一種甜高粱制備燃料乙醇的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種甜高粱制備燃料乙醇的方法。該方法包括：（1）對甜高粱鮮桿進(jìn)行壓榨，實(shí)現(xiàn)汁、渣分離；（2）獲得的甜高粱糖汁進(jìn)行濃縮，制備成糖蜜；（3）獲得的甜高粱渣利用稀酸溶液浸泡后撈出晾干；（4）步驟（3）獲得的甜高粱渣進(jìn)行稀酸預(yù)處理或稀酸蒸汽爆破預(yù)處理；（5）預(yù)處理后的甜高粱渣加堿中和后，加入纖維素酶酶解，酶解體系的固含量為5wt%-35wt%，酶解完畢后獲得甜高粱渣酶解液；（6）將糖蜜按0-30wt%的比例加入到甜高粱渣酶解液中發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇；（7）對發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇進(jìn)行分離，獲得燃料乙醇產(chǎn)品。該方法可實(shí)現(xiàn)甜高粱渣的長期保存，實(shí)現(xiàn)汁、渣的有效利用，保證燃料乙醇的全年生產(chǎn)，具有高效、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種甜高粱制備燃料乙醇的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種甜高粱制備燃料乙醇的方法，具體的涉及一種利用甜高粱莖桿中纖維素水解糖和糖汁制備燃料乙醇的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料乙醇是一種新型清潔燃料，是可再生能源開發(fā)利用的重要方向。燃料乙醇可以用玉米、小麥等糧食作物和甘蔗、木薯、紅薯、高粱、甜菜等非糧作物通過生物發(fā)酵方式來生產(chǎn)，也可以利用植物纖維經(jīng)過預(yù)處理、無機(jī)酸或纖維素酶水解、再通過生物發(fā)酵方式生產(chǎn)。將一定比例的燃料乙醇摻混在普通汽油即調(diào)和成乙醇汽油，中國和美國車用乙醇汽油中乙醇含量為10 v%，巴西車用乙醇汽油中乙醇含量平均達(dá)22 v%。乙醇汽油可以有效改善油品的性能和質(zhì)量，降低一氧化碳、碳?xì)浠衔锏戎饕廴疚锏呐欧拧?br> [0003]我國在2001年4月宣布推廣車用乙醇汽油，批準(zhǔn)了吉林燃料乙醇有限責(zé)任公司、河南天冠燃料乙醇公司、安徽豐原生物化學(xué)股份有限公司和黑龍江華潤酒精有限公司(現(xiàn)中糧生化能源(肇東)有限公司)4家燃料乙醇試點(diǎn)企業(yè)，已在全國9個省市進(jìn)行了推廣。2005年底，我國成為世界第三大燃料乙醇生產(chǎn)國。2010年，我國燃料乙醇產(chǎn)量達(dá)到180萬噸，但多以玉米、小麥及大米等糧食作物為原料(除了廣西北海20萬噸/a木薯乙醇)。受糧食原料供應(yīng)等因素制約，國家生物能源產(chǎn)業(yè)政策轉(zhuǎn)向重點(diǎn)扶植非糧燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，2007年，國家發(fā)改委核準(zhǔn)批復(fù)了廣西中糧年產(chǎn)20萬噸木薯燃料乙醇示范工程。根據(jù)《“十一五”規(guī)劃綱要》，到2020年，我國燃料乙醇年利用量將達(dá)到1000萬噸，生產(chǎn)原料將以非糧作物為主。
[0004]我國人多地少，耕地資源緊缺，糧食供需處于緊平衡，以玉米、小麥為原料生產(chǎn)燃料乙醇將威脅到國家的糧食安全，影響糧食正常供應(yīng)，并導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格上漲等連鎖反應(yīng)，所以我國嚴(yán)格控制以糧食為原料的燃料乙醇新建和擴(kuò)能項(xiàng)目。2007年9月，國家發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)玉米深加工業(yè)健 康發(fā)展的指導(dǎo)意見》，指出“十一五”期間我國原則上不再核準(zhǔn)新建玉米深加工項(xiàng)目，要求各地立即停止備案玉米深加工項(xiàng)目，而且對在建、擬建項(xiàng)目進(jìn)行全面清理，對已備案尚未建的項(xiàng)目全面叫停，并大力鼓勵發(fā)展非糧食作物為原料開發(fā)燃料乙醇?？梢娙剂弦掖茧m然在我國具有良好的使用及推廣價(jià)值，但其發(fā)展趨勢應(yīng)立足于我國國情，做到不與人爭糧，不與糧爭地，走以非糧作物，如以甜高粱為原料的生產(chǎn)路線。
