一种利用过期面包发酵制备燃料乙醇的方法与流程

本发明属于生物发酵领域，涉及一种利用过期面包发酵制备燃料乙醇的方法。

背景技术：

发展可持续可再生的绿色新能源来代替传统化石燃料能源，已经成为全球新能源领域的研究热点。燃料乙醇指以生物质为原料通过生物发酵等途径获得，体积浓度达到99.5％以上的无水乙醇，其辛烷值高达115。按照我国的国家标准，乙醇汽油是用90％的普通汽油与10％的燃料乙醇调和而成。车用乙醇汽油含氧量达35％，使燃料燃烧更加充分，尾气排放的co和碳氢化合物平均减少30％以上；因燃烧充分而减少积碳，延长汽车部件使用寿命；有效降低汽油中芳烃、烯烃含量，从而降低炼油厂的改造油品费用。生产使用燃料乙醇不仅从源头上缓解世界能源危机，还保护环境，使经济又好又快发展。

生物发酵法是目前制取燃料乙醇最主要的方法。我国燃料乙醇的主要生产原料仍以玉米为主，但是玉米是人类的主要粮食作物之一，且我国玉米价格从2010年到2015年一直居高不下，2016年开始粮食燃料乙醇不再享有国家财政补贴。2016年汽油表观消费量为11983万吨，按照乙醇汽油10％的添加比例测算燃料乙醇需求量将达到1198万吨。因此，改变燃料乙醇生产原料是必由之路。

目前最接近的技术是餐厨垃圾复合酶解发酵制备燃料乙醇。餐厨垃圾存在大量剩饭剩菜、油脂、馊水等，有机物含量高，易腐烂变质、滋生病原微生物。因此，利用餐厨类垃圾制备燃料乙醇对进料要求高，所需的前处理步骤繁复，例如高温杀菌、去除油脂等，但仍存在底物转化率低、水解速度慢、发酵过程中的酸抑制和氨氮抑制、发酵后残渣多。以淀粉类餐厨垃圾为原料生产燃料乙醇的主要工艺过程包括原料粉碎、液化糖化、乙醇发酵、蒸馏脱水等几个环节。

近年来，全球烘焙食品规模稳步增长，我国烘培行业规模增长速度最快，2011～2016年复合增长率为13％，2016年以251.82亿美元位居全球第二，仅次于美国，其中面包品类占烘焙行业规模的17％，销售达223万吨。每年全球大约有13亿吨的食物被浪费，相当于生产总量的三分之一，尤其在美国、加拿大等发达国家，有约40％的废弃食物被消费者丢掉。按照三分之一的比例计算，每年仅中国废弃或过期面包就有74万吨。面包是以小麦等粮食作物为基本原料，加入糖类等各种辅料烘培烤制而成，具有高淀粉、高糖等特点，产乙醇效率高，是发酵生产燃料乙醇的优良原料。

技术实现要素：

为了解决玉米燃料乙醇会带来粮食危机、我国燃料乙醇需求缺口巨大、燃料乙醇生产成本高等问题，本发明提供一种面包发酵制备燃料乙醇的方法；省去了现有技术需要的高温灭菌步骤，节省能耗；增加加水溶解步骤，可提高淀粉酶的酶解效率，达到提高乙醇产率和固体物减量的目的；实验用水在乙醇提纯后可循环使用。利用过期面包生产燃料乙醇，从环境角度，不仅很好地废物利用、垃圾减量，而且避免了废弃食物造成的大量碳排放而引起的环境污染；从生产工艺角度，过期面包基于小麦粉为主要原料，发酵生产燃料乙醇工艺简单，所需设备少、投资成本低、产能效率高。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种利用过期面包发酵制备燃料乙醇的方法，包括以下步骤：

