專利名稱：一種生產(chǎn)褐藻酸鈉聯(lián)產(chǎn)乙醇和海藻有機(jī)肥的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)褐藻酸鈉聯(lián)產(chǎn)乙醇和海藻有機(jī)肥的方法，屬于海藻綜合利用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)前世界面臨著能源短缺和環(huán)境污染的巨大壓力，開發(fā)清潔的可再生能源已經(jīng)成為解決石化資源和能源危機(jī)的重要手段。生物乙醇作為一種清潔燃料及汽油添加劑而受到廣泛關(guān)注。目前，我國制備燃料乙醇主要側(cè)重于秸桿、甘蔗渣、木屑和木薯等陸源原料，但對(duì)海洋生物資源制備生物乙醇的研究較少，在海藻生物質(zhì)能源開發(fā)方面的技術(shù)研究相對(duì)落后，還未見利用海藻加工廢棄物制備生物乙醇的研究成果。海洋面積巨大，蘊(yùn)藏著的豐富的海藻資源，其種類繁多、光合作用效率高、生長周期短，每年可通過光合作用產(chǎn)生的生物質(zhì)總量就達(dá)550 X IO8噸，是一種巨大的可再生資源，也是產(chǎn)生生物質(zhì)能源的潛在資源。利用現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)海藻資源優(yōu)勢(shì)生產(chǎn)生物質(zhì)能源，對(duì)緩解人類面臨的糧食、能源、環(huán)境三大危機(jī)有巨大的潛力。在海帶工業(yè)生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生大量的海帶工業(yè)廢棄物，這些工業(yè)廢棄物的主要成分是纖維素、海帶多糖、甘露醇等；其中纖維素可以利用不同的方式轉(zhuǎn)化為可被利用的單糖和寡糖，甘露醇和大部分海藻多糖類物質(zhì)均可以經(jīng)發(fā)酵轉(zhuǎn)化為乙醇。利用富含纖維素、海帶多糖、甘露醇的海帶加工廢棄物制備燃料乙醇，不僅可使海帶加工廢棄物變廢為寶，解決環(huán)境污染問題，還可為制備生物乙醇提供充足和廉價(jià)的原料供應(yīng)，促進(jìn)海洋生物質(zhì)能源的技術(shù)開發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)中存在的技術(shù)難題，本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)褐藻酸鈉聯(lián)產(chǎn)乙醇和海藻有機(jī)肥的方法，實(shí) 現(xiàn)了海洋生物質(zhì)乙醇的開發(fā)和海帶清潔化、高值化、綜合利用的新方法為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種生產(chǎn)褐藻酸鈉聯(lián)產(chǎn)乙醇和海藻有機(jī)肥的方法，步驟包括:以褐藻海帶為原料，通過纖維素酶和復(fù)合蛋白酶進(jìn)行酶解預(yù)處理，將海帶中的纖維素分解為微生物可利用的單糖和寡糖 用來發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，剩余的含有少量海帶渣的發(fā)酵液用來制備海藻有機(jī)肥；經(jīng)過預(yù)處理的海帶進(jìn)行褐藻酸鈉的提取及分離，通過稀堿消化工藝和鈣凝-離子交換方法，獲得高品質(zhì)褐藻酸鈉。進(jìn)一步的，所述酶解預(yù)處理是指:將原料海帶烘干，粉碎，加入原料重量6 8倍的新鮮飲用水，55°C水浴中浸泡I 3h ;然后用HCl調(diào)節(jié)pH為2 7，加入0.01 0.5%的纖維素酶，酶解5 12h ;然后，加入0.05 0.2%的蛋白酶繼續(xù)酶解2 5h，酶解過程不斷攪拌，酶解結(jié)束后離心分離，得到預(yù)處理后的海帶和酶解液。