专利名称：一种利用海藻化工废料生产乙醇和饲料的方法
技术领域：
本发明属于海洋资源生物技术领域，尤其涉及一种利用海藻化工废料通过酶和微生物的生物转化生产乙醇和蛋白质类饲料的方法。
背景技术：
海藻主要指褐藻(海带、巨藻、海蕴、泡叶藻、裙带菜、羊栖菜、马尾藻、绳藻、紫菜等)等在海洋中自然或人工养殖的藻类。我国山东、福建、浙江等地有不同规模的人工养殖基地。南美洲和北美洲沿海有大量野生的巨藻等丰富的藻类资源。
海藻是重要的化工原料，可以用于生产海藻酸钠、甘露醇、碘、褐藻糖胶等化工产品。我国在20世纪五十年代大规模推广海带等褐藻种养殖技术以后，围绕海藻资源建立了以生产碘、甘露醇和海藻酸钠(习称“老三样”)为主要产品的海藻工业体系，近年来又增加了褐藻糖胶等新产品。然而，随着利用海藻生产化工产品的数量和品种的不断增多，海藻经过化工过程后而形成的废料的数量也在增加，并且有些地区还因这些残渣废料乱弃或缺少有效的处理方法和利用途径造成环境污染，因此，海藻化工废料的处理与综合利用是海洋资源化学加工领域中需迫切解决的课题。
发明内容
针对海藻工业面临的废料造成的环境负担和综合利用需要解决的难题，本发明的目的是提供一种应用酶工程和微生物技术处理海藻化工废料生产乙醇和饲料的技术。
本发明的技术方法包括三种基本方式一种方法是先用纤维素酶制剂将海藻工业废料水解，然后接入酿酒酵母进行发酵。第二种是两种微生物的串联发酵方法。即，用纤维素酶产生菌发酵产生纤维素酶，同时水解海藻工业废渣，然后进行酿酒酵母菌厌氧发酵。第三种方法是两种微生物的混合发酵。即，将纤维素酶产生菌与酿酒酵母菌先进行混合培养，然后转入厌氧发酵。
本发明所述利用海藻化工废料生产乙醇和饲料的方法，具体由下述步骤组成(1)海藻化工废料选择所述废料是海藻化学工业生产海藻酸钠、甘露醇、碘或海藻糖胶产品过程中形成的含有纤维素成分的废渣；其中所述海藻是海带、马尾藻、巨藻、海蕴、泡叶藻、裙带菜、羊栖菜、绳藻、紫菜之一，所述废渣是海带、马尾藻、巨藻、海蕴、泡叶藻、裙带菜、羊栖菜、绳藻、紫菜废渣之一或其任意比例混合；(2)酶制剂的选择酶制剂为市售能够将纤维素降解为可被酿酒酵母利用的单糖和寡糖的纤维素酶、半纤维素酶；(3)菌种选择选用纤维素酶产生菌绿色木霉(Trichoderma viride)AF93252，武汉大学中国典型培养物保藏中心提供，保藏号为CCTCC NO.AF93252；酿酒酵母菌种安琪酵母，市售；(4)纤维素酶液体发酵菌种制备用步骤(3)所述的纤维素酶产生菌菌株，在无菌条件下，经试管斜面、摇瓶、一级种子罐、二级种子罐逐级放大培养，制得菌数达0D值1.0～1.2×10/ml的液体发酵菌种；
其中所述摇瓶、一级种子罐、二级种子罐使用的发酵培养基是以重量百分比计含0.1％蛋白胨、1.2％碳源的Mandel’s无机盐营养液，pH5～6；所述斜面培养基是上述Mandel’s无机盐营养加2％的琼脂粉；所述摇瓶培养条件是温度30℃～32℃，pH5～6，摇床转速180～220r/min，培养时间48～60小时；一级种子罐，二级种子罐培养条件是温度28℃～32℃，pH4.5～6，罐压0.5Kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶0.8～1.0，搅拌转速120～200r/min，好氧培养48～60小时；(5)海藻化工废料酶法水解取步骤(1)所述的废渣加水至渣浓度以重量百分比计为20％～35％，用稀酸溶液调节pH至4.5～6；以总量的重量百分比计，加入10％～30％量的市售纤维素酶或/和半纤维素酶制剂，28℃～32℃反应24～26小时，备用；(6)以酿酒酵母发酵生产乙醇用酵母基本培养基，在温度30℃～37℃，pH4～6，活化酿酒酵母菌种，制备菌细胞数达1亿/ml以上的酿酒酵母发酵菌液，备用；按步骤(5)制备的水解海藻化工废料液体积量计，接入其体积百分比为10％～15％的酿酒酵母发酵菌液或0.1％～0.5％的市售安琪酵母颗粒进行厌氧密闭发酵，发酵温度为28℃～32℃，pH值为4～6；发酵时间48～58小时，当检测发酵醪酒精浓度达到体积百分比8％以上时，发酵停止；或者(7)海藻化工废料发酵取步骤(1)所述的废渣与步骤(4)所述的发酵培养基以重量比为1∶5～8的量混合，以装料系数70～80％的量装入发酵罐内，再以装料量的重量百分比计，加入10％～15％步骤(4)所述的液体发酵菌种，以培养温度28℃～32℃，pH4.5～6，罐压0.6～0.8kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶0.8～1.0，搅拌转速120～200r/min的条件，好氧发酵48～130小时后，备用；(8)厌氧发酵生产乙醇用酵母基本培养基，在温度30℃～37℃，pH4～6，活化酿酒酵母菌种，制备菌细胞数达1亿/ml以上的酿酒酵母发酵菌液，备用；按步骤(7)制备的发酵液体积量计，接入其体积百分比为10％～15％的酿酒酵母发酵菌液或0.1％～0.5％的市售安琪酵母颗粒进行厌氧密闭发酵，发酵温度为28℃～32℃，pH值为4～6；发酵时间48～58小时，当检测发酵醪酒精浓度达到体积百分比8％以上时，发酵停止；或者(9)海藻化工废料混合发酵取步骤(1)所述的废渣与步骤(4)所述的发酵培养基以重量比为1∶5～8的量混合，以装料系数70～80％的量装入发酵罐内，再以装料量的重量百分比计，加入10％～15％步骤(4)所述的液体发酵菌种和5％～10％步骤(6)所述的用酵母基本培养基活化的酿酒酵母发酵菌液，以培养温度28℃～32℃，pH4.5～6，罐压0.6～0.8kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶0.8～1.0，搅拌转速120～200r/min的条件，好氧发酵48～130小时，然后停止通气，转入厌氧密闭发酵阶段，发酵温度为28℃～32℃，pH值为4～6；发酵时间48～58小时，当检测发酵醪酒精浓度达到体积百分比8％以上时，发酵停止；(10)液固分离采用尼龙布过滤或10000rpm离心10min方法进行发酵液的液固分离；上清液经采用减压蒸馏方法蒸出乙醇，再浓缩，得浓度为90％以上的乙醇；沉淀的固体物质以两种方式用作动物饲料①将湿料按饲养对象和目的需要，与成品饲料或饲料添加剂混合；直接用于饲喂动物；②将湿料在常温下干燥，粉碎后以蛋白质类添加剂形式用于饲料加工。
上述利用海藻化工废料生产乙醇和饲料的方法中，优选实施方式是步骤(4)至(9)所述的温度是30℃。
步骤(4)至(9)所述的pH是5.0～6。
步骤步骤(4)、(7)或(9)所述的通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计为1∶0.9。
步骤(7)或(9)所述的好氧发酵时间是100-130小时。
本发明所述的酶工程技术是指纤维素酶、半纤维素酶等酶制剂的应用技术。所述的微生物技术是指产纤维素酶的微生物和利用酵母等产生乙醇等物质的微生物。所述的海藻化工废渣废液是指利用自然或人工养殖的藻类(海带、巨藻、海蕴、泡叶藻、裙带菜、羊栖菜、马尾藻、绳藻、紫菜等)为原料生产海洋化工产品所形成的固体和液体废物。所述的能源是指通过酶解发酵等生物转化过程形成的乙醇等能量物质。所述的饲料是指以海藻化工废渣废液为原料经过生物转化形成的富含蛋白质等营养成分的微生物及其代谢产物。
