专利名称：一种利用餐厨垃圾生产燃料丁醇的方法
技术领域：
本发明属于生物技术领域，具体涉及利用生物技术的方法处理餐厨垃圾，生产燃料丁醇。
背景技术：
餐厨垃圾是指剩饭、剩菜、蔬菜的根叶、瓜果的皮核、废弃的动物组织等，其成分主要是糖类、脂肪、蛋白质、盐分和水等，营养丰富。长期以来，餐厨垃圾在我国一直作为生猪的饲料，并通过市场自行寻找出路，这种处理方式存在很多问题一.垃圾含水率高，流动性大，容易泄露，造成二次污染。二.垃圾车影响城市日常交通并污染环境。三.垃圾未经任何处理，喂出猪的卫生情况令人担忧，容易导致口蹄疫等疾病的产生。而随着我国社会、 经济的发展和人们生活水平的不断提高，人们的居家饮食以及去饭店消费的数量和质量也明显的提高，餐厨垃圾的数量必将继续攀升。由于餐厨垃圾含有丰富的淀粉、纤维素、蛋白质等物质，对其进行合理的利用，不仅可以减少对环境的污染，而且可以变废为宝，对其进行资源化利用。中国专利 ZL201010265026. O发明餐厨垃圾回收制取生物柴油，并且获得副产物甘油和甲醇，但是该方法操作复杂，需要耐酸、耐压，这对设备的要求较高。而中国专利ZL20110034380. 7公布了 “固态发酵餐厨垃圾生产乙醇”的方法，提出了合理科学的处理方法，但是酶制剂价格高并且操作复杂。本发明是通过生物技术的方法即利用发酵菌液及酶制剂共同或分别处理餐厨垃圾，进行固态厌氧发酵来生产燃料丁醇，具有生产成本低、易操作等优点，而且可以很好解决能源危机，应用前景广泛，已应用于与汽油调合，乙醇-柴油混合燃料的助溶剂等，成为替代石油能源的新型燃料之一，具有重大的经济、社会和环境效益。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种利用餐厨垃圾生产燃料丁醇的方法。利用餐厨垃圾生产燃料丁醇的方法如下餐厨垃圾中添加质量比为0-1. O %的混合酶制剂，控制温度在30-50°C进行酶处理，混合酶制剂添加后0_20h添加餐厨垃圾质量1-5%的发酵菌液，控制温度在30-5(TC封闭发酵48-80h，发酵结束后，用乙酸乙酯进行萃取，得到丁醇。发酵菌液由地衣芽孢杆菌、幼虫芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和丙酮丁醇梭菌组成；所述混合酶制剂由淀粉酶果胶酶、酸性蛋白酶、中温淀粉酶和纤维素酶组成。所述混合酶制剂中淀粉酶果胶酶、酸性蛋白酶、中温淀粉酶和纤维素酶的质量比例为为 O. 8-1. 2 I. 0-1. 2 O. 8-1. O I. 0-1. 4 O. 8-1. 2。所述酶制剂的质量比例优选淀粉酶果胶酶、酸性蛋白酶、中温淀粉酶和纤维素酶 I. O : I. I : O. 9 : I. 3 : I. O。
发酵菌液中各菌液添加量为餐厨垃圾质量比例的O. 25% -I. 0%。所述地衣芽孢杆菌、幼虫芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、和枯草芽孢杆菌采用常规菌株培养方法经斜面、一二级摇瓶培养获得；丙酮丁醇梭菌经过厌氧培养瓶培养获得。由于餐厨垃圾富含淀粉、纤维素、脂肪、蛋白质等有机物质，所以运用生物技术的方法能够有效处理富含有机物质的餐厨垃圾，最终达到利用餐厨垃圾发酵产丁醇的目的。有益效果本发明充分利用了已对环境造成污染的餐厨垃圾，根据餐厨垃圾富含淀粉、纤维素、蛋白质等特点，通过地衣芽孢杆菌、幼虫芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、和枯草芽孢杆菌处理及丙酮丁醇梭菌在厌氧条件下利用糖类物质，在自身产生的一系列酶的作用下，将葡萄糖经磷酸果糖途径到丙酮酸，再进一步转化为酸和溶剂，获得燃料丁醇。将发酵后的缪液用乙酸乙酯进行萃取，获得燃料丁醇。生产生物丁醇的基础原料谷物(玉米、小麦等)、甘蔗等的大规模农业生产技术已完全成熟。但是国际粮食价格不断拉高，世界各国都在寻求粮食的替代物，运用生物技术方法对餐厨垃圾进行处理，既符合无害化、资源化、减量化的处理原则，减少了对环境的污染， 同时又变废为宝，将餐厨垃圾进行了资源化利用，这在国内外还是史无前例的。总之生物丁醇的应用，是当前减少石油消耗的最直接、最有效的方法，具有广泛的应用前景，是一项切实可行的新技术。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限制性的，不能以此限定本发明的保护范围。实施例I将餐厨垃圾人工分拣，取处理过的餐厨垃圾200g，加入发酵菌液。发酵菌液包含如下成分地衣芽孢杆菌、幼虫芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和丙酮丁醇梭菌；其添加的质量比例各为O. 