專利名稱：利用甜高粱秸稈及其籽粒制取乙醇的方法
技術領域：
本發明涉及一種生產乙醇的方法，尤其是涉及一種利用甜高粱秸稈及其籽粒制取乙醇的方法。
背景技術：
目前，乙醇工業是我國發酵行業的主導產業之一，主要應用于配制酒、醫藥、化工行業。近年來，作為可再生的能源物質-燃料乙醇，備受國內外矚目。由于我國作為世界上人口最多的國家，為保證糧食供應，已出臺了一系列限制糧食作物制酒的政策，因此以經濟作物取代糧食作物生產乙醇，是我國乙醇工業發展的必由之路，同樣也是進一步推向國際市場非常具有競爭力的科研項目。
甜高粱是普通高梁的一個變種，屬高光效作物，生物量極高，它所合成的碳水化合物的產量為玉米或甜菜的2-3倍，是極具潛力的、可再生的能源作物。甜高粱抗旱、耐鹽堿，對環境適應能力強，有作物中的“駱駝”之稱，一般畝產莖稈5000公斤左右，籽粒100-500公斤。與一般作物相比，甜高粱秸稈含有較高糖份(一般品種含有10-15％總糖)，這些糖分可以在酵母菌的作用下轉化成乙醇，這一過程就是乙醇生產的過程。從設備利用率角度來說，希望能在微生物可耐受的范圍內盡量提高原料中可發酵性糖的含量，各種微生物對糖的耐受能力雖然不同，但一般微生物在總糖小于20％條件下是可以正常發酵的。從甜高粱秸桿含糖量不難看出，單以秸桿為原料進行乙醇發酵，其設備利用率還有相當的空間。因此，將甜高粱籽粒加以利用，同時提高設備的利用率，進一步增加乙醇的產量是該技術領域科研人員急需開發的新課題之一。
發明內容
本發明的目的在于克服上述不足之處，提供一種工藝簡單、效果顯著的利用甜高粱秸稈及其籽粒制取乙醇的方法。
為實現上述目的本發明所采用的實施方式如下一種利用甜高粱秸稈及其籽粒制取乙醇的方法，其特征在于具體實施步驟如下(1)將成熟的甜高粱秸稈按常規工藝進行揉搓粉碎或榨汁，粉碎細度要求1-10cm；(2)將籽粒進行粉碎、過篩，細度要求60-80目；發酵采取固態法或液態法兩種方式進行(3)籽粒的酶解將粉碎后的甜高粱籽粒加水配成15-25％濃度的溶液，溶液加熱至40-60℃時加酶糖化，酶的添加量控制在籽粒質量的0.1-0.5％，并在該溫度下保持4-8小時，糖化液備用；(4)將籽粒粉或其糖化液與甜高粱粉碎物或汁液按重量比1∶4-9比例混合均勻，進行滅菌，固體料在常壓下蒸汽滅菌30-60分鐘；液體料在1kgf/cm2下、滅菌20-30分鐘；(5)種子的制備酵母各級種子培養基為常規麥芽汁培養基，二級及以上培養基可用如下培養基替代甜高粱汁100％、蛋白胨1-3％、酵母膏0.1-1％，pH5-6；分裝滅菌，1kgf/cm2、30分鐘，搖床培養120-200rpm，培養時間10-18小時；種子要求細胞數大于1億/mL，出芽率15-30％，死亡率小于0.5％，無雜菌；(6)原料滅菌后，攤涼或冷卻至25-30℃，添加培養好的酵母種子液或種子與淀粉糖化酶的混合液，攪拌均勻后裝入滾筒式發酵罐中，在25-35℃下發酵40-72小時，酵母的接種量控制在原料質量的2-10％，酶的添加量控制在籽粒質量的0.1-0.5％；(7)發酵結束后按常規進行蒸餾，制得乙醇。