采用本发明的方法生产的乙醇等能源物质经浓缩后可以用于医药、食品、化工、交通等领域；生产的富含蛋白质及微生物代谢产物的饲料可以当作或用于制备家禽、家畜、水产等养殖业的“绿色”优质饲料。
为了更好地理解本发明的实质及本发明所述的生物转化技术的效果，申请人使用多家工厂的海藻废渣废液，综合利用酶工程技术和微生物技术对海藻化工废渣进行了生物转化、产能和产单细胞蛋白实验。结果表明本发明所述的生物转化技术能够有效的利用不同的海藻工业废物，产生乙醇和单细胞蛋白。
本发明为海藻化工废渣废液的综合利用提供了经济、环保、有效的工业技术，可以有效地解决海藻化工废渣废液造成的污染环境问题，变废为宝，为海藻资源的充分和高值化利用，为发展海藻循环经济提供重要的技术支持。
具体实施例方式
实施例1海带废渣，串联发酵。
利用海藻化工废料生产乙醇和饲料的方法，由下述步骤组成(1)海藻化工废料选择选海带废渣，根据废渣的含水量不同，加入适量的水制成渣浓度以重量百分比计为30％的悬液，用稀酸溶液调节pH到5至6，备用。
(2)菌种选择选用纤维素酶产生菌绿色木霉(Trichoderma viride)AF93252武汉大学中国典型培养物保藏中心提供，保藏号为CCTCC NO.AF93252；酿酒酵母菌种安琪酵母，从超市购买。
(3)液体发酵菌种制备用步骤(2)所述的纤维素酶产生菌菌株，在无菌条件下，经试管斜面、摇瓶、一级种子罐、二级种子罐逐级放大培养，制得菌数达OD值1.0～1.2×10/ml的液体发酵菌种；其中摇瓶、一级种子罐、二级种子罐使用的发酵培养基是以重量百分比计含0.1％蛋白胨、1.2％碳源的Mandel’s无机盐营养液，pH6；所用斜面培养基是上述Mandel’s无机盐营养加2％的琼脂粉；所用摇瓶培养条件是温度30℃，pH6，摇床转速200r/min，培养时间48-50小时；一级种子罐，二级种子罐培养条件是温度30℃，pH6，罐压0.5Kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶0.9，搅拌转速150r/min，好氧培养48-50小时；(4)海藻化工废料发酵取步骤(1)所述的废渣与步骤(3)所述的发酵培养基以重量比为1∶7的量混合，以装料系数80％的量装入发酵罐内，再以装料量的重量百分比计，加入14％步骤(3)所述的液体发酵菌种，以培养温度30℃，pH6，罐压0.7～0.8kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶0.9，搅拌转速150r/min的条件，好氧发酵120小时后备用；(5)厌氧发酵生产乙醇用酵母基本培养基温度33℃，pH4.8，活化酿酒酵母菌种，制备菌细胞数达1亿/ml以上的酿酒酵母发酵菌液，备用；按步骤(4)制备的发酵液体积量计，接入其体积百分比为14％的酿酒酵母发酵菌液或0.3％～0.5％的市售酵母颗粒进行厌氧密闭发酵，发酵温度为30℃，pH值为4.8；发酵时间48-58小时，当检测发酵醪酒精浓度达到体积百分比8％以上时，发酵停止；(6)液固分离采用尼龙布过滤或10000rpm离心10min方法进行发酵液的液固分离；上清液经采用减压蒸馏方法蒸出乙醇，再浓缩，得浓度为90％以上的乙醇；沉淀的固体物质以如下方式用作动物饲料将湿料按饲养对象和目的需要，与成品饲料或饲料添加剂混合；直接用于饲喂动物。
实施例2马尾藻废渣，串联发酵利用海藻化工废料生产乙醇和饲料的方法，由下述步骤组成(1)海藻化工废料选择选马尾藻废渣，根据废渣的含水量不同，加入适量的水制成渣浓度以重量百分比计为25％的悬液，用稀酸溶液调节pH到5.5，备用。
(2)菌种选择绿色木霉(Trichoderma viride)AF93252，武汉大学中国典型培养物保藏中心(CCTCC)提供，保藏号AF93252；酿酒酵母菌种安琪酵母，从超市购买。
