專利名稱：利用無患子果皮發酵生產生物質能源酒精的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用無患子果皮發酵生產酒精的方法，特別是一種利用無患子果皮中的糖和糖苷生產酒精的方法。
背景技術：
在石油資源日益枯竭，環境保護意識加強的形勢下，人們更看重從資源、能源和經濟一體化協調考慮的社會可持續發展模式。在這一形勢下人們開始關注生物能源，如燃料酒精、生物柴油、生物質氣化及液化燃料等能源物質的生產研究。無患子(Sapindus mukorossi Gaerth.)是一種民間植物，自古以來為人們所熟悉，別名圓阜角、木患子、菩提子、皮皂子等。在江浙一代，栽培無患子樹大多作為綠化帶，每年有大量的無患子果被丟棄或堆積于路邊，造成了資源的浪費。其實無患子渾身都是寶無患子的果皮含有豐富的糖類和皂苷類成分，果仁則含油豐富。無患子果皮中的糖類主要是果糖、鼠李糖、阿拉伯糖等一些單糖和少量的寡糖和多糖；無患子果皮中的皂苷則由皂苷元和糖基構成，這些糖類和糖基可為微生物的生長提供良好的碳源。此外，無患子果皮中還含有少量的尼克酸、有機酸、 酚酸等十多種氨基酸和鐵、鈣、鎂、鉀、鈉、磷等成分，可為微生物的生長繁殖提供氮源和礦物質。但是有文獻表明，從無患子果皮中的粗皂苷對啤釀酒糖酵母菌和產脘假絲酵母菌有明顯的抗菌活性，對酵母菌抑制較強，所以利用酵母菌來發酵無患子生產酒精有一定的風險與難度。發明內容
本發明的目的在于提供一種利用無患子果制造生物質能源酒精的方法，提高廢棄無患子果的附加值，減少環境污染，實現企業節能減排的目的。本發明提供了利用無患子生產生物乙醇最有效的酵母菌株以及通過使酵母菌株發酵來最大化生產生物乙醇的方法。
本發明所采用的技術方案為一種利用無患子果皮發酵生產生物質能源酒精的方法，該方法包括以下步驟I)將干無·患子果進行預處理，用水浸泡，待果皮泡軟后用振動篩將浸泡液與無患子果分離；2)用脫殼機將無患子果的果核與果皮分離，并用濕法粉碎機粉碎果皮，將粉碎后的果皮并入步驟I)的浸泡液中，在20°C _70°C的恒溫常壓狀態下再攪拌提取2-7h，用振動篩將提取液與粉碎后的果皮渣分離，并用壓榨機對濕果皮進行壓榨，合并浸泡液和壓榨液；3)將上述所得的提取液泵入滅菌罐中，滅菌罐夾套中通蒸汽，將提取液加熱到80-90°C，維持l_2h，然后通循環水冷卻至28-40°C后保溫，得到無患子滅菌提取液T公斤；4)取10%-60% T公斤的無患子滅菌提取液加入重量為此部分無患子滅菌提取液3%-10%的干酵母，在32-40°C溫度常壓狀態下活化15-40min，得到活化液；5)將活化液冷卻至32°C 土TC，加入15%-60%T公斤的無患子滅菌提取液進行接種，于28_37°C發酵， 轉速0-150r/min ；6)當出現發酵停滯，將剩余無患子滅菌提取液按步驟4)進行活化后，力口入，繼續在28-37°C常壓條件下發酵，轉速0-150r/min，總發酵時間為4_10天；7)將發酵醪液經預熱到30-60°C進入塔壓為O. 2-0. 5atm的減壓粗餾塔，進行乙醇初步分離，餾出物經60-100°C預熱后進入塔壓為1. 2-1. 8atm的精餾塔，進一步獲得乙醇較高質量濃度的氣相產物，再進入分子篩吸附塔即得到燃料乙醇。
所述的將干無患子果進行預處理是指在干無患子果中加入是其1-5倍重量的水， 在20°C _70°C的恒溫常壓狀態下以20-60r/min轉速攪拌提取10_15h。
當然也可使用新鮮的無患子果進行制作，浸泡所使用的水可適當減少，由于無患子果為季節性果實，所以以干無患子果為整個制作過程的用量依據。