本發明的有益效果是由于利用了淀粉糖化酶對籽粒中的淀粉進行水解，提高了發酵底物中糖的含量，使微生物可轉化的組分增加，因此對發酵物料中乙醇含量的提高起直接作用。當在粉碎的甜高粱秸稈(或其汁液)原料中加入一定量的甜高粱籽粒粉時，無論是邊糖化邊發酵，還是先糖化再發酵，原料中糖的含量明顯增加，酵母對糖的轉化率達到95％以上，發酵后酒精產量也明顯提高，平均得率達到91％以上。以1噸原料為例，籽粒所占比例每增加1％，95％酒精產量增加2-3公斤，亦即1份甜高粱籽粒平均相當于4份以上秸稈(含糖量14％)所產乙醇量。可見，添加籽粒后明顯提高了設備的利用率和出酒率，降低了生產成本。以甜高粱秸稈及其籽粒取代糧食作物生產乙醇，有效開發新的資源，將為我國乃至世界乙醇工業發展開拓一條新路。本發明生產方法簡單，原料來源廣、且易形成規模化生產。
具體實施例方式
以下結合較佳實施例，對依據本發明提供的具體實施方式
詳述如下實施例1(1)秸稈及其籽粒的粉碎去掉甜高粱表面葉子，然后將秸稈和籽粒分別用不同的破碎機進行粉碎備用，甜高粱秸稈要求破碎細度在1-10cm，破碎后的籽粒粉過篩，細度要求達到60-80目。
(2)蒸料滅菌將粉碎后的800kg秸稈和200kg甜高粱籽粒，拌勻后裝入蒸料裝置中，常壓蒸汽滅菌30-60分鐘。待蒸好的原料溫度降低到25-30℃時，將原料通過傳送帶，送入滾筒發酵罐中。
(3)種子的制備酵母各級種子培養基為常規麥芽汁培養基，二級及以上培養基可用如下培養基替代甜高粱汁100％、蛋白胨1-3％、酵母膏0.1-1％，pH 5-6。分裝滅菌，1kgf/cm2、30分鐘，搖床培養120-200rpm，培養時間10-18小時。種子要求細胞數大于1億/mL，出芽率15-30％，死亡率小于0.5％，無雜菌。
(4)酶液的配置按籽粒質量的0.1-0.5％稱取淀粉糖化酶，將稱好的酶制劑溶于水中，攪拌均勻，投入培養好的種子罐中。
(5)加入酵母液和酶液將培養好的酵母液(含酶液)從種子罐的無菌管道壓入滾筒發酵罐中，酵母的接種量控制在原料質量的2-10％。
(6)發酵原料在滾筒發酵罐中進行酶解和發酵，溫度控制在25-35℃，時間48-72小時。發酵過程中通過監控發酵罐內溫度變化和菌種耗糖的情況，觀察發酵是否正常，當原料殘糖小于1.0％時，判定發酵已接近終點。
(7)蒸餾發酵結束后，將原料從發酵罐中取出，裝入蒸餾裝置中按常規進行蒸餾，制得乙醇產品。測定殘糖1.0％，蒸餾得到95％(w/w)酒精91.4kg，糖轉化率95.8％，乙醇得率91.4％。
實施例2(1)秸稈及其籽粒的粉碎去掉甜高粱表面葉子，然后將秸稈和籽粒用不同的破碎機進行粉碎備用，甜高粱秸稈要求破碎細度在1-10cm，破碎后的籽粒粉過篩，細度要求達到60-80目。
(2)籽粒的酶解將20kg粉碎后的甜高粱籽粒粉置于糖化鍋中，加水定容至100Kg，蒸汽加熱到40-60℃，加入淀粉糖化酶，酶的添加量控制在籽粒質量的0.1-0.5％，在40-60℃下邊攪拌邊水解，處理4-8小時。
(3)蒸料滅菌將粉碎后的900kg秸稈裝入蒸料裝置中，常壓蒸汽滅菌30-60分鐘。待蒸好的原料溫度降低到25-30℃時，將原料通過傳送帶，送入滾筒發酵罐中。
