甜高粱是生物质能源的优选作物，是发酵乙醇和制备秸秆饲料的优质原料。本发明专利技术采用生物技术处理甜高粱茎秆，通过茎秆酶解、汁渣分离、残渣酸解、酸糖合并、酒精发酵系列工序实现甜高粱茎秆向燃料乙醇的转化，发酵条件温和，节能环保，发酵后的残渣经中和后晾晒干燥直接制成蛋白饲料，实现甜高粱茎秆的充分利用，降低成本，增加了产品产出，可促进甜高粱茎秆发酵“燃料乙醇联产蛋白饲料”双效产业链的发展，适合大规模应用生产，具有较好的应用前景。
Sweet sorghum stalk fermentation fuel ethanol and CO production protein feed method
Sweet sorghum is the best choice of biomass energy, and it is a high quality raw material for ethanol fermentation and straw feed production. The invention adopts the biological treatment of sweet sorghum stalk, stalk juice by enzymolysis, residue residue separation, acid hydrolysis and acid sugar combination, alcohol fermentation of sweet sorghum stalk to the series of processes to achieve a fuel ethanol fermentation, mild conditions, energy saving and environmental protection, fermentation residue after neutralization after drying drying directly into protein feed, realization of sweet sorghum stalk make full use of, reduce cost, increase product output, can promote the development of sweet sorghum stalk fermentation fuel ethanol production protein feed \double chain, suitable for large-scale production, has a good application prospect.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物工程
，具体涉及甜高粱茎秆的综合加工技术，包括发酵燃料乙醇及制作饲料的方法。技术背景由于石油危机和气候环境的变化，寻找一种可以替代石油资源的液体燃料至关重要，其中燃料乙醇无疑是石油替代品的最佳选择。我国由于“人多地少”的国情所限，必须开展以非粮原料来发展燃料乙醇。甜高粱茎杆汁液含量（50%-70%）丰富，含糖量高（12-20%），适合在边际土地种植，是酿造酒精和制备秸秆饲料的优质原料。目前我国通过发酵甜高粱茎秆（汁液）制取酒精的技术已经成熟，但多存在成本过高、有害排放等问题，制约了其产业化推广，而将其直接制备秸秆饲料，往往因附加值较低而经济效益不显著。CN103773814A提供了一种甜高粱制备燃料乙醇的方法，该方法是将甜高粱鲜杆经压榨取汁后进行浓缩，杆渣经稀酸处理后中和，再加纤维素酶酶解，将酶解液和浓缩的糖蜜混合后发酵制取燃料乙醇。该方法最大的缺陷是压榨过程中所需的能耗过高（压榨压力为30-60MP），且未将酶解后的甜高粱残渣发酵再利用，造成资源的浪费。预处理的稀酸也未见有回收再利用工艺。CN104694583A提供了一种甜高粱酒精的制取方法，该方法通过“鲜杆氨水解+超声震荡预处理、酶解、氨水回用、制取酒精”4个步骤实现，无需将秸秆压榨后进行汁渣分离，省去了复杂步骤，但该法中的超声震荡预处理在大规模的工业化生产中不适用，且氨水的回收再利用成本较高。CN101003818提供了一种燃料乙醇及其制取工艺，该方法是将甜高粱茎秆取汁或切成小段后，通过液态或固态发酵来制取燃料乙醇，由于采用静置发酵的方式，致使发酵容器的利用效率不高，该方法也未对发酵残渣进行发酵再利用。CN100460512C采用压榨法处理甜高粱茎秆，并采用离心机分离醪液与酵母菌混合物，能耗高，也不适合工业生产使用。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术的第一目的在于提供一种针对甜高粱茎秆发酵燃料乙醇并联产蛋白饲料的方法，本专利技术通过纤维素酶的水解作用，促使茎秆表面的纤维素和半纤维素链打开，将包裹其间的蔗糖、葡萄糖等游离出来，并进一步通过糖化酶将双糖降解为单糖以降低粘度，从而为后续的过滤创造条件。该工艺条件温和，过程中不产生噪音，可降低成本；发酵副产物的循环利用可减少污染，降低成本。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：1.备料：将新鲜收获的甜高粱茎秆去叶、去穗，粉碎备用；2.酶解：将细碎的甜高粱茎秆，加入纤维素酶，于30℃保温2-4h，升温至64℃，添加糖化酶，酶解30min，获得酶解液；将酶解液用热水逆向循环浸提，过滤后得到滤液；3.酸化：将酶解过滤后的滤渣在过量的pH=3的酸液中加热至沸30min，压滤得酸滤液；用酸滤液调节滤液pH值为4.2-4.5。4.发酵：将酸化的滤液经添加(NH4)2SO40.3%，MgSO4·7H2O0.06%的营养盐后至酒精发酵罐（外观糖度调整至10～12 BX），同时添加10-15%的酵母，在28～32℃发酵48～72h，自然沉淀后将发酵液蒸馏、精馏后可得燃料乙醇。