[0005]甜高粱是高粱的一個變種，起源于非洲，該作物耐澇、耐旱、耐鹽堿，適應(yīng)性極強(qiáng)，被稱為“作物中的駱駝”，是近年來人們比較關(guān)注的能源作物之一(聞鋒.我國甜高粱產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景探究.中國糖料，2010,02:75-76)。甜高粱是碳4植物，具有極高的光合速率，生物學(xué)產(chǎn)量極高，它不僅每公頃收獲1.5~6.0t的高粱籽，更重要的是每公頃可產(chǎn)45.0~67.5t富含糖分(含糖17wt%~21wt%)的莖桿。目前甜高粱制備燃料乙醇存在的主要問題是榨季過短，使得其加工期僅為2~3個月，有效生產(chǎn)時間短，造成投資過大。因此原料的有效儲存和加工期的延長問題亟待解決，而且加工酒精后要處理大量的殘?jiān)?，殘?jiān)幚硗度牒碗y度較高以及發(fā)酵工藝及裝備不完善，造成工效低，成本高，前期投資多。
[0006]CN200710304647.3提供了一種甜高粱制備乙醇的方法，該方法將經(jīng)過儲存的甜高粱進(jìn)行破碎、壓榨，直接對壓榨所得的甜高粱糖汁發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，其中甜高粱的儲存采用鮮桿平躺疊置堆放，并在鮮桿上噴涂殺菌劑溶液的方法。CN201010241725.1提供了一種發(fā)酵甜高粱莖桿濃縮汁液生產(chǎn)燃料乙醇的方法，濃縮的糖汁不用額外添加防腐劑既可以在貯罐中貯存，但是使用前需將已經(jīng)濃縮的糖蜜稀釋至所需的糖汁濃度。CN201010217263.X提供了一種利用甜高粱莖桿生產(chǎn)燃料乙醇的方法，將甜高粱莖桿進(jìn)行冷凍儲存后解凍，然后進(jìn)行壓榨提汁、濃縮處理后進(jìn)行預(yù)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵制備成燃料乙醇。CN200810072988.7提供了一種提高甜高粱綜合利用價(jià)值的方法，將甜高粱的莖桿汁、渣分離，并且出汁率控制在45wt%-65%并發(fā)酵貯藏，將渣進(jìn)行青貯或?qū)⑵に璺蛛x將皮渣烘干到水分含量< 20%，遺留在渣中一定的糖分作為飼料和微貯的營養(yǎng)成分加以利用，保證了渣的利用價(jià)值。CN200810057713.6提供了一種利用甜高粱莖桿生產(chǎn)乙醇的方法，該法將壓榨的莖桿汁液、甜高粱渣預(yù)處理漿液和酶解糖液混合后，將混合液進(jìn)行蒸煮濃縮，獲得糖濃度16wt%-24wt%的混合糖液，以保證發(fā)酵所需的糖濃度。
[0007]雖然以甜高粱為原料生產(chǎn)燃料乙醇已取得較大進(jìn)展，甜高粱的貯存可以采用新鮮甜高粱莖桿噴涂殺菌劑或/和防腐劑、新鮮莖桿冷凍貯藏、濃縮甜高粱汁液或即時發(fā)酵儲存發(fā)酵醪等方法，以緩解甜高粱鮮桿中糖分損失，實(shí)現(xiàn)全年生產(chǎn)。但是，加殺菌劑或/和防腐劑對后續(xù)發(fā)酵有抑制作用，而且對環(huán)境不利；露天冷凍貯存糖分損失大，易受天氣變化影響，很容易霉變，并且貯存新鮮甜高粱莖桿的占地面積大；即時發(fā)酵儲存發(fā)酵醪可操作性差；濃縮提高糖液滲透壓能耗高，后續(xù)發(fā)酵時還需稀釋造成能量浪費(fèi)，而且甜高粱渣的處理和利用沒有很好的解決，即造成資源浪費(fèi)，又帶來了環(huán)境問題。因此，想實(shí)現(xiàn)甜高粱綜合利用和全年生產(chǎn)燃料乙醇的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)在工程放大技術(shù)、產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性上還有一定的距離。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種甜高粱制備燃料乙醇的方法。該方法可實(shí)現(xiàn)甜高粱渣的長期保存，實(shí)現(xiàn)汁、渣的有效利用，保證燃料乙醇的全年生產(chǎn)，具有高效、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。
