本发明涉及生物质燃料
技术领域：
，具体涉及一种生态环保生物乙醇及其制备方法。
背景技术：
：能源是一个国家发展经济的基础，能源短缺也是制约一国经济发展的重要因素。随着全球资源、能源、环境问题的突出和全球气候变暖趋势的加强，寻找清洁、可再生能源成为人类的必由之路，其中燃料乙醇凭借独特的优势成为首选。由于粮食乙醇的发展受到土地、农业生产、粮食供给和社会经济等各方面的制约，利用丰富的木材、禾草等植物纤维原料，尤其是廉价的农林废弃物经生物转化制取燃料乙醇，即纤维素乙醇，成为解决能源和环境问题的有效途径之一，是当前世界各国研究和开发的热点。木质纤维素(lignoccllulose)是指自然界生长的、未经任何处理的植物的叶、干、茎等材料，它含有纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、水、灰分等物质，地球上每年大约形成1000亿吨木质纤维素，是自然界分布最广、含量最多、价格低廉而又可再生的资源。在中国仅农业生产中形成的农业废弃物，每年约有7亿吨，这些废弃物的利用率很低，甚至污染了环境，如果能将其转化为可利用的能源---燃料乙醇，将具有重大的意义和广阔的前景。植物秸秆发酵生产乙醇一般采用两步发酵法，即先将预处理后的植物纤维素原料水解为还原糖，然后再利用还原糖发酵得到乙醇。植物秸秆水解糖中主要含有葡萄糖和木糖，不同水解糖中两者比例有很大差异。植物秸秆发酵生产乙醇关键是提高菌体对糖类物质的的利用率，进而提高乙醇得率。现阶段，我国的能源结构和产业结构都面临着新的调整和突破，旧的能源产业结构正被以使用新型的、清洁能源为主的新型产业逐步替代。加快生物质能源工程项目的发展是急需研究的课题。急需克服在利用农作物秸秆制作燃料乙醇生产中的调控难度大，乙醇产率低，生产成本高，还难以投入大规模商业化发酵的不足。技术实现要素：针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种生态环保生物乙醇，该生态环保生物乙醇燃烧率高、易点燃、无黑烟、无异味、对环境无污染、燃烧后残渣少，同时本发明提供的制备方法采用大量农业废料，材料成本较低、原料易得，实现了植物材料的循环利用与综合利用，降低了环境的污染，同时依次酶解和己糖、戊糖发酵的高效进行，乙醇制得率较高，工艺简明，具有较高的使用价值和良好的应用前景。本发明解决技术问题采用如下技术方案：本发明提供了一种生态环保生物乙醇，包括以下重量份的原料：溶剂700-900份、稻草秸秆20-30份、小麦秸秆15-25份、玉米秸秆25-35份、棉花秸秆5-15份、油菜秸秆25-35份、甘蔗渣25-35份、糠麸皮10-20份、玉米芯20-30份、发酵添加液80-150份、卵磷脂25-35份、硫酸锰10-20份。优选地，所述生态环保生物乙醇包括以下重量份的原料：溶剂800份、稻草秸秆25份、小麦秸秆20份、玉米秸秆30份、棉花秸秆10份、油菜秸秆30份、甘蔗渣30份、糠麸皮15份、玉米芯25份、发酵添加液110份、卵磷脂30份、硫酸锰15份。优选地，所述溶剂为甲酸溶液、乙酸溶液、植酸溶液按照重量比15:10:1组成的混合物；所述草酸溶液、乙酸溶液、植酸溶液的浓度分别为85%、36%、0.13%。优选地，所述发酵添加液为半胱氨酸、尿素、琼脂、硬脂酸、蛋白胨、半乳糖、四水硝酸钙、硝酸钾、磷酸氢二铵、烟酰胺、水按照重量比2:4:2.5:3:4.5:3:3.5:3:3.5:2.5:200的混合水溶液。优选地，所述卵磷脂为工业用浓度为60%的卵磷脂液体。