專利名稱：利用香/芭蕉根部球莖干粉制備乙醇的制作方法
利用香/芭蕉根部球莖干粉制備乙醇
發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是利用香/芭蕉根部球莖干粉制備乙醇，屬食品工業(yè)、精細化工和生物質(zhì)能源領(lǐng)域。
發(fā)明技術(shù)背景
能源是當今世界發(fā)展面臨的三大問題之一。隨著化石能源日趨枯竭，開發(fā)新能源已成為各國競相發(fā)展的戰(zhàn)略決策。開發(fā)利用生物質(zhì)能源是新能源的重要內(nèi)涵，燃料乙醇則是生物質(zhì)能源的重要組成部分。
我國人多地少，糧食供給處于緊平衡狀態(tài)，沒有富余的糧食用于生產(chǎn)乙醇，發(fā)展燃料乙醇產(chǎn)業(yè)必須堅持不與人畜爭糧食，走非糧型燃料乙醇的道路。充分利用非糧型高糖植物資源，開發(fā)燃料乙醇產(chǎn)業(yè)，這對我國燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展及可持續(xù)發(fā)展，至關(guān)重要。種植燃料乙醇原料所需的土地，必須堅持不與糧食爭土地、不與現(xiàn)有重點產(chǎn)業(yè)爭土地的原則。大規(guī)模發(fā)展燃料乙醇產(chǎn)業(yè)，存在土地資源緊缺的問題。充分利用現(xiàn)有高糖作物資源，以現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)規(guī)模為基礎(chǔ)，在不另占用土地的前提下，通過綜合利用，解決燃料乙醇原料問題，是發(fā)展燃料乙醇產(chǎn)業(yè)規(guī)模比較現(xiàn)實的選擇。
香/芭蕉是生物量巨大的水果植物，其莖稈總產(chǎn)量可達40噸/畝，其中鮮假莖稈達25噸/畝，鮮根部球莖達15/畝噸，經(jīng)切片曬干或烘干，香/芭蕉根部球莖干物質(zhì)可達 1. 4噸/畝。香/芭蕉根部球莖干物質(zhì)富含果膠、淀粉類、雜多糖、半纖維素等，經(jīng)水解后，其水解液中含有葡萄糖、甘露糖、果糖和其它五碳糖等，干基總還原糖含量高達63%，是制備乙醇的理想原料。海南全省種植香/芭蕉70多萬畝/年，約有1050萬噸/年香/芭蕉根部球莖廢棄物，可產(chǎn)生鮮根部球莖干物質(zhì)98萬噸/年。利用香/芭蕉根部球莖干粉制備乙醇，1噸原料可產(chǎn)乙醇220kg，可產(chǎn)乙醇21. 56萬噸/年，乙醇價格以0. 6萬元/噸計，將新增產(chǎn)值12. 94億元/年。充分利用香/芭蕉根部球莖制備乙醇，可在不另占有土地的前提下，較大規(guī)模地發(fā)展香/芭蕉種植業(yè)和燃料乙醇產(chǎn)業(yè)，可實現(xiàn)廢物利用，為香/芭蕉重復(fù)種植根除病源病害，大幅度增加農(nóng)民收入，提高經(jīng)濟效益，促進海南省國際旅游島經(jīng)濟建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是利用香/芭蕉根部球莖干粉制備乙醇，其工藝過程如下
1、香/芭蕉根部球莖切片、曬干或烘干、粉碎
新采收的香/芭蕉根部球莖含水量高，游離還原糖含量極低，淀粉類和雜多糖含量也很低，含有抑制酒精酵母生長的成分，不能直接發(fā)酵制備乙醇。原料脫水干燥是制備乙醇的第一道工序。干燥的作用一是減少原料的運輸和貯存成本，二是原料脫水后，有效成分能充分富集，利于后續(xù)工序進行，提高燃料乙醇的產(chǎn)率。其操作方法是將香/芭蕉根部球莖投入多功能切片機切成厚5 8mm的薄片，置于烈日下曝曬至干或用隧道式烘干機烘干。切片的作用是增大原料的表面積，使水分能迅速蒸發(fā)，縮短干燥時間。將香/芭蕉根部球莖干片投入粉碎機，粉碎至80 100目，得含水量8% 12%的香/芭蕉根部球莖干粉，備用。
2、香/芭蕉根部球莖干粉中多糖的水解
香/芭蕉根部球莖中多糖的水解有酶水解法、酶和酸兩步水解法、酸水解法，現(xiàn)分述如下
