[發(fā)明專利]一種利用提油后藻渣生產(chǎn)生物乙醇的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310685311.1
• 申請日: 2013-12-10
• 公開（公告）號: CN103710394A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉玉環(huán);鄭洪立;阮榕生;高振;萬益琴;黃和;巫小丹;王允圃
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10
• 代理公司: 南昌新天下專利商標(biāo)代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

眾所周知，能源、環(huán)境和糧食問題系人類社會面臨和必須解決的三大難題。微藻生物能源是目前國際上公認(rèn)緩解上述危機(jī)的理想途徑之一，發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｎ⒃宸N類繁多、分布廣，是一群最簡單、最古老的低等植物，微藻能夠利用陽光、CO₂及廢水中的N、P等營養(yǎng)物快速生長并可在胞內(nèi)合成大量油脂等代謝物。利用微藻細(xì)胞可制備出生物柴油等多種形式的生物能源產(chǎn)品，目前微藻生物能源已經(jīng)成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。針對微藻生物能源，美國于2007年啟動了“微型曼哈頓計劃”，其宗旨是向海洋藻類要能源，以幫助美國擺脫嚴(yán)重依賴進(jìn)口石油的窘境；2008年，英國碳基金公司啟動了利用藻類開發(fā)航空燃料項(xiàng)目，投入2600萬英鎊用于發(fā)展相關(guān)技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施，該項(xiàng)目預(yù)計到2020年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化；我國科技部于2011年啟動了首個微藻能源“973計劃”項(xiàng)目，旨在強(qiáng)化我國在微藻生物能源方面的基礎(chǔ)研究。通過世界各國共同的努力，微藻生物能源研究已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)展，但距離產(chǎn)業(yè)化尚有一段路程要走。這主要是由于當(dāng)前微藻油脂產(chǎn)率低、后加工能耗高、提油后藻渣未被利用等造成生產(chǎn)成本過高。

微藻細(xì)胞除含油脂外，還含大量的碳水化合物，蛋白質(zhì)等，因此在微藻制備高品質(zhì)生物柴油過程中會產(chǎn)生大量的殘余物質(zhì)，即提油后藻渣，以上物質(zhì)若不加以利用將造成藻體殘渣高價值多元組成的浪費(fèi)和環(huán)境污染。實(shí)際上，藻體殘渣是重要的生物質(zhì)資源。經(jīng)相關(guān)轉(zhuǎn)化技術(shù)，將提油后藻渣轉(zhuǎn)化成糖類物質(zhì)和蛋白質(zhì)，通過產(chǎn)乙醇酵母發(fā)酵，可獲得純凈的生物乙醇。目前微藻生產(chǎn)生物柴油尚未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，目前采用的生產(chǎn)方式微藻產(chǎn)油效率比較低，還沒有發(fā)現(xiàn)一種可將提油后藻渣充分利用的方法。本專利即為一種利用提油后藻渣酶解液發(fā)酵產(chǎn)乙醇的方法，充分利用微藻生物質(zhì)資源，提高微藻生物柴油生產(chǎn)系統(tǒng)整體經(jīng)濟(jì)性，該工藝路線尚未有文獻(xiàn)報道。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中提油后藻渣未被充分利用，木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)（水稻秸稈等）轉(zhuǎn)化生物乙醇預(yù)處理成本高、副產(chǎn)物多等問題，本發(fā)明的目的在于提供一種利用提油后藻渣酶解后發(fā)酵生產(chǎn)生物乙醇的方法，該方法高效、藻渣酶解效率高、發(fā)酵生產(chǎn)生物乙醇生產(chǎn)成本低、酶解液利用效率高、藻渣較木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)更容易酶解、反應(yīng)條件溫和、環(huán)境友好、操作過程簡單。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

一種利用提油后藻渣生產(chǎn)生物乙醇的方法，其特征在于藻渣經(jīng)酶解，滅菌后發(fā)酵產(chǎn)乙醇，發(fā)酵過程流加酶解液。具體步驟為。

（1）藻渣加入水，制成藻漿，按藻渣干物質(zhì)5-50mg/g的量加入纖維素酶，混合均勻，調(diào)節(jié)pH6.0，置于45~60℃水浴中3~6小時，酶解過程加攪拌，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)離心得到上清液即為藻渣酶解液。

（2）水與藻渣酶解液之比為9~3:1，并加入100~1000mg/L硝酸鈉或氯化銨、200~1000mg/L硫酸鎂和200~500mg/L磷酸二氫鈉；121℃，20分鐘滅菌后，接入酵母菌進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵過程中溫度30~40℃、初始pH?5.0~7.0、攪拌轉(zhuǎn)速100~500轉(zhuǎn)/分鐘，發(fā)酵時間48~72小時。發(fā)酵過程中補(bǔ)料以流加方式進(jìn)行，流加滅菌后的酶解液，流加采用變速流加，起始6小時流加速度為1~5mL/L/h，最后6小時流加速度為1~5mL/L/h，中間階段流加速度為10~20mL/L/h，流加速度通過設(shè)置發(fā)酵罐相關(guān)參數(shù)來控制；收集乙醇?xì)怏w。

利用高效液相色譜儀檢測藻渣酶解液中糖含量，用凱氏定氮儀測定藻渣酶解液中蛋白質(zhì)含量，用氣相色譜儀檢測生物乙醇產(chǎn)量。

本發(fā)明所述酵母菌為釀酒酵母（Saccharomyces?cerevisiae），可從中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心獲得，其保藏編號為CICC?1747。

本發(fā)明所述的纖維素酶為購自酶制劑公司丹尼斯克子公司杰能科國際有限公司的市售商品酶Accellerase?1000或Excel纖維素酶或Accellerase?1500或Accellerase?TRIO或Accellerase?DUET或購自諾維信公司的市售商品酶Celluclast?1.5L或Novozyme?188或Novozyme?476或Novozyme988或Cellic?CTec2。

本發(fā)明生物乙醇的生產(chǎn)是利用提油后藻渣，酵母發(fā)酵產(chǎn)乙醇過程變速流加藻渣酶解液，利用易于酶解的生物質(zhì)藻渣產(chǎn)乙醇，提高乙醇產(chǎn)率，發(fā)酵過程操作簡單，生產(chǎn)成本低，無環(huán)境污染，可規(guī)模化，實(shí)現(xiàn)廢棄物資源化，是一種滿足工業(yè)化需求、實(shí)用性很強(qiáng)的新方法。