专利名称：利用香/芭蕉根部球茎干粉制备乙醇的制作方法
利用香/芭蕉根部球茎干粉制备乙醇
发明所属技术领域
本发明是利用香/芭蕉根部球茎干粉制备乙醇，属食品工业、精细化工和生物质能源领域。
发明技术背景
能源是当今世界发展面临的三大问题之一。随着化石能源日趋枯竭，开发新能源已成为各国竞相发展的战略决策。开发利用生物质能源是新能源的重要内涵，燃料乙醇则是生物质能源的重要组成部分。
我国人多地少，粮食供给处于紧平衡状态，没有富余的粮食用于生产乙醇，发展燃料乙醇产业必须坚持不与人畜争粮食，走非粮型燃料乙醇的道路。充分利用非粮型高糖植物资源，开发燃料乙醇产业，这对我国燃料乙醇产业的规模化发展及可持续发展，至关重要。种植燃料乙醇原料所需的土地，必须坚持不与粮食争土地、不与现有重点产业争土地的原则。大规模发展燃料乙醇产业，存在土地资源紧缺的问题。充分利用现有高糖作物资源，以现有产业规模为基础，在不另占用土地的前提下，通过综合利用，解决燃料乙醇原料问题，是发展燃料乙醇产业规模比较现实的选择。
香/芭蕉是生物量巨大的水果植物，其茎秆总产量可达40吨/亩，其中鲜假茎秆达25吨/亩，鲜根部球茎达15/亩吨，经切片晒干或烘干，香/芭蕉根部球茎干物质可达 1. 4吨/亩。香/芭蕉根部球茎干物质富含果胶、淀粉类、杂多糖、半纤维素等，经水解后，其水解液中含有葡萄糖、甘露糖、果糖和其它五碳糖等，干基总还原糖含量高达63%，是制备乙醇的理想原料。海南全省种植香/芭蕉70多万亩/年，约有1050万吨/年香/芭蕉根部球茎废弃物，可产生鲜根部球茎干物质98万吨/年。利用香/芭蕉根部球茎干粉制备乙醇，1吨原料可产乙醇220kg，可产乙醇21. 56万吨/年，乙醇价格以0. 6万元/吨计，将新增产值12. 94亿元/年。充分利用香/芭蕉根部球茎制备乙醇，可在不另占有土地的前提下，较大规模地发展香/芭蕉种植业和燃料乙醇产业，可实现废物利用，为香/芭蕉重复种植根除病源病害，大幅度增加农民收入，提高经济效益，促进海南省国际旅游岛经济建设和可持续发展。发明内容
本发明是利用香/芭蕉根部球茎干粉制备乙醇，其工艺过程如下
1、香/芭蕉根部球茎切片、晒干或烘干、粉碎
新采收的香/芭蕉根部球茎含水量高，游离还原糖含量极低，淀粉类和杂多糖含量也很低，含有抑制酒精酵母生长的成分，不能直接发酵制备乙醇。原料脱水干燥是制备乙醇的第一道工序。干燥的作用一是减少原料的运输和贮存成本，二是原料脱水后，有效成分能充分富集，利于后续工序进行，提高燃料乙醇的产率。其操作方法是将香/芭蕉根部球茎投入多功能切片机切成厚5 8mm的薄片，置于烈日下曝晒至干或用隧道式烘干机烘干。切片的作用是增大原料的表面积，使水分能迅速蒸发，缩短干燥时间。将香/芭蕉根部球茎干片投入粉碎机，粉碎至80 100目，得含水量8% 12%的香/芭蕉根部球茎干粉，备用。
2、香/芭蕉根部球茎干粉中多糖的水解
香/芭蕉根部球茎中多糖的水解有酶水解法、酶和酸两步水解法、酸水解法，现分述如下
(1)酶水解法称取一定量的香/芭蕉根部球茎干粉，配成一定浓度的粉浆，加入高温α -淀粉酶，恒温水解一定时间，使香/芭蕉根部球茎中的多糖水解转化为低聚糖，再加入糖化酶，恒温水解，便得到含有葡萄糖和麦芽糖的糖化液，糖化液可直接接种发酵制备乙醇。酶法水解，条件温和，水解速度慢，时间长，水解条件易于控制。但该法只能使香/芭蕉根部球茎中淀粉类多糖水解，其它杂多糖却不能水解，水解液中酵母可利用的糖含量低， 乙醇产率低。
