以木薯粉为原料制备乙醇的方法技术

本发明专利技术公开了一种以木薯粉为原料制备乙醇的方法。所述方法以木薯粉为原料，经过稀酸预处理、液化，或者液化、稀酸预处理，再酶解糖化、发酵、蒸馏工艺生产乙醇。本发明专利技术在传统木薯粉制备乙醇方法的基础上，在原料液化前或液化后引入稀酸预处理工艺，利用稀酸预处理工艺破坏木薯粉中的纤维素结构，提高了木薯中的淀粉释放速率、纤维素转化率和乙醇产率。

Preparation of ethanol from cassava powder

The invention discloses a method for preparing ethanol with cassava powder as raw material. The method takes cassava powder as raw material, through dilute acid pretreatment, liquefaction, or liquefaction, dilute acid pretreatment, and then enzymatic hydrolysis saccharification, fermentation, distillation process to produce ethanol. On the basis of the traditional method for preparing ethanol from cassava powder, the invention introduces dilute acid pretreatment process before or after the liquefaction of raw materials, uses dilute acid pretreatment process to destroy the cellulose structure in cassava powder, and improves the starch release rate, cellulose conversion rate and ethanol yield in cassava.

【技术实现步骤摘要】
以木薯粉为原料制备乙醇的方法
本专利技术属于可再生能源制备
，涉及一种以木薯粉为原料制备乙醇的方法。
技术介绍
生物燃料乙醇作为最普遍的可再生能源之一，已经被添加到汽油中混合使用。目前，大规模商业化生产的燃料乙醇主要以淀粉谷物和富含糖的作物为原料，例如玉米。但是大量使用玉米作为原料生产燃料乙醇会导致玉米价格上升，进而引发粮食安全等问题，因此发展以非粮食为原料生产燃料乙醇的工艺显得尤为重要。木薯是一种非粮食作物，以木薯为原料生产生物燃料乙醇具有较广的发展前景。现有的木薯乙醇工艺主要以木薯中的淀粉为原料，利用液化酶和糖化酶将其转化为葡萄糖，再利用酿酒酵母进行发酵得到乙醇。木薯中还包含2-3％的纤维素，纤维素转化为葡萄糖后也可用于乙醇生产，但现有的木薯乙醇工艺基本无法利用其中的纤维素(匡钰,朱德明.我国木薯燃料酒精工业发展现状及建议[J].热带农业工程,2006(2):16-20.)。相较于淀粉，纤维素的结构更加复杂，降解更为困难，这也是现有的木薯乙醇工艺很难利用纤维素的主要原因。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种以木薯粉为原料制备乙醇的方法。该方法在木薯酶解发酵前对木薯粉溶液进行稀酸预处理，破坏木薯粉中的纤维素结构，提高木薯乙醇工艺中的纤维素转化率和淀粉释放速率，进而提高乙醇的产率。实现本专利技术目的的技术方案如下：以木薯粉为原料制备乙醇的方法，具体步骤如下：步骤1，在木薯粉浆液中加入酸溶液，并在80～100℃下维持10min～120min，然后调节pH至5.5～6.0，加入淀粉液化酶，在80～95℃下液化2～4h，获得木薯液化液；或先调节木薯粉浆液pH至5.5～6.0，加入淀粉液化酶，在80～95℃下液化2～4h，然后加入酸溶液，在80～100℃下稀酸预处理10min～120min，获得木薯预处理液；步骤2，将木薯液化液或木薯预处理液冷却，调节pH至4.0～5.5，加入淀粉糖化酶、纤维素酶和半纤维素酶，在50～60℃下进行预糖化，获得木薯预糖化液；步骤3，将木薯预糖化液冷却至25～35℃，调节pH至4.0～4.2，加入营养物质和乙醇生产菌株进行发酵，发酵24h～72h后，通过蒸馏工艺获得乙醇产品。优选的，步骤1中，所述的木薯粉浆液为木薯粉与水的混合溶液，所述的木薯粉与水的质量比为1:10～1:2，优选为1:4～1:2.3。优选的，步骤1中，所述的酸溶液可以是硫酸、亚硫酸、盐酸、硝酸、亚硝酸、磷酸、亚磷酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、丁二酸、戊酸、戊二酸、己酸或己二酸等。优选的，步骤1中，所述的酸溶液的质量浓度为0.1％～3％，优选为0.5％～2.0％。优选的，步骤1中，所述的稀酸预处理温度为85～90℃，时间30min～90min。优选的，步骤1中，所述的淀粉液化酶添加量为木薯干重的0.001％～0.04％。优选的，步骤2中，所述的木薯液化液或木薯预处理液冷却至50～60℃。优选的，步骤2中，所述的淀粉糖化酶添加量为木薯干重的0.005％～0.15％，纤维素酶添加量为木薯干重的0～0.6％，半纤维素添加量为木薯干重的0～0.3％。优选的，步骤2中，所述的预糖化时间为0.5～6h。优选的，步骤3中，所述的营养物质可以是尿素、酵母粉或蛋白胨等，所述的乙醇发酵菌可以是酵母菌、运动发酵单胞菌、曲霉或根霉。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术在酶解发酵之前对木薯进行稀酸预处理，破坏了木薯中的纤维素结构，使其中的纤维素更容易被酶解利用。在木薯预糖化阶段，除了添加了淀粉糖化酶以外，还添加了纤维素酶和半纤维素酶，大大提高了木薯中的纤维素转化率，进而提高乙醇产率。由于预处理过程中纤维素结构被破坏，使得更多的葡萄糖释放出来。(2)木薯稀酸预处理工艺和液化工艺由于反应温度一致，因此可以在同一个反应罐中进行，有效地提高热量利用率和设备利用率，降低了整个木薯乙醇工艺的能耗和成本。附图说明图1为以木薯粉为原料制备燃料乙醇的工艺流程图。图2为对比例与实施例发酵过程中的葡萄糖及乙醇浓度变化曲线。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详述。实施例1(1)将木薯与水混合，其中木薯粉干重与水的质量比为1:4，再加入硫酸，硫酸的质量占浆液总质量的1％，搅拌均匀，在90℃下预处理90min，得到木薯粉稀酸预处理液；(2)将上述木薯粉稀酸预处理液调节pH至5.7～5.8，加入淀粉液化酶，淀粉液化酶加量为0.32mg/g木薯，90℃下液化3h，获得木薯粉液化液；(3)将上述木薯粉液化液冷却至50℃，调节pH至4.8～5.0，加入淀粉糖化酶、纤维素酶和半纤维素酶，其中糖化酶添加量为木薯干重的0.1％，纤维素酶添加量为木薯干重的0.6％，半纤维素酶添加量为木薯干重的0.1％，在50℃下进行预糖化，预糖化时间为2h，获得木薯粉预糖化液；(4)将上述的木薯粉预糖化液冷却至30℃，调节pH至4.0～4.2，加入尿素，尿素的添加量为2mg/g浆液，再加入干酿酒酵母，酿酒酵母的添加量为0.4g/L浆液。在30℃、150rpm下发酵72h后，通过蒸馏工艺获得乙醇产品。本实施例中，发酵72h后发酵液中的乙醇浓度达88.59g/L，纤维素转化率达41.47％。实施例2(1)将木薯与水混合，其中木薯粉干重与水的质量比为1:4，调节pH至5.7～5.8，加入淀粉液化酶，淀粉液化酶加量为0.32mg/g木薯，90℃下液化3h，获得木薯液化液；(2)木薯液化液中加入硫酸，硫酸的质量占浆液总质量的0.5％，搅拌均匀，在90℃条件下预处理90min，得到木薯稀酸预处理液；(3)将上述木薯稀酸预处理液冷却至50℃，调节pH至4.8～5.0，加入淀粉糖化酶、纤维素酶和半纤维素酶，其中糖化酶添加量为木薯干重的0.1％，纤维素酶添加量为木薯干重的0.6％，半纤维素酶添加量为木薯干重的0.1％，在50℃下进行预糖化，预糖化时间为2h，获得木薯粉预糖化液；(4)将上述的木薯粉预糖化液冷却至30℃，调节pH至4.0～4.2，加入尿素，尿素的添加量为2mg/g浆液，再加入干酿酒酵母，酿酒酵母的添加量为0.4g/L浆液。在30℃、150rpm条件下发酵72h后，通过蒸馏工艺获得乙醇产品。本实施例中，发酵72h后发酵液中的乙醇浓度达89.43g/L，纤维素转化率达52.35％。实施例3本对比例与实施例1基本相同，唯一不同的是酸浓度为0.5％，发酵72h后发酵液中的乙醇浓度达89.07g/L，纤维素转化率达43.05％。对比例1(1)将木薯与水混合，其中木薯粉干重与水的质量比为1:4，调节pH至5.7～5.8，加入淀粉液化酶，淀粉液化酶加量为0.32mg/g木薯，90℃下液化3h，获得木薯液化液；(2)将上述木薯液化液冷却至50℃，调节pH至4.8～5.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.以木薯粉为原料制备乙醇的方法，其特征在于，具体步骤如下：/n步骤1，在木薯粉浆液中加入酸溶液，并在80～100℃下维持10min～120min，然后调节pH至5.5～6.0，加入淀粉液化酶，在80～95℃下液化2～4h，获得木薯液化液；或先调节木薯粉浆液pH至5.5～6.0，加入淀粉液化酶，在80～95℃下液化2～4h，然后加入酸溶液，在80～100℃下稀酸预处理10min～120min，获得木薯预处理液；/n步骤2，将木薯液化液或木薯预处理液冷却，调节pH至4.0～5.5，加入淀粉糖化酶、纤维素酶和半纤维素酶，在50～60℃下进行预糖化，获得木薯预糖化液；/n步骤3，将木薯预糖化液冷却至25～35℃，调节pH至4.0～4.2，加入营养物质和乙醇生产菌株进行发酵，发酵24h～72h后，通过蒸馏工艺获得乙醇产品。/n

