后加入緩沖液 87.28mL，使初始底物濃度達(dá)到10 %，用玻璃棒充分?jǐn)嚢?，加入Ca(0H)2，調(diào)節(jié)pH至5.5，封口 后在105°C，lOmin條件下進(jìn)行滅菌，滅菌結(jié)束后，待溫度降至室溫后，加入纖維素酶及β-葡 萄糖苷酶在50°C，200rpm條件下進(jìn)行酶解，酶解18h后，待溫度降至室溫，得到發(fā)酵底物。 [0099] 加入釀酒酵母(0610：如.2660)進(jìn)行乙醇發(fā)酵，接種量為1\10 1()個(gè)>1^，發(fā)酵底物 初始濃度為1 〇 %，發(fā)酵期間分別在12、24、36、48h補(bǔ)充蒸汽爆破針茅草原料，每次補(bǔ)料量為 4.41g，將發(fā)酵底物濃度提高到20%，直至96h，結(jié)束乙醇發(fā)酵實(shí)驗(yàn)。將發(fā)酵醪液蒸餾獲得乙 醇，發(fā)酵殘留物備用。
[0100] 隨后，向厭氧瓶中加入10mL發(fā)酵殘留物以及150mL厭氧污泥，設(shè)立對照組加入10mL蒸餾水以及150mL厭氧污泥，由于厭氧污泥自身也會(huì)產(chǎn)生氣體，因此必須設(shè)立對照組以判斷 厭氧消化結(jié)束時(shí)間，以及來自于殘留物的甲烷產(chǎn)量。最后充犯以排除厭氧瓶頂部的空氣，封 瓶。每天用NaoH排水法進(jìn)行氣體收集，以10mL集氣管計(jì)量甲烷氣體產(chǎn)量。
[0101] 3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果
[0102]經(jīng)過96h乙醇發(fā)酵后，最高乙醇產(chǎn)量達(dá)到15.78g·kg<，相應(yīng)的纖維素轉(zhuǎn)化率達(dá)到 29.53%，如圖1(C)所示。經(jīng)過甲烷潛力測試可以得知，經(jīng)過30d后，最終甲烷累積產(chǎn)量達(dá)到 566.7mL，其甲烷產(chǎn)率為258.65mL·gVS<，結(jié)果如圖2(C)所示。由質(zhì)量平衡分析可以得知， 每l〇〇g披堿草經(jīng)過批式高底物同步糖化發(fā)酵后可以獲得乙醇8.0g，甲烷16.80g，清潔能源 共計(jì)24.80g。全纖維素轉(zhuǎn)化率可達(dá)到85.98% (表4)，是單獨(dú)進(jìn)行乙醇生產(chǎn)的2.0倍。
[0103] 4、結(jié)論
[0104] 通過批式高底物同步糖化發(fā)酵與厭氧消化技術(shù)相結(jié)合的策略，可以實(shí)現(xiàn)木質(zhì)纖 維素原料清潔能源乙醇甲燒的生產(chǎn)，提高針茅草(Stipabaicalensisroshev)全纖維素利 用率及其全組分多級利用。
[0105] 實(shí)驗(yàn)例3
[0106] 在實(shí)施例3發(fā)酵醪液蒸餾獲得發(fā)酵殘留物后，對發(fā)酵殘留物及接種物進(jìn)行成分測 定，結(jié)果如表2所不。
[0107] 由表2可知，乙醇發(fā)酵殘留物含有大量小分子酸，C0D濃度較高，存在較多的纖維 素，較適于進(jìn)行厭氧發(fā)酵。
[0108] 在實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)開始的同時(shí)設(shè)立對照組，為與發(fā)酵殘留物體積相同，且接種量相同 的接入產(chǎn)甲烷菌的蒸餾水。充N2以排除厭氧瓶頂部的空氣，封瓶。每天固定時(shí)間用排水法進(jìn) 行產(chǎn)氣測定。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行成分分析，結(jié)果如表3所示。
[0109] 由表3可知，經(jīng)過厭氧消化后，殘留物中的纖維素含量，C0D含量，半纖維素含量，小 分子酸含量等與表2相比都有大幅度減少。
[0110] 實(shí)施例4荻(Triarrhenasacchariflora)批式補(bǔ)料高底物同步糖化發(fā)酵與厭氧 消化技術(shù)相結(jié)合生產(chǎn)清潔能源乙醇甲烷
[0111] 1、實(shí)驗(yàn)材料
[0112] 蒸汽爆破荻原料來自于天津科技大學(xué)，其成分測定結(jié)果如表1。
[0113] 2、實(shí)驗(yàn)方法