(2)酶和酸两步水解法即先用高温α -淀粉酶和糖化酶将香/芭蕉根部球茎中淀粉类多糖水解为麦芽糖和葡萄糖，再加入适量的无机酸使麦芽糖和其它杂多糖等水解转化为葡萄糖、甘露糖、果糖和其它五碳糖。所用的酸有盐酸或硫酸。该法能使麦芽糖和其它杂多糖(除纤维素外)等全部水解转化为葡萄糖、甘露糖、果糖和其它五碳糖等，水解液中酵母可发酵糖的含量高。但是，因酶水解生成的低聚糖和其它杂多糖长时间在酸性条件下加热将发生分解，并有糠醛类物质生成，水解液色泽加深，不利于酵母生长，该法水解工艺复杂，生产周期长。
(3)酸水解法该法是直接加入一定量的无机酸于香/芭蕉根部球茎干粉中，升温水解。所用的酸是盐酸或硫酸。酸催化水解能使香/芭蕉根部球茎中的淀粉类和非淀粉类杂多糖一并水解，转化为葡萄糖、甘露糖、果糖和其它五碳糖。用盐酸催化水解，去渣后的水解液用碱中和，水解液中含有大量的Cl—，不利于酵母生长；用催化水解，水解液中虽存在大量S042-，但用固体碳酸钙或用石灰中和时，将生成微溶的CaSO4而几乎被除去，残留微量的Ca2+是酵母生长必需的营养物，对酵母的生长有利；若水解时所用的硫酸浓度很低， 可直接用氨水中和，生成的硫酸铵是酵母生长必需的养料，水解液无需再加入硫酸铵即可接种发酵。硫酸浓度是影响香/芭蕉根部球茎多糖水解的重要因素。本发明中香/芭蕉根部球茎中多糖的水解程度以水解液中总还原糖含量为考核指标。该法水解工艺简单，水解时间短，操作方便，含糖量高。
本发明选用硫酸的浓度为0. 05 1. 4mol/L，水解温度为100 150°C，水解时间为1 2h。水解温度和水解时间随硫酸浓度增大而减小，水解液中总还原糖浓度为22. 5 24. 0%。
3、中和
香/芭蕉根部球茎中的多糖经酸水解后，泵入螺旋压榨机压榨挤出水解液，再将水解液泵入搪瓷反应釜，搅拌中加入固体碳酸钙或石灰中和，过滤除去沉淀的CaSO4，或将挤出的水解液直接用浓氨水中和至微酸性，水解液呈茶色透明，呈甜味，总还原糖含量 16. 3 18. 5° Bx0
4、酵母的活化
称取一定量的蔗糖或淀粉糖，加入适量的水溶解，加热至沸，然后冷却至室温。如采用蔗糖活化，则蔗糖浓度控制2 3% ；如采用淀粉糖活化，淀粉糖浓度控制5 6%，加入干酵母，活化时间1 池。
5、加入酵母活化液和营养盐
将调节pH至定值的水解液，酵母活化液和适量的营养盐液，泵入搪瓷反应釜，搅拌混合均勻。营养盐的量(以水解液的重量计)硫酸铵0. 1 0. 5 %，磷酸氢二钠和磷酸氢二钠0. 15 0. 6 %，硫酸镁0. 1 1. 0 %，氯化钙0. 1 0. 6 %。如水解液用固体碳酸钙或石灰中和，去渣后的水解液不需加氯化钙；如水解液用氨水中和，水解液不需加硫酸铵。 水解液呈茶色透明，味甜，总还原糖含量14. 5 16. 5% ° Bx。
6、接种发酵
将总还原糖含量为14 17° Bx的发酵液泵入已消毒杀菌的发酵罐或发酵池中， 在约30°C的温度下发酵。接种所需的干酵母，约占发酵液总量3%。发酵20h后，定时检测发酵液中总还原糖含量的变化，当发酵液中总还原糖含量降至0. 2% 0. 5%时，将发酵液泵入蒸馏器加热蒸馏，收集馏出物即可得到30% 40%粗酒。再进一步精馏，可得到浓度彡95%的乙醇。1吨香/芭蕉根部球茎干粉可制得220kg 95%以上乙醇。
下面的实例将有助于描述和理解本发明
实例1