用于乙醇發酵的干酵母為高活性干酵母、耐高溫酵母、黃酒酵母、啤酒酵母、葡萄酒酵母中的一種或幾種。
所述的活化時所用的無患子滅菌提取液為無患子滅菌上清液或將無患子滅菌上清液稀釋1-3倍后的液體。
所述的發酵停滯是指發酵液中不再有氣泡產生，菌種全部沉降至罐底。
所述的酒精蒸餾方法為第一步粗餾，第二步精餾；粗餾至蒸餾液中乙醇含量小于 0.5% (v/v)，餾分進入精餾塔進行精餾。
本發明與現有研究相比，具有以下明顯的優勢和有益效果1.本方法工藝簡單， 采用干酵母，可在短時間內完成活化，節省了鮮酵母連續活化時所用的大量培養基和滅菌等工序；2.本方法提取的無患子液體本身pH適宜菌種生長與發酵，不需另外添加酸類來調節PH ;且發酵開始時不必添加發酵營養物質，是一種節能環保的方法。
具體實施方式
下面的實施例可以使本專業的技術人員更理解本發明，但不以任何形式限制本發 明。
實施例1:于I號提取罐中加入16kg干無患子果及48kg自來水，在70°C，以50r/ min的轉速攪拌提取8h，用振動篩將浸泡液與無患子果分離，并用脫殼機將果核與果皮分離，然后用濕法粉碎機粉碎果皮，將粉碎后的果皮并入浸泡液中，在70°C，以50r/min的轉速再攪拌提取3h，用振動篩將此浸泡液與無患子果分離，得到40kg浸泡液，壓榨機壓榨后得到壓榨液5kg，合并浸泡液與壓榨液，得到提取液45kg。將此45kg提取液泵入滅菌罐，滅菌罐夾套中通蒸汽(蒸汽壓力O. 2-0. 3MPa)加熱到80_90°C，維持lh，然后通循環水冷卻至 32°C后保溫。之后將35kg此滅菌提取液打入2號發酵罐中。將5kg滅菌提取液泵入I號發酵罐中，加無菌水稀釋至10kg，于I號發酵罐中取黃酒酵母360g添加于此IOkg稀釋過的滅菌提取液中，32°C活化15min后循環水冷卻至28°C，之后將此活化液全部加入2號發酵罐中，28°C靜置發酵。發酵第2天出現發酵停滯(通常在發酵第2-5天左右會出現發酵停滯的現象)，則再取5kg滅菌提取液加入黃酒酵母360g于I號發酵罐中進行活化，活化之后將此活化液全部打入2號發酵罐中繼續發酵，發酵5天，得到的無患子發酵醪中乙醇的體積分數為7. 5%。將發酵醪液經預熱到30°C進入塔壓為O. 4atm的減壓粗餾塔，進行乙醇初步分離，餾出物經預熱到60°C后泵入進入塔壓為1. 52的精餾塔，進一步獲得乙醇較高質量濃度的氣相產物，再進入4A分子篩吸附塔即得到高純度燃料乙醇(通常可選擇天鷹、安琪或其它牌子的干酵母)。
實施例2 :于I號提取罐中加入16kg干無患子果及32kg自來水，在30°C，以43r/ min的轉速攪拌提取12h，用振動篩將此浸泡液與無患子果分離，并用脫殼機將果核與果皮分離，然后用濕法粉碎機粉碎果皮，將粉碎后的果皮并入浸泡液中，在30°C，以43r/min的轉速再攪拌提取5h，用振動篩將此浸泡液與無患子果分離，得到22kg浸泡液，壓榨機壓榨后得到壓榨液6kg，合并浸泡液與壓榨液，得到提取液28kg。將此28kg提取液泵入滅菌罐， 滅菌罐夾套中通蒸汽(蒸汽壓力O. 2-0. 3MPa)加熱到80-90°C，維持lh，然后通循環水冷卻至28°C后保溫。之后將4kg此滅菌提取液泵入2號發酵罐中。于I號發酵罐中取天鷹高活性干酵母、安琪葡萄酒酵母(天鷹高活性干酵母110g，安琪葡萄酒酵母250g)共360g添加于 12kg滅菌提取液中，32°C活化15min后循環水冷卻至28°C。之后將此活化液全部加入2號發酵罐中，28°C靜置發酵。發酵第三天出現發酵停滯，則再取12kg滅菌提取液加入天鷹高活性干酵母、安琪葡萄酒酵母(天鷹高活性干酵母110g，安琪葡萄酒酵母250g)共360g于I 號發酵罐中進行活化，活化之后將此活化液全部泵入2號發酵罐中繼續發酵。發酵5d，得到的無患子發酵醪中乙醇的體積分數為7. 5%。將發酵醪液經預熱到50°C進入塔壓為O. 57atm 的減壓粗餾塔，進行乙醇初步分離，餾出物預熱到70°C后泵入進入塔壓為1. 38精餾塔，進一步獲得乙醇較高質量濃度的氣相產物，再進入3A分子篩吸附塔即得到高純度燃料乙醇。