[0009]本發(fā)明甜高粱制備燃料乙醇的方法包括以下步驟:
(1)對甜高粱鮮桿進(jìn)行壓榨，實(shí)現(xiàn)汁、渣分離；
(2)獲得的甜高粱糖汁進(jìn)行濃縮，制備成糖蜜；
(3)獲得的甜高粱渣利用稀酸溶液浸泡后撈出晾干；
(4)步驟(3)獲得的甜高粱渣進(jìn)行稀酸預(yù)處理或稀酸蒸汽爆破預(yù)處理；
(5)預(yù)處理后的甜高粱渣加堿中和后，加入纖維素酶酶解，酶解體系的固含量為5wt%-35wt%,酶解完畢后獲得甜高粱渣酶解液；
(6)將糖蜜按0-30wt%的比例加入到甜高粱渣酶解液中發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇；
(7)對發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇進(jìn)行分離，獲得燃料乙醇產(chǎn)品。
[0010]本發(fā)明中，甜高粱榨汁前可去葉，也可不去葉直接壓榨，壓榨壓力為30_60MPa，出汁率為60wt%-85wt%，甜高粱汁液中糖含量為10wt%-20wt%，甜高粱渣中纖維素含量為30wt%-40wt%,半纖維素含量為 20wt%-30wt%。
[0011]本發(fā)明中，甜高粱糖汁需濃縮成糖濃度為40wt%-60wt%的糖蜜，以保證糖溶液滲透壓能夠抑制微生物生長，濃縮的方法可以是一切能夠?qū)μ侨芤簼饪s的設(shè)備，包括蒸發(fā)、多效蒸發(fā)或膜過濾等，優(yōu)選多效蒸發(fā)。濃縮制備的糖蜜不用額外添加防腐劑就可以長期保存，其中的糖分不會損失，避免因防腐劑而影響菌體后續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。濃縮的糖蜜可以用于乙醇發(fā)酵菌種子培養(yǎng)或活化，或者也可以直接用作乙醇發(fā)酵的原料生產(chǎn)燃料乙醇，但需要稀釋到糖濃度15wt%-25wt%，此濃度范圍不影響乙醇發(fā)酵菌種生長。
[0012]本發(fā)明中，將含水量為10wt%-50wt%的甜高粱渣置于2wt%-20wt%的稀酸溶液中浸泡0.5-24h，使稀酸中的氫離子充分滲透到甜高粱渣的水分中，然后把浸酸的甜高粱渣從稀酸中撈出，滴干水分，自然風(fēng)干到含水量為10wt%-30wt%，堆放保存。使用的稀酸可以是一切酸性化合物，優(yōu)選采用硫酸，浸酸的目的是防止新鮮甜高粱渣腐爛變質(zhì)，實(shí)現(xiàn)長期保存、隨用隨取，其中自由糖分不會損失，避免因防腐劑而影響菌體后續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇；同時浸酸步驟可作為下一步稀酸蒸汽爆破預(yù)處理的前處理步驟。甜高粱渣可用一切其它木質(zhì)纖維素原料替代，可以是一切含有纖維素的生物質(zhì)材料，包括木頭、玉米秸桿和稻草等。
[0013]本發(fā)明中，稀酸預(yù)處理的條件為酸濃度0.lwt%-5.0wt%,固含量5wt%_35wt%,溫度120-200°C，處理時間0.5-5.0h。蒸汽爆破預(yù)處理?xiàng)l件為溫度140_200°C，蒸煮時間3-10min，壓力0.5-0.9MPa。預(yù)處理是通過物理和化學(xué)的方法水解甜高粱渣中的半纖維素和部分木質(zhì)素，使甜高粱渣中被半纖維素和木質(zhì)素包裹的纖維素暴露出來，并變得相對松散，便于纖維素酶的吸附與酶解。蒸汽爆破預(yù)處理采用的設(shè)備可以是一切現(xiàn)有成型的連續(xù)蒸汽爆破裝置或批次蒸汽爆破裝置，也可以采用其它正在開發(fā)或?qū)黹_發(fā)出來的類似設(shè)備。預(yù)處理后獲得的甜高粱洛干基中含水5wt%_40wt%,木糖5wt%_20wt%,葡萄糖lwt%_10wt%,果糖 3wt%_5wt%,纖維素 25wt%_45wt%,半纖維素 0.5wt%_21wt%。
