专利名称：一种用微生物发酵方式生产燃料乙醇的方法
技术领域：
本发明属于生物新能源技术领域，特指一种用微生物发酵方式生产燃 料乙醇的方法。
背景技术：
我国是一个能源短缺的国家。每年要从国外进口大量原油及能源制品， 并对国际原油市场产生一定的信赖。与此同时，每年有各种农业秸杆7-8 亿吨，其中90%没有得到利用。这些秸軒作为原料制成燃料乙醇是一项变废 为宝的事业。
目前中国每年的汽油消费量约为5000万吨，平均每年以6%的速度递 增，按照10%添加燃料乙醇的添加量，中国的乙醇汽油的需求量约5000万 吨。2006年，中国的生物燃料乙醇产量132万元吨。但全部是以粮食为原 料生产的。由此导致了严重的与农业争粮、争地问题，甚至造成粮食大幅 度涨价。用非粮作物替代粮食生产燃料乙醇已经列入"国家十一五发展规 划"。
但目前制约生物制造燃料乙醇的主要因素 一是成本问题。国内最好 的实验室技术只能推算出15吨左右的秸杆制造出l吨燃料乙醇。每吨成本 在6000元以上。二是目前国内还没有规模化、工业化的生产技术。现有的
技术都只能在试验室生产。导致成本高的最根本的有三 一是原料处理上 只能采用高温爆破的方式，能源消耗高。二是要耗费大量昂贵的酶制剂。 三是由于原料受到杂菌污染，导致利用率低。
本发明最大的特点是提供一种微生物方式处理原料通过发酵的方式 提取酒精。突破了目前国内外普遍采用的高温爆破处理纤维素的方式，也 不用酶制剂，因此节约了大量的能源和昂贵的酶制剂成本，而且在原料处 理阶段，通过抑制有害细菌生长，提高原料的利用率，因而大大降低了用 纤维素生产燃料乙醇的成本。
发明的具体内容
本发明的目的在于提供一种用微生物发酵方式生产燃料乙醇的方法。 利用微生物技术打破秸杆等纤维素的细胞壁，人工营造一种类似牛胃的强 大消化功能，先将纤维素分解为糖(单糖和双糖)，再由糖转化为酒精。这 种方法既可以实现单独以100%的纤维素秸杆来生产乙醇，也可以将经」徵生 物糖化发酵后秸杆粉和玉米等粮食原料粉混合使用，生产乙醇。既可以液 体的方式混合，也可以固态的方式混合，实现节约大量粮食，减少能源消 耗，降低成本的目的。
本发明是这以如下方式实现的。 一种用微生物发酵方式生产乙醇的方 法。它包括以下步骤
(一)纤维素发酵促进剂菌剂的制备
1. 选用以下微生物作为菌源
1 )枯苹芽孑包扦菌(bacillus subtilis subsp, subtilis)
2 )产朊<叚丝酵母(Candida utilis)
3) 干酪乳杆菌(lactobaci 1 lus casei)
4) 地衣芽孢杆菌(bcillus 1 icheniformis )
2. 纤维素发酵促进剂的制备工艺 1)斜面菌种培养。
使用总糖量为10%-- 15%的麦芽汁培养基，四种种子液的接种量分别为 5%-20%，在37'C下，摇床培养15—20小时，放入1°C-4。C的冰箱保存。
2 )液体菌种培养。
使用总含糖量10-15%的淀粉水解糖化液，四种种子液的接种量分别为 5%-20%,在37。C-40。C下，静止培养15 —20小时。
3 )发酵罐液体培养。
使用总含糖量10-15%的淀粉水解糖化液，四种种子液的接种量分别为 5°/「20%,在37。C-40。C下,静止培养24—48小时。 4)固体发酵。