進(jìn)一步的，所述褐藻酸鈉的提取及分離是指:預(yù)處理后的海帶用10 15倍海帶重量的05 2% Na2CO3溶液，在55 60°C水浴中消化I 3h，然后加入體積3 8倍50_70°C的新鮮飲用水進(jìn)行稀釋0.5 2h，充分稀釋均勻后，通過250 400目的絹網(wǎng)過濾；濾液加入0.1 0.3%的雙氧水，在60°C脫色0.5 2h，然后升溫到90°C保持10 30min ;用300 500目的絹網(wǎng)過濾，濾液緩慢加入體積比I 3%濃度10%的CaCl2溶液，將其中的褐藻酸鈉轉(zhuǎn)化為褐藻酸鈣析出，靜置0.5 2h，然后過濾，用新鮮的飲用水清洗褐藻酸鈣纖維中殘留的CaCl2溶液及其它雜質(zhì)；褐藻酸鈣加入10 15倍的純化水，然后用I 1.5倍10% NaCl溶液,在50°C水浴中進(jìn)行離子交換,使褐藻酸I丐纖維完全轉(zhuǎn)化為褐藻酸鈉溶液，然后用95%的酒精沉淀，獲得褐藻酸鈉，褐藻酸鈉經(jīng)脫水、烘干、粉碎得到成品。進(jìn)一步的，所述發(fā)酵生產(chǎn)乙醇是指:先將工業(yè)酵母置于培養(yǎng)液中培養(yǎng)活化，培養(yǎng)基成分為1%酵母膏、2%蛋白胨、2%葡萄糖，以上原料加水溶解，于121°C滅菌15min，然后在潔凈操作臺(tái)中接種，28-32°C培養(yǎng)I 3天，將海帶預(yù)處理后的酶解液高壓滅菌，冷卻后，力口入已經(jīng)活化的酵母菌，接種比例為10 20%，28 35°C密封并繼續(xù)培養(yǎng)3 7天發(fā)酵，發(fā)酵液蒸餾生產(chǎn)乙醇，蒸餾乙醇后剩余的液體中含量大量的蛋白質(zhì)、氮、磷、鉀等成分，蒸發(fā)乙醇后的液體通過濃縮作為生產(chǎn)海藻有機(jī)肥的原料。更進(jìn)一步的，所述發(fā)酵生產(chǎn)乙醇中，酶解液滅菌后，接入已經(jīng)活化的工業(yè)酵母菌種CICC31147，進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)。更進(jìn)一步的，所述發(fā)酵生產(chǎn)乙醇中，酶解液經(jīng)過活化的酵母菌在30°C下，發(fā)酵培養(yǎng)7天，所獲得的生物乙醇量最大。進(jìn)一步的，所述制備海藻有機(jī)肥是指:將乙醇蒸餾后剩余的發(fā)酵液體，經(jīng)濃縮到40 60%濃度后，噴干、造粒，制備海藻有機(jī)肥。更進(jìn)一步的，所述制備海藻有機(jī)肥中，發(fā)酵液濃縮到濃度為50%后噴干、造粒制備海藻有機(jī)肥。本發(fā)明的有益效果是:由于經(jīng)過生物酶法對(duì)海帶進(jìn)行預(yù)處理，纖維素酶、蛋白酶的作用預(yù)先將海帶中的纖維素、蛋白質(zhì)等主要成分分離出來，并轉(zhuǎn)化為微生物可利用的單糖、寡糖及游離蛋白質(zhì)，纖維素的水解，使海藻細(xì)胞壁被破壞，有利于提高褐藻酸鈉的提取率；同時(shí)利用富含纖維素的海帶加工廢棄物制備燃料乙醇；加工過程中剩余的廢液及廢渣，通過濃縮、噴干、造粒制造海藻有機(jī)肥，實(shí)現(xiàn)了海帶的高值化綜合利用，開發(fā)了海洋生物能源。