[0114] 獲得蒸汽爆破荻(Triarrhenasacchariflora)原料后用烘箱進(jìn)行烘干，最終含水 量為12.8%。稱取蒸汽爆破原料11.47g加入250mL三角瓶中，隨后加入緩沖液88.53mL，使初 始底物濃度達(dá)到10%，用玻璃棒充分?jǐn)嚢?，加入Ca(OH)2,調(diào)節(jié)pH至5.5，封口后在105°(3， lOmin條件下進(jìn)行滅菌，滅菌結(jié)束后，待溫度降至室溫后，加入纖維素酶及β-葡萄糖苷酶在 50°C，200rpm條件下進(jìn)行酶解，酶解18h后，待溫度降至室溫，得到發(fā)酵底物。
[0115] 加入釀酒酵母(CGMCC如.2660)進(jìn)行乙醇發(fā)酵，接種量為3\101()個(gè)>1^，發(fā)酵底物 初始濃度為10%，發(fā)酵期間分別在12、24、36、48h補(bǔ)充蒸汽爆破荻原料，每次補(bǔ)料量為 4.41g，將發(fā)酵底物濃度提高到20%，直至96h，結(jié)束乙醇發(fā)酵實(shí)驗(yàn)。將發(fā)酵醪液蒸餾獲得乙 醇，發(fā)酵殘留物備用。
[0116] 隨后，向厭氧瓶中加入10mL發(fā)酵殘留物以及150mL厭氧污泥，設(shè)立對照組加入10mL 蒸餾水以及150mL厭氧污泥，由于厭氧污泥自身也會(huì)產(chǎn)生氣體，因此必須設(shè)立對照組以判斷 厭氧消化結(jié)束時(shí)間，以及來自于殘留物的甲烷產(chǎn)量。最后充犯以排除厭氧瓶頂部的空氣，封 瓶。每天用NaoH排水法進(jìn)行氣體收集，以10mL集氣管計(jì)量甲烷氣體產(chǎn)量。
[0117] 3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果
[0118] 經(jīng)過96h乙醇發(fā)酵后，最高乙醇產(chǎn)量達(dá)到14.96g·kg<，相應(yīng)的纖維素轉(zhuǎn)化率達(dá)到 25.11%，如圖1(D)所示。經(jīng)過甲烷潛力測試可以得知，經(jīng)過30d后，最終甲烷累積產(chǎn)量達(dá)到 443.9mL，其甲烷產(chǎn)率為309.12mL·gVS<，結(jié)果如圖2(D)所示。由質(zhì)量平衡分析可以得知， 每l〇〇g披堿草經(jīng)過批式高底物同步糖化發(fā)酵后可以獲得乙醇7.5g，甲烷13.33g，清潔能源 共計(jì)20.83g。全纖維素轉(zhuǎn)化率可達(dá)到85.08% (表4)，是單獨(dú)進(jìn)行乙醇生產(chǎn)的2.4倍。
[0119] 4、結(jié)論
[0120] 通過批式高底物同步糖化發(fā)酵與厭氧消化技術(shù)相結(jié)合的策略，可以實(shí)現(xiàn)木質(zhì)纖維 素原料清潔能源乙醇甲燒的生產(chǎn)，提高荻(Triarrhenasacchariflora)全纖維素利用率及 其全組分多級利用。
[0121] 實(shí)驗(yàn)例4
[0122] 在實(shí)施例4發(fā)酵醪液蒸餾獲得發(fā)酵殘留物后，對發(fā)酵殘留物及接種物進(jìn)行成分測 定，結(jié)果如表2所不。
[0123] 由表2可知，乙醇發(fā)酵殘留物含有大量小分子酸，C0D濃度較高，存在較多的纖維 素，較適于進(jìn)行厭氧發(fā)酵。
[0124] 在實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)開始的同時(shí)設(shè)立對照組，為與發(fā)酵殘留物體積相同，且接種量相同 的接入產(chǎn)甲烷菌的蒸餾水。充N2以排除厭氧瓶頂部的空氣，封瓶。每天固定時(shí)間用排水法進(jìn) 行產(chǎn)氣測定。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行成分分析，結(jié)果如表3所示。
[0125] 由表3可知，經(jīng)過厭氧消化后，殘留物中的纖維素含量，C0D含量，半纖維素含量，小 分子酸含量等與表2相比都有大幅度減少。雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實(shí)施方案 對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進(jìn)，這對本領(lǐng)域技 術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均 屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種利用能源草聯(lián)產(chǎn)乙醇和甲烷的方法，其特征在于，以蒸汽爆破后的能源草為原 料，經(jīng)纖維素酶及β-葡萄糖苷酶酶解后，進(jìn)行高底物濃度同步糖化發(fā)酵乙醇，并將發(fā)酵殘留 物進(jìn)行厭氧消化處理以生產(chǎn)甲烷。