一种以厨余垃圾为原料同步糖化发酵制备燃料乙醇的方法
【专利摘要】本发明公开了一种以厨余垃圾为原料同步糖化发酵制备燃料乙醇的方法，属于生物质能领域，包括以下步骤，S1将厨余垃圾加水混合均匀，用碱处理预混液，然后洗涤抽滤得到经过碱预处理的原料；S2将所述经过碱预处理的原料在酸性条件下蒸煮，得到经过酸预处理的原料；S3向所述经过酸预处理的原料中加入糖化酶和酿酒酵母，同步糖化发酵后蒸馏，得到燃料乙醇。本发明提供的制备方法可大规模拓展燃料乙醇的原料资源量、降低燃料乙醇的生产成本、提高生产效率，能够带来诸多良好的社会和经济效益。
【专利说明】
-种从厨余垃圾为原料同步糖化发酵制备燃料乙醇的方法
技术领域
[0001] 本发明设及生物质能领域，特别设及一种W厨余垃圾为原料同步糖化发酵制备燃 料乙醇的方法。
【背景技术】
[0002] 随着世界人口的增加和各国工业化程度的提高，能源和环境问题已成为全球关注 的焦点。石油、煤炭和天然气等化石能源物质逐渐枯竭，为保护环境和实现人类可持续发展 的目标，从可再生资源特别是木质生物质生产高附加值化工产品已成为许多国家的重要发 展战略和科学研究的热点领域。生物质能是可再生的清洁能源，利用生物质为原料水解并 发酵制取燃料乙醇等化工产品正日益受到广泛关注。
[0003] 采用含糖和淀粉等的农作物发酵制取乙醇的技术已日趋成熟，并广泛应用。然而， 随着世界人口增长，粮食供应紧张，W粮食作物为原料制备燃料乙醇的方法不可能大规模 展开，因此采用木质纤维为原料，通过生物质水解制取燃料乙醇具有重要意义。在生活中， 厨余垃圾是困扰人们的污染源之一，厨余垃圾是指剩饭、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、水等，营养丰富。长期W来，厨余 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，运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。Ξ、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。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W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W减少对环境的污染，而且可W 变废为宝，对其进行资源化利用，还利于环保和可持续发展。
[0004] 传统的生产燃料乙醇的方法都是先糖化后发酵，增加了高浓度糖底物对酵母菌的 抑制作用，因而发酵效率和乙醇产率均较低、产品成本高；同时操作复杂、发酵周期长，能耗 高、生产效率低。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中的上述不足，提供一种W厨余垃圾为原料同步 糖化发酵制备燃料乙醇的方法，通过W厨余垃圾替代传统粮食作物作为原料，可实现对厨 余垃圾高值化利用，也有助于降低燃料乙醇生产成本，同步糖化发酵工艺在降低工艺能耗 的同时也提高了生产效率。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明提供了 W下技术方案；
[0007] -种W厨余垃圾为原料同步糖化发酵制备燃料乙醇的方法，其特征在于，包括W 下步骤：
[000引S1将厨余垃圾加水混合均匀，用碱处理预混液，然后洗涂抽滤得到经过碱预处理 的原料；
[0009] S2将所述经过碱预处理的原料在酸性条件下蒸煮，得到经过酸预处理的原料；
[0010] S3向所述经过酸预处理的原料中加入糖化酶和酿酒酵母，同步糖化发酵后蒸馈， 得到燃料乙醇。
[0011] 本发明的发明思路为，首先用碱对厨余垃圾进行预处理，由于厨余垃圾中除去纤 维素原料外还含有相当量的油脂，而碱预处理步骤可W使油脂皂化成高级脂肪酸盐和甘 油，从而避免了油脂对乙醇发酵反应的抑制作用，同时碱预处理还能除去纤维素原料中的 大部分乙酷基;随后对预混液进行离屯、洗涂和抽滤操作除去厨余垃圾皂化后产物和仍残留 的颗粒杂质;对经碱预处理的原料在酸性条件下进行蒸煮可W在一定程度上降低厨余垃圾 组成中淀粉和粗纤维的聚合度，同时增加纤维素原料对纤维素酶反应的敏感性，提高其酶 水解的转化率；同步糖化发酵工艺保证厨余垃圾中淀粉和纤维素原料在酶水解成还原糖 后，还原糖在酿酒酵母的作用下继续发酵成乙醇，两步反应均在一个容器中进行。随后通过 后续的蒸馈和脱水操作得到体积浓度达到99.5% W上的燃料乙醇。