具體實(shí)施例方式一種生產(chǎn)褐藻酸鈉聯(lián)產(chǎn)乙醇和海藻有機(jī)肥的方法，步驟包括:以褐藻海帶為原料，通過纖維素酶和復(fù)合蛋白酶進(jìn)行酶解預(yù)處理，將海帶中的纖維素分解為微生物可利用的單糖和寡糖，用來發(fā)酵生產(chǎn)生物乙醇，剩余的含有少量海帶渣的發(fā)酵液用來制備海藻有機(jī)肥；經(jīng)過預(yù)處理的海帶進(jìn)行褐藻酸鈉的提取及分離，通過稀堿消化工藝和鈣凝-離子交換方法，獲得高品質(zhì)褐藻酸鈉。實(shí)施例1準(zhǔn)確稱取烘干粉碎后的IOOg海帶，加入原料重量600ml的新鮮飲用水，55°C水浴中浸泡Ih;然后用HCl調(diào)節(jié)pH為3，加入0.1%的纖維素酶，酶解5h ;然后，加入0.05%的蛋白酶繼續(xù)酶解2h， 酶解過程不斷攪拌，酶解結(jié)束后離心分離，得到預(yù)處理后的海帶和酶解液。預(yù)處理后的海帶加入IOOOml的0.5% Na2CO3溶液，在55°C水浴中消化lh，然后加入體積IOOOml的50°C的新鮮飲用水進(jìn)行稀釋0.5h，充分稀釋均勻后，通過250目的絹網(wǎng)過濾；濾液加入6ml的雙氧水，在60°C脫色0.5h，然后升溫到90°C保持IOmin ;用300目的絹網(wǎng)過濾，濾液緩慢加入60ml濃度10%的CaCl2溶液，將其中的褐藻酸鈉轉(zhuǎn)化為褐藻酸鈣析出，靜置0.5h，然后過濾，用新鮮的飲用水清洗褐藻酸鈣纖維中殘留的CaCl2溶液及其它雜質(zhì)；褐藻酸鈣加入2000ml純化水，然后用2000ml的10% NaCl溶液，在50°C水浴中進(jìn)行離子交換，使褐藻酸鈣纖維完全轉(zhuǎn)化為褐藻酸鈉溶液，然后用95%的酒精沉淀，獲得褐藻酸鈉，褐藻酸鈉經(jīng)脫水、烘干、粉碎得到成品21.3克。生產(chǎn)乙醇是指:先將工業(yè)酵母置于培養(yǎng)液中培養(yǎng)活化，培養(yǎng)基成分為1%酵母膏、2%蛋白胨、2%葡萄糖，以上原料加水溶解，于121°C滅菌15min，然后在潔凈操作臺(tái)中接種，30°C培養(yǎng)I天，將海帶預(yù)處理后的酶解液高壓滅菌，冷卻后，加入已經(jīng)活化的酵母菌，接種比例為10%，28°C密封并繼續(xù)培養(yǎng)3天發(fā)酵，發(fā)酵液蒸餾生產(chǎn)乙醇，培養(yǎng)結(jié)束后，測定其中的乙醇濃度約為3.2%，蒸餾后，獲得生物乙醇。蒸餾乙醇后剩余的液體中含量大量的蛋白質(zhì)、氮、磷、鉀等成分，蒸發(fā)乙醇后的液體通過濃縮作為生產(chǎn)海藻有機(jī)肥的原料生物乙醇發(fā)酵蒸餾出乙醇后，剩余的發(fā)酵殘液濃縮到濃度為50%，然后噴干，粉碎，制成海藻有機(jī)肥，肥料中的氮磷鉀的含量約為12%，總有機(jī)質(zhì)的含量為42%。實(shí)施例2準(zhǔn)確稱取烘干粉碎后的I噸海帶，加入原料重量8噸的新鮮飲用水，55°C水浴中浸泡3h，然后用HCl調(diào)節(jié)pH為7，加入0.5%的纖維素酶，酶解12h;然后，加入0.2 %的蛋白酶繼續(xù)酶解5h，酶解過程不斷攪拌，酶解結(jié)束后離心分離，得到預(yù)處理后的海帶和酶解液。預(yù)處理后的海帶用10噸2% Na2CO3溶液，在60°C水浴中消化3h，然后加入體積50噸倍70°C的新鮮飲用水進(jìn)行稀釋2h，充分稀釋均勻后，通過400目的絹網(wǎng)過濾；濾液加入