称取一定量的香/芭蕉根部球茎，投入多功能切片机，切成厚0. 5 0. 8mm的薄片，在烈日下曝晒至干或用隧道式烘干机烘干至含水量< 12%，得香/芭蕉根部球茎干片。 将其投入锤片式高速粉碎机粉碎至80 100目。称取1吨香/芭蕉根部球茎干粉于搪瓷反应釜，加入5倍重量于原料重量0. 5mol/L的稀硫酸，搅拌、升温至10(TC水解1. 5h,水解液总还原糖含量22. 5%。将水解液泵入螺杆压榨机挤压出水解液，将水解液泵入搪瓷反应釜，搅拌中用固体碳酸钙或石灰中和，过滤弃去CaSO4，水解液呈茶色透明，味甜，总糖含量 16. 3° Bx0
将水解液泵入搪瓷反应釜，分别加入经蔗糖或淀粉糖活化的酵母液，营养盐液， 营养盐的量(以水解液的重量计)硫酸铵0.2%，磷酸氢钠和磷酸二氢钠0.5%，硫酸镁0. 1%，搅拌充分混合，混合液还原糖含量约14. 5° Bx。。将待发酵的混合液泵入已灭菌和消毒的发酵罐或发酵池，以约30°C的温度发酵。接种用的干酵母的量为水解液总量的 3%。接种发酵20h后，定时检测发酵液中总还原糖的量，当检测发酵液中总还原糖的量降至0. 2 0. 5%时，将其泵入蒸馏器蒸馏，收集馏出物可得到30% 40%粗酒，再进一步精馏，可得到浓度彡95%的乙醇。1吨香/芭蕉根部球茎可产220kg 95%以上的乙醇。
例 2
称取一定量的香/芭蕉根部球茎，投入多功能切片机，切成厚0. 5 0. 8mm的薄片，在烈日下曝晒至干或用隧道式烘干机烘干至含水量< 12%，得香/芭蕉根部球茎干片。 将其投入锤片式高速粉碎机粉碎至80 100目。称取1吨香/芭蕉根部球茎干粉于搪瓷反应釜，加入5倍重量于原料重量0. 08mol/L的稀硫酸，搅拌、升温至145°C水解1.证，水解液总还原糖含量22. 3%。将水解液泵入螺杆压榨机挤压出水解液，将水解液泵入搪瓷反应釜，搅拌中用浓氨水中和，水解液呈茶色透明，味甜，总糖含量16.8° Bx。
将水解液泵入搪瓷反应釜，分别加入经蔗糖或淀粉糖活化的酵母液，营养盐液，营养盐的量(以水解液的重量计)硫酸铵0.2%，磷酸氢钠和磷酸二氢钠0.5%，硫酸镁 0. 1%，搅拌充分混合，混合液还原糖含量约15. 6° Bx0将待发酵的混合液泵入已灭菌和消毒的发酵罐或发酵池，以约30°C的温度发酵。接种用的干酵母的量为水解液总量的3%。接种发酵20h后，定时检测发酵液中总还原糖的量，当检测发酵液中总还原糖的量降至0. 2 0.5%时，将其泵入蒸馏器蒸馏，收集馏出物可得到30% 40%粗酒，再进一步精馏，可得到浓度彡95%的乙醇。1吨香/芭蕉根部球茎可产220kg 95%的乙醇。
权利要求
1.利用香/芭蕉根部球茎干粉制备乙醇包括以下几个步骤(1)新鲜香/芭蕉根部球茎干粉，加入5倍量于原料重量0.05 1. 40mol/L的稀硫酸， 在100 150°C的温度下水解1 2h糖化；(2)将香/芭蕉根部球茎酸水解物，泵入螺杆压榨机压榨挤出水解液，再用固体碳酸钙或石灰中和，或直接用浓氨水中和至微酸性或中性，得到茶色透明甜味的水解液；(3)将水解液，活化的酵母液和适量的营养盐液混合，泵入已消毒杀菌的发酵罐或发酵池，在约30°C的温度下发酵；(4)将发酵成熟的醪液泵入蒸馏器，加热蒸馏，收集馏出物得到30% 40%的粗酒，将粗酒进一步精馏，可得到95%以上的乙醇。
全文摘要
香/芭蕉根部球茎切片、晒干或烘干、粉碎，加酸升温水解，泵入螺旋压榨机压榨挤出水解液，中和至微酸性或近中性，直接接种发酵，蒸馏，可得到30％～40％的粗酒。再进一步精馏可得到95％以上的乙醇。
文档编号C12P7/06GK102533873SQ201110008780
公开日2012年7月4日 申请日期2011年1月3日 优先权日2011年1月3日
发明者陈伟, 黄伟, 黄广民 申请人:陈伟, 黄伟, 黄广民