专利名称：一种利用氧化降解预处理浒苔进行燃料乙醇转化的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用氧化降解预处理浒苔进行燃料乙醇转化的方法。
背景技术：
乙醇作为一种经济、清洁的可再生能源。尤其是以玉米、甘蔗为原料生产的乙醇燃 料在生产成本方面已经基本与汽油相媲美。但是这种大量的以人类所必需的粮食作物作为 乙醇的生产原料，目前已经影响到了世界粮食价格的显著波动。在世界范围大量存在的那 些像纤维素、半纤维素一类的非食源性生物资源作为燃料乙醇生产的新型原料目前已经引 起世界的广泛关注，同时也符合我国以非粮原料进行乙醇生产的战略性规划。海藻作为海 洋的一种大量的生物资源完全可以作为生物能源的新型替代原料。绿潮藻是一类包括浒苔、石莼等容易爆发的大型藻类。近年来我国近岸海域连续 爆发大规模突发性浒苔绿潮，对海洋渔业资源的增长及海珍品养殖带来严重后果，同时对 人类海上活动、海水利用、滨海景观 、海洋生态环境以及人们正常生活造成严重影响。目前 国内外对于高生物量聚集性绿潮爆发均无较好的应急处置办法，一般都是通过掩埋或怄肥 等简单处理，效率低、成本高，造成资源浪费和严重的环境污染。我国黄海海域连续三年爆 发浒苔绿潮，给海洋生态和环境带来严重的影响。通过本发明涉及的浒苔纤维素生产乙醇技术，既清理了绿藻，又保护了环境，且增 加能源供应，拓宽了燃料乙醇的原料范围，相比已有传统乙醇转化方法效率显著提高。同 时对绿潮藻进行资源化利用，不仅变废为宝，变害为利，同时可以减少政府投入保护近海生 态。
发明内容
本发明是以提供一种以浒苔为原料的燃料乙醇转化方法为目的，弥补并提高现有 用来生产燃料乙醇的原料来源和操作技术中的不足。一种以绿潮藻——浒苔为原料的燃料乙醇转化方法，其特点是选用浒苔为原料， 经热水浸提后，用过氧化氢进行原料预处理，通过复配纤维素酶系(纤维素酶和纤维二糖 酶)酶解，滤除不溶性成分后的酶解上清液，补足发酵必须的无机盐后，接种酵母菌，厌氧 条件下进行乙醇发酵。本发明的预处理过程提高了浒苔结晶态纤维素向非结晶态的转化，同时通过温和 氧化剂的预处理去除木质素对纤维素的束缚，促进了纤维素与复配酶系间的接触，从而提 高了纤维素的酶解效率；纤维素经过纤维素酶和纤维二糖酶的复合酶解作用，有效地解除 了纤维二糖对纤维素酶的反馈抑制作用，提高了酵母菌可酵解性糖的含量，进一步提高了 乙醇发酵的得率。
具体实施例方式本发明中所述的浒苔是近年来青岛海域频频爆发的绿潮藻浒苔为原料；所述的用不同条件下的过氧化氢对原料进行预处理为将浒苔热水提取可溶性藻体糖胶后干燥并粉 碎至20-80目后，加入重量百分浓度为0. 1-2%的过氧化氢，于50°C条件下反应12小时；反 应条件根据过氧化氢浓度不同，PH略有不同。其中过氧化氢浓度为质量百分比0.2%时， PH不需额外调整；过氧化氢浓度为质量百分比0.5%时，pH调整为9. 5。向原料预处理后的 反应液中加入市售纤维素酶和纤维二糖酶，加入量为每克浒苔原料加入0. 3-0. 5ml纤维素 酶、0. 08-0. 15ml纤维二糖酶，酶解反应p H为4. 5-5. 0，酶解温度40_50°C，酶解时间24-72 小时；所述的无机盐为铵盐或硝酸盐；所述的乙醇发酵为向上述酶解得到的反应液中接 入其体积百分比为5-20%的酿酒酵母菌液，进行厌氧发酵，发酵温度为28-40°C，pH为4_6， 发酵时间为24-48小时。实施例1 微酸性条件下用过氧化氢预处理，复合纤维素酶解(1)将原料浒苔，先经热水浸提1-2小时，提取可溶性藻体多糖后，取出固形 物——济苔，经二次水洗后，烘干备用粉碎至20-80目备用。(2)酶制剂和菌种纤维素酶购自山东杰诺生物酶有限公司，纤维二糖酶购自 sigma公司，酵母菌购自安琪酵母。(3)浒苔的氧化降解预处理加入重量百分浓度为0.2%的过氧化氢，料液比为 5%，50°C水浴处理处理12小时后，取出冷却至室温，添加二氧化锰静置24小时除尽剩余过 氧化氢。通过扫描电镜观察，预处理后浒苔质地疏松，预处理可以有效破坏浒苔纤维素与其 他成分的结合，促进纤维素非晶态的转化，提高纤维素酶解得率；(4)纤维素复合酶解向预处理后的原料的反应液中加入市售纤维素酶和纤维二 糖酶，加入量为45FPU/g (原料)纤维素酶、55CBU/g (原料)纤维二糖酶，补水至料液重量百 分比为2%，调节pH值为4. 5，于50°C条件下搅拌反应48小时；(5)乙醇发酵向酶解得到的反应液中加入硫酸铵，使其在反应液中的浓度为 10-15g/l，制成酵母菌发酵培养基，备用；向发酵培养基中接入其体积百分比为8%的酵母 菌液，30°C条件发酵，发酵时间48小时。