本发明涉及生物化工领域，特别涉及利用甜高粱制备乙醇的方法。
技术背景
随着石油、天然气煤炭等不可再生资源的过度开采与使用，能源危机与环境问题的日益突出，节能减排以及对可再生资源的综合利用成为目前为全世界所关注的问题。目前，我国主要以玉米等粮食类为原料制备乙醇，然而我国人口众多以玉米粮食类为原料成本太高，且存在与人争粮的情况。以甜高粱作为原料生产乙醇可以有很强的优势。甜高粱生产旺盛，产量很高，适应性强，耐寒、耐涝、耐盐碱。因此，选用甜高粱作为制备乙醇的原料是最为适宜的原料作物之一。
目前，我国通过甜高粱制备乙醇的技术已经成熟，但大多还是存在原材料即甜高粱储存不当，导致收率不高、制备过程中能耗过高、以及有害排放环境污染等问题。cn103773814a中提供了一种甜高粱制备乙醇的方法，该方法中是将甜高粱压榨分离成汁、渣，将汁浓缩，渣经烯酸蒸汽爆破处理后，加纤维素酶酶解，再将浓缩糖蜜与酶解液混合后发酵的乙醇。该方法的缺陷为压榨过程中需要压力达到30-60mpa，处理压榨后的杆渣过程涉及蒸汽爆破，均使得该方法能耗过高。cn102154380a中提供了一种甜高粱制备乙醇的方法，该方法通过将甜高粱压榨，汁渣分离，烯酸-超声波处理杆渣后过滤取甜高粱渣，酶解所得甜高粱渣得酶解液，再将汁液混合发酵得乙醇。该方法虽然没有采取蒸汽爆破等能耗高的方式，但由于需要用到超声波处理，工业化大规模生产中，超声波处理却不能适用。cn106222207a中也提供了一种新鲜甜高粱制备燃料乙醇的方法，其方法为直接将茎秆粉碎后酶解再发酵，通过蒸馏得乙醇。该方法虽然流程简单，条件温和，但其所得乙醇收率不高。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于水醇氧化法用甜高粱制备乙醇的方法，该方法能满足大规模化的生产的需求，绿色环保，且收率大大提高。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
基于水醇氧化法用甜高粱制备乙醇的方法，包括以下步骤：
(1)将甜高粱粉粹，浸泡在水中加热，得汁、渣混合物，固液分离得滤液、滤渣；
(2)将获得的滤液浓缩得糖汁；
(3)向步骤1)中所得滤渣中加入体积浓度为30％-80％的醇溶液，加入量相当于混合物的10-50倍，加热条件下反应至少30分钟，固液分离，取滤渣；
(4)滤渣进行氧化处理得纤维素混合液，稀酸调节ph值到4-5.5，固液分离取固体，加入混合酶酶酶解，酶解完成后得酶解液；
(5)将糖汁按比例加入到(4)中所得的酶解液中，加入酵母发酵得乙醇。
本发明中，采用水醇氧化法用甜高粱制备乙醇，直接将甜高粱粉碎后先用水浸泡，加热，可除去大量不利于后序发酵的细菌微生物，且粉碎的粒径小于10目，浸泡在水中加热的时间为10-30分钟，得到汁、渣得混合物，真空抽滤得滤液、滤渣。
进一步的，将得到的滤液浓缩成糖汁，所述糖汁的体积浓度为10-30％。
进一步的，向滤渣中加入醇溶液，其体积浓度为30％-80％，加入量为为滤渣体积的10-50倍，加热条件下反应至少三十分钟以上，然后降至40-50℃，真空抽滤得滤液与滤渣，抽滤时间为5-30分钟。
进一步的，将得到的滤渣进行下一步处理，即加入氧化剂反应，反应时间不少于30分钟，加入量为滤渣体积的10-35倍，所述氧化剂具体为亚硫酸，氯化铁，亚硝酸，过氧化氢、次氯酸、重铬酸钠、高锰酸钾中的任一种或多种混合而成，浓度不低于5％。反应完成后，用稀酸调节反应液的ph值到4-5.5，真空抽滤取固体，抽滤时间在5-30分钟，然后向所得的固体中加入混合酶酶解。混合酶由纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶组成，其质量比为1:2:1，调节ph值保持在4.8-5.4，搅拌速率为60-200r/min，在45-50℃条件下酶解30-105h，这样得到的纤维素固体可以更加充分的酶解，一定程度上提高了乙醇的收率。
进一步的，将浓缩成体积浓度为10-30％的糖汁与酶解液混合，得糖汁混合液，按混合液的体积，加入8g/l尿素、3g/l的七水硫酸镁、6g/l的二水氯化钙，酵母种子液的加入量同样取决于糖汁混合液，为其体积的10％-15％，加入完所有原料后，调节ph值在4.5-5之间，密封控温在20-35℃下，发酵35-45h。最后，蒸馏收集发酵所得的乙醇。
