專利名稱：一種利用甘蔗葉制備乙醇的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于生物質(zhì)化工技術領域，涉及一種生產(chǎn)乙醇的方法，具體涉及一種利用甘蔗葉為原料生產(chǎn)乙醇的方法。
背景技術：
能源是人類賴以生存和持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎，利用化石能源所造成的環(huán)境污染和氣候變化對人類生存和發(fā)展也提出了嚴峻挑戰(zhàn)。這使得開發(fā)新型、清潔、可再生的新能源變得非常必要和緊迫。乙醇作為燃料使用具有許多優(yōu)勢乙醇可以采用可再生的生物質(zhì)制取，不存在資源枯竭問題；乙醇生產(chǎn)具有比較成熟技術和比較完善的工藝；乙醇作為液體燃料具有能量密度大，儲存使用方便，毒性低，而且可以生物降解；乙醇不含硫及灰分，乙醇燃燒主要產(chǎn)生二氧化碳和水，二氧化碳參于全球碳循環(huán)，因此燃燒后尾氣污染小，并且不增加溫室氣體排放量；乙醇的辛烷值比汽油高許多，乙醇既是抗爆劑，又是助燃劑，所以用 乙醇替代部分化石燃料，可消除空氣中的鉛的污染，減少溫室氣體二氧化碳的積累。目前，通過發(fā)酵玉米淀粉、薯類物質(zhì)等已經(jīng)實現(xiàn)第一代燃料乙醇產(chǎn)業(yè)化。比如美國以玉米為原料，歐洲則主要以小麥為原料，我國也發(fā)展了以玉米和小麥為原料的乙醇工業(yè)。近年來，由于以糧食為原料的燃料乙醇發(fā)展迅速，導致國內(nèi)外糧食價格大幅度上漲，而且生產(chǎn)生物燃料會耗費太多的土地。我國是農(nóng)作物秸桿的生產(chǎn)大國，因此我國發(fā)展木質(zhì)纖維原料進行燃料乙醇生產(chǎn)具有原料優(yōu)勢。甘蔗屬于單子葉多年生禾木科植物，是人類迄今所栽培的生物量最高的大田作物，主要用于生產(chǎn)白砂糖。甘蔗經(jīng)過制糖加工后所剩余的甘蔗葉富含纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等成分，但大多被丟棄于田中或燃燒，不僅造成資源浪費，還會污染環(huán)境。本發(fā)明人以甘蔗葉為原料，利用黃孢原毛平革菌預處理和釀酒酵母發(fā)酵的方法對其進行發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，不僅解決了甘蔗葉的重新利用問題，還為燃料乙醇的生產(chǎn)提供了一種途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的
(I)黃抱原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)的培養(yǎng)
種子培養(yǎng)基配方酵母膏，蛋白胨，磷酸二氫鉀，氯化鈉，氯化鎂，硫酸亞鐵，其余為水，ρΗ6· O ;121°C 滅菌 20 分鐘；
取黃孢原毛平革菌的菌種按照IO5Ail的接種量接種于種子培養(yǎng)基，36°C培養(yǎng)48-56小時，之后離心收集培養(yǎng)物，置于4°C，待用。(2)甘蔗葉的預處理
收集甘蔗葉，烘干，爆破粉碎，過60目篩，得到粉碎的甘蔗葉；之后將粉碎后甘蔗葉采用O. 5%的稀鹽酸處理；處理完畢，離心取上清，添加蛋白胨至終濃度3g/L以及磷酸二氫鉀至終濃度O. 5g/L，調(diào)節(jié)pH至6. O。將培養(yǎng)待用的黃孢原毛平革菌按照107-108/ml的接種量加入上述液體中，36°C培養(yǎng)36-48小時。
(3)甘蔗葉的酶解