(4)種子的制備酵母各級種子培養基為常規麥芽汁培養基，二級及以上培養基可用如下培養基替代甜高粱汁100％、蛋白胨1-3％、酵母膏0.1-1％，pH5-6。分裝滅菌，1kgf/cm2、30分鐘，搖床培養120-200rpm，培養時間10-18小時。種子要求細胞數大于1億/mL，出芽率15-30％，死亡率小于0.5％，無雜菌。
(5)加入酵母液及酶解糖液將培養好的酵母液和酶解籽粒制得的糖液從種子罐的無菌管道壓入滾筒發酵罐中，酵母的接種量控制在原料質量的2-10％。
(6)發酵原料在滾筒發酵罐中進行發酵，溫度控制在25-35℃，時間40-48小時。發酵過程中通過監控發酵罐內溫度變化和菌種耗糖的情況，觀察發酵是否正常，當原料殘糖小于1.0％時，判定發酵已接近終點。
(7)蒸餾發酵結束后，將原料從發酵罐中取出，裝入蒸餾裝置中進行蒸餾，制得乙醇產品。測定殘糖0.61％，蒸餾得到95％(w/w)酒精65.8kg，糖轉化率97.5％，乙醇得率94.4％。
實施例3(1)甜高粱榨汁及籽粒粉碎去掉甜高粱表面葉子，將秸稈在榨汁機上榨汁并過濾，得800kg甜高粱汁儲存備用。將籽粒用破碎機進行粉碎，籽粒的破碎細度要求達到60-80目。
(2)籽粒的酶解將40kg粉碎后的甜高粱籽粒粉置于糖化鍋中，加水定容至200Kg，蒸汽加熱到40-60℃，加入淀粉糖化酶，酶的添加量控制在籽粒質量的0.1-0.5％，在40-60℃下邊攪拌邊水解，處理4-8小時。
(3)蒸料滅菌將制備好的甜高粱汁和酶解的糖液加入液態發酵罐中，1kgf/cm2壓力，蒸汽滅菌20-30分鐘左右。
(4)種子的制備酵母各級種子培養基為常規麥芽汁培養基，二級及以上培養基可用如下培養基替代甜高粱汁100％、蛋白胨1-3％、酵母膏0.1-1％，pH5-6。分裝滅菌，1kgf/cm2、30分鐘，搖床培養120-200rpm，培養時間10-18小時。種子要求細胞數大于1億/mL，出芽率15-30％，死亡率小于0.5％，無雜菌。
(5)加入酵母液將培養好的酵母液從種子罐的無菌管道壓入液態發酵罐中，酵母的接種量控制在原料質量的2-10％。
(6)發酵原料在發酵罐中進行發酵，溫度控制在25-35℃，時間40-48小時。發酵過程中通過監控發酵罐內溫度、pH變化和菌種耗糖的情況，觀察發酵是否正常，當原料殘糖小于1.0％時，判定發酵已接近終點。
(7)蒸餾發酵結束后，發酵液從發酵罐中打入蒸餾裝置中進行蒸餾，制得乙醇產品。測定殘糖0.51％，蒸餾得到95％(w/w)酒精60.1kg，糖轉化率97.7％，乙醇得率86.9％。
實施例4(1)甜高粱榨汁及籽粒粉碎去掉甜高粱表面葉子，將秸稈在榨汁機榨汁并過濾，得800kg甜高粱汁儲存備用。將籽粒用破碎機進行粉碎，籽粒的破碎細度要求達到60-80目。
(2)蒸料滅菌將制備好的800kg甜高粱汁和200kg籽粒粉混合，加入液態發酵罐中，1kgf/cm2壓力，121℃，蒸汽滅菌20-30分鐘。
(3)種子的制備酵母各級種子培養基為常規麥芽汁培養基，二級及以上培養基可用如下培養基替代甜高粱汁100％、蛋白胨1-3％、酵母膏0.1-1％，pH5-6。分裝滅菌，1kgf/cm2、30分鐘，搖床培養120-200rpm，培養時間10-18小時。種子要求細胞數大于1億/mL，出芽率15-30％，死亡率小于0.5％，無雜菌。