(3)液体发酵菌种制备用步骤(2)所述的纤维素酶产生菌菌株，在无菌条件下，经试管斜面、摇瓶、一级种子罐、二级种子罐逐级放大培养，制得菌数达OD值1.0～1.2×10/ml的液体发酵菌种；其中摇瓶、一级种子罐、二级种子罐使用的发酵培养基是以重量百分比计含0.1％蛋白胨、1.2％碳源的Mandel’s无机盐营养液，pH5.5；所用斜面培养基是上述Mandel’s无机盐营养加2％的琼脂粉；所用摇瓶培养条件是温度32℃，pH5.5，摇床转速220r/min，培养时间54-60小时；一级种子罐，二级种子罐培养条件是温度32℃，pH5.5，罐压0.5Kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶1.0，搅拌转速200r/min，好氧培养55-60小时；(4)海藻化工废料发酵取步骤(1)所述的废渣与步骤(3)所述的发酵培养基以重量比为1∶8的量混合，以装料系数75％的量装入发酵罐内，再以装料量的重量百分比计，加入15％步骤(3)所述的液体发酵菌种，以培养温度32℃，pH5.5，罐压0.6～0.7kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶1.0，搅拌转速200r/min的条件，好氧发酵78-100小时后备用；(5)厌氧发酵生产乙醇用酵母基本培养基温度35℃-37℃，pH5.5，活化酿酒酵母菌种，制备菌细胞数达1亿/ml以上的酿酒酵母发酵菌液，备用；按步骤(4)制备的发酵液体积量计，接入其体积百分比为15％的酿酒酵母发酵菌液或0.2％～0.4％的市售酵母颗粒进行厌氧密闭发酵，发酵温度为32℃，pH值为5.5；发酵时间48-58小时，当检测发酵醪酒精浓度达到体积百分比8％以上时，发酵停止；(6)液固分离采用尼龙布过滤或10000rpm离心10min方法进行发酵液的液固分离；上清液经采用减压蒸馏方法蒸出乙醇，再浓缩，得浓度为90％以上的乙醇；沉淀的固体物质以如下方式用作动物饲料将湿料在常温下干燥，粉碎后以蛋白质类添加剂形式用于饲料加工。
实施例3海带原料，串联发酵利用海藻化工废料生产乙醇和饲料的方法，由下述步骤组成(1)海藻化工废料选择选干海带粉碎，以约1∶40的比例，加入适量的水制成渣浓度以重量百分比计为35％的悬液，用稀酸溶液调节pH到5，备用。
(2)菌种选择绿色木霉(Trichoderma viride)AF93252武汉大学中国典型培养物保藏中心(CCTCC)提供，保藏号AF93252；酿酒酵母菌种安琪酵母，从超市购买。
(3)液体发酵菌种制备用步骤(2)所述的纤维素酶产生菌菌株，在无菌条件下，经试管斜面、摇瓶、一级种子罐、二级种子罐逐级放大培养，制得菌数达OD值1.0～1.2×10/ml的液体发酵菌种；其中摇瓶、一级种子罐、二级种子罐使用的发酵培养基是以重量百分比计含0.1％蛋白胨、1.2％碳源的Mandel’s无机盐营养液，pH5；所用斜面培养基是上述Mandel’s无机盐营养加2％的琼脂粉；所用摇瓶培养条件是温度31℃，pH5，摇床转速180r/min，培养时间48小时；一级种子罐，二级种子罐培养条件是温度31℃，pH5，罐压0.5Kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶0.8，搅拌转速120r/min，好氧培养48小时；(4)海藻化工废料发酵取步骤(1)所述的废渣与步骤(3)所述的发酵培养基以重量比为1∶5的量混合，以装料系数70％的量装入发酵罐内，再以装料量的重量百分比计，加入10％步骤(3)所述的