也可使用新鮮的無患子果進行制作，浸泡所使用的水可適當減少，由于無患子果為季節性果實，能用新鮮的無患子果進行制作的時間不長，所以以干無患子果為整個制作過程的用量依據。
實施例3 :于I號提取罐中加入30kg干無患子果及30kg自來水，在70°C，以20r/ min的轉速攪拌提取10h，用振動篩將此浸泡液與無患子果分離，并用脫殼機將果核與果皮分離，然后用濕法粉碎機粉碎果皮，將粉碎后的果皮并入浸泡液中，在70°C，以50r/min的轉速再攪拌提取7h，用振動篩將此浸泡液與無患子果分離，得到20kg浸泡液，壓榨機壓榨后得到壓榨液5kg，合并浸泡液與壓榨液，得到提取液25kg。將此25kg提取液泵入滅菌罐中，滅菌罐夾套中通蒸汽(蒸汽壓力O. 2-0. 3MPa)加熱到80_90°C，維持lh，然后通循環水冷卻至30°C后保溫。之后將8kg此滅菌提取液泵入2號發酵罐中。于I號發酵罐中取中奧金麥S-189干酵母700g添加于7kg滅菌提取液中，35°C活化30min后循環水冷卻至30°C。 之后將此活化液全部泵入2號發酵罐中，30°C靜置發酵。發酵第3天出現發酵停滯，則再取 IOkg滅菌提取液加入中奧金麥S-189干酵母500g于I號發酵罐中進行活化，活化之后將此活化液 全部泵入2號發酵罐中繼續發酵，發酵7d，得到的無患子發酵醪中乙醇的體積分數為9. 7%。將發酵醪液預熱到40°C進入塔壓為O. 33atm的減壓粗餾塔，進行乙醇初步分離， 餾出物預熱到80°C泵入進入塔壓為1. 43的精餾塔，進一步獲得乙醇較高質量濃度的氣相產物，再進入3A分子篩吸附塔即得到高純度燃料乙醇。
實施例4 :于I號提取罐中加入20kg無患子果及IOOkg自來水，在50°C，以30r/ min的轉速攪拌提取15h，用振動篩將此浸泡液與無患子果分離，并用脫殼機將果核與果皮分離，然后用濕法粉碎機粉碎果皮，將粉碎后的果皮并入浸泡液中，在50°C，以30r/min的轉速再攪拌提取3h，用振動篩將此浸泡液與無患子果分離，得到80kg浸泡液，壓榨機壓榨后得到壓榨液10kg，合并浸泡液與壓榨液，得到提取液90kg。將此90kg提取液泵入滅菌罐中，滅菌罐夾套中通蒸汽(蒸汽壓力O. 2-0. 3MPa)加熱到80_90°C，維持lh，然后通循環水冷卻至37°C后保溫。之后將25kg此滅菌提取液泵入2號發酵罐中。于I號發酵罐中取耐高溫酵母、啤酒酵母、高活性干酵母(耐高溫酵母1. 5kg、啤酒酵母1kg、高活性干酵母1. 5kg) 共4kg添加于50kg滅菌提取液中，40°C活化40min后循環水冷卻至37°C，之后將此活化液全部泵入2號發酵罐中，37°C靜置發酵。發酵第四天出現發酵停滯，則再取15kg滅菌提取液加入耐高溫酵母、啤酒酵母、天鷹高活性干酵母(耐高溫酵母350g、啤酒酵母500g、高活性干酵母500g)共1. 35kg于I號發酵罐中進行活化，活化之后將此活化液全部泵入2號發酵罐中繼續發酵，發酵6d，得到的無患子發酵醪中乙醇的體積分數為8. 4%。將發酵醪液經預熱到55°C進入塔壓為O. 2atm的減壓粗餾 塔，進行乙醇初步分離，餾出物預熱到84°C泵入進入塔壓為1. 5的精餾塔，進一步獲得乙醇較高質量濃度的氣相產物，再進入4A分子篩吸附塔即得到高純度燃料乙醇。