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟： 1) 原料預(yù)處理： 向蒸汽爆破后的能源草中加入緩沖液，使其濃度為10%-30%，調(diào)節(jié)pH為5.1-5.5，加入 纖維素酶及β-葡萄糖苷酶進(jìn)行酶解，得到發(fā)酵底物； 2) 高底物濃度同步糖化發(fā)酵乙醇： 在所述發(fā)酵底物中接種釀酒酵母進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵結(jié)束后得醪液，對醪液進(jìn)行蒸餾獲得 乙醇及發(fā)酵殘留物； 3) 以所述發(fā)酵殘留物為消化底物，利用含產(chǎn)甲烷菌的厭氧污泥進(jìn)行厭氧消化，收集甲 烷氣體。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述酶解條件為溫度45°C_50°C， 口!15.1-5.5，時(shí)間6-1811。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，含有酵母提取物與蛋白胨的檸檬酸-檸檬 酸鈉緩沖液，其pH值為5.1-5.5。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟2)中發(fā)酵時(shí)，調(diào)整發(fā)酵底物濃度為 8%-12%，接種釀酒酵母進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵期間進(jìn)行批式補(bǔ)料，需要補(bǔ)加的是蒸汽爆破預(yù)處理 后獲得的原料，使發(fā)酵底物的終濃度為18 % -22 %。6. 根據(jù)權(quán)利要5所述的方法，其特征在于，補(bǔ)料3-4次。7. 根據(jù)權(quán)利要6所述的方法，其特征在于，所述釀酒酵母保藏于中國微生物菌種保藏管 理委員會(huì)普通微生物中心，保藏日期2008年5月6日，保藏編號為CGMCCNo.2660。8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述厭氧消化的條件為30°C_35°C， ρΗ6·8-7·4〇9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述含產(chǎn)甲烷菌的厭氧污泥為ρΗ6.5-7.0， 可溶性COD值小于20000mg/L，丙酸含量低于1000mg/L，總固體TS含量為100-200g/Kg，總揮 發(fā)性固體VS含量為100-200g/Kg，且VS/TS含量為80-85 %的污泥。10. 根據(jù)權(quán)利要求1~9任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述能源草選自冰草、披堿草、 芒草、針茅草、荻、柳枝稷、狼尾草和鰻草中的一種或多種。
【專利摘要】本發(fā)明涉及乙醇甲烷聯(lián)產(chǎn)方法，具體公開了一種利用能源草聯(lián)產(chǎn)乙醇和甲烷的方法。其是以蒸汽爆破后的能源草作為原料，經(jīng)纖維素酶及β-葡萄糖苷酶酶解后的產(chǎn)物作為底物，進(jìn)行批式補(bǔ)料高底物濃度同步糖化發(fā)酵與乙醇發(fā)酵全殘留物的厭氧消化處理相整合，進(jìn)行乙醇甲烷兩種清潔能源的聯(lián)合生產(chǎn)，主要目標(biāo)是在盡可能提高纖維素乙醇轉(zhuǎn)化率的同時(shí)，通過厭氧消化技術(shù)，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化利用乙醇發(fā)酵殘留物中所有可被厭氧消化菌群利用的成分，從而在提高能源草全纖維素轉(zhuǎn)化率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)能源草全組分的多級利用，針對現(xiàn)有木質(zhì)纖維素原料生產(chǎn)清潔能源的原料利用率瓶頸問題提出了有效的解決方案。
【IPC分類】C12R1/865, C12P7/10, C12P5/02
【公開號】CN105463031
【申請?zhí)枴緾N201510767425
【發(fā)明人】田沈, 楊秀山, 白龍, 呂途, 陳寧
【申請人】首都師范大學(xué)
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年11月11日