jìn)行糖化后直接發(fā)酵，不需要另外添加水， 使發(fā)酵醪中水分含量大大降低，在提高發(fā)酵醪中乙醇含量的同時(shí)，降低了蒸餾的能耗，并且減少了后續(xù)廢水的處理過程，降低生產(chǎn)成本的同時(shí)為發(fā)酵渣的二次利 用提供條件，有利于紅薯的綜合利用。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。實(shí)施例l:取紅薯500g，切成小段，投入汽爆罐中，在蒸汽壓力0.5MPa下 處理2.5分鐘；在處理后的料中，按照每克汽爆料加入IOOU糖化酶的比例加入 糖化酶，在6(TC水浴保溫糖化40min后，冷卻至30。C,紫外滅菌20min。在無 菌條件下，加入0.1%硫酸銨、0.1%磷酸二氫鉀以及0.10%活化后的酵母、之后 在30。C條件下發(fā)酵60h，蒸餾收集乙醇，酒精度為8.89%。實(shí)施例2:取紅薯500g，切成小段，投入汽爆罐中，在蒸汽壓力0.6MPa下 處理2.5分鐘；在處理后的料中，按照每克汽爆料加入120U糖化酶的比例加入 糖化酶，在55。C水浴保溫糖化60min后，冷卻至32。C，紫外滅菌15min。在無 菌條件下，加入0.15%硫酸銨、0.1%磷酸二氫鉀以及0.25%活化后的酵母、之后 在32匸條件下發(fā)酵54h，蒸餾收集乙醇，酒精度為9.27%。.實(shí)施例3:取紅薯500g，切成小段，投入汽爆罐中，在蒸汽壓力0.7MPa下 處理2.5分鐘；在處理后的料中，按照每克汽爆料加入150U糖化酶的比例加入 糖化酶，在58t:水浴保溫糖化40min后，冷卻至35'C，紫外滅菌18min。在無 菌條件下，加入0.15%硫酸銨、0.15%磷酸二氫鉀以及6.0%活化后的酵母、之后 在35。C條件下發(fā)酵48h，蒸餾收集乙醇蒸餾收集乙醇，酒精度為12.47%。實(shí)施例4:取紅薯500g，切成小段，投入汽爆罐中，在蒸汽壓力0.8MPa下 處理2.5分鐘；在處理后的料中，按照每克汽爆料加入150U糖化酶的比例加入 糖化酶，在6(TC水浴保溫糖化50min后，冷卻至34。C左右，紫外滅菌20min。 在無菌條件下，加入0.15%硫酸銨、0.15%磷酸二氫鉀以及0.25%活化后的酵母、 之后在34。C條件下發(fā)酵60h，蒸餾收集乙醇蒸餾收集乙醇，酒精度為10.84%。實(shí)施例5:取紅薯500g，切成小段，投入汽爆罐中，在蒸汽壓力0.7MPa下 處理3.0分鐘；在處理后的料中，按照每克汽爆料加入120U糖化酶的比例加入 糖化酶，在57'C水浴保溫糖化30min后，冷卻至35"C，紫外滅菌15min。在無 菌條件下，加入0.1%硫酸銨、0.1%磷酸二氫鉀以及0.20%活化后的酵母、之后 在35'C條件下發(fā)酵60h，蒸餾收集乙醇蒸餾收集乙醇，酒精度為12.08%實(shí)施例6:取紅薯500g，切成小段，投入汽爆罐中，在蒸汽壓力0.7MPa下 處理4.0分鐘；在處理后的料中，按照每克汽爆料加入120U糖化酶的比例加入 糖化酶，在58'C水浴保溫糖化20min后，冷卻至35'C，紫外滅菌18min。在無 菌條件下，加入0.15%硫酸銨、0.1%磷酸二氫鉀以及0.15%活化后的酵母、之后 在35。C條件下發(fā)酵60h，蒸餾收集乙醇蒸餾收集乙醇，酒精度為11.72%。
權(quán)利要求
1. 一種汽爆紅薯直接發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的方法，其特征在于將紅薯清洗后切成小段，投入汽爆罐中在蒸汽壓力0.5～0.8MPa的條件下蒸汽爆破處理2～4min；汽爆后的紅薯按每克汽爆紅薯加入120～200U的比例加入糖化酶，在55～60℃保溫糖化20～60min；糖化后物料冷卻至30～35℃，紫外滅菌15～20min，在無菌條件下，加入硫酸銨、磷酸二氫鉀和活化后的酵母，在30～35℃條件下發(fā)酵48～60h，蒸餾收集發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于蒸汽爆破處理是在蒸汽壓力 0.5 0.8MP a的條件下蒸汽爆破處理2 4min。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于硫酸銨的加入量為每100克紅 薯加入0.1 0.15g硫酸銨。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于磷酸二氫鉀的加入量為每100 克紅薯加入0.1 0.2g磷酸二氫鉀。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于酵母的加入量為每100克紅薯 加入0.10 0.30g活性干酵母。
全文摘要
一種汽爆紅薯直接發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的方法，主要工藝過程是將紅薯在蒸汽壓力0.5～0.8MPa的條件下蒸汽爆破處理2～4min；汽爆處理的紅薯加入糖化酶糖化后，同時(shí)加入硫酸銨、磷酸二氫鉀和活化后的酵母發(fā)酵，蒸餾收集發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇。本發(fā)明采用蒸汽爆破技術(shù)對(duì)紅薯進(jìn)行維壓時(shí)間為2～4min，壓力為0.5～0.8MPa的短時(shí)間、低壓力汽爆預(yù)處理，省去了淀粉質(zhì)原料的長(zhǎng)達(dá)30～120min的蒸煮過程，降低了發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的能耗；將蒸汽爆破處理的紅薯糖化后直接發(fā)酵得到成品乙醇，工藝路線簡(jiǎn)單，能耗低，生產(chǎn)效率高，有利于紅薯的高值化利用。
文檔編號(hào)C12P7/06GK101245356SQ200810102980
公開日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者付小果, 汪衛(wèi)東, 陳洪章 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所;湖南省強(qiáng)生藥業(yè)有限公司