液体发酵菌种，以培养温度31℃，pH5，罐压0.7～0.8kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶0.8，搅拌转速120r/min的条件，好氧发酵48-60小时后备用；(5)厌氧发酵生产乙醇用酵母基本培养基温度30℃-32℃，pH4，活化酿酒酵母菌种，制备菌细胞数达1亿/ml以上的酿酒酵母发酵菌液，备用；按步骤(4)制备的发酵液体积量计，接入其体积百分比为10％的酿酒酵母发酵菌液或0.1％～0.3％的市售酵母颗粒进行厌氧密闭发酵，发酵温度为31℃，pH值为4；发酵时间48-58小时，当检测发酵醪酒精浓度达到体积百分比8％以上时，发酵停止；(6)液固分离采用尼龙布过滤或10000rpm离心10min方法进行发酵液的液固分离；上清液经采用减压蒸馏方法蒸出乙醇，再浓缩，得浓度为90％以上的乙醇；沉淀的固体物质以两种方式用作动物饲料①将湿料按饲养对象和目的需要，与成品饲料或饲料添加剂混合；直接用于饲喂动物；②将湿料在常温下干燥，粉碎后以蛋白质类添加剂形式用于饲料加工。
实施例4巨藻废渣，串联发酵利用海藻化工废料生产乙醇和饲料的方法，由下述步骤组成(1)海藻化工废料选择选巨藻废渣，根据废渣的含水量不同，加入适量的水制成渣浓度以重量百分比计为20％的悬液，用稀酸溶液调节pH到5.5，备用。
(2)菌种选择选用纤维素酶产生菌绿色木霉(Trichoderma viride)AF93252武汉大学中国典型培养物保藏中心(CCTCC)提供，保藏号AF93252；酿酒酵母菌种安琪酵母，从超市购买。
(3)液体发酵菌种制备用步骤(2)所述的纤维素酶产生菌菌株，在无菌条件下，经试管斜面、摇瓶、一级种子罐、二级种子罐逐级放大培养，制得菌数达OD值1.0～1.2×10/ml的液体发酵菌种；其中摇瓶、一级种子罐、二级种子罐使用的发酵培养基是以重量百分比计含0.1％蛋白胨、1.2％碳源的Mandel’s无机盐营养液，pH5.5；所用斜面培养基是上述Mandel’s无机盐营养加2％的琼脂粉；所用摇瓶培养条件是温度30℃，pH5.5，摇床转速200r/min，培养时间50-56小时；一级种子罐，二级种子罐培养条件是温度30℃，pH5.5，罐压0.5Kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶1.0，搅拌转速200r/min，好氧培养50-56小时；(4)海藻化工废料发酵取步骤(1)所述的废渣与步骤(3)所述的发酵培养基以重量比为1∶6的量混合，以装料系数75％的量装入发酵罐内，再以装料量的重量百分比计，加入13％步骤(3)所述的液体发酵菌种，以培养温度30℃，pH5.5，罐压0.7kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶0.9，搅拌转速180r/min的条件，好氧发酵98-120小时后备用；(5)厌氧发酵生产乙醇用酵母基本培养基温度35℃-36℃，pH5.5，活化酿酒酵母菌种，制备菌细胞数达1亿/ml以上的酿酒酵母发酵菌液，备用；按步骤(4)制备的发酵液体积量计，接入其体积百分比为15％的酿酒酵母发酵菌液或0.2％～0.4％的市售酵母颗粒进行厌氧密闭发酵，发酵温度为30℃，pH值为5.5；发酵时间48-58小时，当检测发酵醪酒精浓度达到体积百分比8％以上时，发酵停止；(6)液固分离采用尼龙布过滤或10000rpm离心10min方法进行发酵液的液固分离；上清液经采用减压蒸馏方法蒸出乙醇，再浓缩，得浓度为90％以上的乙醇；沉淀的固体物质以如下方式用作动物饲料将湿料在常温下干燥，粉碎后以蛋白质类添加剂形式用于饲料加工。