[0014]本發(fā)明中，預(yù)處理后的甜高粱渣加入堿性化合物，如NaOH、Ca(OH)2或氨水等，中和到pH為4.5-5.5。中和后的甜高粱渣與纖維素酶和水制備成酶解體系，甜高粱渣可在初始一次性加入，也可分批補(bǔ)料加入，甜高粱渣分批補(bǔ)料加入可降低初始體系的粘度，有利于反應(yīng)體系混和均勻。纖維素酶的加入量為5-50IU/g纖維素，酶解體系的固含量為5wt%-35wt%，酶解條件為:pH為4.5-5.5，溫度為45_55°C，攪拌速率為5_300rpm，酶解時間為24-120h。酶解反應(yīng)可在`立式攪拌罐或臥室攪拌反應(yīng)器中進(jìn)行，也可使用一切專門為木質(zhì)纖維原料酶解反應(yīng)設(shè)計(jì)的類似批次或連續(xù)酶解反應(yīng)裝置進(jìn)行反應(yīng)。
[0015]發(fā)酵過程最終的乙醇質(zhì)量濃度與底物裝載量直接有關(guān)，因此，為了得到高的乙醇質(zhì)量濃度，固含量應(yīng)該盡可能的高。但是，底物中的固含量過高，則會造成醪液粘度較高，需要的攪拌能耗過大。利用甜高粱渣酶解液發(fā)酵生成乙醇的過程中，酶解過程固含量越高，最終酶解產(chǎn)生葡萄糖濃度也越高，但是固含量增加會導(dǎo)致酶解的傳質(zhì)不均勻，造成酶解葡萄糖得率降低，影響原料中纖維素的利用。本發(fā)明酶解體系中固含量超過35wt%時，已經(jīng)嚴(yán)重影響酶解反應(yīng)的傳質(zhì)，如果直接利用甜高粱渣酶解液發(fā)酵生成乙醇，由于酶解體系的固含量限制，酶解液中糖濃度(葡萄糖和木糖)最大僅14wt%，理論乙醇產(chǎn)量僅7v%，后續(xù)乙醇分離能耗會偏高。本發(fā)明優(yōu)選酶解體系的固含量為5wt%-20wt%，雖然酶解產(chǎn)生的葡萄糖會降低，但是酶解反應(yīng)體系傳質(zhì)好，葡萄糖得率會增加。
[0016]本發(fā)明中，甜高粱渣酶解液為酶解后的固液混合液，或者為酶解混合液固液分離后獲得的酶解糖溶液，優(yōu)選酶解后不經(jīng)過固液分離直接加入糖蜜，進(jìn)行帶渣發(fā)酵。有如下優(yōu)點(diǎn):(1)經(jīng)過酶解后的甜高粱渣可能要有部分纖維素和半纖維素殘留在不可溶性固體中，留在后續(xù)發(fā)酵體系中可在發(fā)酵過程中繼續(xù)水解，實(shí)現(xiàn)同步糖化發(fā)酵；(2)固液分離過程中廢棄的不可溶固形物中會帶走部分酶解出的可溶性可發(fā)酵糖，造成部分糖分損失，不經(jīng)過固液分離，進(jìn)行帶渣發(fā)酵可減少這部分損失。
[0017]酶解后酶解液中的葡萄糖濃度為2wt%_15wt%，木糖濃度為lwt%_6wt%。發(fā)酵液的糖濃度優(yōu)選為15wt%-25wt%，保證乙醇發(fā)酵菌可生長的滲透壓，根據(jù)發(fā)酵液和酶解液的糖濃度確定糖蜜的加入比例，糖蜜的加入比例優(yōu)選為10wt%-30wt%。
[0018]本發(fā)明中，乙醇發(fā)酵包括乙醇發(fā)酵菌種子培養(yǎng)或活化，乙醇發(fā)酵菌的轉(zhuǎn)接和發(fā)酵生成乙醇，其中乙醇發(fā)酵菌種包括一切對葡萄糖、蔗糖、果糖和木糖發(fā)酵生成乙醇的菌株，優(yōu)選釀酒酵母或采用市售活性酵母，和/或運(yùn)動發(fā)酵單胞菌，具體過程如下:(1)乙醇發(fā)酵菌種子培養(yǎng)或活化:乙醇發(fā)酵菌種子培養(yǎng)包括把糖蜜稀釋到糖含量lwt%_5wt%作為培養(yǎng)基質(zhì)，從菌種斜面中刮取1-2環(huán)菌泥接種到搖瓶培養(yǎng)基，然后逐級放大，放大倍數(shù)為每級10-100倍，直到接種到發(fā)酵培養(yǎng)基中；乙醇發(fā)酵種子活化包括把糖蜜稀釋到糖含量lwt%-5wt%作為培養(yǎng)基質(zhì)，稱取足夠量的活性微生物干粉，優(yōu)選干粉用量為發(fā)酵培養(yǎng)基的