25%然后将加入发酵菌液的料液封闭37°C恒温发酵48h。发酵结束后，将发酵缪液 5000r/min离心IOmin取上清液，用乙酸乙酯进行萃取，经气相色谱检测换算后，丁醇的产量达到5. 6g/L。本例中地衣芽抱杆菌(Bacillus licheniformis)、幼虫芽抱杆菌(Paenibacillus larvae)、纳豆芽孢杆菌(Bacillus natto)、枯草芽抱杆菌(Bacillus subtilis)和丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicium)发酵生产丁醇进购于中国普通微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址位于北京市朝阳区北辰西路I号院3号，邮编100101，保藏编号分别为 CGMCC Nol. 106，Nol. 0005，Nol. 1086，Nol. 1630，Nol. 0244。I.生物菌株一级种子和二级种子培养一级种子培养肉汤培养基固态斜面活化地衣芽孢杆菌、幼虫芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌四株菌，37°C培养24h。PYG培养基固态斜面活化丙酮丁醇梭菌，37°C 培养24h。二级种子培养将地衣芽孢杆菌、幼虫芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌接种至肉汤液体培养基500ml三角瓶中，装液量100ml，在37°C，150r/min条件下摇床中培养18h。丙酮丁醇梭菌转接至250ml厌氧瓶中，装液量为100ml，在37°C静止培养24h。实施例2将餐厨垃圾人工分拣，取处理过的餐厨垃圾200g，同时加入发酵菌液和酶制剂。发酵菌液其包含如下成分地衣芽孢杆菌、幼虫芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和丙酮丁醇梭菌；其添加的质量比例各为O. 25%。同时添加质量比为O. I %的混合酶制剂，酶制剂的组成为果胶酶(100000u/g)、酸性蛋白酶(100000u/g)、中温淀粉酶(200000u/g)和纤维素酶(200000u/g)。酶制剂的组成质量比例为果胶酶、酸性蛋白酶、中温淀粉酶和纤维素酶比例为 1.0 : 1.1 : 0.9 : 1.3 : 1.0。然后将加入发酵菌液及酶制剂的料液封闭37°C恒温发酵 54h。发酵结束后，将发酵缪液5000r/min离心IOmin取上清液，用乙酸乙酯进行萃取，经气相色谱检测换算后，丁醇的产量达到8. 4g/L。实施例3将餐厨垃圾人工分拣，取处理过的餐厨垃圾20000g，加入酶制剂，在30°C液化 10h，然后再加入发酵菌液。发酵菌液其包含如下成分地衣芽孢杆菌、幼虫芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和丙酮丁醇梭菌；其添加的质量比例各为0. 4%。添加质量比为 0. 4%的混合酶制剂，酶制剂的组成为果胶酶、酸性蛋白酶、中温淀粉酶和纤维素酶。酶制剂的组成质量比例为果胶酶、酸性蛋白酶、中温淀粉酶和纤维素酶比例为 0.8 : 1.0 : 0.8 : 1.0 : 0.8。然后将加入发酵菌液及酶制剂的料液封闭40°C恒温发酵 54h。发酵结束后，将发酵缪液5000r/min离心IOmin取上清液，用乙酸乙酯进行萃取，经气相色谱检测换算后，丁醇的产量达到9. 5g/L。实施例4将餐厨垃圾人工分拣，取处理过的餐厨垃圾lOOOOg，加入酶制剂，在30°C液化 20h，然后再加入发酵菌液。添加质量比为0. 6%的混合酶制剂，酶制剂的组成质量比例为果胶酶、酸性蛋白酶、中温淀粉酶和纤维素酶比例为0.8 : 1.1 : 1.0 : 1.4 : 1.2。发酵菌液包含如下成分地衣芽孢杆菌、幼虫芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和丙酮丁醇梭菌；其添加的质量比例各为0. 5%。将酶制剂加入处理过的餐厨垃圾在45°C封闭恒温发酵60h。发酵结束后，将发酵缪液离心IOmin取上清液，转速5000r/min，然后用乙酸乙酯进行萃取，经气相色谱检测换算后，丁醇的产量达到10. 3g/L。实施例5将餐厨垃圾人工分拣，取处理过的餐厨垃圾lOOOOg，加入酶制剂，在40°C液化 20h，然后再加入发酵菌液。酶制剂的组成质量比例为果胶酶、酸性蛋白酶、中温淀粉酶和纤维素酶比例为1.0 I. I 0.9 1.3 1.0，添加的质量比例为0.7%。发酵菌液中包含如下成分地衣芽孢杆菌、幼虫芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和丙酮丁醇梭菌; 其添加的质量比例各为0. 5%。将酶制剂加入处理过的餐厨垃圾在45°C封闭恒温发酵72h。发酵结束后，将发酵缪液离心IOmin取上清液，转速5000r/min，然后用乙酸乙酯进行萃取，经气相色谱检测换算后，丁醇的产量达到12. 5g/L。