实施例5酶法水解，厌氧发酵利用海藻化工废料生产乙醇和饲料的方法，由下述步骤组成(1)酶制剂和菌种选择纤维素酶制剂购自山东省沂水隆大生物工程有限责任公司。
酿酒酵母菌种安琪酵母，从超市购买。
(2)海藻化工废料酶法水解选干燥海带废渣，加适量水至渣浓度以重量百分比计为35％，用稀酸溶液调节pH到5至6，以总量的重量百分比计，加入30％的纤维素酶制剂，30℃～32℃反应24小时。
(3)厌氧发酵生产乙醇用酵母基本培养基温度33℃，pH4.8，活化酿酒酵母菌种，制备菌细胞数达1亿/ml以上的酿酒酵母发酵菌液，备用；将按步骤(2)制备的海藻废渣酶水解液接入其体积百分比为14％的酿酒酵母发酵菌液或0.3％～0.5％的市售安琪酵母颗粒进行厌氧密闭发酵，发酵温度为30℃，pH值为4.8；发酵时间48-58小时，当检测发酵醪酒精浓度达到体积百分比8％以上时，发酵停止；(4)液固分离采用尼龙布过滤或10000rpm离心10min方法进行发酵液的液固分离；上清液经采用减压蒸馏方法蒸出乙醇，再浓缩，得浓度为90％以上的乙醇；沉淀的固体物质以如下方式用作动物饲料将湿料按饲养对象和目的需要，与成品饲料或饲料添加剂混合；直接用于饲喂动物。
实施例6海带废渣，混合发酵。
利用海藻化工废料生产乙醇和饲料的方法，由下述步骤组成(1)海藻化工废料选择选海带废渣，根据废渣的含水量不同，加入适量的水制成渣浓度以重量百分比计为30％的悬液，用稀酸溶液调节pH到5至6，备用。
(2)菌种选择选用纤维素酶产生菌绿色木霉(Trichoderma viride)AF93252，武汉大学中国典型培养物保藏中心(CCTCC)提供，保藏号AF93252；酿酒酵母菌种安琪酵母，从超市购买。
(3)液体发酵菌种制备用步骤(2)所述的纤维素酶产生菌菌株，在无菌条件下，经试管斜面、摇瓶、一级种子罐、二级种子罐逐级放大培养，制得菌数达OD值1.0～1.2×10/ml的液体发酵菌种；其中摇瓶、一级种子罐、二级种子罐使用的发酵培养基是以重量百分比计含0.1％蛋白胨、1.2％碳源的Mandel’s无机盐营养液，pH6；所用斜面培养基是上述Mandel’s无机盐营养加2％的琼脂粉；所用摇瓶培养条件是温度30℃，pH6，摇床转速200r/min，培养时间48-50小时；一级种子罐，二级种子罐培养条件是温度30℃，pH6，罐压0.5Kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶0.9，搅拌转速150r/min，好氧培养48-50小时；(4)酿酒酵母菌种制备用酵母基本培养基，在温度30℃～37℃，pH4～6，活化酿酒酵母菌种(安琪酵母)，制备菌细胞数达1亿/ml以上的酿酒酵母发酵菌液，备用；(5)海藻化工废料发酵取步骤(1)所述的废渣与步骤(3)所述的发酵培养基以重量比为1∶7的量混合，以装料系数75％的量装入发酵罐内，再以装料量的重量百分比计，加入14％步骤(3)所述的液体发酵菌种和5％步骤(4)所述的用酵母基本培养基活化的酿酒酵母菌种，以培养温度30℃，pH6，罐压0.7～0.8kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶0.9，搅拌转速150r/min的条件，好氧发酵100小时。然后停止通气，转入厌氧密闭发酵阶段，发酵温度为30℃，pH值为4.8；发酵时间48-58小时，当检测发酵醪酒精浓度达到体积百分比8％以上时，发酵停止；(6)液固分离采用尼龙布过滤或10000rpm离心10min方法进行发酵液的液固分离；上清液经采用减压蒸馏方法蒸出乙醇，再浓缩，得浓度为90％以上的乙醇；沉淀的固体物质以如下方式用作动物饲料将湿料按饲养对象和目的需要，与成品饲料或饲料添加剂混合；直接用于饲喂动物。