權利要求
1.一種利用無患子果皮發酵生產生物質能源酒精的方法，其特征在于I)將干無患子果進行預處理，用水浸泡，待果皮泡軟后用振動篩將浸泡液與無患子果分離；2)用脫殼機將無患子果的果核與果皮分離，并用濕法粉碎機粉碎果皮，將粉碎后的果皮并入步驟I) 的浸泡液中，在20°C -70°C的恒溫常壓狀態下再攪拌提取2-7h，用振動篩將提取液與粉碎后的果皮渣分離，并用壓榨機對濕果皮進行壓榨，合并浸泡液和壓榨液；3)將上述所得的提取液泵入滅菌罐中，滅菌罐夾套中通蒸汽，將提取液加熱到80-90°C，維持l_2h，然后通循環水冷卻至28-40°C后保溫，得到無患子滅菌提取液T公斤；4)取10%-60% T公斤的無患子滅菌提取液加入重量為此部分無患子滅菌提取液3%-10%的干酵母，在32-40°C溫度常壓狀態下活化15-40min，得到活化液；5)將活化液冷卻至32°C ±1°C，加入15%_60%T 公斤的無患子滅菌提取液進行接種，于28-37°C發酵，轉速0-150r/min;6)當出現發酵停滯，將剩余無患子滅菌提取液按步驟4)進行活化后，加入，繼續在28-37°C常壓條件下發酵，轉速0-150r/min，總發酵時間為4_10天；7)將發酵醪液經預熱到30_60°C進入塔壓為O. 2-0. 5atm的減壓粗餾塔，進行乙醇初步分離，餾出物經60-100°C預熱后進入塔壓為1.2-1. Satm的精餾塔，進一步獲得乙醇較高質量濃度的氣相產物，再進入分子篩吸附塔即得到燃料乙醇。
2.根據權利要求1所述一種利用無患子果皮發酵生產生物質能源酒精的方法，其特征在于所述的將干無患子果進行預處理是指在干無患子果中加入是其1-5倍重量的水，在 200C _70°C的恒溫常壓狀態下以20-60r/min轉速攪拌提取10_15h。
3.根據權利要求1一種利用無患子果皮發酵生產生物質能源酒精的方法，其特征在于用于乙醇發酵的干酵母為高活性干酵母、耐高溫酵母、黃酒酵母、啤酒酵母、葡萄酒酵母中的一種或幾種。
4.根據權利要求1一種利用無患子果皮發酵生產生物質能源酒精的方法，其特征在于所述的活化時所用的無患子滅菌提取液為無患子滅菌上清液或將無患子滅菌上清液稀釋1-3倍后的液體。
5.根據權利要求1一種利用無患子果皮發酵生產生物質能源酒精的方法，其特征在于所述的發酵停滯是指發酵液中不再有氣泡產生，菌種全部沉降至罐底。
全文摘要
一種利用無患子果皮發酵生產生物質能源酒精的方法，包括以下步驟將干無患子果用水浸泡，果皮泡軟后，浸泡液與無患子果分離；果核與果皮分離，粉碎果皮，并入浸泡液中，攪拌提取2-7h，分離果皮渣，壓榨濕果皮，合并浸泡液和壓榨液；將提取液高溫滅菌，冷卻至28-40℃后保溫；取部分提取液加入干酵母活化；將活化液加入部分提取液中進行接種，于28-37℃發酵；當發酵停滯，將剩余提取液進行活化后，加入，繼續發酵，總發酵時間為4-10天；將發酵醪液經預熱進入粗餾塔，進行乙醇初步分離，再進入精餾塔，進一步獲得乙醇較高質量濃度的氣相產物，再進入分子篩吸附塔即得到燃料乙醇。本方法工藝簡單，活化時間短，不必添加發酵營養物質，節能環保。
文檔編號C12R1/865GK102994570SQ20121053901
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月5日
發明者翁震, 伍恒, 郭有枝, 孫志勇, 姚衛蓉, 汪何雅, 徐德平, 肖剛, 王娜 申請人:福建省源容生物科技有限公司