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实施例6将餐厨垃圾人工分拣，取处理过的餐厨垃圾20000g，加入酶制剂，在50°C液化 20h，然后再加入发酵菌液。酶制剂的组成质量比例为果胶酶、酸性蛋白酶、中温淀粉酶和纤维素酶比例为I. 2 I. I 1.0 1.3 1.0，添加的质量比例为0.7%。发酵菌液，其包含如下成分地衣芽孢杆菌、幼虫芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和丙酮丁醇梭菌; 其添加的质量比例各为1.0%。将酶制剂加入处理过的餐厨垃圾在45°C封闭恒温发酵72h。发酵结束后，将发酵缪液离心IOmin取上清液，转速5000r/min，然后用乙酸乙酯进行萃取，经气相色谱检测换算后，丁醇的产量达到10. 8g/L。
权利要求
1.一种利用餐厨垃圾生产燃料丁醇的方法，包括如下步骤餐厨垃圾中添加质量比为 0-1. 0%的混合酶制剂，控制温度在30-50°C进行酶处理，混合酶制剂添加0_20h后添加餐厨垃圾质量1-5%的发酵菌液，控制温度在30-50°C封闭发酵48-80h，发酵结束后，用乙酸乙酯进行萃取，得到丁醇。
2.如权I所述一种利用餐厨垃圾生产燃料丁醇的方法，其特征在于所述发酵菌液由地衣芽孢杆菌、幼虫芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和丙酮丁醇梭菌组成。
3.如权I所述一种利用餐厨垃圾生产燃料丁醇的方法，其特征在于所述混合酶制剂由淀粉酶果胶酶、酸性蛋白酶、中温淀粉酶和纤维素酶组成。
4.如权I或3所述一种利用餐厨垃圾生产燃料丁醇的方法，其特征在于所述混合酶制剂中淀粉酶果胶酶、酸性蛋白酶、中温淀粉酶和纤维素酶的质量比例为O. 8-1. 2 1.0-1. 2 O. 8-1. O I. 0-1. 4 O. 8-1. 2。
5.如权3或4所述一种利用餐厨垃圾生产燃料丁醇的方法，其特征在于所述酶制剂的质量比例为淀粉酶果胶酶、酸性蛋白酶、中温淀粉酶和纤维素酶I.O : I. I : 0.9 : I. 3 : I. O。
6.如权I所述一种利用餐厨垃圾生产燃料丁醇的方法，其特征在于所述发酵菌液中各菌液添加量为餐厨垃圾质量比例的O. 25% -I. O %。
7.如权I所述一种利用餐厨垃圾生产燃料丁醇的方法，其特征在于所述餐厨垃圾中加入酶制剂在30°C液化IOh后再加入发酵菌液，40°C恒温发酵54h ;发酵菌液中地衣芽孢杆菌、幼虫芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和丙酮丁醇梭菌添加的质量比例各为O.4% ;添加餐厨垃圾质量比O. 4%的混合酶制剂。
8.如权I或4所述一种利用餐厨垃圾生产燃料丁醇的方法，其特征在于所述酶制剂中果胶酶、酸性蛋白酶、中温淀粉酶和纤维素酶的组成质量比例为·0.8 : 1.0 : 0.8 : 1.0 : 0.8。
全文摘要
本发明公开了一种利用餐厨垃圾生产燃料丁醇的方法，本发明利用餐厨垃圾生产燃料丁醇属于生物技术领域，旨在减少餐厨垃圾对环境的污染，将餐厨垃圾进行资源化利用，同时可以综合解决我国石油短缺、粮食短缺及环境恶化三大热点问题。本方法利用餐厨垃圾含有丰富的淀粉、纤维素、脂肪、蛋白质等物质，通过发酵菌液及酶制剂对其进行综合作用，发酵菌液包含地衣芽孢杆菌、幼虫芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和丙酮丁醇梭菌。酶制剂包含如下成分果胶酶、酸性蛋白酶、中温淀粉酶和纤维素酶，最后入发酵罐30-50℃恒温发酵48-80h，用乙酸乙酯对发酵液进行萃取，即得燃料丁醇。
文档编号C12P7/16GK102586382SQ201210056810
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月7日 优先权日2012年3月7日
发明者乔长晟, 宋可, 李利宁, 李政 申请人:天津北洋百川生物技术有限公司