固体发酵的培养基配方为秸杆粉20-30份，酒糟30-35份，玉米粉 20-30份，硫酸铵O. 5-1.0份，原料水的比例为1: 0.5-2.0，种子液的 接种量为25%-35°/ ，在在37t:-4(TC下静止培养36-48小时。
5 )烘干及4分碎。
将分别制成的发酵物质，在4(TC下烘干，使其水分小于15%,粉碎成200 目左右颗粒。
6 )将1、2、3、4四种发酵物按照重量份数配比0. 1-0. 9: 0. 5-1. 5: 0. 1-0. 9: 0. 5-1. 5的比例混合，添加0. 5-2重量份数的硫酸铵，1-2重量份数的蔗糖， 混合均匀即成为纤维素发酵促进剂。
(二)用纤维素发酵促进剂生产秸杆燃料乙醇
将粉碎成3-5cm的玉米秸杆、高梁秸杆、小麦秸杆等纤维素原料加入 水份，即按照原料水为1: 0. 4-0. 6的比例混合，在混合的同时，添加3—5% 的纤维素发酵促进剂，1 -3%的玉米粉，将其混合均匀后，在35°C-37"C， 密封厌氧的条件下，发酵7天。
将发酵后的秸杆粉碎成100目左右的颗粒，然后再加入2%的纤维素发 酵促进剂，同时加入10倍-15倍的水，在351:-401:下再发酵12-24小时， 然后采用传统蒸馏的方式收集酒精，
该纤维素发酵促进剂菌剂的制备工艺程序为斜面菌种培养、液体菌 种培养、发酵罐液体培养、固体发酵、烘干及粉碎、按比例将1、 2、 3、 4 四种菌的发酵物与辅料均匀混合，制成纤维素发酵促进剂。
该纤维素发酵促进剂菌剂的制备工艺程序为斜面菌种培养、液体菌 种培养、大缸发酵、固体发酵、在37-401C条件下烘千，粉碎，按比例将l、 2、 3、 4四种菌的发酵物与辅料均匀混合，制成纤维素发酵促进剂。
该纤维素发酵促进剂菌剂的制备工艺根据不同的秸杆，不同的辅助原料，可以适当增加或减少纤维素发酵促进剂菌剂的制备步骤。该植物秸杆 可以包括目前所有的植物秸杆，如高粱秸杆、玉米秸杆、小麦秸杆等农作 物秸杆。也可以用棕梠油渣、甘蔗渣、木薯等原料。该辅料包括麦糠、米 糠、豆饼渣等。
本发明的优点及特点如下
1. 解决了不用高温爆破的方式和添加酶制剂的方式也能使纤维素秸杆 通过发酵的方式先转化为糖，再提取酒精。节省了大量的能源消耗和降低 了加工成本。
2. 添加了纤维素发酵促进剂的秸杆，能够克服杂菌的污染，提高秸杆 原料的品质，进而提高生产酒精的效率。
3. 通过控制纤维素发酵促进剂的数量和糖化时的环境温度，可以实现 延长或缩短发酵速度和糖化过程，从而使整个生产变得可控制。
4. 提取酒精后的秸杆剩余物质，含丰富的蛋白质和各种氨基酸，可以 作为优质的饲料，提供给牛、羊、猪、鸡及水产动物食用。实现循环经济 利用，没有任何副副作用和环境污染。
5. 本发明从根本上解决了用秸杆等纤维素原料生产燃料乙醇的技术问 题，从而可以使中国每年近8亿吨的农作物秸杆变废为宝，解决了目前生 物燃料乙醇以粮食为原料，与农业争粮、争地的问题。
6. 本发明还拓宽了传统酒精生产加工的原料来源，为传统酒精制造工 业更新换代提供了技术支持。
附
图1是本发明中纤维素发酵促进刑菌剂的制备工艺示意图 附图2是本发明中用微生物发酵方式生产乙醇的示意图
具体实施方式
实施实例一
参阅图l、图2,本发明所涉及的微生物发酵方式生产乙醇的方法主要 有以下程序
(一)先制备纤维素发酵促进剂菌剂 本发明所使用的发酵剂是利用自然界已经存在的微生物，经过长期试验 的基础上进行科学筛选复合而成的菌剂。制作这种菌剂的程序如下