本发明还提供了一种生态环保生物乙醇的制备方法，包括以下步骤：步骤一，将稻草秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、棉花秸秆、油菜秸秆、甘蔗渣、糠麸皮、玉米芯、晒干，加入高速粉碎机中，粉碎成粒径在1-4cm的颗粒，再将溶剂的70%加入水解反应器中加热到80-100℃，投入粉碎和的颗粒，保持温度在120-130℃下水解40-80分钟的到水解后的混合液a；步骤二，将步骤一制得的混合液a趁热送入逆流洗涤器中，用剩余的溶剂逆流洗涤，被洗涤物即为纤维素和半纤维素，再用无离子水洗涤，洗净溶剂，得到纯净纤维素和半纤维素；步骤三，将步骤二制得的纯净纤维素和半纤维素加入纤维素酶混合，加入水、适量稀硫酸至底物w/v浓度5-15％，ph值在4.0-6.0，用保鲜膜封口，于45-55℃条件下，摇床酶解反应48-72h，将反应后的混合物离心固液分离，清液经减压蒸发浓缩成糖液b，其中葡萄糖浓度为100-200g/l；步骤四，将步骤三制得的糖液b加入发酵添加液的50%、卵磷脂的60%、硫酸锰的70%，用耐高温型酿酒高活性酵母液于35-37℃条件下厌氧发酵36-48h，将己糖转化为乙醇，减压蒸馏得到乙醇；将醪液加入剩余的发酵添加液、卵磷脂、硫酸锰；再用树干毕赤酵母于30-35℃条件下限制性供氧发酵醪液60-80h，将戊糖转化为乙醇，减压蒸馏得到乙醇。优选地，所述生态环保生物乙醇制备步骤为：步骤一，将稻草秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、棉花秸秆、油菜秸秆、甘蔗渣、糠麸皮、玉米芯、晒干，加入高速粉碎机中，粉碎成粒径在1-4cm的颗粒，再将溶剂的70%加入水解反应器中加热到90℃，投入粉碎和的颗粒，保持温度在125℃下水解60分钟的到水解后的混合液a；步骤二，将步骤一制得的混合液a趁热送入逆流洗涤器中，用剩余的溶剂逆流洗涤，被洗涤物即为纤维素和半纤维素，再用无离子水洗涤，洗净溶剂，得到纯净纤维素和半纤维素；步骤三，将步骤二制得的纯净纤维素和半纤维素加入纤维素酶混合，加入水、适量稀硫酸至底物w/v浓度10％，ph值在5.0，用保鲜膜封口，于50℃条件下，摇床酶解反应60h，将反应后的混合物离心固液分离，清液经减压蒸发浓缩成糖液b，其中葡萄糖浓度为150g/l；步骤四，将步骤三制得的糖液b加入发酵添加液的50%、卵磷脂的60%、硫酸锰的70%，用耐高温型酿酒高活性酵母液于36℃条件下厌氧发酵42h，将己糖转化为乙醇，减压蒸馏得到乙醇；将醪液加入剩余的发酵添加液、卵磷脂、硫酸锰；再用树干毕赤酵母于33℃条件下限制性供氧发酵醪液70h，将戊糖转化为乙醇，减压蒸馏得到乙醇。优选地，所述步骤二中的纤维素酶的添加量为：按每克纤维素添加12fpiu的纤维素酶；所述纤维素酶为纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶按重量比1:1.25:6.35组成的混合酶。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：（1）本发明的一种生态环保生物乙醇对原材料应用酸性溶剂进行预处理，，植物生物质在溶解过程中发生水解，木质素完全溶解，纤维素、半纤维素不被溶解。溶剂本身易于回收能重复利用，木质纤维原料三组分最大得率的分离，使木质纤维素得以综合利用，大大增加了后续酶处理时反应的效率。（2）本发明的一种生态环保生物乙醇添加了卵磷脂和硫酸锰，能够有效提高乙醇的制得率和产量，提高了吨植物纤维原料的乙醇产量，降低了吨乙醇的原料成本。（3）本发明的一种生态环保生物乙醇主料采用了大量的农业秸秆等废料，一方面降低了材料的成本，最大限度的利用了资源，实现了可持续发展，另一方面有效解决了农村秸秆废料直接燃烧产生的有害气体和固体颗粒物对空气的污染，保护了环境。（4）本发明的一种生态环保生物乙醇的制备方法中采用的顺序发酵兼顾了高浓度己糖发酵和戊糖发酵，清液浓缩后的高浓度己糖发酵在工业规模上无需搅拌，其获得的高乙醇浓度的醪液可降低后续乙醇蒸馏的蒸汽消耗，并且己糖发酵的高乙醇得率保证了高的吨植物纤维原料的乙醇产量；后续的戊糖发酵进一步提高了乙醇产量，降低了原料成本，增加了单位重量的原材料的乙醇制得率，节约了资源，保护了环境。（5）本发明的一种生态环保生物乙醇的制备方法成本较低、原料易得，实现了植物材料的循环利用与综合利用，降低了环境的污染，同时依次酶解和己糖、戊糖发酵的高效进行，乙醇制得率较高，工艺简明，具有较高的使用价值和良好的应用前景。