專利名稱：葛根同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本方法屬于葛根資源的利用領(lǐng)域，特別涉及一種用葛根作為原料同步糖化發(fā) 酵生產(chǎn)燃料乙醇的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前我國的燃料乙醇發(fā)酵生產(chǎn)主要以玉米、稻谷、小麥等糧食作物為原料，"十 五"期間我國也在北方地區(qū)建設(shè)了一定規(guī)模的以玉米為原料的燃料乙醇示范項(xiàng)目。 但是我國人多地少，耕地資源緊缺，糧食生產(chǎn)壓力巨大，單一以糧食(主要是玉 米與戰(zhàn)備陳化糧大米)為原料的燃料乙醇發(fā)展空間受到極大的限制，難以長久支 撐我國燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，由此可見，我國大力發(fā)展燃料乙醇就必須尋找 更豐富的可再生資源——生物資源作為燃料乙醇的生產(chǎn)原料。綜合我國的國情和 生物資源狀況考慮和分析， 一個(gè)可行的方案是有選擇地在一些不適宜種植高產(chǎn)糧 食作物的地區(qū)，因地制宜，通過發(fā)展高產(chǎn)、高淀粉、耐旱、耐貧瘠、代糧的含淀 粉或含糖作物作為燃料乙醇的生產(chǎn)原料。如在我國江西、湖南、貴州等長江以南 的十幾個(gè)省份大量生長的葛根就具備這樣的屬性，是一種很有潛力的生產(chǎn)燃料乙 醇的原料。
葛根(RadixPueraria)是葛屬植物的地下根，為多年生豆科藤本植物，始載于《神 農(nóng)本草經(jīng)》，被列為中品，因富含淀粉和異黃酮成分，被衛(wèi)生部列為"既是食品又 是藥品，，名錄。葛屬植物(Pueraria),全世界有30余種，分布于中國、日本及東南亞 等國，我國約有9種和2個(gè)變種，為葛屬植物的分布中心，全國各地都有葛資源的 分布，如野葛(P. Lobata(will)Ohwi)，粉葛(P. Thomsoni Berth)、食用葛(P.edulis P咖p)、峨眉葛(P. Omeiensis Wang)、云南葛(P. peduncularis Crah. ex Benth) 等，其中野葛和粉葛最為常見，資源量最大。初步統(tǒng)計(jì)葛類總面積(野生及栽培) 為40萬平方公頃左右，年資源總量在150萬噸以上。葛根現(xiàn)已成為我國許多地方 重點(diǎn)開發(fā)的經(jīng)濟(jì)作物，從而得到大面積人工栽培。
葛根的主要組成是淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)和葛根異黃酮，另外還含有少量
的脂肪、果膠、鞣質(zhì)和生物堿等。文獻(xiàn)報(bào)道，干葛根中淀粉含量約為50 60%，纖 維素含量9 15%，粗蛋白5 8%，異黃酮含量為3 5%。而新葛根含水分在50 60%，淀粉的含量達(dá)到18.5 27.5%。自20世紀(jì)50年代以來，對(duì)葛根的研究，主要 集中在有效成分的提取及其藥用成分藥理作用方面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種葛根同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的方法，該方法建 立了葛根同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的最佳發(fā)酵條件，糖化與發(fā)酵同步進(jìn)行，無須單 獨(dú)糖化過程，糖化產(chǎn)生的葡萄糖隨時(shí)被酵母利用，可提高發(fā)酵醪中乙醇濃度，降 低蒸餾能耗，減少后續(xù)廢水的處理，降低生產(chǎn)成本，有利于葛根的綜合利用；同 時(shí)解決了以糧食原料生產(chǎn)乙醇中糧食來源有限，價(jià)格昂貴的難題。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下-
本發(fā)明提供的葛根同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的方法，其步驟如下
1) 原料的破碎將葛根切成200-250mm小段，然后絞碎成約5~10mm碎段；
2) 拌料、蒸煮及酶處理