1. 选用以下微生物作为菌源
1 )枯草芽孢杆菌(baci 1 lus subtilis subsp. subtilis)
2 )产朊假丝酵母(Candida utilis)
3 )干酪乳杆菌(lactobaci 1 lus casei) 4);也衣芽孑包杆菌(bcillus licheniformis )
2. 纤维素发酵促进剂的制备工艺如下
斜面菌种培养、液体菌种培养、发酵罐液体培养、固体发酵、烘干及 粉碎、按比例将l、 2、 3、 4四种菌的发酵物与辅料均匀混合，制成纤维素 发酵促进剂。
以下是对该制备工艺的详细说明 1)斜面菌种培养。
使用总糖量为10%--15%的麦芽汁培养基，四种种子液的接种量分别为 5%-20%，在37。C下，摇床培养15—20小时，放入1℃~4 ℃的水箱保存。
2 )液体菌种培养。
使用总含糖量10-15%的淀粉水解糖化液，四种种子液的接种量分别为 5%-20%，在37℃~40 ℃下,静止培养15—20小时。
3 )发酵罐液体培养。
使用总含糖量10-15%的淀粉水解糖化液，四种种子液的接种量分别为 5%-20%,在37℃-40℃下，静止培养24—48小时。 4)固体发酵。
固体发酵的培养基配方为秸杆粉20-30份，酒糟30-35份，玉米粉 20-30份，硫酸铵0. 5-1. 0份，原料水的比例为1: 0.5-2.0,种子液的 接种量为25%-35%,在在37℃-40℃下静止培养36-48小时。
5 )烘干及粉碎。
将分别制成的发酵物质，在40℃下烘干，使其水分小于15%,粉碎成200 目左右颗粒。
6 )将1 、 2、 3、4四种发酵物按照重量份数配比0. 1-0. 9: 0. 5-1.5: 0. 1-0. 9: 0. 5-1. 5的比例混合，添加0. 5-2重量份数的硫酸铵，1-2重量份数的蔗糖， 混合均匀即成为纤维素发酵促进剂。
(二)用纤维素发酵促进剂生产秸杆乙醇
将粉碎成3-5cm的玉米秸杆、高梁秸杆、小麦秸杆等纤维素原料加入 水份，即按照原料水为1: 0. 4-0. 6的比例混合，在混合的同时，添加3—5% 的纤维素发酵促进剂，1 -3%的玉米粉，将其混合均匀后，在35°C-37°C， 密封厌氧的条件下，发酵7天。
将发酵后的秸杆粉碎成100目左右的颗粒，然后再加入2%的纤维素发 酵促进剂，同时加入10倍-15倍的水，在35。C-40TC下再发酵12-24小时， 然后采用传统蒸馏的方式收集酒精，可得到10%-20%的酒精。
实施实例二
本发明所涉及的纤维素发酵促进剂生产秸杆乙醇的方法，可以以固态、 液态及秸杆原料与粮食原料配合等多种不同的方式进行。
本实施实例是一种与玉米粉混合后生产乙醇的方式。该纤维素发酵促 进剂的制备工艺如下
斜面菌种培养、液体菌种培养、发酵罐液体培养、固体发酵、烘干及 粉碎、按比例将l、 2、 3、 4四种菌的发酵物与辅料均匀混合，制成纤维素 发酵促进剂。
将粉碎成3-5cm的玉米秸杆、高梁秸杆、小麦秸杆等纤维素原料加入 水份，即按照原料水为1: 0. 4-0. 6的比例混合，在混合的同时，添加3—5% 的纤维素发酵促进剂，1 -2%的玉米粉，将其混合均匀后，在30TC-35X:，
密封厌氧的条件下，发酵10天。