s10，对过期面包进行粉碎处理，增加原料的比表面积；

s20，称取50g粉碎面包后加500ml水溶解，面包质量与水体积比w/v％为10～30％，使糖类等可溶物扩散到溶液中；

s30，调整ph值为5.0～6.5，加入适量成品耐高温α-淀粉酶，酶活性70000u/ml，60～110℃水浴恒温加热并持续搅拌，糖化面包碎渣；

s40，水解60～150min后冷却至室温，将混合物以8000r/min的转速离心10min，使得残渣与水解液固液分离；

s50，取上清液过滤，使得油水分离；

s60，酵母活化，将干酵母、水、葡萄糖按质量比100︰1000︰1的比例混匀，30℃水浴30min后作为酵母使用；

s70，在水解液中加入10ml酵母，干酵母质量与水解液体积比w/v％为0.3～2‰，调整初始ph为4.5，密封厌氧发酵并持续搅拌；

s80，发酵48～96h，直到乙醇含量已达到最大，不再上升，得到燃料乙醇。

优选地，所述s20中面包质量与水体积比w/v％为10％。

优选地，所述s30中水浴恒温温度范围90～100℃。

优选地，所述s30中搅拌使用磁力搅拌器、振荡器或搅拌机。

优选地，所述s40中水解150min。

优选地，所述s70中干酵母质量与水解液体积比w/v％为2‰。

优选地，所述s80中发酵96h。

本发明的有益效果如下：

1、将过期面包先粉碎，再加水溶解，用α-淀粉酶液化糖化面包渣水溶液，解决了固体物直接液化效率低、糖化效果差的问题，且固体物减量80％～85％，原料利用率高。

2、采用过期面包生产发酵燃料乙醇，原料成本低，实现废弃物有效利用。

3、面包淀粉含量高，淀粉酶解糖化技术成熟，工艺简单，所需设备少，投资成本低。

附图说明

图1为本发明方法实施例的利用过期面包发酵制备燃料乙醇的方法的步骤流程图；

图2为本发明的实施例1、实施例2、实施例3的步骤s30中酶解过程面包渣水溶液中还原糖浓度随时间变化曲线图；

图3为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4的步骤s80中发酵过程溶液中乙醇浓度随时间变化曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

参见图1，为本发明实施例的利用过期面包发酵制备燃料乙醇的方法的步骤流程图，包括以下步骤：

s10，对过期面包进行粉碎处理，增加原料的比表面积；

s20，称取50g粉碎面包后加500ml水溶解，面包质量与水体积比w/v％为10～30％，使糖类等可溶物扩散到溶液中；

s30，调整ph值为5.0～6.5，加入适量成品耐高温α-淀粉酶，酶活性70000u/ml，60～110℃水浴恒温加热并持续搅拌，糖化面包碎渣；

s40，水解60～150min后冷却至室温，将混合物以8000r/min的转速离心10min，使得残渣与水解液固液分离；

s50，取上清液过滤，使得油水分离；

s60，酵母活化，将干酵母、水、葡萄糖按质量比100︰1000︰1的比例混匀，30℃水浴30min后作为酵母使用；

s70，在水解液中加入10ml酵母，干酵母质量与水解液体积比w/v％为0.3～2‰，调整初始ph为4.5，密封厌氧发酵并持续搅拌；

s80，发酵48～96h，直到乙醇含量已达到最大，不再上升，得到燃料乙醇。

实施例1

根据上述s10-80步骤，s10中将过期面包掰成小块，用料理机打碎，s20，称取50g粉碎面包后加500ml水溶解，面包质量与水体积比w/v％为10％。

s30，加入0.005ml成品耐高温α-淀粉酶，α-淀粉酶与面包渣溶液体积比w/v％为0.01ml/l，酶活性70000u/ml，95℃水浴恒温加热并持续搅拌，糖化面包碎渣，水解糖化过程中面包渣溶液的还原糖浓度变化参见图2中a1所示。

s40中，水解150min后冷却至室温，将混合物以8000r/min的转速离心10min，使得残渣与水解液固液分离，s50取上清液过滤，使得油水分离，得到澄清水解液。

s60中将干酵母、水、葡萄糖按质量比100︰1000︰1的比例混匀，30℃水浴30min即可作为酵母使用；s70，在水解液中加入10ml酒母，干酵母质量与水解液体积比w/v％为2‰，密封厌氧发酵并持续搅拌；s80，发酵96h后，测得乙醇含量已达到最大，不再上升，发酵过程中乙醇浓度变化参见图3中b1所示。

实施例2

基于实施例1，改变s30中耐高温α-淀粉酶加入量为0.02ml，此时α-淀粉酶与面包渣溶液体积比v/v％为0.04ml/l；水解糖化过程中面包渣溶液的还原糖浓度变化参见图2所示a2；s80发酵过程中乙醇浓度变化如图3所示b2。

实施例3

基于实施例1，改变s30中耐高温α-淀粉酶加入量为0.035ml，此时α-淀粉酶与面包渣溶液体积比v/v％为0.07ml/l。水解糖化过程中面包渣溶液的还原糖浓度变化如图2所示a3；发酵过程中乙醇浓度变化如图3所示b3。

实施例4

根据实施例1，s30中酶解后得到的还原糖浓度，配置相同浓度的葡萄糖溶液500ml，s60中干酵母、水、葡萄糖按质量比100︰1000︰1的比例混匀，30℃水浴30min即可作为酵母使用，s70中在水解液中加入10ml酵母，干酵母质量与水解液体积比w/v％为2‰，密封厌氧发酵并持续搅拌。s80中发酵96h后，测得乙醇含量已达到最大，不再上升。发酵过程中乙醇浓度变化如图3所示b4。

具体实施例中，s20中面包质量与水体积比w/v％为10％；s30中水浴恒温温度范围90～100℃，搅拌使用磁力搅拌器、振荡器或搅拌机；s40中水解150min，实验水解时间为150min，实际在80min内已达到完全水解，所需时间短；发酵时间为96h，实际在20h已经达到最终发酵效果，相比传统发酵所需时间短。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。