【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及蔬菜殘?jiān)厥绽妙I(lǐng)域，具體涉及一種蔬菜殘?jiān)Y源化利用方法。

背景技術(shù)：

在蔬菜生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸、集散和儲(chǔ)存過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的蔬菜殘?jiān)?。由于其含有較高的有機(jī)成分、營(yíng)養(yǎng)物及含水率，生物降解性很強(qiáng)，在運(yùn)輸或儲(chǔ)存過(guò)程中極容易產(chǎn)生滲瀝液和惡臭氣體，因此，對(duì)其進(jìn)行合理的處置與有效的利用具有極其重要的意義。

目前，國(guó)內(nèi)外主要應(yīng)用的蔬菜殘?jiān)幚砑夹g(shù)由焚燒、填埋、飼料化、堆肥、厭氧消化等。宋麗等在《可再生能源》第29卷第1期p76-80“厭氧污泥接種量對(duì)蔬菜殘?jiān)峄绊懺囼?yàn)研究”中設(shè)置有機(jī)負(fù)荷為8g/l，對(duì)不同底物與接種物比值(f/m＝0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0)和無(wú)接種的情況進(jìn)行了批式厭氧消化對(duì)比試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)：在負(fù)荷為8g/l，f/m＝2.0時(shí)，蔬菜殘?jiān)峄淖罴逊磻?yīng)周期為3d；馬文荷等在《天津農(nóng)業(yè)科學(xué)》第4卷第4期p26-28“甜葉菊殘?jiān)谑卟擞缟系膽?yīng)用效果”中用甜葉菊殘?jiān)c基礎(chǔ)基質(zhì)(土、蛭石、鋸末)配制不同配比的蔬菜育苗土，結(jié)果顯示：含甜葉菊殘?jiān)挠缤翆?duì)青椒、黃瓜、番茄幼苗具有促進(jìn)生長(zhǎng)的作用，甜葉菊與基礎(chǔ)基質(zhì)的最佳配比為青椒1:4、黃瓜1:3、番茄1:4；鄭明霞等在《北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)》第34卷增刊ⅱp12-15“蔬菜廢物兩步批式厭氧消化產(chǎn)氣實(shí)驗(yàn)研究”中采用兩步批式的厭氧消化方式，先將油菜和油麥菜廢物加水在反應(yīng)器中酸化處理若干天，穩(wěn)定后將酸液分離出來(lái)，在厭氧消化體系穩(wěn)定運(yùn)行之后再將酸液分次加入反應(yīng)器中，實(shí)現(xiàn)了油菜和油麥菜廢物的資源化利用。綜上所述，這些方法均在一定程度上實(shí)現(xiàn)了蔬菜殘?jiān)馁Y源化利用，但是蔬菜殘?jiān)械挠行С煞植](méi)有得到充分的開發(fā)，致使其經(jīng)濟(jì)效益并不是很顯著。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種蔬菜殘?jiān)Y源化利用方法，能夠同時(shí)制備生物乙醇和d-阿洛酮糖。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

包括以下步驟：

1)將蔬菜殘?jiān)磧艉蟾稍锊⒀心?，得到蔬菜殘?jiān)郏?/p>

2)向蔬菜殘?jiān)壑幸来渭尤霗幟仕徕c緩沖液、疊氮化鈉和纖維素酶，在30～40℃進(jìn)行酶解反應(yīng)，得到酶解液；其中，蔬菜殘?jiān)?、疊氮化鈉和檸檬酸鈉緩沖液的比為(5～10)mg：0.01mg：100ml，纖維素酶的添加量為5～30fpu/g蔬菜殘?jiān)郏?/p>

3)向酶解液中加入mncl2、硼酸鹽及三(羥甲基)氨基甲烷緩沖液，得到反應(yīng)液，在反應(yīng)液中mncl2的濃度為1mmol/l，四硼酸鈉的濃度為95～100mmol/l，三(羥甲基)氨基甲烷的濃度為90～100mmol/l；反應(yīng)液在40～60℃反應(yīng)24～48h，反應(yīng)結(jié)束后得到水解液；每100ml水解液中加0.5～1g的釀酒酵母進(jìn)行發(fā)酵；