0.05wt%-0.50wt% ；(2)乙醇發(fā)酵菌的轉(zhuǎn)接:將發(fā)酵菌種從種子培養(yǎng)液或種子活化液接種到發(fā)酵培養(yǎng)基中，接種量為lwt%-10wt% ;(3)發(fā)酵生成乙醇:將乙醇發(fā)酵菌種接種到發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)，并代謝產(chǎn)生乙醇。發(fā)酵培養(yǎng)基還包括微生物生長所需的氮源和無機(jī)鹽，121°C滅菌0.5-lh備用。氮源可以是一切微生物可利用的含氮化合物，如尿素，硫酸銨，酵母膏等，優(yōu)選尿素。無機(jī)鹽可以是一切微生物生長所需的無機(jī)鹽類化合物，如磷酸鹽、硫酸鹽、鎂離子、鈣離子和鐵離子等。
[0019]本發(fā)明中，發(fā)酵液中乙醇的分離包括一切常規(guī)乙醇分離方法，如精餾法。
[0020]本發(fā)明甜高粱制備 燃料乙醇的方法具有如下優(yōu)點(diǎn):(I)將鮮榨甜高粱汁渣分離后分別進(jìn)行不同處理，利用稀酸溶液浸泡甜高粱渣后，撈出晾干，實(shí)現(xiàn)甜高粱渣的長期保存。稀酸即可作為防腐劑保存榨汁過程中殘余在甜高粱渣中的部分蔗糖、葡萄糖和果糖成分，防止原料變質(zhì)，實(shí)現(xiàn)燃料乙醇的全年生產(chǎn)；還可以作為甜高粱渣稀酸蒸汽爆破預(yù)處理的催化劑，提高了后續(xù)預(yù)處理的效果；(2)甜高粱鮮汁為了全年保存其中糖分，濃縮制備成糖蜜是一種行之有效的方法，但是使用前需要稀釋，造成能量浪費(fèi)。利用甜高粱渣中糖分作為乙醇發(fā)酵營養(yǎng)成分，實(shí)現(xiàn)了甜高粱渣的有效利用，提高了原料利用效率，使得甜高粱的利用價(jià)值最大化，但是由于固含量的限制，存在糖濃度不足的問題；本發(fā)明在甜高粱渣酶解液中添加適量糖蜜混合發(fā)酵，既可以保證發(fā)酵體系的糖濃度，也不需要對糖蜜進(jìn)行稀釋，造成能量浪費(fèi)，同時克服了酶解和發(fā)酵過程的固含量限制，降低后續(xù)乙醇分離能耗。本發(fā)明有效利用甜高粱鮮桿中的糖汁、甜高粱渣中纖維素和半纖維素糖發(fā)酵生成燃料乙醇，提高最終乙醇產(chǎn)量。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的甜高粱制備燃料乙醇的方法。本發(fā)明中，wt%為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，v%為體積分?jǐn)?shù)。
[0022]實(shí)施例1甜高粱鮮桿榨汁
取500kg新鮮收割去葉和穗的甜高粱鮮桿，用市售小型壓榨機(jī)進(jìn)行壓榨，壓榨壓力為40MPa，獲得甜高粱汁液365kg，甜高粱渣135kg。經(jīng)測定甜高粱汁液中蔗糖濃度為11.5wt%,葡萄糖濃度為3.05wt%,果糖濃度為2.55wt% ;甜高粱渣中含水量為50wt%，纖維素含量為35.6wt%,半纖維素含量為24.3wt%。
[0023]實(shí)施例2制備甜高粱糖蜜
取實(shí)施例1中榨汁得到的甜高粱糖汁300kg，利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行濃縮，最終得到IOOkg甜高粱糖蜜，總糖濃度為51.3wt%，蔗糖濃度為34.5wt%，葡萄糖濃度為9.15wt%，果糖濃度為7.65wt%。
[0024]實(shí)施例3甜高粱渣浸酸保藏
取實(shí)施例1中壓榨獲得的甜高粱渣100kg，分成10份，每份10kg。再取一個15L玻璃容器，加入IOL 5被％的稀硫酸，取1份IOkg的甜高粱渣放到盛有IOL稀硫酸的玻璃容器中，浸泡Ih后取出甜高粱渣，擠干到水含量與浸泡前相同，再放入第2份IOkg甜高粱渣，同時補(bǔ)充250g濃硫酸，浸泡lh，擠干到與浸泡前相同；然后放入第3份IOkg甜高粱渣，進(jìn)行第2份同樣的操作，直到全部浸泡完畢。如此操作可達(dá)到2個目的:(I)每次浸泡甜高粱渣之前根據(jù)甜高粱渣中的水分含量補(bǔ)充足夠的酸使每次浸泡前酸液中酸濃度相同；(2)隨著浸泡次數(shù)增加，甜高粱渣中殘余的糖分前幾次會滲透到酸液中，但隨著浸泡次數(shù)增加，當(dāng)浸泡稀酸液中的糖濃度與甜高粱渣中殘余甜高粱汁的糖濃度相等時，不再往酸液中滲透，能保持甜高粱渣中可發(fā)酵糖不損失；(3)酸液的防腐功能可使甜高粱渣中殘存的糖分在長期保存時不損失。浸酸后的甜高粱渣自然風(fēng)干到含水量為15wt%，堆放儲藏。