具体实施方式下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1.本实施例的生态环保生物乙醇，包括以下重量份的原料：溶剂700份、稻草秸秆20份、小麦秸秆15份、玉米秸秆25份、棉花秸秆5份、油菜秸秆25份、甘蔗渣25份、糠麸皮10份、玉米芯20份、发酵添加液80份、卵磷脂25份、硫酸锰10份。本实施例中溶剂为甲酸溶液、乙酸溶液、植酸溶液按照重量比15:10:1组成的混合物；所述草酸溶液、乙酸溶液、植酸溶液的浓度分别为85%、36%、0.13%。本实施例中发酵添加液为半胱氨酸、尿素、琼脂、硬脂酸、蛋白胨、半乳糖、四水硝酸钙、硝酸钾、磷酸氢二铵、烟酰胺、水按照重量比2:4:2.5:3:4.5:3:3.5:3:3.5:2.5:200的混合水溶液。本实施例中卵磷脂为工业用浓度为60%的卵磷脂液体。本实施例的生态环保生物乙醇的制备方法，包括以下步骤：步骤一，将稻草秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、棉花秸秆、油菜秸秆、甘蔗渣、糠麸皮、玉米芯、晒干，加入高速粉碎机中，粉碎成粒径在1-4cm的颗粒，再将溶剂的70%加入水解反应器中加热到80℃，投入粉碎和的颗粒，保持温度在120℃下水解80分钟的到水解后的混合液a；步骤二，将步骤一制得的混合液a趁热送入逆流洗涤器中，用剩余的溶剂逆流洗涤，被洗涤物即为纤维素和半纤维素，再用无离子水洗涤，洗净溶剂，得到纯净纤维素和半纤维素；步骤三，将步骤二制得的纯净纤维素和半纤维素加入纤维素酶混合，加入水、适量稀硫酸至底物w/v浓度15％，ph值在6.0，用保鲜膜封口，于55℃条件下，摇床酶解反应48h，将反应后的混合物离心固液分离，清液经减压蒸发浓缩成糖液b，其中葡萄糖浓度为100-200g/l；步骤四，将步骤三制得的糖液b加入发酵添加液的50%、卵磷脂的60%、硫酸锰的70%，用耐高温型酿酒高活性酵母液于35℃条件下厌氧发酵48h，将己糖转化为乙醇，减压蒸馏得到乙醇；将醪液加入剩余的发酵添加液、卵磷脂、硫酸锰；再用树干毕赤酵母于30℃条件下限制性供氧发酵醪液80h，将戊糖转化为乙醇，减压蒸馏得到乙醇。本实施例步骤二中的纤维素酶的添加量为：按每克纤维素添加12fpiu的纤维素酶；所述纤维素酶为纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶按重量比1:1.25:6.35组成的混合酶。实施例2.本实施例的生态环保生物乙醇，包括以下重量份的原料：溶剂900份、稻草秸秆30份、小麦秸秆25份、玉米秸秆35份、棉花秸秆15份、油菜秸秆35份、甘蔗渣35份、糠麸皮20份、玉米芯30份、发酵添加液150份、卵磷脂35份、硫酸锰20份。本实施例中溶剂为甲酸溶液、乙酸溶液、植酸溶液按照重量比15:10:1组成的混合物；所述草酸溶液、乙酸溶液、植酸溶液的浓度分别为85%、36%、0.13%。本实施例中发酵添加液为半胱氨酸、尿素、琼脂、硬脂酸、蛋白胨、半乳糖、四水硝酸钙、硝酸钾、磷酸氢二铵、烟酰胺、水按照重量比2:4:2.5:3:4.5:3:3.5:3:3.5:2.5:200的混合水溶液。本实施例中卵磷脂为工业用浓度为60%的卵磷脂液体。本实施例的生态环保生物乙醇的制备方法，包括以下步骤：步骤一，将稻草秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、棉花秸秆、油菜秸秆、甘蔗渣、糠麸皮、玉米芯、晒干，加入高速粉碎机中，粉碎成粒径在1-4cm的颗粒，再将溶剂的70%加入水解反应器中加热到100℃，投入粉碎和的颗粒，保持温度在130℃下水解40分钟的到水解后的混合液a；步骤二，将步骤一制得的混合液a趁热送入逆流洗涤器中，用剩余的溶剂逆流洗涤，被洗涤物即为纤维素和半纤维素，再用无离子水洗涤，洗净溶剂，得到纯净纤维素和半纤维素；步骤三，将步骤二制得的纯净纤维素和半纤维素加入纤维素酶混合，加入水、适量稀硫酸至底物w/v浓度15％，ph值在6.0，用保鲜膜封口，于55℃条件下，摇床酶解反应48h，将反应后的混合物离心固液分离，清液经减压蒸发浓缩成糖液b，其中葡萄糖浓度为100-200g/l；步骤四，将步骤三制得的糖液b加入发酵添加液的50%、卵磷脂的60%、硫酸锰的70%，用耐高温型酿酒高活性酵母液于37℃条件下厌氧发酵36h，将己糖转化为乙醇，减压蒸馏得到乙醇；将醪液加入剩余的发酵添加液、卵磷脂、硫酸锰；再用树干毕赤酵母于35℃条件下限制性供氧发酵醪液60h，将戊糖转化为乙醇，减压蒸馏得到乙醇。