一种汽爆橡子壳发酵生产乙醇的方法

摘要

本发明公开了一种汽爆橡子壳发酵生产乙醇的方法，包括以下步骤：以橡子壳为原料进行蒸汽爆破预处理，去除橡子壳中的单宁，纤维素酶水解液化，乙醇发酵。本发明方法以林业废弃物橡子壳为原料，经过原料预处理及纤维素酶糖化后，利用酿酒酵母发酵生产燃料乙醇，降低了燃料乙醇生产过程的成本，提高了燃料乙醇的生产过程的经济性。本发明方法利用农林废弃物生产燃料乙醇，变废为宝，解决了燃料与人争粮的问题，同时可充分利用生物质资源，保护生态环境，有利于实现可持续发展。

权利要求

1.一种汽爆橡子壳发酵生产乙醇的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将橡子壳烘干，利用蒸汽爆破法进行预处理，其中，橡子壳质量和水体积的比为1g:10-20ml，蒸汽爆破的压力为1.0-2.0MPa，持续时间为6-10min，之后水洗至中性，烘干、粉碎、过40-60目筛,制得爆破料粉末；

步骤二、将爆破料粉末采用超声波清洗去除单宁，其中，爆破料粉末质量和水体积的比为1g:20-25ml，超声温度为40-60℃，超声时间为20-40min，超声功率为300W，之后过滤，烘干粉末，制得去单宁橡子壳粉末；

步骤三、称去单宁橡子壳粉末，加入柠檬酸缓冲液，其中，去单宁橡子壳粉末质量和柠檬酸缓冲液体积的比为1g:10ml，加热到50℃预热20min，按照20FPU/g粉末加入纤维素酶，在50℃下震荡水解48h后终止酶水解，之后过滤，收集水解液，浓缩至糖浓度为60g/L，制得纤维素酶水解糖化液；其中柠檬酸缓冲液为0.1M，pH4.8；

步骤四、按纤维素酶水解糖化液、酵母浸膏2g/L，硫酸铵10g/L，磷酸二氢钾2g/L，硫酸镁2g/L配制成发酵培养液，接种6-10 % v/v的酿酒酵母种液发酵，之后过滤得到乙醇；其中发酵温度为32℃，发酵转速为120r/min，发酵时间为68h。

2.根据权利要求1所述的汽爆橡子壳发酵生产乙醇的方法，其特征在于，步骤三中纤维素酶活力为15.6FPU/g。

3.根据权利要求1所述的汽爆橡子壳发酵生产乙醇的方法，其特征在于，步骤四中酿酒酵母为PDA培养基培养的对数期72h的酿酒酵母种液。

说明书

一种汽爆橡子壳发酵生产乙醇的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及燃料乙醇的生产方法，特别是汽爆橡子壳发酵生产燃料乙醇的方法。

背景技术

[0002] 多年来，传统能源的大量使用导致了能源危机以及环境恶化。为了实现经济和环境的可持续发展，可再生、无污染的生物质能源已成为当今的研究热点。

[0003] 木质纤维素是地球上数量最大的可再生能源物质，据初步统计全世界每年产量大约为100亿t。利用农林废弃物作为原料生产乙醇，实现生物质资源的高值化利用，有利于改善生态环境，符合循环经济发展的要求，还可以增加农民的收入。

[0004] 橡子是壳斗科麻栎属和常绿槠栲类野生植物橡树的果实。全世界有8属900余种，分布于温带、亚热带和热带，我国占6属301种。我国有着丰富的橡子资源，橡子林约有7 2
(1.3~1.67)×10 hm，每年可产60~70亿千克橡子。橡子仁既可作为动物饲料、工业原料，也可用来加工保健食品，以橡实淀粉为原料生产生物燃料酒精也是一条较好的利用途径，成为目前研究的热点。而由此产生的橡子壳，产量大、来源广、价格低，但却无法得到很好的利用，不仅污染环境而且造成能源浪费。因此，可以考虑利用纤维素酶水解糖化橡子壳，从而充分利用生物质资源，保护生态环境，实现可持续发展。

[0005] 蒸汽爆破是采用饱和水蒸汽加热原料至一定的压力，高压蒸汽渗入纤维内部，以气流的方式从封闭的孔隙中释放出来，使纤维发生一定的机械断裂，然后骤然减压至大气压的生物质预处理手段，是木质纤维素原料预处理的有效方法之一。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种汽爆橡子壳发酵生产乙醇的方法，把橡子壳变废为宝，降低燃料乙醇的生产成本，提高燃料乙醇的生产过程的经济性。

[0007] 本发明采用以下技术方案：

[0008] 一种汽爆橡子壳发酵生产乙醇的方法，包括如下步骤：

[0009] 步骤一、将橡子壳烘干，利用蒸汽爆破法进行预处理，其中，橡子壳质量和水体积的比为1:10-1:20(g:ml)，蒸汽爆破的压力为1.0-2.0MPa，持续时间为6-10min，之后水洗至中性，烘干、粉碎、过40-~60目筛,制得爆破料粉末；