黃孢原毛平革菌處理完畢，離心取上清，在上清液中分別按照10U/mL和20U/mL的比例添加α -淀粉酶和β -葡萄糖苷酶，37°C酶解20-30小時。(4)釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)發(fā)酵產(chǎn)乙醇
將上述酶解液加熱至沸騰，滅酶處理5分鐘，待冷卻至室溫，將其配制成發(fā)酵培養(yǎng)基，IL酶解液中添加酵母膏2g/L，蛋白胨3g/L，氯化鈉5g/L ;調(diào)節(jié)pH至7. 0，121°C滅菌20分鐘；在上述培養(yǎng)基中按照IO6-IOVml的接種量接入釀酒酵母，厭氧發(fā)酵，38°C培養(yǎng)24小時，生產(chǎn)乙醇。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明以甘蔗葉為原料，采用釀酒酵母發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，乙醇的平均濃度可達19. 8g/L ； 黃孢原毛平革菌可以有效地處理甘蔗葉中的木質(zhì)素，而α-淀粉酶和β-葡萄糖苷酶可以講纖維素類物質(zhì)降解為單糖，從而可以提高甘蔗葉中乙醇的轉(zhuǎn)化效率，乙醇的平均轉(zhuǎn)化率達到理論轉(zhuǎn)化率的83%。本發(fā)明為甘蔗葉的再利用提供了一種新途徑。
具體實施例方式實施例I :
以甘蔗葉為原料制備乙醇，包括以下步驟
(I)黃孢原毛平革菌的培養(yǎng)
種子培養(yǎng)基配方酵母膏3g/L，蛋白胨8g/L，磷酸二氫鉀lg/L，氯化鈉6g/L，氯化鎂O. 5g/L，硫酸亞鐵O. 3g/L，其余為水，pH6. O ;121°C滅菌20分鐘；
取黃孢原毛平革菌的菌種按照IO5Ail的接種量接種于種子培養(yǎng)基，36°C培養(yǎng)48小時，之后離心收集培養(yǎng)物，置于4°C，待用；離心條件為lOOOOrpm，15分鐘。(2)甘蔗葉的預處理
收集甘蔗葉，60°C烘干，蒸汽爆破粉碎，爆破壓力為0. 5MPa，過60目篩，得到粉碎的甘蔗葉；之后將粉碎后甘蔗葉采用0. 5%的稀鹽酸處理，室溫處理48小時；處理完畢，離心(離心條件為lOOOOrpm，15分鐘)取上清，添加蛋白胨至終濃度3g/L以及磷酸二氫鉀至終濃度0. 5g/L，調(diào)節(jié)pH至6. O。將培養(yǎng)待用的黃孢原毛平革菌按照IOVml的接種量加入上述液體中，36°C培養(yǎng)48小時。(3)酶解
黃孢原毛平革菌處理完畢，離心(離心條件為lOOOOrpm，15分鐘)取上清，在上清液中分別按照10U/mL和20U/mL的比例添加α -淀粉酶和β -葡萄糖苷酶，37°C酶解30小時。(4)釀酒酵母發(fā)酵產(chǎn)乙醇
將上述酶解液加熱至沸騰，滅酶處理5分鐘，待冷卻至室溫，將其配制成發(fā)酵培養(yǎng)基，IL酶解液中添加酵母膏2g/L，蛋白胨3g/L，氯化鈉5g/L ;調(diào)節(jié)pH至7. 0，121°C滅菌20分鐘；在上述培養(yǎng)基中按照106/ml的接種量接入釀酒酵母，厭氧發(fā)酵，38°C培養(yǎng)110小時，在發(fā)酵液中收集乙醇。實施例2:
以甘蔗葉為原料制備乙醇，包括以下步驟
(I)黃孢原毛平革菌的培養(yǎng)種子培養(yǎng)基配方酵母膏5g/L，蛋白胨10g/L，磷酸二氫鉀2g/L，氯化鈉10g/L，氯化鎂
I.Og/L，硫酸亞鐵O. 4g/L，其余為水，pH6. O ;121°C滅菌20分鐘；