本实施例步骤二中的纤维素酶的添加量为：按每克纤维素添加12fpiu的纤维素酶；所述纤维素酶为纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶按重量比1:1.25:6.35组成的混合酶。实施例3.本实施例的生态环保生物乙醇，包括以下重量份的原料：溶剂800份、稻草秸秆25份、小麦秸秆20份、玉米秸秆30份、棉花秸秆10份、油菜秸秆30份、甘蔗渣30份、糠麸皮15份、玉米芯25份、发酵添加液110份、卵磷脂30份、硫酸锰15份。本实施例中溶剂为甲酸溶液、乙酸溶液、植酸溶液按照重量比15:10:1组成的混合物；所述草酸溶液、乙酸溶液、植酸溶液的浓度分别为85%、36%、0.13%。本实施例中发酵添加液为半胱氨酸、尿素、琼脂、硬脂酸、蛋白胨、半乳糖、四水硝酸钙、硝酸钾、磷酸氢二铵、烟酰胺、水按照重量比2:4:2.5:3:4.5:3:3.5:3:3.5:2.5:200的混合水溶液。本实施例中卵磷脂为工业用浓度为60%的卵磷脂液体。本实施例的生态环保生物乙醇的制备方法，包括以下步骤：步骤一，将稻草秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、棉花秸秆、油菜秸秆、甘蔗渣、糠麸皮、玉米芯、晒干，加入高速粉碎机中，粉碎成粒径在1-4cm的颗粒，再将溶剂的70%加入水解反应器中加热到90℃，投入粉碎和的颗粒，保持温度在125℃下水解60分钟的到水解后的混合液a；步骤二，将步骤一制得的混合液a趁热送入逆流洗涤器中，用剩余的溶剂逆流洗涤，被洗涤物即为纤维素和半纤维素，再用无离子水洗涤，洗净溶剂，得到纯净纤维素和半纤维素；步骤三，将步骤二制得的纯净纤维素和半纤维素加入纤维素酶混合，加入水、适量稀硫酸至底物w/v浓度10％，ph值在5.0，用保鲜膜封口，于50℃条件下，摇床酶解反应60h，将反应后的混合物离心固液分离，清液经减压蒸发浓缩成糖液b，其中葡萄糖浓度为150g/l；步骤四，将步骤三制得的糖液b加入发酵添加液的50%、卵磷脂的60%、硫酸锰的70%，用耐高温型酿酒高活性酵母液于36℃条件下厌氧发酵42h，将己糖转化为乙醇，减压蒸馏得到乙醇；将醪液加入剩余的发酵添加液、卵磷脂、硫酸锰；再用树干毕赤酵母于33℃条件下限制性供氧发酵醪液70h，将戊糖转化为乙醇，减压蒸馏得到乙醇。本实施例步骤二中的纤维素酶的添加量为：按每克纤维素添加12fpiu的纤维素酶；所述纤维素酶为纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶按重量比1:1.25:6.35组成的混合酶。以上各实施例制备乙醇的结果测试结果如下：实验项目实施例1实施例2实施例3现有技术乙醇含量%（v/v）16.7516.4816.5315.46乙醇制得率0.500.510.510.49残糖率%(w/v)0.080.090.080.1本发明的一种生态环保生物乙醇燃烧率高、易点燃、无黑烟、无异味、对环境无污染、燃烧后残渣少，本发明提供的制备方法采用大量农业废料，材料成本较低、原料易得，实现了植物材料的循环利用与综合利用，降低了环境的污染，同时依次酶解和己糖、戊糖发酵的高效进行，乙醇制得率较高，工艺简明，具有较高的使用价值和良好的应用前景。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。当前第1页12