专利名称：用化学法和微生物综合处理香蕉杆生产燃料乙醇的方法
技术领域：
本发明属于生物质能和农作物纤维综合利用技术领域，具体涉及一种用化学法和微生物 综合处理香蕉杆生产燃料乙醇的方法。
技术背景生物质是世界第四大能源，70年代初以来，生物质能源的开发利用已成为世界性的热门 研究课题。生物质能是太阳能以化学能形式储存在生物中的一种能源形式，它是一种可再生 能源，有取之不尽、用之不竭的特点，是世界能源可持续发展战略的重要组成部分。与众多 可再生能源相比较，生物质能源具有储量大、分布广、环保效果明显等优势，有很大的开发 潜力。进入新世纪后，我国的能源消耗量进一步增大，化石能源的储备量逐年下降，开发利 用生物质能源代替日益减少的化石能源，已成为缓解我国能源危机，调整能源结构，保证我 国经济增长和社会发展的重要举措。世界石油危机发生后，石油供应量受到严重影响，代用燃料的研究得到广泛重视。酒精 作为一种潜在能源，由于其具有安全、清洁、可部分或全部代替化石能源等特点，越来越受 到各国的欢迎。利用生物质生产酒精既是开发利用生物质能的重要途径，也是将来酒精生产 的重要方向。目前酒精主要以谷物、糖蜜、果汁、葡萄酒、乳清等为原料，发酵、蒸馏制得。 但受全球人口的快速增长，耕地面积逐年减少，谷物等粮食的价格越来越高的影响，酒精生 产成本一直居高不下。以乙醇作为化石能源的代用能源，其关键是降低酒精的生产成本。因 此，利用成本更低的生物质作为酒精生产的原料，开发出更高效的酒精生产工艺，是今后重 要的研究方向。在我国，香蕉种植面积有15 20万公顷，约占世界香蕉种植总面积的8%，作为香蕉副 产品的香蕉杆的量是非常巨大的。香蕉杆作为一种重要的生物质能源，除部分被利用外，绝 大部分被焚烧或遗弃田边，这不仅造成了资源的浪费，还给环境带来污染。目前，世界上许 多国家已经开展利用生物质生产燃料乙醇的研究，某些发达国家甚至己经实现了利用生物质 生产燃料乙醇的工业化生产。目前，国内研究比较多的生物质原料有谷类、薯类、玉米芯、玉米秸杆。虽然利用香蕉制取香蕉酒〔专利申请号02138796.6、 200410011667.8)及重复利 用香蕉纤维(专利申请号93108071.1)的工艺已有报道，但利用香蕉杆制取燃料乙醇的报道 还不多。植物纤维要转化成酒精须经过预处理，使纤维素、半纤维素被解为糖类物质，再经 发酵转化为酒精。目前常见的预处理方法包括物理法、化学法、酶法，但都不同程度地存在 水解还原糖量不高，或处理费用过高的问题，很难应用于人规模工业化生产。因此培养出高 效、反应条件温和、使用范围广的纤维素降解菌株，研发出新的预处理工艺，就成了当前急 需解决的问题。 发明内容本发明的目的是利用化学法和微生物对香蕉杆进行综合预处理，縮短香蕉杆的水解时 间，提高糖化率，形成周期短、水解糖化率高、耗能低的香蕉杆生产酒精的工艺路线。克服 其他方法对香蕉杆进行预处理存在的成本过高，糖化率不高，水解时间过长的不足。本发明 方法可以利用香蕉杆大规模工业化生产燃料乙醇。本发明方法解决其技术问题所采用的技术方案本发明方法有以下步骤(1) 将香蕉杆切碎，加入质量浓度为l-ll。/。的氢氧化钠溶液，在25 45。C条件下水解l~6h， 水解后调节水解液PH值为6.0-8.0;(2) 将经过预处理香蕉杆接种微生物菌液、加入酵母，其质量比为香蕉杆微生物菌 液酵母=1: 0.1~0.5: (X01 0.05;(3) 将接种后的香蕉杆搅拌均匀，装入发酵容器内，在25 3(TC条件下，密封发酵15 30天；(4) 用常压蒸馏法制取燃料乙醇将发酵好的物料进行3次蒸馏，得到80%以上的燃料 乙醇，蒸馏时的温度是80 150。C。上述步骤(1)中氢氧化钠溶液香蕉杆的质量比为4 14: 1。