[0025]實(shí)施例4甜高粱渣稀酸蒸汽爆破預(yù)處理
取浸酸風(fēng)干的甜高粱渣進(jìn)行蒸汽爆破預(yù)處理，蒸煮溫度190°C，蒸煮時間5min，爆破壓力0.8MPa。蒸汽爆破預(yù)處理后甜高粱渣干基中含水33wt%，木糖10wt%，葡萄糖5wt%，果糖4wt%,纖維素含量34.5wt%,半纖維含量2.6wt%。
[0026]實(shí)施例5甜高粱渣 酶解及發(fā)酵
利用5L發(fā)酵罐進(jìn)行甜高粱渣預(yù)處理及甜高粱渣與糖蜜發(fā)酵生產(chǎn)乙醇試驗(yàn)。甜高粱渣加NaOH中和后，按照分批補(bǔ)料方式加入進(jìn)行酶解，初始原料加入量為1kg，然后在16h和24h分兩次分別補(bǔ)加1.25kg和1.25kg甜高粱渣，酶解體系的固含量為28.9wt%。纖維素酶的加入量為32IU/g纖維素(澤生1300纖維素酶),酶解條件為:pH為5.5，溫度為50°C,攪拌速率為300rpm，酶解時間為24h。酶解完畢后酶解液中的葡萄糖濃度為12.4wt%，木糖濃度為 4.lwt%。
[0027]將糖蜜按8.0wt%的比例加入到甜高粱渣酶解液中發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇；對發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇進(jìn)行分離，獲得燃料乙醇產(chǎn)品。具體操作為:降溫到40°C，一次性加入甜高粱糖蜜和6 %耐高溫的酵母種子液(FE-B，CN200910204295.3)，于40°C繼續(xù)發(fā)酵。發(fā)酵115h時發(fā)酵液中的乙醇濃度可達(dá)到10.3v%，甜高粱渣中纖維素酶解的葡萄糖得率為65wt%，葡萄糖發(fā)酵為乙醇的得率為理論值的90wt%。
[0028]實(shí)施例6甜高粱渣酶解及發(fā)酵
甜高粱渣加NaOH中和后，分批補(bǔ)料加入進(jìn)行酶解，初始原料加入量為1kg，然后在16h和24h分兩次分別補(bǔ)加0.75kg和0.25kg甜高粱渣，酶解體系的固含量為16.5wt%。纖維素酶的加入量為32IU/g纖維素(澤生1300纖維素酶)酶解條件為:pH為5.5，溫度為50°C，攪拌速率為200rpm，酶解時間為24h。酶解完畢后酶解液中的葡萄糖濃度為8.4wt%，木糖濃度為 2.0wt%。[0029] 將糖蜜按15.8wt%的比例加入到甜高粱渣酶解液中發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇；對發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇進(jìn)行分離，獲得燃料乙醇產(chǎn)品。具體操作為:降溫到40°C，一次性加入甜高粱糖蜜和和6 %耐高溫的酵母種子液(FE-B，CN200910204295.3)，于40°C繼續(xù)發(fā)酵。糖化發(fā)酵115h時發(fā)酵液中的乙醇濃度可達(dá)到10.3v%，甜高粱渣中纖維素酶解的葡萄糖得率為80wt%，葡萄糖發(fā)酵為乙醇的得率為理`論值的90wt%。
【權(quán)利要求】