[0012] 进一步地，上述步骤S1中碱处理的步骤包括在PH值为9-12的条件下于50-70°C将 预混液揽拌1-化。
[0013] 进一步地，上述步骤S1中洗涂步骤包括将经碱处理的预混液在离屯、转速为4000- 600化pm的离屯、机中洗涂至中性。
[0014] 进一步地，上述步骤S2包括将经过碱预处理的原料在PH值为3-4的条件下于120- 150°C 蒸煮 20-40min。
[001引进一步地，上述步骤S3中所述同步糖化发酵包括在PH值为4-6的条件下于30-40°C 发酵3-5天。
[0016] 进一步地，上述糖化酶的加入量为l-40FPU/g。
[0017] 进一步地，上述酿酒酵母的加入量为厨余垃圾重量的0.1-0.8%。
[0018] 进一步地，上述步骤S3中还包括蒸馈后将蒸气经分子筛树脂或膜萃取的方式除去 水分的处理。
[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0020] 1、本发明提供的W厨余垃圾为原料同步糖化发酵制备燃料乙醇的方法，可被用W 实现对厨余垃圾高效、高值化利用，及同比降低燃料乙醇生产成本。
[0021] 2、本发明提供的W厨余垃圾为原料同步糖化发酵制备燃料乙醇的方法，其中的同 步糖化发酵工艺替代传统的先糖化后发酵的工艺，操作便捷、能耗低，是一种经济、绿色、节 能工艺，符合国家"节能、减排"发展要求。
[0022] 3、本发明提供的一种W厨余垃圾为原料制备燃料乙醇的方法，通过采用碱预处理 步骤，W皂化反应方式除去厨余垃圾中的油脂组分，避免了其对后续乙醇发酵的抑制作用， 同时后续对厨余垃圾的纤维素原料进行适度酸预水解处理，降低了厨余垃圾纤维素聚合 度，提高了其反应活性，相比现有技术解决了厨余垃圾纤维素原料酶水解转化率低的问题， 并提高了最终乙醇的产率，采用本技术可极大拓宽现有燃料乙醇制备技术应用范围。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合试验例及【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解 为本发明上述主题的范围仅限于W下的实施例，凡基于本
【发明内容】
所实现的技术均属于本 发明的范围。
[0024] 实施例1
[0025] 一种W厨余垃圾为原料同步糖化发酵制备燃料乙醇的方法，包括W下步骤:S1首 先，将厨余垃圾和水按1:5重量比混合均匀，在PH值为10的条件下于60°C将预混液揽拌化， 然后在离屯、转速为5000rpm的离屯、机中将预混液洗涂至中性、抽滤后得到经碱预处理的原 料;S2称取400g经碱预处理的原料，在PH值为4的条件下于140°C蒸煮30min，得到经酸预处 理的原料;S3将经酸预处理的原料在PH值为4的条件下于38°C加入20FPU/g的曲霉属真菌和 4g酿酒酵母，糖化发酵4天，然后进行蒸馈，脱水，收集其中的燃料乙醇。
[00%] 实施例2
[0027] -种W厨余垃圾为原料同步糖化发酵制备燃料乙醇的方法，包括W下步骤:S1首 先，将厨余垃圾和水按1:5重量比混合均匀，在PH值为9的条件下于50°C将预混液揽拌化，然 后在离屯、转速为4000rpm的离屯、机中将预混液洗涂至中性、抽滤后得到经碱预处理的原料； S2称取500g经碱预处理的原料，在PH值为3的条件下于120°C蒸煮20min，得到经酸预处理的 原料;S3将经酸预处理的原料在PH值为5的条件下于35°C加入lOFPU/g的曲霉属真菌和4.3g 酿酒酵母，糖化发酵5天后得到发酵产物，然后进行蒸馈，脱水，收集其中的燃料乙醇。
[0028] 实施例3
[0029] -种W厨余垃圾为原料同步糖化发酵制备燃料乙醇的方法，包括W下步骤:S1首 先，将厨余垃圾和水按1:5重量比混合均匀，在PH值为12的条件下于70°C将预混液揽拌化， 然后在离屯、转速为4500rpm的离屯、机中将预混液洗涂至中性、抽滤后得到经碱预处理的原 料;S2称取450g经碱预处理的原料，在PH值为3.5的条件下于150°(：蒸煮25111111，得到经酸预 处理的原料;S3将经酸预处理的原料在PH值为5的条件下于33°C加入lOFPU/g的曲霉属真菌 和5.6g酿酒酵母，糖化发酵4天后得到发酵产物，然后进行蒸馈，脱水，收集其中的燃料乙 醇。