上述步骤(2)中微生物菌液的制备包括如下步骤(1) 微生物的采集采集动物排泄物，用生理盐水活化30 60min，得到原始的菌种；(2) 微生物的富集分离用纤维滤纸、硫酸镁、硫酸亚铁制作初选液体培养基，灭菌后加入原始菌种，在PH值为6.0 8.0，温度30。C条件下培养7 15天，得到初选微生物菌液； 将香蕉杆粉碎，高温灭菌后加入初选微生物菌液，在PH值为6.0 8.0，温度30'C，转速为 120 140r/min的摇床中震荡15~20天，再将干物质去掉，分离得到对香蕉杆有较好降解效果 的菌种；将初选菌种转接到营养PDA固体培养基中，画板纯化；(3)微生物菌液的制取将纯化得到的菌种加入含有营养物质及矿物元素的事先已高温 灭菌的溶液，在PH值为6.0-8.0，温度3(TC，转速120 140r/min的摇床中活化约30h，制得 微生物菌液。上述步骤(2)中上述酵母是酿酒酵母。 上述步骤(1)中上述香蕉杆粉碎至长l~3cm，宽0.2 0.5cm。 本发明的方法与背景技术相比的有益效果本发明的方法由于采用了化学和微生物相结合的方法对香蕉杆进行综合处理，使工艺中 的糖化率较单独采用化学法或微生物法高，从而使乙醇产率的提高成为可能，祢补了采用单 一方法处理香蕉杆糖化率不高的缺陷，为实现利用生物质大规模工业化生产燃料乙醇提供另 一种途径。本发明的方法简单，效果显著，成本比酶法低。
具体实施方式
实施例1:首先，采集草食动物排泄物，用生理盐水对其进行活化30 60min，过滤取上层清液，加 入到含纤维滤纸的经过灭菌的初选液体培养基中，在温度为30°C，转速为140r/min的摇床中 震荡15天。重复上述步骤3次，对菌种做进一步富集，最后将崩解的滤纸过滤掉，得到原 始菌液。接着将香蕉杆粉碎，高温灭菌后加入一定体积的原始微生物菌液，在PH值为8.0， 温度为30'C，转速为140r/min的摇床中震荡20天后，将干物质去掉，分离得到对香蕉杆有 较好降解效果的菌种。然后将分离得到的微生物菌种在PDA固体平板培养基上画板纯化， 纯化后的菌种保存于4'C以下冰箱中。取经粉碎至长3cm，宽0.5cm的香蕉杆2Kg，加入24Kg 质量百分浓度为3%的氢氧化钠溶液，在25'C下放置6个小时，调节PH6.0;然后，将筛得到的保存在4'C以下冰箱的纯菌种加入到含有营养物质及矿物元素的事先已高温灭菌的培 养液中，调节溶液PH为8.0，在温度为30°C，转速140r/min的摇床中增殖培养约24h，制 得微生物菌液；接着，加入lKg微生物菌液和0.1Kg酿酒酵母。将菌酵母混合液、预处理过 的香蕉杆及PH8.0的预处理液一起混合，搅拌均匀后装入发酵容器内。在30'C的条件下，密 封发酵15天；最后，过滤除去千物料，将发酵液常压蒸馏3次，即可得到750mL浓度80M 的酒精。实施例2:将筛选得到保存在4'C以下冰箱中的纯菌种，加入到含有营养物质及矿物元素的事先已 高温灭菌的培养液中，调节溶液PH为8.0，在温度为3(TC，转速140r/min的摇床中增殖培 养约24h，制得微生物菌液。用氢氧化钠溶液对香蕉杆进行预处理，其步骤是取2Kg新鲜 香蕉杆粉碎至长约3cm，宽约0.5cm，加入24Kg质量百分浓度为6%的氢氧化钠溶液，在30°C 下放置4个小时，调节预处理液PH为7.0。接着，加入0.6Kg微生物菌液和0.06Kg酵母。 将菌酵母混合液、预处理过的香蕉杆及PH8.0的预处理液一起混合，搅拌均匀后，装入发酵 容器内，在30'C条件下，密封发酵20天。最后，过滤除去干物料，对发酵液进行3次蒸镏， 蒸馏温度为80~150°C，可得到400mL浓度82%的酒精。实施例3:将筛选得到保存在4'C以下冰箱中的纯菌种，加入到含有营养物质及矿物元素的事先已 高温灭菌的培养液中，调节溶液PH为8.0，在温度为30°C，转速140r/min的控温摇床中增 殖培养约24h，制得微生物菌液。用氢氧化钠溶液对香蕉杆进行预处理，其步骤是取2Kg 新鲜香蕉杆粉碎至长约3cm，宽约0.5cm，加入24Kg质量百分浓度为10%的氢氧化钠溶液， 在4CTC下放置3个小时，调节PH8.0。接着，加入0.2Kg微生物菌液和0.02Kg酵母。将菌 酵母混合液、预处理过的香蕉杆及PH8.0的预处理液一起混合，搅拌均匀后，装入发酵容器 内，在3(TC条件下，密封发酵20天。最后，过滤除去干物料，对发酵液进行3次蒸馏，蒸 馏温度为80-15CTC ，可得到320mL浓度85%的酒精。