將絞碎后的碎葛根加自來水拌勻，所述自來水與碎葛根的質(zhì)量份配比為l: 1 1: 6;加6mol/L的HC1調(diào)節(jié)pH為4.0 4.5，升溫至45 50°C,按每克碎葛柳口入0 3.5U的比例加入纖維素酶進(jìn)行酶處理10 25min;再升溫至70 9(TC，按每克碎 葛根加入2.0 10.0U的比例加入a-淀粉酶70 9(TC下蒸煮20 50min;
3) 同步糖化發(fā)酵
將蒸煮后的葛根物料冷卻至30 35'C，在無菌條件下，同時(shí)加入糖化酶、 (NH4)2S04 、 KH2P04和活化后的酵母，在30 35°C條件下進(jìn)行厭氧發(fā)酵48 84h，蒸餾收集發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇；
所述糖化酶的加入量為每克葛根加入20 100U糖化酶；
所述(NH4)2S04的加入量為每100克葛根加入0.05 0.15g(NH4)2SO4; 所述KH2P04的加入量為每100克葛根加入0.05 0.2gKH2PO4; 所述酵母的加入量為；每100克葛根加入0.10 0.30g酵母；
本發(fā)明從同步糖化發(fā)酵的角度出發(fā)，實(shí)現(xiàn)了葛根固態(tài)同步糖化發(fā)酵轉(zhuǎn)化為乙 醇的過程，具有如下的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)-
1. 本發(fā)明采用適宜于耐旱、耐貧瘠的不利于糧食作物生長的山坡地、沙荒地 生長的葛根為燃料乙醇的生產(chǎn)原料，為燃料乙醇生產(chǎn)的原料提供了新方向，從而 解決糧食發(fā)酵中存在的問題糧食來源有限，且價(jià)格昂貴，因此糧食發(fā)酵成本高， 競(jìng)爭(zhēng)力差，另外大量糧食消耗會(huì)引起人均糧食占有量下降，影響國家糧食安全等。 同時(shí)有利于山區(qū)農(nóng)民增產(chǎn)又增收，開辟了一條致富之路。
2. 本發(fā)明通過對(duì)發(fā)酵條件加水比、(X-淀粉酶加入量、蒸煮時(shí)間與溫度、糖 化酶加入量、接種量、PH值、纖維素酶加入量、發(fā)酵時(shí)間以及營養(yǎng)鹽的添加等的 研究，得到了優(yōu)化的發(fā)酵工藝路線。
3. 本發(fā)明在發(fā)酵前添加纖維素酶，降解葛根外表皮的纖維素組分，有利于葛 根淀粉的糊化，提高淀粉利用率。
4. 本發(fā)明采用同步糖化固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，在發(fā)酵過程中省略了糖化工段， 能耗降低；糖化和發(fā)酵同時(shí)進(jìn)行，糖化生產(chǎn)的葡萄糖一經(jīng)生產(chǎn)就被酵母利用，可 保持較低的水平，有利于防止染菌。
5. 本發(fā)明采用同步糖化固態(tài)發(fā)酵乙醇，只需要添加少量的水，使發(fā)酵醪中水 分含量大大降低，在提高發(fā)酵醪中乙醇含量的同時(shí)，降低了蒸餾的能耗，并且減 少了后續(xù)廢水的處理過程，降低生產(chǎn)成本的同時(shí)為發(fā)酵渣的二次利用提供條件， 有利于葛根的綜合利用。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l:取葛根30g，切成小段，然后絞碎成約0.5-1.0cm的碎段，葛根與 自來水按質(zhì)量份為3: l的比例加自來水拌料，再加6mol/LHCl調(diào)節(jié)pH為4.5，當(dāng) 料溫為45'C加入纖維素酶U.5U/g葛根)，保溫進(jìn)行酶處理20min;再升溫到90'C 加入淀粉酶蒸煮(5.0U/g葛根)40min，之后冷卻至3(TC,在無菌條件下，同時(shí)加 入糖化酶(20U/g葛根)、0.25%干酵母、0.1%(NH4)2SO4、 0.1%KH2PO4，之后在 35'C條件下進(jìn)行發(fā)酵，72h后取發(fā)酵醪蒸餾得乙醇；測(cè)定發(fā)酵醪中乙醇含量；得 到0.091g乙醇/g葛根，6.549g乙醇/100g發(fā)酵物，淀粉利用率為97.8%。
實(shí)施例2:取葛根30g，切成小段，然后絞碎成約0.5-l.Ocm的碎段，葛根與 自來水按質(zhì)量份為l: l的比例加自來水拌料，加6mol/LHCl調(diào)節(jié)pH為4.0，當(dāng)料 溫為45C保溫處理10min;然后當(dāng)料溫升高到卯'C加入淀粉酶蒸煮(2.0U / g葛 根)40min，之后冷卻至30°C ，在無菌條件下，同時(shí)加入糖化酶(65U / g葛根)、0.25% 干酵母、0.05%(NH4)2SO4、 0.05%KH2PO4，之后在35。C條件下進(jìn)行發(fā)酵，48h后 取發(fā)酵醪蒸餾乙醇，測(cè)定發(fā)酵醪中乙醇含量。得到0.071g乙醇/g葛根，5.065g乙 醇/100g發(fā)酵物，淀粉利用率為67.2%。