4)發(fā)酵后，分離出乙醇；剩余物蒸發(fā)濃縮純化后得到d-阿洛酮糖。

進(jìn)一步地，步驟1)中在-30～-50℃干燥1周，然后研磨至40～60目的粒度。

進(jìn)一步地，步驟2)中加入ph值為5.0的檸檬酸鈉緩沖液。

進(jìn)一步地，步驟2)中酶解反應(yīng)在200rpm的旋轉(zhuǎn)振蕩器中進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間48h。

進(jìn)一步地，步驟3)中加入ph值為8.0的三(羥甲基)氨基甲烷緩沖液。

進(jìn)一步地，步驟3)中在30～35℃發(fā)酵48～96h。

進(jìn)一步地，步驟4)中采用中空纖維膜分離出乙醇。

進(jìn)一步地，步驟4)中剩余物在45～55℃真空蒸發(fā)至原體積的1/10，濃縮物于室溫、1～2ml/min的流量通過(guò)陽(yáng)離子交換樹脂，然后通過(guò)凝膠色譜分離獲得純化的d-阿洛酮糖。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明應(yīng)用水解發(fā)酵的方法對(duì)蔬菜殘?jiān)M(jìn)行資源化處理，采用酶解與發(fā)酵的方法實(shí)現(xiàn)蔬菜殘?jiān)瑫r(shí)制備生物乙醇和d-阿洛酮糖，首先通過(guò)酶解使蔬菜殘?jiān)械睦w維轉(zhuǎn)化為還原糖，酶解后通過(guò)繼續(xù)反應(yīng)使蔬菜中含有的大量d-果糖轉(zhuǎn)化為d-阿洛酮糖，然后進(jìn)一步發(fā)酵處理使d-葡萄糖轉(zhuǎn)化為生物乙醇，最后通過(guò)相應(yīng)分離手段得到純化的生物乙醇與d-阿洛酮糖產(chǎn)品，相比于傳統(tǒng)方法只獲得生物燃料乙醇，本方法還額外制得了d-阿洛酮糖(是一種天然的低熱量功能甜味劑，存在于自然界中，含量少，能量低，具有降血糖、降血脂和神經(jīng)保護(hù)等生理功效，在食品、醫(yī)療和保健領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值)，既解決了蔬菜殘?jiān)沫h(huán)境污染問(wèn)題，又大大提高了蔬菜殘?jiān)慕?jīng)濟(jì)效益，同時(shí)該方法也為生物質(zhì)的資源化利用提供了一個(gè)新的參考，具有極大的推廣價(jià)值。

【附圖說(shuō)明】

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中1kg原料及其經(jīng)過(guò)處理后有效成分的含量圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例2中1kg原料及其經(jīng)過(guò)處理后有效成分的含量圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例3中1kg原料及其經(jīng)過(guò)處理后有效成分的含量圖。

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明方法通過(guò)如下步驟進(jìn)行的：

1)蔬菜殘?jiān)杉谵r(nóng)貿(mào)市場(chǎng)，用去離子水洗凈，通過(guò)冷凍干燥器于-30～-50℃干燥1周，然后研磨至40～60目的粒度；

2)按照蔬菜殘?jiān)?、疊氮化鈉和ph值為5.0、濃度為50mm檸檬酸鈉緩沖液的質(zhì)量體積比為(5～10)mg：0.01mg：100ml，取蔬菜殘?jiān)壑糜诜磻?yīng)器中，向其中加入檸檬酸鈉緩沖液，補(bǔ)充疊氮化鈉，然后再按每克蔬菜殘?jiān)奂尤?～30fpu纖維素酶的比例加入纖維素酶，充分混合。酶解反應(yīng)在旋轉(zhuǎn)振蕩器(200rpm)中進(jìn)行，溫度30～40℃，反應(yīng)時(shí)間48h，得到酶解液；

3)酶解后，向酶解液中加入mncl2、四硼酸鈉及ph值為8.0的三(羥甲基)氨基甲烷緩沖液，得到反應(yīng)液，在反應(yīng)液中mncl2的濃度為1mmol/l，四硼酸鈉的濃度為95～100mmol/l，三(羥甲基)氨基甲烷的濃度為90～100mmol/l；反應(yīng)液于40～60℃反應(yīng)24～48h，得到水解液；然后每100ml水解液中加0.5～1g的釀酒酵母于30～35℃發(fā)酵48～96h；

