徐友海;岳军;朱庆伟;徐艳红;张国进;王继艳;胡世洋;惠继星
【摘 要】研究了利用木薯酒精厂废渣为原料发酵生产乙醇的方法,结果表明:经过简单的机械粉碎后,通过同步糖化发酵生产乙醇是可行的.发酵条件为:木薯酒精渣经粉碎后取粒径小于0.85 mm的部分,初始料水比1∶8,纤维素酶添加量为每克木薯渣(干重)30FPU,发酵过程中在24 h内分批将剩余木薯渣加入至总料水比达到1∶2.5,利用5L发酵罐进行同步糖化发酵,发酵液中乙醇质量浓度达到52g/L,木薯酒精渣到乙醇的收率达到13％.纤维素酶的添加量对发酵效果影响显著,当达到每克木薯渣(干重)50FPU时,发酵液中乙醇质量浓度可达65 g/L,乙醇收率达到16％.
国模杨玉玲【期刊名称】《化工科技》
【年(卷),期】2014(022)002
二甲基乙醇胺【总页数】4页(P16-19)
【关键词】木薯酒精渣;同步糖化发酵;乙醇
【作 者】徐友海;岳军;朱庆伟;徐艳红;张国进;王继艳;胡世洋;惠继星
【作者单位】中国石油吉林石化公司研究院,吉林吉林132021;中国石油吉林石化公司研究院,吉林吉林132021;中国石油吉林石化公司研究院,吉林吉林132021;中国石油吉林石化公司研究院,吉林吉林132021;中国石油吉林石化公司研究院,吉林吉林132021;中国石油吉林石化公司研究院,吉林吉林132021;中国石油吉林石化公司研究院,吉林吉林132021;中国石油吉林石化公司研究院,吉林吉林132021
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ923
近年来，燃料乙醇作为新的可再生的燃料替代品日益受到各国的重视，其中非粮乙醇是今后产业发展的基本方向，作为从粮食乙醇到纤维素乙醇的过渡，木薯乙醇是目前的发展重点之一。这类项目的特点之一是相应产生大量废渣，其主要成分包括w(纤维素)=25%～30%，w(半纤维素)=10%～12%，w(木质素)=30%～32%，w(粗蛋白)=4%～6%，w(粗脂肪)=2%～4%，w(淀粉)=8%～10%，w(粗灰分和无机盐)=10%～15%[1]。而每生产1t木薯
乙醇大约产生0.33 t木薯酒精渣(干基)，由此推算，对于一个生产能力为30万t/a的木薯燃料乙醇生产厂，每年产生的木薯渣则高达约10万t，如果这部分副产物仅仅是简单焚烧或作堆肥处理，不但是对资源的极大浪费，同时严重污染环境。因此，如何提高木薯渣的综合利用价值，变废为宝，是木薯酒精行业亟待解决的问题。
近年来，进行过不少木薯废渣开发利用的研究，如在浓硫酸(质量分数60%)、浓硝酸和催化剂共同作用下，经水解-氧化-水解可将木薯渣制备成草酸[2]；利用黑曲霉和啤酒酵母对木薯渣进行混种发酵[3]，提高木薯渣的蛋白含量，作为一种酵母单细胞蛋白饲料应用于饲养牲畜，使废弃物得到资源化处理；也可以利用木薯渣在箱式固态发酵反应器中用黑曲霉发酵生产植酸酶[4-5]；更多的研究是利用其生产酒精，广西明阳生化科技股份有限公司将木薯渣与生木薯或木薯干片分开，分别进行蒸煮和糖化，木薯渣经糖化后进行渣水分离，固渣直接做饲料或肥料，分离的木薯渣糖化滤液则回用作生木薯或木薯干片的调浆用液。该方法降低了生木薯或木薯干片的用量[6]。广西师范大学通过使用纤维素酶将木薯加工制取淀粉过程的木薯渣中占较大比例的粗纤维利用起来，其最高产酒率达到27.3%[7]。中粮集团将含木薯渣的原料与酶混合，酶解其中的纤维素，得到酶解产物，并发酵该酶解产物生成乙醇，同时连续补加木薯渣。但是，因种种原因这些研究均未得到大面积的推广。
目前发酵生产酒精方面的研究多针对木薯加工制取淀粉过程中所产生的废弃物，主要是由于其淀粉含量较高，而木薯酒精废渣利用的研究非常少。从木薯酒精渣成分组成中可见，其中纤维素、半纤维素和木质素的含量较高，若通过适当的方法分别进行深加工而得到相应的高附加值产品(其中仅利用纤维素制乙醇就可提高乙醇收率4%以上)，将会有效提高木薯乙醇装置的整体经济效益。
作者研究尝试建立一种以木薯酒精厂所产废渣为原料，通过适当的原料预处理、纤维素酶水解并发酵生产乙醇，提出一条以木薯酒精渣为原料发酵生产乙醇的工艺路线。
1 实验部分
1.1 主要材料与试剂
木薯酒精渣：广西北海生物质能源有限公司；纤维素酶：枣庄市杰诺生物酶有限公司；酿酒活性干酵母：湖北安琪酵母股份有限公司；其它为市售分析纯试剂。
1.2 仪器和设备