0.18噸的雙氧水，在60°C脫色2h，然后升溫到90°C保持30min ;用500目的絹網(wǎng)過濾，濾液緩慢加入I噸濃度10%的CaCl2溶液，將其中的褐藻酸鈉轉(zhuǎn)化為褐藻酸鈣析出，靜置2h，然后過濾，用新鮮的飲用水清洗褐藻酸鈣纖維中殘留的CaCl2溶液及其它雜質(zhì)；褐藻酸鈣加入3倍的純化水,然后用4噸10% NaCl溶液，在50°C水浴中進(jìn)行離子交換,使褐藻酸鈣纖維完全轉(zhuǎn)化為褐藻酸鈉溶液，然后用95%的酒精沉淀，獲得褐藻酸鈉，褐藻酸鈉經(jīng)脫水、烘干、粉碎得到成品220公斤，褐藻酸鈉的提取率為22%。生產(chǎn)乙醇是指:先將工業(yè)酵母置于培養(yǎng)液中培養(yǎng)活化，培養(yǎng)基成分為1%酵母膏、2%蛋白胨、2%葡萄糖，以上原料加水溶解，于121°C滅菌15min，然后在潔凈操作臺(tái)中接種，30°C左右培養(yǎng)3天，將海帶預(yù)處理后的酶解液高壓滅菌，冷卻后，加入已經(jīng)活化的酵母菌，接種比例為20%，35°C下，密封并繼續(xù)培養(yǎng)7天發(fā)酵，發(fā)酵液蒸餾生產(chǎn)乙醇。培養(yǎng)結(jié)束后，測定其中的乙醇濃度約為3.5%。蒸餾后，獲得生物乙醇。生物乙醇發(fā)酵蒸餾出乙醇后，剩余的發(fā)酵殘液濃縮到濃度為50%，然后噴干，粉碎，制成海藻有機(jī)肥，肥料中的氮磷鉀的含量約為13%，總有機(jī)質(zhì)的含量為45%。以上所述，僅為本發(fā)明的具體 實(shí)施方式，并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)褐藻酸鈉聯(lián)產(chǎn)乙醇和海藻有機(jī)肥的方法，其特征在于，步驟包括:以褐藻海帶為原料，通過纖維素酶和復(fù)合蛋白酶進(jìn)行酶解預(yù)處理，將海帶中的纖維素分解為微生物可利用的單糖和寡糖，用來發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，剩余的含有少量海帶渣的發(fā)酵液用來制備海藻有機(jī)肥:經(jīng)過預(yù)處理的海帶進(jìn)行褐藻酸鈉的提取及分離，通過稀堿消化工藝和鈣凝-離子交換方法，獲得高品質(zhì)褐藻酸鈉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)褐藻酸鈉聯(lián)產(chǎn)乙醇和海藻有機(jī)肥的方法，其特征在于:所述酶解預(yù)處理是指:將原料海帶烘干，粉碎，加入原料重量6 8倍的新鮮飲用水，55°C水浴中浸泡I 3h ;然后用HCl調(diào)節(jié)pH為2 7，加入0.01 0.5%的纖維素酶，酶解5 12h ;然后，加入0.05 0.2%的蛋白酶繼續(xù)酶解2 5h，酶解過程不斷攪拌，酶解結(jié)束后離心分離，得到預(yù)處理后的海帶和酶解液。
3.跟據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)褐藻酸鈉聯(lián)產(chǎn)乙醇和海藻有機(jī)肥的方法，其特征在于:所述褐藻酸鈉的提取及分離是指:預(yù)處理后的海帶用10 15倍海帶重量的0.5 2%Na2CO3溶液，在55 60°C水浴中消化I 3h，然后加入體積3 8倍50_70°C的新鮮飲用水進(jìn)行稀釋0.5 2h，充分稀釋均勻后，通過250 400目的絹網(wǎng)過濾；濾液加入0.1 0.3%的雙氧水，在60C脫色0.5 2h，然后升溫到90°C保持10 30min;用300 500目的絹網(wǎng)過濾，濾液緩慢加入體積比I 3%濃度10%的CaCl2溶液，將其中的褐藻酸鈉轉(zhuǎn)化為褐藻酸鈣析出，靜置0.5 2h，然后過濾，用新鮮的飲用水清洗褐藻酸鈣纖維中殘留的CaCl2溶液及其它雜質(zhì)；褐藻酸鈣加入10 15倍的純化水，然后用I 1.5倍10% NaCl溶液，在50°C水浴中進(jìn)行離子交換，使褐藻酸鈣纖維完全轉(zhuǎn)化為褐藻酸鈉溶液，然后用95%的酒精沉淀，獲得褐藻酸鈉，褐藻酸鈉經(jīng)脫水、烘干、粉碎得到成品。