权利要求
1. 一种用化学法和微生物综合处理香蕉杆生产燃料乙醇的方法，其特征在于该方法有以下步骤(1)将香蕉杆切碎，加入质量浓度为1～11％的氢氧化钠溶液，在25～45℃条件下水解1～6h，水解后调节水解液PH值为6.0～8.0；(2)将经过预处理香蕉杆接种微生物菌液、加入酵母，香蕉杆∶微生物菌液∶酵母的质量比为1∶0.1～0.5∶0.01～0.05；(3)将接种后的香蕉杆搅拌均匀，装入发酵容器内，在25～30℃条件下，密封发酵15～30天；(4)用常压蒸馏法制取燃料乙醇将发酵好的物料进行3次蒸馏，得到80％以上的燃料乙醇，蒸馏时的温度是80～150℃。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述步骤(1)中氢氧化钠溶液香蕉杆的 质量比为4 14: 1。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述步骤(2)中微生物菌液的制备包括如 下步骤(1) 微生物的采集采集动物排泄物，用生理盐水活化30 60min，得到原始的菌种；(2) 微生物的富集分离用纤维滤纸、硫酸镁、硫酸亚铁制作初选液体培养基，灭菌后加入原始菌种，在PH值为6.0-8.0，温度3(TC条件下培养7 15天，得到初选微生物菌液； 将香蕉杆粉碎，高温灭菌后加入初选微生物菌液，在PH值为6.0 8.0，温度3(TC，转速为 120 140r/min的摇床中震荡15-20天，再将干物质去掉，分离得到对香蕉杆有较好降解效果 的菌种；将初选菌种转接到营养PDA固体培养基中，画板纯化；(3) 微生物菌液的制取将纯化得到的菌种加入含有营养物质及矿物元素的事先已高温 灭菌的溶液，在PH值为6.0-8.0，温度3(TC，转速120 140r/min的摇床中活化约30h，制得 微生物菌液。
4. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于上述步骤(2)中上述酵母是酿酒酵母。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述步骤(l)中上述香蕉杆粉碎至长1 3cm， 宽0.2~0.5cm。
全文摘要
本发明公开了一种用化学法和微生物综合处理香蕉杆生产燃料乙醇的方法，该方法有以下步骤(1)将香蕉杆切碎，加入质量浓度为1～11％的氢氧化钠溶液，在25～45℃条件下水解1～6h，水解后调节水解液pH值为6.0～8.0；(2)将经过预处理香蕉杆接种微生物菌液、加入酵母，香蕉杆∶微生物菌液∶酵母的质量比为1∶0.1～0.5∶0.01～0.05；(3)将接种后的香蕉杆搅拌均匀，装入发酵容器内，在25～30℃条件下，密封发酵15～30天；(4)用常压蒸馏法制取燃料乙醇将发酵好的物料蒸馏，得到燃料乙醇；本发明将化学法和微生物综合处理香蕉杆，使香蕉杆糖化工艺简单易行，糖化率提高；香蕉杆制取酒精的过程缩短，从而降低了酒精的生产成本。
文档编号C12P7/10GK101260413SQ200810027458
公开日2008年9月10日 申请日期2008年4月15日 优先权日2008年4月15日
发明者焜 张, 方岩雄, 蔡燕飞, 赵肃清, 强 邓, 黄宝华 申请人:广东工业大学