CL-32L高压灭菌锅：日本ALP公司；TGL-16G高速台式离心机：上海安亭科学仪器厂；THZ-98AB恒温振荡器、DHG-9070A电热恒温鼓风干燥箱：上海一恒科学仪器有限公司；SW-CJ-1FD洁净工作台：苏州安泰空气技术有限公司；SSY-H不锈钢恒温水浴锅：上海三申医疗器械厂；SBA-40X生物质传感分析仪：山东省科学院生物研究所；BIOCTECH-5BG发酵罐：上海保兴生物设备工程有限公司；1KCF-10回转搅拌反应釜：烟台牟平曙光精密仪器厂；6202小型高速粉碎机：北京燕山正德机械设备有限公司。
1.3 实验方法
人民日报七一社论1.3.1 原料的准备
将取自于木薯酒精工厂的木薯渣自然风干，储存于自封袋中，平衡水分24 h后进行后续步骤。
1.3.2 原料的预处理
粉碎：将自然风干的木薯酒精渣用6202小型高速粉碎机粉碎后过筛，取不同粒径进行下一步实验。
酸碱处理：按要求配制一定浓度的酸、碱等溶液，按一定比例加入木薯酒精渣(干重)，混合均匀后置于高压反应釜内，升温至预定温度保持一定的时间。处理完毕后，冷却放料，固体残渣经过滤后洗涤至中性，贮于密封袋存于4 ℃冰箱备用，
1.3.3 材料及设备的高压蒸汽灭菌
按照培养基配方，于电子天平上称量所需的药品，加入适量的蒸馏水，并充分搅拌，后分装入摇瓶或发酵罐中。在高压蒸汽灭菌锅内进行灭菌处理，灭菌结束后冷却至室温备用。
1.3.4 同步糖化发酵
木薯酒精渣经粉碎过筛后取一定粒径范围的进行实验，加入一定比例的水及0.75 g/L的硫酸铵，高压蒸汽灭菌20 min，冷却至约30 ℃后加入纤维素酶及1 g/L的干酵母，发酵过程中保持木薯渣不沉底，定期补加木薯渣，发酵温度为30～32 ℃，5 h前好氧发酵，5 h后厌氧发酵，定时取样分析ρ(乙醇)。
1.4 分析方法
1.4.1 木薯酒精渣成分测定
纤维素、半纤维素、木质素含量分别采用硝酸乙醇法、减量法、两步法酸水解测定[8]，灰分含量测定参照《GB/T2677.3—1993 造纸原料灰分的测定》。
1.4.2 发酵液中的乙醇、葡萄糖测定
吸取2 mL发酵醪，离心后取上清液，并稀释适当的倍数后，用SBA-40X型生物传感分析仪测定葡萄糖、乙醇的质量浓度，乘以稀释倍数后即为发酵醪中葡萄糖、乙醇的质量浓度。
2 结果与讨论
2.1 木薯酒精渣成分分析三部门明确防卫过当认定标准
木薯酒精渣的主要成分(见表1)与文献报道有较大差异，其中，木质素的质量分数低于文献报道值，而灰分含量大大高于文献报道值，这将对提高发酵醪中ρ(乙醇)有比较大的影响。
表1 木薯酒精渣主要成分成分纤维素半纤维素木质素灰分w/%31.0414.5912.2321.71
郑樟林2.2 不同粒径对木薯酒精渣发酵的影响
经粉碎后分别取不同粒径范围的木薯酒精渣按1.3.4的方式进行发酵实验，初始固液比1∶8，纤维素酶添加量为每克木薯渣(干重)30FPU。250 mL三角瓶装液量60 mL，置于恒温震荡培养箱内。发酵过程中分批补料使最终固液比达到1∶2.5，分别于24、48、72 h取样分析，不同时间发酵液中ρ(乙醇)见表2。
表2 不同粒径范围的木薯酒精渣发酵结果粒径范围ρ(乙醇)/(g·L-1)24h48h72h未粉碎182321>0.85mm2235330.59～0.85mm3846440.42～0.59mm394543
实验结果表明：通过粉碎可以提高纤维素酶与底物的接触面积，在相同纤维素酶用量下可以增加其纤维素的水解效率，从而取得较好的发酵效果，粒径范围在0.59～0.85 mm时比未经粉碎的木薯酒精渣ρ(乙醇)提高1倍，粒径进一步降低，则效果不明显。因此，在下一步实验中，原料均取粉碎粒径0.85 mm以下的木薯酒精渣开展实验。
2.3 不同预处理方式对木薯酒精渣发酵的影响
在目前技术条件下，利用木质纤维素类材料发酵制取乙醇通常采用酸、碱进行预处理，以提高纤维素水解效率。而对于木薯酒精渣这种特殊的纤维质材料，其木质素、纤维素、半
纤维素是处于较松散的结合状态，只是由于酶的可及性较差影响了酶解效果，通过粉碎可以增加酶与底物的接触面积。实验中对化学法与机械粉碎2种预处理方式进行了分批补料同步糖化发酵摇瓶对比实验。酸碱预处理按1.3.2的方法进行，预处理条件设置见表3。
表3 木薯酒精渣预处理条件试剂处理温度/℃ρ/[g·(100mL)-1]固液比1)处理时间/min氨水1604.51∶645硫酸16011∶6601) 木薯酒精渣与酸、碱溶液质量比
facebow粉碎后的木薯酒精渣取粒径小于0.85 mm的部分进行实验，其它实验条件同2.2，不同时间发酵液中ρ(乙醇)见图1。
发酵时间/h图1 不同预处理方式对木薯酒精渣发酵的影响
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议