将发酵后的秸杆粉碎成100目左右的颗粒，然后再加入3%的纤维素发 酵促进剂，同时加入IO倍-15倍的水，在35。C-40。C下再发酵12-24小时. 将发酵后的秸扞纤维素原料按照10%— 30%的比例与经过发酵糖化后的小麦 粉糖化胶混合，然后进行粮食酒精提取程序，采用传统蒸馏的方式收集酒 精。
权利要求
1. 一种用微生物发酵方式生产燃料乙醇的方法，其特征在于:(一)纤维素发酵促进剂菌剂的制备1)选用以下微生物作为菌源(1)枯草芽孢杆菌(bacillussubtili ssubsp.subtilis)(2)产朊假丝酵母(candida utilis)(3)干酪乳杆菌(lactobacillus casei)(4)地衣芽孢杆菌(bcillus licheniformis)2)纤维素发酵促进剂的制备工艺(1)斜面菌种培养。使用总糖量为10％--15％的麦芽汁培养基，四种种子液的接种量分别为5％-20％，在37℃下，摇床培养15—20小时，放入1℃-4℃的冰箱保存。(2)液体菌种培养。使用总含糖量10-15％的淀粉水解糖化液，四种种子液的接种量分别为5％-20％，在37℃-40℃下，静止培养15—20小时。(3)发酵罐液体培养。使用总含糖量10-15％的淀粉水解糖化液，四种种子液的接种量分别为5％-20％，在37℃-40℃下，静止培养24—48小时。(4)固体发酵。固体发酵的培养基配方为:秸杆粉20-30份，酒糟30-35份，玉米粉20-30份，硫酸铵0.5-1.0份，原料:水的比例为1:0.5-2.0，种子液的接种量为25％-35％，在在37℃-40℃下静止培养36-48小时。(5)烘干及粉碎。将分别制成的发酵物质，在40℃下烘干，使其水分小于15％，粉碎成200目左右颗粒。(6)将1、2、3种发酵物按照重量份数配比0.1-0.9:0.5-1.5:0.1-0.9:0.5-1.5的比例混合，添加0.5-2重量份数的硫酸铵，1-2重量份数的蔗糖，混合均匀即成为纤维素发酵促进剂。(二)用纤维素发酵促进剂生产秸杆燃料乙醇将粉碎成3-5cm的玉米秸杆、高梁秸杆、小麦秸杆等纤维素原料加入水份，即按照原料:水为1:0.4-0.6的比例混合，在混合的同时，添加3--5％的纤维素发酵促进剂，1-3％的玉米粉，将其混合均匀后，在35℃-37℃，密封厌氧的条件下，发酵7天。1)将发酵后的秸杆粉碎成100目左右的颗粒，然后再加入2％的纤维素发酵促进剂，同时加入10倍-15倍的水，在35℃-40℃下再发酵12-24小时，然后采用传统蒸馏的方式收集酒精，可得到10％-20％的酒精。2)发酵后的秸杆粉10％-30％与粮食生产乙醇中的粮食糖化胶70％-90％混合，进入常规酒精生产加工工艺，实现将秸杆替代部分粮食提取燃料乙醇。
全文摘要
一种用微生物发酵方式生产燃料乙醇的方法，包括筛选多种常用的微生物菌种进行优化组合培养，制成纤维素发酵促进剂，利用该促进剂将农作物秸杆进行糖化发酵，将秸杆中的纤维素转化为糖，进而通过发酵生产燃料乙醇。这种方式的特点是不需要高温爆破和酶制剂，能大幅度地节约能源，降低成本，提高秸杆利用效率，利用现有的粮食生产酒精的工艺，即可实现以秸杆纤维素替代部分或全部粮食的目的。其残渣与麦麸、米糠、豆渣等辅料混合，发酵后可制成富含蛋白质的动物饲料。对生物能源和饲料产业发展具有促进作用。
文档编号C12R1/125GK101381746SQ20071012133
公开日2009年3月11日 申请日期2007年9月4日 优先权日2007年9月4日
发明者张洪宾 申请人:石向欣