(4)酶液的配置按籽粒粉質量的0.1-0.5％稱取淀粉糖化酶，將稱好的酶液溶于水中，攪拌均勻，投入培養好的種子罐中。
(5)加入酵母液和酶液將培養好的酵母液(含酶液)從種子罐的無菌管道壓入液態發酵罐中，酵母的接種量控制在原料質量的2-10％。
(6)發酵原料在發酵罐中進行發酵，溫度控制在25-35℃，時間48-72小時。發酵過程中通過監控發酵罐內溫度、pH變化和菌種耗糖的情況，觀察發酵是否正常，當原料殘糖小于1.0％時，判定發酵已接近終點。
(7)蒸餾發酵結束后，發酵液從發酵罐中打入蒸餾裝置中按常規進行蒸餾，制得乙醇產品。測定殘糖0.58％，蒸餾得到95％(w/w)酒精97.2kg，糖轉化率97.4％，乙醇得率91.4％。
上述參照實施例對利用甜高粱秸稈及其籽粒制取乙醇的方法進行的詳細描述，是說明性的而不是限定性的，可按照所限定范圍列舉出若干個實施例，因此在不脫離本發明總體構思下的變化和修改，應屬本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種利用甜高粱秸稈及其籽粒制取乙醇的方法，其特征在于具體實施步驟如下(1)將成熟的甜高粱秸稈按常規工藝進行揉搓粉碎或榨汁，粉碎細度要求1-10cm；(2)將籽粒進行粉碎、過篩，細度要求60-80目；發酵采取固態法或液態法兩種方式進行(3)籽粒的酶解將粉碎后的甜高粱籽粒加水配成15-25％濃度的溶液，溶液加熱至40-60℃時加酶糖化，酶的添加量控制在籽粒質量的0.1-0.5％，并在該溫度下保持4-8小時，糖化液備用；(4)將籽粒粉或其糖化液與甜高粱粉碎物或汁液按重量比1∶4-9比例混合均勻，進行滅菌，固體料在常壓下蒸汽滅菌30-60分鐘；液體料在1kgf/cm2下、滅菌20-30分鐘；(5)種子的制備酵母各級種子培養基為常規麥芽汁培養基，二級及以上培養基可用如下培養基替代甜高粱汁100％、蛋白胨1-3％、酵母膏0.1-1％，pH5-6；分裝滅菌，1kgf/cm2、30分鐘，搖床培養120-200rpm，培養時間10-18小時；種子要求細胞數大于1億/mL，出芽率15-30％，死亡率小于0.5％，無雜菌；(6)原料滅菌后，攤涼或冷卻至25-30℃，添加培養好的酵母種子液或種子與淀粉糖化酶的混合液，攪拌均勻后裝入滾筒式發酵罐中，在25-35℃下發酵40-72小時，酵母的接種量控制在原料質量的2-10％，酶的添加量控制在籽粒質量的0.1-0.5％；(7)發酵結束后按常規進行蒸餾，制得乙醇。
全文摘要
本發明涉及一種利用甜高粱秸稈及其籽粒制取乙醇的方法，實施步驟如下將成熟的甜高粱秸稈和籽粒分別進行粉碎，將籽粒粉或其糖化液與甜高粱粉碎物或汁液按重量比1∶4－9比例混合；拌勻后進行滅菌，其中固體料在常壓下蒸汽滅菌30－60分鐘；液體料在1kgf/cm
文檔編號C12R1/85GK101067142SQ20071005758
公開日2007年11月7日 申請日期2007年6月8日 優先權日2007年6月8日
發明者王祥河, 胡曉原, 趙瓊, 韓慧 申請人:天津市工業微生物研究所