[0010] 步骤二、将爆破料粉末采用超声波清洗去除单宁，爆破料粉末质量：水体积的比为1:15-1:25(g:20ml)，超声温度为40-60℃，超声时间为20-40min，超声功率为300W，之后过滤，烘干粉末，制得去单宁橡子壳粉末；

[0011] 步骤三、称去单宁橡子壳粉末，加入柠檬酸缓冲液，其中，去单宁橡子壳粉末质量：柠檬酸缓冲液体积的比为1g:10ml，加热到50℃预热20min，按照20FPU/g粉末加入纤维素酶，在50℃下震荡水解48h，其中柠檬酸缓冲液为0.1M，pH4.8，之后过滤，收集水解液，浓缩至糖浓度为60g/L，制得纤维素酶水解糖化液；

[0012] 步骤四、按纤维素酶水解糖化液、酵母浸膏2g/L，硫酸铵10g/L，磷酸二氢钾2g/L，硫酸镁2g/L配制成发酵培养液，接种6-10%（v/v）的酿酒酵母发酵，之后过滤得到乙醇，其中发酵温度为32℃，发酵转速为120r/min，发酵时间为68h。

[0013] 进一步地，步骤三中纤维素酶活力为15.6FPU/g。

[0014] 进一步地，步骤四中酿酒酵母为PDA培养基培养的对数期72h的酵母培养液。

[0015] 本发明的有益效果：本发明方法以林业废弃物橡子壳为原料，经过原料预处理及纤维素酶糖化后，利用酿酒酵母发酵生产燃料乙醇，降低了燃料乙醇生产过程的成本，提高了燃料乙醇的生产过程的经济性。本发明方法利用农林废弃物生产燃料乙醇，变废为宝，解决了燃料与人争粮的问题，同时可充分利用生物质资源，保护生态环境，有利于实现可持续发展。

[0016] 具体实施方式：

[0017] 下面结合实施例对本发明做更进一步的解释。应该理解以下实施例仅旨在说明，不应被视为对本发明范围的限制。

[0018] 实施例1

[0019] 将橡子（采自安徽滁州）风干后脱壳，橡子壳105℃ 烘干备用。使用蒸汽爆破机对橡子壳进行预处理，橡子壳质量和水的体积比为1:20(g: ml)，爆破压力为1.0 MPa，持续时间6分钟。处理后，用蒸馏水将原料洗至中性， 105℃烘干，用粉碎机粉碎，过40~60目筛。

[0020] 取定量的爆破料粉末，按质量体积比1:20(g: ml)加入水，在60℃下，功率为300W，超声波清洗20min，然后过滤，105℃烘干，制得去单宁橡子壳粉末。

[0021] 称取上述步骤得到的去单宁橡子壳粉末加入0.1M，pH 4.8的柠檬酸缓冲液，料液比为1:10(g: ml),于50℃水浴中预热20分钟，然后按照20FPU/g粉末的酶量加入纤维素酶， 于50℃，150 r/min 水解48h。48小时后，立即用冰块终止酶水解，过滤，收集水解液。将水解液浓缩至糖浓度为60g/L.按照酿酒酵母种液体积占发酵培养液体积的6%的接种量将酿酒酵母种液接种于发酵培养液中。酿酒酵母种液培养基为PDA培养基，组成为马铃薯
200g/L，葡萄糖20g/L，121℃灭菌30min，培养条件为28℃，培养时间72h，得到酿酒酵母种液（种液浓度为1.5g/L）。发酵培养液的配方为：上述步骤得到的纤维素酶水解糖化液(糖浓度为60g/L)，酵母浸膏2g/L，硫酸铵10g/L，磷酸二氢钾2g/L，硫酸镁2g/L；培养条件为
32℃，转速120r/min，发酵时间为68h，发酵结束后，过滤发酵液，利用气相色谱(分析条件：
AT 毛细管色谱柱（0.53 mm×18 m），柱温70 ℃，柱流速6.36 mL/min。FID检测器，注射室温度180 ℃，检测器温度120 ℃，进样量1.0 μL，载气：氮气。)测定乙醇浓度。经测定发酵液中乙醇浓度为25.63g/L，发酵液中的糖醇转化率达到42.72%。

[0022] 实施例2

[0023] 取烘干橡子壳使用蒸汽爆破机进行预处理，橡子壳质量和水的体积比为1:10(g: ml)，爆破压力为2.0 MPa，持续时间10分钟。处理后，用蒸馏水将原料洗至中性， 105℃烘干，用粉碎机粉碎，过40~60目筛，制得爆破料粉末待用。

[0024] 取定量的爆破料粉末，按质量体积比1:25(g: ml)加入水，在60℃下，功率为300W，超声波清洗40min，然后过滤，105℃烘干，制得去单宁橡子壳粉末。

[0025] 称取上述步骤得到的去单宁橡子壳粉末加入0.1M，pH 4.8的柠檬酸缓冲液， 去单宁橡子壳粉末和柠檬酸缓冲液的质量体积比为1:10(g: ml),于50℃水浴中预热20分钟，然后按照20FPU/g粉末的酶量加入纤维素酶， 于50℃，150 r/min 水解48h。48小时