4)發(fā)酵后，采用中空纖維膜分離出乙醇，剩余物在45～55℃真空蒸發(fā)至原體積的1/10，濃縮物于室溫、1～2ml/min的流量通過(guò)陽(yáng)離子交換樹脂，然后通過(guò)凝膠色譜分離獲得純化的d-阿洛酮糖。

本發(fā)明技術(shù)方法中采用“酶解→發(fā)酵→分離”的路線對(duì)蔬菜殘?jiān)M(jìn)行資源化處理。首先通過(guò)酶解使蔬菜殘?jiān)械睦w維轉(zhuǎn)化為還原糖，酶解后通過(guò)繼續(xù)反應(yīng)使蔬菜中含有的大量d-果糖轉(zhuǎn)化為d-阿洛酮糖，然后進(jìn)一步發(fā)酵處理使d-葡萄糖轉(zhuǎn)化為生物乙醇，最后通過(guò)相應(yīng)分離手段得到純化的生物乙醇與d-阿洛酮糖產(chǎn)品。本方法首次提出在生物質(zhì)生產(chǎn)生物燃料的同時(shí)獲得額外的高附加值產(chǎn)品，大大提高了生物質(zhì)處理的經(jīng)濟(jì)效益，具有新穎、獨(dú)特、參考價(jià)值高等特點(diǎn)。本發(fā)明提供了一種蔬菜殘?jiān)瑫r(shí)制備生物乙醇和d-阿洛酮糖的方法，本發(fā)明根據(jù)兩種產(chǎn)物的特性，通過(guò)滲透蒸發(fā)和陽(yáng)離子交換色譜法分離兩種產(chǎn)物，可得到純化的生物乙醇和d-阿洛酮糖。相比現(xiàn)有方法，本方法大大提高了蔬菜殘?jiān)慕?jīng)濟(jì)效益、解決了蔬菜的環(huán)境污染問(wèn)題，為蔬菜殘?jiān)馁Y源化、無(wú)害化和減量化提供了一條有效途徑，實(shí)現(xiàn)蔬菜殘?jiān)煞值某浞珠_采與利用，提高蔬菜殘?jiān)幚淼慕?jīng)濟(jì)效益，并為生物質(zhì)的生物提煉提供一個(gè)新的參考。

下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

1)蔬菜殘?jiān)杉谵r(nóng)貿(mào)市場(chǎng)，用去離子水洗凈，通過(guò)冷凍干燥器于-30℃干燥1周，然后研磨至40目的粒度；

2)按照蔬菜殘?jiān)酆蜋幟仕徕c緩沖液的比為5％(mg/ml)，取蔬菜殘?jiān)壑糜诜磻?yīng)器中，向其中加入50mm檸檬酸鈉緩沖液(ph5.0)并補(bǔ)充有0.01％(mg/ml)疊氮化鈉，然后再加入5fpu/g蔬菜殘?jiān)鄣睦w維素酶，充分混合。酶解反應(yīng)在旋轉(zhuǎn)振蕩器(200rpm)中進(jìn)行，溫度30℃，反應(yīng)時(shí)間48h；

3)酶解后，向酶解液中加入mncl2、四硼酸鈉及ph值為8.0的三(羥甲基)氨基甲烷緩沖液，得到反應(yīng)液，在反應(yīng)液中mncl2的濃度為1mmol/l，四硼酸鈉的濃度為95mmol/l，三(羥甲基)氨基甲烷的濃度為90mmol/l；反應(yīng)液于40℃反應(yīng)24h，得到水解液；然后每100ml水解液中加0.5g的釀酒酵母于30℃發(fā)酵48h；

4)發(fā)酵后，采用中空纖維膜分離出乙醇，剩余物在45℃真空蒸發(fā)至原體積的1/10，濃縮物于室溫、1ml/min的流量通過(guò)陽(yáng)離子交換樹脂，然后通過(guò)凝膠色譜分離獲得純化的d-阿洛酮糖。