實(shí)施例3:取葛根30g，切成小段，然后絞碎成約0.5-l.Ocm的碎段，葛根與 自來水按質(zhì)量份為6: l的比例加自來水拌料，加6mol/LHCl調(diào)節(jié)pH為4.3，當(dāng)料 溫為48'C加入纖維素酶(1.5U/g葛根)，保溫進(jìn)行酶處理20min;然后當(dāng)料溫升高 到70'C加入淀粉酶蒸煮(5.0U/g葛根)40min，之后冷卻至32'C,在無菌條件下， 同時(shí)加入糖化酶(20U/g葛根)、0.10%干酵母、0.1%(NH4)2SO4、 0.1%KH2PO4，之 后在35'C條件下進(jìn)行發(fā)酵，60h后取發(fā)酵醪蒸餾乙醇，測(cè)定發(fā)酵醪中乙醇含量。 得到0.076g乙醇/g葛根，6.098g乙醇/100g發(fā)酵物，淀粉利用率為83.1%。
實(shí)施例4:取葛根30g，切成小段，然后絞碎成約0.5-l.Ocm的碎段，葛根與 自來水按質(zhì)量份為3: 1的比例加自來水拌料，加6mol/LHCl調(diào)節(jié)pH為4.5，當(dāng)料 溫為5(TC加入纖維素酶(1.5U/g葛根)，保溫進(jìn)行酶處理10min;然后當(dāng)料溫升高 到85。C加入淀粉酶蒸煮(6.5U/g葛根)30min，之后冷卻至35'C，在無菌條件下， 同時(shí)加入糖化酶(100U / g葛根)、0.35%干酵母、0.1%(NH4)2SO4、 0.1%KH2PO4， 之后在3(TC條件下進(jìn)行發(fā)酵，72h后取發(fā)酵醪蒸餾乙醇，測(cè)定發(fā)酵醪中乙醇含量。 得到0. 087g乙醇/g葛根，6.032g乙醇/100g發(fā)酵物，淀粉利用率為90.5%。
實(shí)施例5:取葛根30g，切成小段，然后絞碎成約0.5-l.Ocm的碎段，葛根與 自來水按質(zhì)量份為3: l的比例加自來水拌料，加6mol/LHCl調(diào)節(jié)pH為4.5，當(dāng)料 溫為45'C加入纖維素酶(2.5U/g葛根)，保溫進(jìn)行酶處理25min;然后當(dāng)料溫升高 到90。C加入淀粉酶蒸煮(10.0U/g葛根)50min，之后冷卻至3(TC，在無菌條件下， 同時(shí)加入糖化酶(65U/g葛根)、0.25%干酵母、0.1%(NH4)2SO4、 0.05%KH2PO4，
之后在33"C條件下進(jìn)行發(fā)酵，72h后取發(fā)酵醪蒸餾乙醇，測(cè)定發(fā)酵醪中乙醇含量。 得到0.089g乙醇/g葛根，6.767g乙醇/100g發(fā)酵物，淀粉利用率為93.2%。
實(shí)施例6:取葛根30g，切成小段，然后絞碎成約0.5-1.0cm的碎段，葛根與 自來水按質(zhì)量份為4: l的比例加自來水拌料，加6mol/LHCl調(diào)節(jié)pH為4.5，當(dāng)料 溫為45'C加入纖維素酶(1.5U/g葛根)，保溫進(jìn)行酶處理lOmin;然后當(dāng)料溫升高 到90'C加入淀粉酶蒸煮(5.0U/g葛根)40min，之后冷卻至30'C，在無菌條件下， 同時(shí)加入糖化酶(65U/g葛根)、0.15%干酵母、0.1%(NH4)2SO4、 0.1%KH2PO4，之 后在35'C條件下進(jìn)行發(fā)酵，72h后取發(fā)酵醪蒸餾乙醇，測(cè)定發(fā)酵醪中乙醇含量。 得到0.085g乙醇/g葛根，6.230g乙醇/100g發(fā)酵物，淀粉利用率為94.2% 。
實(shí)施例7:取葛根30g，切成小段，然后絞碎成約0.5-1.Ocm的碎段，葛根與自 來水按質(zhì)量份為5: l的比例加自來水拌料，力H6mol/LHCl調(diào)節(jié)pH為4.5，當(dāng)料溫 為45'C加入纖維素酶(3.5U/g葛根)，保溫進(jìn)行酶處理10mim然后當(dāng)料溫升高到 90'C加入淀粉酶蒸煮(5.0U/g葛根)40min，之后冷卻至3(TC，在無菌條件下，同 時(shí)加入糖化酶(100U/g葛根)、0.25°/。干酵母、0.15%(NH4)2SO4、 0.1%KH2PO4，之 后在35t:條件下進(jìn)行發(fā)酵，72h后取發(fā)酵醪蒸餾乙醇，測(cè)定發(fā)酵醪中乙醇含量。 得到0.0卯g乙醇/g葛根，6.468g乙醇/100g發(fā)酵物，淀粉利用率為94.2%。