实施例7酶法水解，厌氧发酵利用海藻化工废料生产乙醇和饲料的方法，由下述步骤组成(1)酶制剂和菌种选择纤维素酶制剂购自山东省沂水隆大生物工程有限责任公司。
酿酒酵母菌种安琪酵母，从超市购买。
(2)海藻化工废料酶法水解选裙带菜、羊栖菜、绳藻、紫菜任意比例混合的废渣，加适量水至渣浓度以重量百分比计为30％，用稀酸溶液调节pH到5.5，以总量的重量百分比计，加入25％的纤维素酶制剂，30℃反应26小时。
(3)厌氧发酵生产乙醇用酵母基本培养基温度30℃，pH4.8，活化酿酒酵母菌种(安琪酵母)，制备菌细胞数达1亿/ml以上的酿酒酵母发酵菌液，备用；将按步骤(2)制备的海藻废渣酶水解液接入其体积百分比为12％的酿酒酵母发酵菌液进行厌氧密闭发酵，发酵温度为30℃，pH值为4.8；发酵时间54-58小时，当检测发酵醪酒精浓度达到体积百分比8％以上时，发酵停止；(4)液固分离采用尼龙布过滤或10000rpm离心10min方法进行发酵液的液固分离；上清液经采用减压蒸馏方法蒸出乙醇，再浓缩，得浓度为90％以上的乙醇；沉淀的固体物质以如下方式用作动物饲料将湿料按饲养对象和目的需要，与成品饲料或饲料添加剂混合；直接用于饲喂动物。
权利要求
1.一种利用海藻化工废料生产乙醇和饲料的方法，由下述步骤组成(1)海藻化工废料选择所述废料是海藻化学工业生产海藻酸钠、甘露醇、碘或海藻糖胶产品过程中形成的含有纤维素成分的废渣；其中所述海藻是海带、马尾藻、巨藻、海蕴、泡叶藻、裙带菜、羊栖菜、绳藻、紫菜之一，所述废渣是海带、马尾藻、巨藻、海蕴、泡叶藻、裙带菜、羊栖菜、绳藻、紫菜废渣之一或其任意比例混合；(2)酶制剂的选择酶制剂为市售能够将纤维素降解为可被酿酒酵母利用的单糖和寡糖的纤维素酶、半纤维素酶；(3)菌种选择选用纤维素酶产生菌绿色木霉(Trichoderma viride)AF93252，武汉大学中国典型培养物保藏中心提供，保藏号为CCTCC NO.AF93252；酿酒酵母菌种安琪酵母，市售；(4)纤维素酶液体发酵菌种制备用步骤(3)所述的纤维素酶产生菌菌株，在无菌条件下，经试管斜面、摇瓶、一级种子罐、二级种子罐逐级放大培养，制得菌数达OD值1.0～1.2×10/ml的液体发酵菌种；其中所述摇瓶、一级种子罐、二级种子罐使用的发酵培养基是以重量百分比计含0.1％蛋白胨、1.2％碳源的Mandel’s无机盐营养液，pH5～6；所述斜面培养基是上述Mandel’s无机盐营养加2％的琼脂粉；所述摇瓶培养条件是温度30℃～32℃，pH5～6，摇床转速180～220r/min，培养时间48～60小时；一级种子罐，二级种子罐培养条件是温度28℃～32℃，pH4.5～6，罐压0.5Kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶0.8～1.0，搅拌转速120～200r/min，好氧培养48～60小时；(5)海藻化工废料酶法水解取步骤(1)所述的废渣加水至渣浓度以重量百分比计为20％～35％，用稀酸溶液调节pH至4.5～6；以总量的重量百分比计，加入10％～30％量的市售纤维素酶或/和半纤维素酶制剂，28℃～32℃反应24～26小时，备用；(6)以酿酒酵母发酵生产乙醇用酵母基本培养基，在温度30℃～37℃，pH4～6，活化酿酒酵母菌种，制备菌细胞数达1亿/ml以上的酿酒酵母发酵菌液，备用；按步骤(5)制备的水解海藻化工废料液体积量计，接入其体积百分比为10％～15％的酿酒酵母发酵菌液或0.1％～0.5％的市售安琪酵母颗粒进行厌氧密闭发酵，发酵温度为28℃～32℃，pH值为4～6；发酵时间48～58小时，当检测发酵醪酒精浓度达到体