通过上述工艺，以绿潮藻——济苔为原料，最终葡萄糖转化率为15%，酵母葡萄糖 转化乙醇转化率为40%，原料到乙醇的转化率是0. 06kg/kg。实施例2 碱性条件下用过氧化氢预处理，酶法水解(1)将原料浒苔，先经热水浸提1-2小时，提取可溶性藻体多糖后，取出固形 物——济苔，经二次水洗后，烘干备用粉碎至20-80目备用。(2)酶制剂和菌种纤维素酶购自山东杰诺生物酶有限公司，纤维二糖酶购自 sigma公司，酵母菌购自安琪酵母。((3)浒苔的氧化降解预处理加入重量百分浓度为0. 5%的过氧化氢，料液比为 5%，pH通过NaOH调整到9. 5，50°C水浴处理处理6小时后，取出冷却至室温，添加二氧化锰 静置24小时除尽剩余过氧化氢。(4)纤维素复合酶解向预处理后的原料的反应液中加入市售纤维素酶和纤维二 糖酶，加入量为45FPU/g (原料)纤维素酶、55CBU/g (原料)纤维二糖酶，补水至料液重量百 分比为2%，调节pH值为4. 5，于50°C条件下搅拌反应48小时；(5)乙醇发酵向酶解得到的反应液中加入硫酸铵，使其在反应液中的浓度为 10-15g/l，制成酵母菌发酵培养基，备用；向发酵培养基中接入其体积百分比为8%的酵母菌液，30°C条件发酵，发酵时间48小时。 通过上述工艺，以绿潮藻——济苔为原料，最终葡萄糖转化率为15%，酵母葡萄糖 转化乙醇转化率为40%，原料到乙醇的转化率是0. 06kg/kg。相比陆生植物而言，浒苔中的木质素含量较低，因此利用浒苔纤维素作为降解原 料，其生产过程中可以降低预处理剂的品种及强度，避免强烈条件下去除木质素，导致产生 的降解产物对后续发酵的抑制作用。此外，通过调节温和氧化试剂——过氧化氢的浓度，不 仅去除了。本发明建立针对浒苔纤维素结构特点的工艺，通过温和条件下的氧化剂预处理 以最大限度地提高浒苔纤维素的糖化和乙醇转化效率，可以提高突发性绿潮藻——济苔的 处理效率，开拓生物质能转化生产燃料乙醇的新途径。
权利要求
一种以浒苔为原料的燃料乙醇转化方法，其特征在于选择浒苔为原料经热水提取可溶性藻体糖胶后干燥并粉碎至20-80目后，低浓度温和条件过氧化氢进行预处理，处理液经二氧化锰去除多余过氧化氢后，加入纤维素酶和纤维二糖酶进行纤维素复合酶解，滤除不溶性成分后的酶解液上清液，补充无机盐，接种酵母菌，厌氧条件下进行乙醇发酵。
2.根据权利要求1所述的以浒苔为原料的燃料乙醇转化方法，其特征在于所述的浒 苔我国沿海海域的各类缘管浒苔、扁浒苔、条浒苔，其中富含可进行乙醇转化的纤维素类组 分。
3.根据权利要求1所述的以浒苔为原料的燃料乙醇转化方法，其特征在于所述的先经 热水(60-100°C )浸提1-6小时后的浒苔，加入至体积百分浓度为0. 05-2%的过氧化氢水 溶液中，于40-70°C条件下反应3-18小时。处理液经二氧化锰去除多余过氧化氢后用于复 配纤维素酶系酶解。
4.根据权利要求1所述的以浒苔为原料的燃料乙醇的制备方法，其特征在于所述的 纤维素复合酶解为向原料预处理后的反应液中加入市售纤维素酶和纤维二糖酶，加入量 为每克浒苔物加入20-200FPU纤维素酶，10-100CBU/g纤维二糖酶，pH 4. 0-6. 0，酶解温度 40-55°C，酶解时间24-72小时。
5.根据权利要求1所述的以浒苔为原料的燃料乙醇的制备方法，其特征在于所述的乙 醇发酵为向酶解上清液加入其体积百分比为5-10%的啤酒酵母，进行厌氧发酵，发酵温度 为26-42°C，发酵时间24-72小时。
全文摘要
本发明涉及一种以氧化降解预处理浒苔为原料的燃料乙醇转化的方法。本发明提供的氧化降解预处理方法操作简单，成本较低，同时处理试剂洁净，即保证对浒苔木质素与纤维素有效剥离，提高纤维素非晶态的转化，降解产物对后期乙醇转化无抑制作用，同时该预处理氧化试剂可通过简单操作、快速去除，对后续糖化及发酵操作无负面影响。通过该方法充分酶解与转化为乙醇发酵提供可靠、稳定的可酵解性糖。该方法首先将浒苔原料经浸提烘干粉碎后，加入清洁氧化试剂于50℃条件下反应；反应结束添加市售纤维素酶和纤维二糖酶制备可酵解性糖，在补充必要性无机盐后向反应液中接入其体积百分比为5-10％的酵母菌液，进行厌氧发酵制备乙醇。通过上述工艺，最终葡萄糖转化率为15％，酵母葡萄糖转化乙醇转化率为40％。
文档编号C12R1/865GK101864455SQ20101016312
公开日2010年10月20日 申请日期2010年4月11日 优先权日2010年4月11日
发明者刘政坤, 牟海津, 王鹏, 葛蕾蕾 申请人:中国海洋大学