1.一種甜高粱制備燃料乙醇的方法，包括以下步驟: (1)對甜高粱鮮桿進(jìn)行壓榨，實(shí)現(xiàn)汁、渣分離； (2)獲得的甜高粱糖汁進(jìn)行濃縮，制備成糖蜜； (3)獲得的甜高粱渣利用稀酸溶液浸泡后撈出晾干； (4)步驟(3)獲得的甜高粱渣進(jìn)行稀酸預(yù)處理或稀酸蒸汽爆破預(yù)處理； (5)預(yù)處理后的甜高粱渣加堿中和后，加入纖維素酶酶解，酶解體系的固含量為5wt%-35wt%,酶解完畢后獲得甜高粱渣酶解液； (6)將糖蜜按0-30wt%的比例加入到甜高粱渣酶解液中發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇； (7)對發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇進(jìn)行分離，獲得燃料乙醇產(chǎn)品。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:甜高粱榨汁前可去葉，也可不去葉直接壓榨，壓榨壓力為30-60MPa，出汁率為60wt%_85wt%，甜高粱汁液中糖含量為10wt%_20wt%，甜高粱渣中纖維素含量為30wt%-40wt%，半纖維素含量為20wt%-30wt%。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:甜高粱糖汁需濃縮成糖濃度為40wt%-60wt%的糖蜜,濃縮的方法包括蒸發(fā)、多效蒸發(fā)或膜過濾。
4.按照權(quán)利 要求1所述的方法，其特征在于:將含水量為10wt%-50wt%的甜高粱渣置于2wt%-20wt%的稀酸溶液中浸泡0.5-24h,然后把浸酸的甜高粱洛從稀酸中撈出，滴干水分，自然風(fēng)干到含水量為10wt%-30wt%。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:稀酸預(yù)處理的條件為酸濃度0.lwt%-5.0wt%,固含量 5wt%-35wt%，溫度 120-200 °C，處理時間 0.5-5.0h。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:稀酸蒸汽爆破預(yù)處理?xiàng)l件為溫度140-200°C，蒸煮時間 3-10min，壓力 0.5-0.9MPa。
7.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:預(yù)處理后獲得的甜高粱渣干基中含水5wt%-40wt%,木糖 5wt%_20wt%,葡萄糖 lwt%_10wt%,果糖 3wt%_5wt%,纖維素 25wt%_45wt%,半纖維素 0.5wt%-21wt%0
8.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:纖維素酶加入量為5-50IU/g纖維素，酶解條件為:PH為4.5-5.5，溫度為45-55°C，攪拌速率為5_300r/min，酶解時間為24_120h。
9.按照權(quán)利要求1或8所述的方法，其特征在于:酶解體系的固含量為5wt%-20wt%。
10.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:酶解后不經(jīng)過固液分離直接加入糖蜜，進(jìn)行帶渣發(fā)酵。
11.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:酶解后酶解液中的葡萄糖濃度為2wt%-15wt%,木糖濃度為 lwt%_6wt%。
12.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:發(fā)酵液的糖濃度為15wt%-25wt%，糖蜜的加入比例為10wt%-30wt%。
13.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:乙醇發(fā)酵包括乙醇發(fā)酵菌種子培養(yǎng)或活化，乙醇發(fā)酵菌的轉(zhuǎn)接和發(fā)酵生成乙醇。
14.按照權(quán)利要求1或13所述的方法，其特征在于:乙醇發(fā)酵菌種子培養(yǎng)或活化包括把糖蜜稀釋到糖含量lwt%-5wt%作為培養(yǎng)基質(zhì)。
【文檔編號】C12P7/10GK103773814SQ201210404078
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月23日
【發(fā)明者】張全, 李風(fēng)華, 關(guān)浩, 唐開宇, 黎元生, 佟明友, 金平, 喬凱 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院