(1)酶水解法稱取一定量的香/芭蕉根部球莖干粉，配成一定濃度的粉漿，加入高溫α -淀粉酶，恒溫水解一定時間，使香/芭蕉根部球莖中的多糖水解轉(zhuǎn)化為低聚糖，再加入糖化酶，恒溫水解，便得到含有葡萄糖和麥芽糖的糖化液，糖化液可直接接種發(fā)酵制備乙醇。酶法水解，條件溫和，水解速度慢，時間長，水解條件易于控制。但該法只能使香/芭蕉根部球莖中淀粉類多糖水解，其它雜多糖卻不能水解，水解液中酵母可利用的糖含量低， 乙醇產(chǎn)率低。
(2)酶和酸兩步水解法即先用高溫α -淀粉酶和糖化酶將香/芭蕉根部球莖中淀粉類多糖水解為麥芽糖和葡萄糖，再加入適量的無機酸使麥芽糖和其它雜多糖等水解轉(zhuǎn)化為葡萄糖、甘露糖、果糖和其它五碳糖。所用的酸有鹽酸或硫酸。該法能使麥芽糖和其它雜多糖(除纖維素外)等全部水解轉(zhuǎn)化為葡萄糖、甘露糖、果糖和其它五碳糖等，水解液中酵母可發(fā)酵糖的含量高。但是，因酶水解生成的低聚糖和其它雜多糖長時間在酸性條件下加熱將發(fā)生分解，并有糠醛類物質(zhì)生成，水解液色澤加深，不利于酵母生長，該法水解工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長。
(3)酸水解法該法是直接加入一定量的無機酸于香/芭蕉根部球莖干粉中，升溫水解。所用的酸是鹽酸或硫酸。酸催化水解能使香/芭蕉根部球莖中的淀粉類和非淀粉類雜多糖一并水解，轉(zhuǎn)化為葡萄糖、甘露糖、果糖和其它五碳糖。用鹽酸催化水解，去渣后的水解液用堿中和，水解液中含有大量的Cl—，不利于酵母生長；用催化水解，水解液中雖存在大量S042-，但用固體碳酸鈣或用石灰中和時，將生成微溶的CaSO4而幾乎被除去，殘留微量的Ca2+是酵母生長必需的營養(yǎng)物，對酵母的生長有利；若水解時所用的硫酸濃度很低， 可直接用氨水中和，生成的硫酸銨是酵母生長必需的養(yǎng)料，水解液無需再加入硫酸銨即可接種發(fā)酵。硫酸濃度是影響香/芭蕉根部球莖多糖水解的重要因素。本發(fā)明中香/芭蕉根部球莖中多糖的水解程度以水解液中總還原糖含量為考核指標。該法水解工藝簡單，水解時間短，操作方便，含糖量高。
本發(fā)明選用硫酸的濃度為0. 05 1. 4mol/L，水解溫度為100 150°C，水解時間為1 2h。水解溫度和水解時間隨硫酸濃度增大而減小，水解液中總還原糖濃度為22. 5 24. 0%。
3、中和
香/芭蕉根部球莖中的多糖經(jīng)酸水解后，泵入螺旋壓榨機壓榨擠出水解液，再將水解液泵入搪瓷反應(yīng)釜，攪拌中加入固體碳酸鈣或石灰中和，過濾除去沉淀的CaSO4，或?qū)D出的水解液直接用濃氨水中和至微酸性，水解液呈茶色透明，呈甜味，總還原糖含量 16. 3 18. 5° Bx0
4、酵母的活化
稱取一定量的蔗糖或淀粉糖，加入適量的水溶解，加熱至沸，然后冷卻至室溫。如采用蔗糖活化，則蔗糖濃度控制2 3% ；如采用淀粉糖活化，淀粉糖濃度控制5 6%，加入干酵母，活化時間1 池。
5、加入酵母活化液和營養(yǎng)鹽
將調(diào)節(jié)pH至定值的水解液，酵母活化液和適量的營養(yǎng)鹽液，泵入搪瓷反應(yīng)釜，攪拌混合均勻。營養(yǎng)鹽的量(以水解液的重量計)硫酸銨0. 1 0. 5 %，磷酸氫二鈉和磷酸氫二鈉0. 15 0. 6 %，硫酸鎂0. 1 1. 0 %，氯化鈣0. 1 0. 6 %。如水解液用固體碳酸鈣或石灰中和，去渣后的水解液不需加氯化鈣；如水解液用氨水中和，水解液不需加硫酸銨。 水解液呈茶色透明，味甜，總還原糖含量14. 5 16. 5% ° Bx。
6、接種發(fā)酵
將總還原糖含量為14 17° Bx的發(fā)酵液泵入已消毒殺菌的發(fā)酵罐或發(fā)酵池中， 在約30°C的溫度下發(fā)酵。接種所需的干酵母，約占發(fā)酵液總量3%。發(fā)酵20h后，定時檢測發(fā)酵液中總還原糖含量的變化，當發(fā)酵液中總還原糖含量降至0. 2% 0. 5%時，將發(fā)酵液泵入蒸餾器加熱蒸餾，收集餾出物即可得到30% 40%粗酒。再進一步精餾，可得到濃度彡95%的乙醇。1噸香/芭蕉根部球莖干粉可制得220kg 95%以上乙醇。
下面的實例將有助于描述和理解本發(fā)明
實例1