本发明基于水醇氧化法用甜高粱制备乙醇的方法的有益效果在于：(1)在甜高粱的预处理中没有采用高压压榨以及超声波等处理方法，而是采用粉碎后直接用水浸泡加醇洗的办法，降低了对能耗以及设备的高要求；(2)采用水醇氧化剂提取甜高粱中的大量纤维素，得到的纤维素纯度高，杂质少，甜高粱的利用率高，使得后续发酵所得的乙醇收率大大提高；(3)混合酶选择由纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶组成，果胶酶可以水解位于细胞壁外层的果胶，这样更加有利于半纤维素酶与纤维素酶的进入。半纤维素酶可以水解半纤维素，进一步的扩大了纤维素酶接近纤维素的通道，使得纤维素可以更加充分的水解成葡萄糖，从而提高乙醇的产量。(4)该方法操作简单，可连续生产，对环境污染小，且成本低，具有广阔的市场前景和巨大的工业生产潜力。
具体实施方式
实施例1
取500g甜高粱，直接用粉碎机粉碎成粒径小于10目的粉碎物，浸泡在水中加热30分钟，固液分离得到滤液与滤渣，将滤液浓缩成体积浓度为15％的糖汁，向滤渣中加入体积浓度为40％的醇溶液，加入量为滤渣体积的15倍，加热反应30分钟，降温至45℃，过滤取固体，向所得固体中加入体积浓度为10％的亚硫酸溶液，加热反应45分钟，反应完成后，过滤得固体287.6g，纤维素含量为73.6％。
向氧化后所得的固体中加入10iu/g的纤维素酶100g，2iu/g的半纤维素酶200g，15iu/g的果胶酶100g进行酶解，反应温度45℃，ph值5.0，搅拌速率100r/min，反应时间72h，反应完成后，得酶解反应液。将糖汁与酶解反应液混合得混合液，向混合液中加入8g/l尿素、3g/l的七水硫酸镁、6g/l的二水氯化钙，酵母种子液的加入量同样取决于糖汁混合液，为其体积的10％，加入完所有原料后，调节ph值在4.5-5之间，密封控温在25℃下，发酵40h。最后，蒸馏收集发酵所得的乙醇，得到乙醇41.8g。
实施例2
取500g甜高粱，直接用粉碎机粉碎成粒径小于10目的粉碎物，浸泡在水中加热30分钟，固液分离得到滤液与滤渣，将滤液浓缩成体积浓度为15％的糖汁，向滤渣中加入体积浓度为40％的醇溶液，加入量为滤渣体积的15倍，加热反应30分钟，降温至45℃，过滤取固体，向所得固体中加入体积浓度为10％的亚硫酸溶液，加热反应45分钟，反应完成后，过滤得固体285.4g，纤维素含量为72.9％。
向氧化后所得的固体中加入10iu/g纤维素酶100g，进行酶解，反应温度45℃，ph值5.0，搅拌速率100r/min，反应时间72h，反应完成后，得酶解反应液。将糖汁与酶解反应液混合得混合液，向混合液中加入8g/l尿素、3g/l的七水硫酸镁、6g/l的二水氯化钙，酵母种子液的加入量同样取决于糖汁混合液，为其体积的10％，加入完所有原料后，调节ph值在4.5-5之间，密封控温在25℃下，发酵40h。最后，蒸馏收集发酵所得的乙醇，得到乙醇34.1g。
实施例3
取500g甜高粱，直接用粉碎机粉碎成粒径小于10目的粉碎物，浸泡在水中加热45分钟，固液分离得到滤液与滤渣，将滤液浓缩成体积浓度为15％的糖汁，向滤渣中加入体积浓度为45％的醇溶液，加入量为滤渣体积的15倍，加热反应30分钟，降温至45℃，过滤取固体，向所得固体中加入体积浓度为10％的过氧化氢溶液，加热反应45分钟，反应完成后，过滤得固体293.5g，纤维素含量为74.3％。
向氧化后所得的固体中加入45iu/g的纤维素酶50g，5iu/g的半纤维素酶100g，40iu/g的果胶酶50g进行酶解，反应温度45℃，ph值5.0，搅拌速率120r/min，反应时间72h，反应完成后，得酶解反应液。将糖汁与酶解反应液混合得混合液，向混合液中加入8g/l尿素、3g/l的七水硫酸镁、6g/l的二水氯化钙，酵母种子液的加入量同样取决于糖汁混合液，为其体积的10％，加入完所有原料后，调节ph值在4.5-5之间，密封控温在30℃下，发酵45h。最后，蒸馏收集发酵所得的乙醇，得到乙醇43.6g。
实施例4
取500g甜高粱，直接用粉碎机粉碎成粒径小于10目的粉碎物，浸泡在水中加热30分钟，固液分离得到滤液与滤渣，将滤液浓缩成体积浓度为15％的糖汁。
向没有经过醇洗氧化处理的滤渣中加入45iu/g的纤维素酶50g，5iu/g的半纤维素酶100g，40iu/g的果胶酶50g进行酶解，反应温度45℃，ph值5.0，搅拌速率120r/min，反应时间72h，反应完成后，得酶解反应液。将糖汁与酶解反应液混合得混合液，向混合液中加入8g/l尿素、3g/l的七水硫酸镁、6g/l的二水氯化钙，酵母种子液的加入量同样取决于糖汁混合液，为其体积的10％，加入完所有原料后，调节ph值在4.5-5之间，密封控温在30℃下，发酵45h。最后，蒸馏收集发酵所得的乙醇，得到乙醇31.2g。