效果分析：

上述實(shí)施例的效果分析見圖1。

由圖1可知：1kg蔬菜殘?jiān)?干基)中含有200gd-葡萄糖、150gd-果糖；酶解反應(yīng)后，d-葡萄糖增加到320g、d-果糖為140g；d-阿洛酮糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)后，d-葡萄糖保持不變、d-果糖降到70g、d-阿洛酮糖產(chǎn)生53g；經(jīng)過(guò)發(fā)酵后，乙醇產(chǎn)量為170g、d-阿洛酮糖為49g；經(jīng)過(guò)分離純化后，獲得乙醇160g、d-阿洛酮糖43g?？梢娫摲椒ㄐб媸诛@著，具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。

實(shí)施例2

1)蔬菜殘?jiān)杉谵r(nóng)貿(mào)市場(chǎng)，用去離子水洗凈，通過(guò)冷凍干燥器于-35℃干燥1周，然后研磨至45目的粒度；

2)取6％(w/v)蔬菜殘?jiān)壑糜诜磻?yīng)器中，向其中加入50mm檸檬酸鈉緩沖液(ph5.0)并補(bǔ)充有0.01％(w/v)疊氮化鈉，然后再加入10fpu/g蔬菜殘?jiān)鄣睦w維素酶，充分混合。酶解反應(yīng)在旋轉(zhuǎn)振蕩器(200rpm)中進(jìn)行，溫度32℃，反應(yīng)時(shí)間48h；

3)酶解后，向酶解液中加入mncl2、四硼酸鈉及ph值為8.0的三(羥甲基)氨基甲烷緩沖液，得到反應(yīng)液，在反應(yīng)液中mncl2的濃度為1mmol/l，四硼酸鈉的濃度為96mmol/l，三(羥甲基)氨基甲烷的濃度為92mmol/l；反應(yīng)液于45℃反應(yīng)30h，得到水解液；然后每100ml水解液中加0.6g的釀酒酵母于31℃發(fā)酵60h；

4)發(fā)酵后，采用中空纖維膜分離出乙醇，剩余物在48℃真空蒸發(fā)至原體積的1/10，濃縮物于室溫、1.2ml/min的流量通過(guò)陽(yáng)離子交換樹脂，然后通過(guò)凝膠色譜分離獲得純化的d-阿洛酮糖。

效果分析：

上述實(shí)施例的效果分析見圖2。由圖2可知：1kg蔬菜殘?jiān)?干基)中含有220gd-葡萄糖、170gd-果糖；酶解反應(yīng)后，d-葡萄糖增加到340g、d-果糖為150g；d-阿洛酮糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)后，d-葡萄糖保持不變、d-果糖降到60g、d-阿洛酮糖產(chǎn)生65g；經(jīng)過(guò)發(fā)酵后，乙醇產(chǎn)量為180g、d-阿洛酮糖為50g；經(jīng)過(guò)分離純化后，獲得乙醇170g、d-阿洛酮糖45g。數(shù)據(jù)進(jìn)一步表明該方法效益十分顯著，具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。

實(shí)施例3

1)蔬菜殘?jiān)杉谵r(nóng)貿(mào)市場(chǎng)，用去離子水洗凈，通過(guò)冷凍干燥器于-40℃干燥1周，然后研磨至50目的粒度；

2)取7％(w/v)蔬菜殘?jiān)壑糜诜磻?yīng)器中，向其中加入50mm檸檬酸鈉緩沖液(ph5.0)并補(bǔ)充有0.01％(w/v)疊氮化鈉，然后再加入20fpu/g蔬菜殘?jiān)鄣睦w維素酶，充分混合。酶解反應(yīng)在旋轉(zhuǎn)振蕩器(200rpm)中進(jìn)行，溫度36℃，反應(yīng)時(shí)間48h；

3)酶解后，向酶解液中加入mncl2、四硼酸鈉及ph值為8.0的三(羥甲基)氨基甲烷緩沖液，得到反應(yīng)液，在反應(yīng)液中mncl2的濃度為1mmol/l，四硼酸鈉的濃度為97mmol/l，三(羥甲基)氨基甲烷的濃度為96mmol/l；反應(yīng)液于50℃反應(yīng)36h；然后每100ml水解液中加0.7g的釀酒酵母于33℃發(fā)酵72h；

4)發(fā)酵后，采用中空纖維膜分離出乙醇，剩余物在50℃真空蒸發(fā)至原體積的1/10，濃縮物于室溫、1.6ml/min的流量通過(guò)陽(yáng)離子交換樹脂，然后通過(guò)凝膠色譜分離獲得純化的d-阿洛酮糖。