稱取一定量的香/芭蕉根部球莖，投入多功能切片機，切成厚0. 5 0. 8mm的薄片，在烈日下曝曬至干或用隧道式烘干機烘干至含水量< 12%，得香/芭蕉根部球莖干片。 將其投入錘片式高速粉碎機粉碎至80 100目。稱取1噸香/芭蕉根部球莖干粉于搪瓷反應(yīng)釜，加入5倍重量于原料重量0. 5mol/L的稀硫酸，攪拌、升溫至10(TC水解1. 5h,水解液總還原糖含量22. 5%。將水解液泵入螺桿壓榨機擠壓出水解液，將水解液泵入搪瓷反應(yīng)釜，攪拌中用固體碳酸鈣或石灰中和，過濾棄去CaSO4，水解液呈茶色透明，味甜，總糖含量 16. 3° Bx0
將水解液泵入搪瓷反應(yīng)釜，分別加入經(jīng)蔗糖或淀粉糖活化的酵母液，營養(yǎng)鹽液， 營養(yǎng)鹽的量(以水解液的重量計)硫酸銨0.2%，磷酸氫鈉和磷酸二氫鈉0.5%，硫酸鎂0. 1%，攪拌充分混合，混合液還原糖含量約14. 5° Bx。。將待發(fā)酵的混合液泵入已滅菌和消毒的發(fā)酵罐或發(fā)酵池，以約30°C的溫度發(fā)酵。接種用的干酵母的量為水解液總量的 3%。接種發(fā)酵20h后，定時檢測發(fā)酵液中總還原糖的量，當檢測發(fā)酵液中總還原糖的量降至0. 2 0. 5%時，將其泵入蒸餾器蒸餾，收集餾出物可得到30% 40%粗酒，再進一步精餾，可得到濃度彡95%的乙醇。1噸香/芭蕉根部球莖可產(chǎn)220kg 95%以上的乙醇。
例 2
稱取一定量的香/芭蕉根部球莖，投入多功能切片機，切成厚0. 5 0. 8mm的薄片，在烈日下曝曬至干或用隧道式烘干機烘干至含水量< 12%，得香/芭蕉根部球莖干片。 將其投入錘片式高速粉碎機粉碎至80 100目。稱取1噸香/芭蕉根部球莖干粉于搪瓷反應(yīng)釜，加入5倍重量于原料重量0. 08mol/L的稀硫酸，攪拌、升溫至145°C水解1.證，水解液總還原糖含量22. 3%。將水解液泵入螺桿壓榨機擠壓出水解液，將水解液泵入搪瓷反應(yīng)釜，攪拌中用濃氨水中和，水解液呈茶色透明，味甜，總糖含量16.8° Bx。
將水解液泵入搪瓷反應(yīng)釜，分別加入經(jīng)蔗糖或淀粉糖活化的酵母液，營養(yǎng)鹽液，營養(yǎng)鹽的量(以水解液的重量計)硫酸銨0.2%，磷酸氫鈉和磷酸二氫鈉0.5%，硫酸鎂 0. 1%，攪拌充分混合，混合液還原糖含量約15. 6° Bx0將待發(fā)酵的混合液泵入已滅菌和消毒的發(fā)酵罐或發(fā)酵池，以約30°C的溫度發(fā)酵。接種用的干酵母的量為水解液總量的3%。接種發(fā)酵20h后，定時檢測發(fā)酵液中總還原糖的量，當檢測發(fā)酵液中總還原糖的量降至0. 2 0.5%時，將其泵入蒸餾器蒸餾，收集餾出物可得到30% 40%粗酒，再進一步精餾，可得到濃度彡95%的乙醇。1噸香/芭蕉根部球莖可產(chǎn)220kg 95%的乙醇。
權(quán)利要求
1.利用香/芭蕉根部球莖干粉制備乙醇包括以下幾個步驟(1)新鮮香/芭蕉根部球莖干粉，加入5倍量于原料重量0.05 1. 40mol/L的稀硫酸， 在100 150°C的溫度下水解1 2h糖化；(2)將香/芭蕉根部球莖酸水解物，泵入螺桿壓榨機壓榨擠出水解液，再用固體碳酸鈣或石灰中和，或直接用濃氨水中和至微酸性或中性，得到茶色透明甜味的水解液；(3)將水解液，活化的酵母液和適量的營養(yǎng)鹽液混合，泵入已消毒殺菌的發(fā)酵罐或發(fā)酵池，在約30°C的溫度下發(fā)酵；(4)將發(fā)酵成熟的醪液泵入蒸餾器，加熱蒸餾，收集餾出物得到30% 40%的粗酒，將粗酒進一步精餾，可得到95%以上的乙醇。
全文摘要
香/芭蕉根部球莖切片、曬干或烘干、粉碎，加酸升溫水解，泵入螺旋壓榨機壓榨擠出水解液，中和至微酸性或近中性，直接接種發(fā)酵，蒸餾，可得到30％～40％的粗酒。再進一步精餾可得到95％以上的乙醇。
文檔編號C12P7/06GK102533873SQ201110008780
公開日2012年7月4日 申請日期2011年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月3日
發(fā)明者陳偉, 黃偉, 黃廣民 申請人:陳偉, 黃偉, 黃廣民