實(shí)施例8:取葛根30g，切成小段，然后絞碎成約0.5-1.0cm的碎段，葛根與 自來水按質(zhì)量份為2: l的比例加自來水拌料，加6mol/LHCl調(diào)節(jié)pH為4.5，當(dāng)料 溫為45。C加入纖維素酶(1.5U/g葛根)，保溫進(jìn)行酶處理10min;然后當(dāng)料溫升高 到9(TC加入淀粉酶蒸煮(5.0U / g葛根)40min,之后冷卻至3(TC ，在無菌條件下， 同時(shí)加入糖化酶(65U/g葛根)、0.25%干酵母、0.05%(NH4)2SO4、 0.2%KH2PO4， 之后在35。C條件下進(jìn)行發(fā)酵，72h后取發(fā)酵醪蒸餾乙醇，測(cè)定發(fā)酵醪中乙醇含量。 得到0.061g乙醇/g葛根，4.576g乙醇/100g發(fā)酵物，淀粉利用率為93.6%。
權(quán)利要求
1、一種葛根同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的方法，其步驟如下1)原料的破碎將葛根破碎成5～10mm碎葛根段；2)拌料、蒸煮及酶處理將絞碎后的碎葛根加自來水拌勻，所加入的自來水與碎葛根的質(zhì)量份配比為1∶1～6；加濃度為6mol/L的HCl調(diào)節(jié)pH為4.0～4.5，升溫至45～50℃，按每克碎葛根加入0～3.5U的比例加入纖維素酶進(jìn)行酶處理10～25min；再升溫至70～90℃，按每克碎葛根加入2.0～10.0U的比例加入α-淀粉酶70～90℃下蒸煮20～50min；3)同步糖化發(fā)酵將蒸煮后的葛根物料冷卻至30～35℃，在無菌條件下，同時(shí)加入糖化酶、(NH4)2SO4、KH2PO4和酵母，在30～35℃條件下進(jìn)行厭氧發(fā)酵48～84h，蒸餾收集發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述糖化酶的加入量為每克葛根加入 20 100U糖化酶o
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述(NH4)2S04的加入量為每100克 葛根加入0.05 0.15g(NH4)2SO4<)
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述KH2P04的加入量為每100克葛 根加入0.05 0.2gKH2PO4!>
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述酵母的加入量為每100克葛根加 入0.10 0.30g酵母。
全文摘要
本發(fā)明涉及的同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的方法是破碎葛根；加水拌料，加HCl調(diào)pH，升溫至45～50℃，加纖維素酶進(jìn)行酶處理；再升溫至70～90℃，加α-淀粉酶蒸煮；冷卻至30～35℃，在無菌條件下，同時(shí)加入糖化酶、(NH₄)₂SO₄、KH₂PO₄和活化后的酵母，進(jìn)行厭氧發(fā)酵48～84h后，蒸餾收集發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇；本發(fā)明建立了葛根同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的最佳發(fā)酵條件，糖化與發(fā)酵同步進(jìn)行，無須單獨(dú)糖化過程，糖化產(chǎn)生的葡萄糖隨時(shí)被酵母利用，可提高發(fā)酵醪中乙醇濃度，降低蒸餾能耗，減少后續(xù)廢水的處理，降低生產(chǎn)成本，有利于葛根的綜合利用；解決了以糧食原料生產(chǎn)乙醇中糧食來源有限，價(jià)格昂貴的難題。
文檔編號(hào)C12P7/06GK101191135SQ200610114730
公開日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2006年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月22日
發(fā)明者付小果, 汪衛(wèi)東, 陳洪章 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院過程工程研究所;湖南省強(qiáng)生藥業(yè)有限公司