作为优选，甜高粱茎秆应细碎至0.5-1cm。作为优选，加入纤维素酶的量为0.15%-0.20%。作为优选，酶解时的填料系数为85%。作为优选，酶解液采用热水浸提时热水体积比为25-30%，温度为75-85℃。作为优选，酸化过程中采用的酸为磷酸、盐酸、硫酸中的一种或一种以上任一比例的混合物。作为优选，剩余的酸滤液经补充后可再次循环使用。本专利技术的另一目的在于提供一种蛋白饲料，该饲料富含单细胞蛋白、植物蛋白，所含有的纤维素类等物质经纤维素酶部分水解，更易被牛羊等反刍动物消化吸收。此法是通过对甜高粱发酵燃料乙醇副产物的再利用，以解决制约甜高粱茎秆燃料乙醇产业化的高成本问题。具体方法为将上述方法发酵后经过滤产生的酵母细胞自溶物和经中和后的滤渣合并自然干燥即可获得。本专利技术所述方案中，甜高粱茎秆须细碎至0.5-1.0 cm，粉碎的粒度过小，会增加电耗和劳力，粒度也不易过粗，一则茎秆中的汁液不能有效释放出来，二则降低纤维素酶解作用；热水逆向浸提工艺应将加水比控制在适当的范围内，可保证醪液处于高浓度发酵，后续的蒸馏也可降低能耗；水流逆向可提高浸提效率；酸滤液经添加酸液后循环使用，减少了传统工艺中酸液的排放量，降低了污染和生产成本，更环保高效。本专利技术总体方案保证在较温和条件下通过生物技术手段实现了甜高粱发酵燃料乙醇，降低了甜高粱发酵燃料乙醇的成本，增加了产品产出，可促进甜高粱茎秆发酵“燃料乙醇联产蛋白饲料”双效产业链的发展，适合大规模应用生产，具有较好的应用前景。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术作进一步说明。实施例中使用的纤维素酶和糖化酶均为市售产品，其酶活单位分别为200000U/g和50000U/g。实施例一 甜高粱茎秆发酵燃料乙醇。将新鲜收获的甜高粱茎秆去叶、去穗，细碎至0.5-1cm备用；将细碎的甜高粱茎秆，加入0.15%-0.20%的纤维素酶，搅拌均匀后置于储罐中，填料系数为85%，于30℃保温2-4h；将储罐中物料升温至64℃，添加糖化酶1.5%，继续酶解30min； 将获得的酶解液用加热至75-85℃，体积比为25%-30%热水逆向循环浸提，过滤后得到滤液备用；将滤渣在过量的pH=3的磷酸液中浸泡并加热至沸30min，压滤得酸滤液，压榨压力为0.3-0.6MPa；取少许酸滤液回添至滤液中，使得滤液的pH值为4.2-4.5，加(NH4)2SO4 0.3%，MgSO4·7H2O 0.06%的营养盐后得到糖液，剩余的酸滤液经补充酸液后可再次循环使用；向酒精发酵罐添加糖液（外观糖度调整至10～12 BX），同时添加10-15%的酵母，在28～32℃发酵72h，自然沉淀，将醪液送去经蒸馏、精馏后得到燃料乙醇。以下为不同的纤维素酶用量及不同酶解作用时间条件下，同等条件发酵后醪液中乙醇含量实验结果：实验结果表明，纤维素酶的添加量为0.10%时，酶解效果较差，发酵后醪液中乙醇浓度偏低；纤维素酶添加量为高于0.15%时，酶解效果好，醪液中乙醇浓度达到7%以上，随着酶解时间的延长，乙醇含量上升达到7.7%左右；纤维素酶添加量达到0.25%时，酶解效果与添加量0.20%时相近，乙醇含量提升幅度小，考虑到生产成本问题，纤维素酶的最佳添加量为0.15%-0.20%，酶解时间为2-4h。实施例二 甜高粱发酵残渣制作蛋白饲料。将实施例一中发酵完成后经自然沉淀的发酵废渣，即酵母泥，将酶解过滤后的滤渣添加Na2CO3至pH值为7-7.5，与酵母泥混合，置于水泥池中自然干燥，即可得到粗蛋白饲料。将干燥物通过凯氏定氮仪测定其氮含量，通过计算得到粗蛋白含量，具体结果如下：由以上实验结果可见，中和后的滤渣与发酵泥的混合物中粗蛋白含量高，干燥后均达到18%以上，且原甜高粱茎秆中的纤维素通过酶解已成为适合牲畜消化吸收的成分，可以作为饲料使用。本专利技术所述方法，流程简单，条件温和，不仅能避免汁液榨取时的高能耗及由此产生的噪音污染问题，也可最大限度的提高设备利用率及乙醇得率，通过对发酵副产物的再利用，生产出了粗蛋白含量较高的蛋白饲料，从根本上解决了制约甜高粱茎秆燃料乙醇产业化的高成本问题，适合推广使用。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种甜高粱茎秆发酵燃料乙醇并联产蛋白饲料的方法，先将新鲜甜高粱茎秆粉碎后进行发酵，通过蒸馏获得乙醇，其特征在于使用纤维素酶和糖化酶将粉碎后的甜高粱茎秆酶解，再用热水将酶解液浸提，过滤后将滤液酸化为糖液，再发酵得到乙醇，发酵后的发酵泥和滤渣经中和干燥后获得蛋白饲料。
【技术特征摘要】
1.一种甜高粱茎秆发酵燃料乙醇并联产蛋白饲料的方法，先将新鲜甜高粱茎秆粉碎后进行发酵，通过蒸馏获得乙醇，其特征在于使用纤维素酶和糖化酶将粉碎后的甜高粱茎秆酶解，再用热水将酶解液浸提，过滤后将滤液酸化为糖液，再发酵得到乙醇，发酵后的发酵泥和滤渣经中和干燥后获得蛋白饲料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述酶解条件为加入0.15%-0.20%纤维素酶，填料系数85%，30℃保温2-4h，升温至64℃，添加糖化酶，酶解30min。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述热水浸提过程采用...
【专利技术属性】
技术研发人员：王治业，周剑平，杜军国，季彬，祝英，
申请(专利权)人：甘肃省科学院生物研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62
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