取黃孢原毛平革菌的菌種按照105/ml的接種量接種于種子培養(yǎng)基，36°C培養(yǎng)52小時，之后離心收集培養(yǎng)物，置于4°C，待用；離心條件為lOOOOrpm，15分鐘。(2)甘蔗葉的預處理
收集甘蔗葉，70°C烘干，蒸汽爆破粉碎，爆破壓力為0.8MPa，過60目篩，得到粉碎的甘蔗葉；之后將粉碎后甘蔗葉采用0. 5%的稀鹽酸處理，室溫處理60小時；處理完畢，離心(離心條件為lOOOOrpm，15分鐘)取上清，添加蛋白胨至終濃度3g/L以及磷酸二氫鉀至終濃度
0.5g/L，調(diào)節(jié)pH至6. O。將培養(yǎng)待用的黃孢原毛平革菌按照5X107/ml的接種量加入上述液體中，36°C培養(yǎng)42小時。 (3)酶解
黃孢原毛平革菌處理完畢，離心(離心條件為lOOOOrpm，15分鐘)取上清，在上清液中分別按照10U/mL和20U/mL的比例添加α -淀粉酶和β -葡萄糖苷酶，37°C酶解25小時。(4)釀酒酵母發(fā)酵產(chǎn)乙醇
將上述酶解液加熱至沸騰，滅酶處理5分鐘，待冷卻至室溫，將其配制成發(fā)酵培養(yǎng)基，IL酶解液中添加酵母膏2g/L，蛋白胨3g/L，氯化鈉5g/L ;調(diào)節(jié)pH至7. 0，121°C滅菌20分鐘；在上述培養(yǎng)基中按照IOVml的接種量接入釀酒酵母，厭氧發(fā)酵，38°C培養(yǎng)90小時，在發(fā)酵液中收集乙醇。實施例3:
以甘蔗葉為原料制備乙醇，包括以下步驟
(I)黃孢原毛平革菌的培養(yǎng)
種子培養(yǎng)基配方酵母膏6g/L，蛋白胨15g/L，磷酸二氫鉀3g/L，氯化鈉15g/L，氯化鎂
1.5g/L，硫酸亞鐵0. 5g/L，其余為水，pH6. O ;121°C滅菌20分鐘；
取黃孢原毛平革菌的菌種按照105/ml的接種量接種于種子培養(yǎng)基，36°C培養(yǎng)56小時，之后離心收集培養(yǎng)物，置于4°C，待用；離心條件為lOOOOrpm，15分鐘。(2)甘蔗葉的預處理
收集甘蔗葉，80°C烘干，蒸汽爆破粉碎，爆破壓力為l.OMPa，過60目篩，得到粉碎的甘蔗葉；之后將粉碎后甘蔗葉采用0. 5%的稀鹽酸處理，室溫處理72小時；處理完畢，離心(離心條件為lOOOOrpm，15分鐘)取上清，添加蛋白胨至終濃度3g/L以及磷酸二氫鉀至終濃度0. 5g/L，調(diào)節(jié)pH至6. O。將培養(yǎng)待用的黃孢原毛平革菌按照107-108/ml的接種量加入上述液體中，36°C培養(yǎng)36小時。(3)酶解
黃孢原毛平革菌處理完畢，離心(離心條件為lOOOOrpm，15分鐘)取上清，在上清液中分別按照10U/mL和20U/mL的比例添加α -淀粉酶和β -葡萄糖苷酶，37°C酶解20小時。(4)釀酒酵母發(fā)酵產(chǎn)乙醇
將上述酶解液加熱至沸騰，滅酶處理5分鐘，待冷卻至室溫，將其配制成發(fā)酵培養(yǎng)基，IL酶解液中添加酵母膏2g/L，蛋白胨3g/L，氯化鈉5g/L ;調(diào)節(jié)pH至7. 0，121°C滅菌20分鐘；在上述培養(yǎng)基中按照108/ml的接種量接入釀酒酵母，厭氧發(fā)酵，38°C培養(yǎng)80小時，在發(fā)酵液中收集乙醇。
實施例4:
乙醇產(chǎn)量的計算
采用本領域常用的蒸餾方法收集實施例1-3發(fā)酵所得的乙醇，計算其得率及的轉(zhuǎn)化率。實施例1-3得到的乙醇的平均濃度可達19. 8g/L，平均轉(zhuǎn)化率達到理論轉(zhuǎn)化率的83%。本實施例在以本發(fā)明技術 方案為前提下進行了實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于上述的實施例。