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)褐藻酸鈉聯(lián)產(chǎn)乙醇和海藻有機(jī)肥的方法，其特征在于:所述發(fā)酵生產(chǎn)乙醇是指:先將工業(yè)酵母置于培養(yǎng)液中培養(yǎng)活化，培養(yǎng)基成分為1%酵母膏、2%蛋自胨、2%葡萄糖，以上原料加水溶解，于121°C滅菌15min，然后在潔凈操作臺(tái)中接種，28 — 32°C培養(yǎng)I 3天，將海帶 預(yù)處理后的酶解液高壓滅菌，冷卻后，加入已經(jīng)活化的酵母菌，接種比例為10 20%，28 35°C密封并繼續(xù)培養(yǎng)3 7天發(fā)酵，發(fā)酵液蒸餾生產(chǎn)乙醇，蒸餾乙醇后剩余的液體中含量大量的蛋白質(zhì)、氮、磷、鉀等成分，蒸發(fā)乙醇后的液體通過濃縮作為生產(chǎn)海藻有機(jī)肥的原料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)褐藻酸鈉聯(lián)產(chǎn)乙醇和海藻有機(jī)肥的方法，其特征在于:所述發(fā)醇生產(chǎn)乙醇中，酶解液滅菌后，接入已經(jīng)活化的工業(yè)酵母菌種CICC3147，進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)褐藻酸鈉聯(lián)產(chǎn)乙醇和海藻有機(jī)肥的方法，其特征在于:所述發(fā)酵生產(chǎn)乙醇中，酶解液經(jīng)過活化的酵母菌在30°C下，發(fā)酵培養(yǎng)7天，所獲得的生物乙醇量最大。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)褐藻酸鈉聯(lián)產(chǎn)乙醇和海藻有機(jī)肥的方法，其特征在于:所述制備海藻有機(jī)肥是指:將乙醇蒸餾后剩余的發(fā)酵液體，經(jīng)濃縮到40 60%濃度后，噴干、造粒，制備海藻有機(jī)肥。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生產(chǎn)褐藻酸鈉聯(lián)產(chǎn)乙醇和海藻有機(jī)肥的方法，其特征在于:所述制備海藻有機(jī)肥中，發(fā)酵液濃縮到濃度為50%后噴干、造粒制備海藻有機(jī)肥。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生產(chǎn)褐藻酸鈉聯(lián)產(chǎn)乙醇和海藻有機(jī)肥的方法，其步驟包括以褐藻海帶為原料，通過纖維素酶和復(fù)合蛋白酶進(jìn)行酶解預(yù)處理，將海帶中的纖維素分解為微生物可利用的單糖和寡糖，用來發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，剩余的含有少量海帶渣的發(fā)酵液用來制備海藻有機(jī)肥；經(jīng)過預(yù)處理的海帶進(jìn)行褐藻酸鈉的提取及分離，通過稀堿消化工藝和鈣凝-離子交換方法，獲得高品質(zhì)褐藻酸鈉。本發(fā)明經(jīng)過生物酶預(yù)處理，纖維素酶、蛋白酶預(yù)先將海帶中的纖維素、蛋白質(zhì)等主要成分分離，使褐藻酸鈉的提取率高；同時(shí)利用加工廢棄物制備燃料乙醇；制備乙醇中剩余的廢液及廢渣制造海藻有機(jī)肥，實(shí)現(xiàn)了海帶的高值化利用，開發(fā)了海洋生物能源。
文檔編號(hào)C12P19/14GK103232554SQ20131013854
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月22日
發(fā)明者任憲君, 張秋艷, 曹榮軍, 楊慶利, 武鑫 申請(qǐng)人:青島貝爾特生物科技有限公司