【技术特征摘要】
1.以木薯粉为原料制备乙醇的方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1，在木薯粉浆液中加入酸溶液，并在80～100℃下维持10min～120min，然后调节pH至5.5～6.0，加入淀粉液化酶，在80～95℃下液化2～4h，获得木薯液化液；或先调节木薯粉浆液pH至5.5～6.0，加入淀粉液化酶，在80～95℃下液化2～4h，然后加入酸溶液，在80～100℃下稀酸预处理10min～120min，获得木薯预处理液；
步骤2，将木薯液化液或木薯预处理液冷却，调节pH至4.0～5.5，加入淀粉糖化酶、纤维素酶和半纤维素酶，在50～60℃下进行预糖化，获得木薯预糖化液；
步骤3，将木薯预糖化液冷却至25～35℃，调节pH至4.0～4.2，加入营养物质和乙醇生产菌株进行发酵，发酵24h～72h后，通过蒸馏工艺获得乙醇产品。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述的木薯粉浆液为木薯粉与水的混合溶液，所述的木薯粉与水的质量比为1:10～1:2，优选为1:4～1:2.3。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述的酸溶液选自硫酸、亚硫酸、盐酸、硝酸、亚硝酸、磷酸、亚磷酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄志国，金明杰，余建明，薄芳芳，许召贤，
申请(专利权)人：江苏花厅生物科技有限公司，南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32