效果分析：

上述實(shí)施例的效果分析見圖3。由圖3可知：1kg蔬菜殘?jiān)?干基)中含有190gd-葡萄糖、140gd-果糖；酶解反應(yīng)后，d-葡萄糖增加到300g、d-果糖為120g；d-阿洛酮糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)后，d-葡萄糖為290g、d-果糖降到60g、d-阿洛酮糖產(chǎn)生49g；經(jīng)過(guò)發(fā)酵后，乙醇產(chǎn)量為150g、d-阿洛酮糖為45g；經(jīng)過(guò)分離純化后，獲得乙醇140g、d-阿洛酮糖40g。

實(shí)施例4

蔬菜殘?jiān)杉谵r(nóng)貿(mào)市場(chǎng)，用去離子水洗凈，通過(guò)冷凍干燥器于-45℃干燥1周，然后研磨至55目的粒度；取8％(w/v)蔬菜殘?jiān)壑糜诜磻?yīng)器中，向其中加入50mm檸檬酸鈉緩沖液(ph5.0)并補(bǔ)充有0.01％(w/v)疊氮化鈉，然后再加入25fpu/g蔬菜殘?jiān)鄣睦w維素酶，充分混合。酶解反應(yīng)在旋轉(zhuǎn)振蕩器(200rpm)中進(jìn)行，溫度38℃，反應(yīng)時(shí)間48h；酶解后，向酶解液中加入mncl2、四硼酸鈉及ph值為8.0的三(羥甲基)氨基甲烷緩沖液，得到反應(yīng)液，在反應(yīng)液中mncl2的濃度為1mmol/l，四硼酸鈉的濃度為98mmol/l，三(羥甲基)氨基甲烷的濃度為98mmol/l；反應(yīng)液于55℃反應(yīng)42h；然后每100ml水解液中加0.8g的釀酒酵母于34℃發(fā)酵84h；發(fā)酵后，采用中空纖維膜分離出乙醇，剩余物在52℃真空蒸發(fā)至原體積的1/10，濃縮物于室溫、1.8ml/min的流量通過(guò)陽(yáng)離子交換樹脂，然后通過(guò)凝膠色譜分離獲得純化的d-阿洛酮糖。

實(shí)施例5

蔬菜殘?jiān)杉谵r(nóng)貿(mào)市場(chǎng)，用去離子水洗凈，通過(guò)冷凍干燥器于-50℃干燥1周，然后研磨至60目的粒度；取10％(w/v)蔬菜殘?jiān)壑糜诜磻?yīng)器中，向其中加入50mm檸檬酸鈉緩沖液(ph5.0)并補(bǔ)充有0.01％(w/v)疊氮化鈉，然后再加入30fpu/g蔬菜殘?jiān)鄣睦w維素酶，充分混合。酶解反應(yīng)在旋轉(zhuǎn)振蕩器(200rpm)中進(jìn)行，溫度40℃，反應(yīng)時(shí)間48h；酶解后，向酶解液中加入mncl2、四硼酸鈉及ph值為8.0的三(羥甲基)氨基甲烷緩沖液，得到反應(yīng)液，在反應(yīng)液中mncl2的濃度為1mmol/l，四硼酸鈉的濃度為100mmol/l，三(羥甲基)氨基甲烷的濃度為100mmol/l；反應(yīng)液于60℃反應(yīng)48h；然后每100ml水解液中加1g的釀酒酵母于35℃發(fā)酵96h；發(fā)酵后，采用中空纖維膜分離出乙醇，剩余物在55℃真空蒸發(fā)至原體積的1/10，濃縮物于室溫、2ml/min的流量通過(guò)陽(yáng)離子交換樹脂，然后通過(guò)凝膠色譜分離獲得純化的d-阿洛酮糖。

上述方法既解決了蔬菜殘?jiān)沫h(huán)境污染問(wèn)題，又實(shí)現(xiàn)了其資源化利用。相比于現(xiàn)有技術(shù)，在獲得乙醇的同時(shí)，借助合適的分離技術(shù)又額外得到了d-阿洛酮糖，通過(guò)實(shí)施列的數(shù)據(jù)分析顯示：該方法經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。

以上述及內(nèi)容僅為本發(fā)明構(gòu)思下的基本說(shuō)明，而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案所作的任何等效變換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。