积百分比8％以上时，发酵停止；或者(7)海藻化工废料发酵取步骤(1)所述的废渣与步骤(4)所述的发酵培养基以重量比为1∶5～8的量混合，以装料系数70～80％的量装入发酵罐内，再以装料量的重量百分比计，加入10％～15％步骤(4)所述的液体发酵菌种，以培养温度28℃～32℃，pH4.5～6，罐压0.6～0.8kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶0.8～1.0，搅拌转速120～200r/min的条件，好氧发酵48～130小时后，备用；(8)厌氧发酵生产乙醇用酵母基本培养基，在温度30℃～37℃，pH4～6，活化酿酒酵母菌种，制备菌细胞数达1亿/ml以上的酿酒酵母发酵菌液，备用；按步骤(7)制备的发酵液体积量计，接入其体积百分比为10％～15％的酿酒酵母发酵菌液或0.1％～0.5％的市售安琪酵母颗粒进行厌氧密闭发酵，发酵温度为28℃～32℃，pH值为4～6；发酵时间48～58小时，当检测发酵醪酒精浓度达到体积百分比8％以上时，发酵停止；或者(9)海藻化工废料混合发酵取步骤(1)所述的废渣与步骤(4)所述的发酵培养基以重量比为1∶5～8的量混合，以装料系数70～80％的量装入发酵罐内，再以装料量的重量百分比计，加入10％～15％步骤(4)所述的液体发酵菌种和5％～10％步骤(6)所述的用酵母基本培养基活化的酿酒酵母发酵菌液，以培养温度28℃～32℃，pH4.5～6，罐压0.6～0.8kg/cm2，通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计1∶0.8～1.0，搅拌转速120～200r/min的条件，好氧发酵48～130小时，然后停止通气，转入厌氧密闭发酵阶段，发酵温度为28℃～32℃，pH值为4～6；发酵时间48～58小时，当检测发酵醪酒精浓度达到体积百分比8％以上时，发酵停止；(10)液固分离采用尼龙布过滤或10000rpm离心10min方法进行发酵液的液固分离；上清液经采用减压蒸馏方法蒸出乙醇，再浓缩，得浓度为90％以上的乙醇；沉淀的固体物质以两种方式用作动物饲料①将湿料按饲养对象和目的需要，与成品饲料或饲料添加剂混合；直接用于饲喂动物；②将湿料在常温下干燥，粉碎后以蛋白质类添加剂形式用于饲料加工。
2.如权利要求1所述的利用海藻化工废料生产乙醇和饲料的方法，其特征是步骤(4)至(9)所述的温度是30℃。
3.如权利要求1所述的利用海藻化工废料生产乙醇和饲料的方法，其特征是步骤(4)至(9)所述的pH是5.0～6。
4.如权利要求1所述的利用海藻化工废料生产乙醇和饲料的方法，其特征是步骤步骤(4)、(7)或(9)所述的通气量以发酵液体积m3/空气体积m3·分钟计为1∶0.9。
5.如权利要求1所述的利用海藻化工废料生产乙醇和饲料的方法，其特征是步骤(7)或(9)所述的好氧发酵时间是100-130小时。
全文摘要
本发明公开了一种利用海藻化工废料生产乙醇和饲料的方法，即以海藻化学工业生产海藻酸钠、甘露醇、碘或海藻糖胶产品过程中形成的含有纤维素成分的废渣为原料，经纤维素酶的酶促水解和酿酒酵母的厌氧发酵或纤维素酶产生菌和酿酒酵母菌的双重发酵，然后液固分离获得乙醇和饲料。本发明为海藻化工废渣废液的综合利用提供了经济、环保、有效的工业技术，可以有效地解决海藻化工废渣废液造成的环境问题，变废为宝，为海藻资源的充分和高值化利用，为发展海藻循环经济提供重要的技术支持。
文档编号C12R1/885GK101024847SQ20071001424
公开日2007年8月29日 申请日期2007年4月6日 优先权日2007年4月6日
发明者吉爱国, 高培基 申请人:山东大学