權(quán)利要求
1.ー種利用甘蔗葉制備こ醇的方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)黃孢原毛平革菌(Phanerochaetechrysosporium)的培養(yǎng)用黃孢原毛平革菌菌種按照105/ml的接種量接種于種子培養(yǎng)基,36°C培養(yǎng)48-56小時,之后離心收集培養(yǎng)物,置于4°C，待用；其中所述種子培養(yǎng)基由以下成分組成酵母膏3-6g/L，蛋白胨8-15g/L，磷酸ニ氫鉀l_3g/L，氯化鈉6-15g/L，氯化鎂O. 5-1. 5g/L，硫酸亞鐵O. 3-0. 5g/L，其余為水，ρΗ6· 0，121°C滅菌20分鐘； (2)甘蔗葉的預處理收集甘蔗葉，60-80°C烘干，蒸汽爆破粉碎，過60目篩，得到粉碎的甘蔗葉；將粉碎后的甘蔗葉采用O. 5%的稀鹽酸處理，室溫處理48-72小時；處理完畢，離心取上清，添加蛋白胨至終濃度3g/L以及磷酸ニ氫鉀至終濃度O. 5g/L，調(diào)節(jié)pH至6. O ;將步驟(I)待用的黃孢原毛平革菌按照IO7-IOVml的接種量加入上述液體中，36°C培養(yǎng)36-48小時； (3)酶解將步驟(2)中利用黃孢原毛平革菌處理完畢的溶液離心取上清，在上清液中分別按照10U/mL和20U/mL的比例添加α -淀粉酶和β -葡萄糖苷酶，37°C酶解20-30小時； (4)釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)發(fā)酵產(chǎn)こ醇將步驟(3)得到的酶解液加熱至沸騰，滅酶處理5分鐘；待冷卻至室溫，將其配制成發(fā)酵培養(yǎng)基，IL酶解液中添加酵母膏2g/L，蛋白胨3g/L，氯化鈉5g/L，調(diào)節(jié)pH至7. 0,121°C滅菌20分鐘；在上述發(fā)酵培養(yǎng)基中按照IO6-IO8Ail的接種量接入釀酒酵母，厭氧發(fā)酵，38°C培養(yǎng)80-110小吋，于發(fā)酵液中收集こ醇。
2.如權(quán)利要求I所述的以甘蔗葉為原料制備こ醇的方法，其特征在于，步驟(I)所述的離心條件為lOOOOrpm，15分鐘。
3.如權(quán)利要求I所述的以甘蔗葉為原料制備こ醇的方法，其特征在于，步驟(2)所述的離心條件為lOOOOrpm，15分鐘。
4.如權(quán)利要求I所述的以甘蔗葉為原料制備こ醇的方法，其特征在于，步驟(3)所述的離心條件為lOOOOrpm，15分鐘。
5.如權(quán)利要求1-4所述的以甘蔗葉為原料制備こ醇的方法，其特征在于，步驟(2)中蒸汽爆破的壓カ為0. 5-1. O MPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用甘蔗葉生產(chǎn)乙醇的方法，本發(fā)明以甘蔗葉為原料，采用黃孢原毛平革菌(Phanerochaetechrysosporium)處理甘蔗葉中的木質(zhì)素，利用α-淀粉酶和β-葡萄糖苷酶對纖維素類物進行酶解，最后利用釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)進行發(fā)酵，得到乙醇。通過本發(fā)明制備的乙醇產(chǎn)量可達19.8g/L，乙醇的平均轉(zhuǎn)化率達到理論轉(zhuǎn)化率的83%。
文檔編號C12R1/865GK102703521SQ201210192279
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月12日
發(fā)明者楊曉鋒 申請人:楊曉鋒