[0030] 对比例1
[0031] -种由厨余垃圾制备燃料乙醇的方法，包括W下步骤:S1首先，将厨余垃圾和水按 1:5重量比混合均匀，然后在离屯、转速为5000巧m的离屯、机中将预混液洗涂、抽滤后得到初 始原料;S2称取400g初始原料，在PH值为4的条件下于140°C蒸煮30min，得到经酸预处理的 原料;S3将经酸预处理的原料在PH值为4的条件下于70°C用20FPU/g的曲霉属真菌水解化， 得到还原性糖。S4将所述还原糖和30g酿酒酵母混合均匀，进行前发酵，控制溫度为32°C，时 间为lOh;进入主发酵期，此时将发酵溫度控制为38°C，发酵时间为12h;进入后发酵期，再将 溫度调至34Γ，维持6化后得到发酵产物，然后进行蒸馈，脱水，收集其中的燃料乙醇。
[0032] 对比例2
[0033] -种由厨余垃圾制备燃料乙醇的方法，包括W下步骤:S1首先，将厨余垃圾和水按 1:5重量比混合均匀，在PH值为10的条件下于60°C将预混液揽拌化，然后在离屯、转速为 500化pm的离屯、机中将预混液洗涂至中性、抽滤后得到经碱预处理的原料;S2称取400g经碱 预处理的原料，于140°C蒸煮30min，得到蒸煮后的原料;S3将经蒸煮处理的原料在PH值为4 的条件下于70°C用20FPU/g的曲霉属真菌水解化，得到还原性糖。S4将所述还原糖和30g酿 酒酵母混合均匀，进行前发酵，控制溫度为32°C，时间为lOh;进入主发酵期，此时将发酵溫 度控制为38°C，发酵时间为12h;进入后发酵期，再将溫度调至34°C，维持65h后得到发酵产 物，然后进行蒸馈，脱水，收集其中的燃料乙醇。
[0034] 对实施例1-3及对比例1-2制备工艺中燃料乙醇的产率、还原糖的转化率和水解速 率进行对比，结果如下表一所示可知，其中对比例1的制备工序中省略了碱预处理的操作， 对比例2的制备工艺中省略了酸预处理的操作，同时2个对比例采用了先糖化后发酵的工 艺，可W看出，省略了碱预处理和酸预处理的制备工艺中，其燃料乙醇的产率和还原糖的转 化率均低于本发明实施例的效果，同时其酶水解的速率也较低。
[0035] 表一
[0036]
【主权项】
1. 一种以厨余垃圾为原料同步糖化发酵制备燃料乙醇的方法，其特征在于，包括以下 步骤： S1将厨余垃圾加水混合均匀，用碱处理预混液，然后洗涤抽滤得到经过碱预处理的原 料； S2将所述经过碱预处理的原料在酸性条件下蒸煮，得到经过酸预处理的原料； S3向所述经过酸预处理的原料中加入糖化酶和酿酒酵母，同步糖化发酵后蒸馏，得到 燃料乙醇。2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中碱处理的步骤包括在PH 值为9-12的条件下于50-70 °C将预混液搅拌1 _3h。3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中洗涤步骤包括将经碱处 理的预混液在离心转速为4000-6000rpm的离心机中洗涤至中性。4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括将所述经过碱预处理 的原料在PH值为3-4的条件下于120-150°C蒸煮20-40min。5. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中所述同步糖化发酵包括 在PH值为4-6的条件下于30-40 °C发酵3-5天。6. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述糖化酶的加入量为l-40FRJ/g。7. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酿酒酵母的加入量为厨余垃圾重 量的 0.1-0.8%。8. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中还包括蒸馏后将蒸气经 分子筛树脂或膜萃取的方式除去水分的处理。
【文档编号】C12R1/865GK106011180SQ201610626058
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月2日
【发明人】不公告发明人
【申请人】四川力久云智知识产权运营有限公司