一种糖蜜精制脱毒及发酵生产丙酮、丁醇的方法技术

本发明专利技术公开了一种糖蜜精制脱毒及发酵生产丙酮、丁醇的方法，糖蜜精制脱毒的方法包括：(1)脱灰分、胶质：将糖蜜稀释，稀释后加入酸液调节pH至溶液呈酸性，水浴加热溶液使糖蜜中的非还原糖水解转化为还原糖，之后加入絮凝剂，搅拌后静置，使胶质絮凝沉降，冷却后取上层澄清液，加入钙盐调节pH至中性，离心过滤硫酸钙沉淀，得到清液；(2)脱磷除氮：向清液中加入含镁无机化合物和含磷无机化合物并搅拌，同时用碱液调节pH至碱性，生成鸟粪石沉淀，过滤沉淀后得到澄清液；(3)脱色：向澄清液中加入大孔吸附树脂震荡脱色，之后过滤即可。本发明专利技术提供的丙酮、丁醇生产方法成本低廉、经济环保，通过对糖蜜精制脱毒从而提高发酵液的品质，提高丙酮、丁醇的产量。丁醇的产量。

【技术实现步骤摘要】
一种糖蜜精制脱毒及发酵生产丙酮、丁醇的方法


[0001]本专利技术涉及丙酮、丁醇生产
，特别是涉及一种糖蜜精制脱毒及发酵生产丙酮、丁醇的方法。

技术介绍

[0002]在当今社会石油资源日渐枯竭，清洁生物燃料日益发展的大背景下，丙酮丁醇发酵作为一种绿色环保的生物燃料制备方法，能够将生物质作为发酵底物直接生产液体燃料丁醇，因而获得世界范围的关注和研究。目前，传统的丁醇发酵底物来源主要为淀粉质原料，包括玉米、薯类以及谷物等农产品，但原料来源单一，发酵成本较高，同时玉米、薯类、谷物等农产品作为我国主要的人口及禽畜用粮，过多消耗则不符合国家粮食安全发展趋势。因此，亟需开展生物丁醇发酵中非粮食种类底物的研究工作，寻找来源广泛且价格低廉的发酵底物，同时克服发酵抑制物的影响，提高丁醇产量，降低生产成本。
[0003]甘蔗糖蜜是一种呈粘稠状的深红棕色可流动液体，是工业利用甘蔗制糖的一种副产物，产量大且产地集中，具有成分单一稳定、不需要分选处理和质量可控等优势，在化工、轻工、食品、医药和建材行业中有较高的利用价值。糖蜜的主要成分为蔗糖、葡萄糖和果糖，占总含量的45％以上，可作为微生物生长发育所需碳源。此外，糖蜜中还含有许多微生物发酵所需的氨基酸、维生素、矿物盐等营养元素，是良好的发酵底物。但同时，糖蜜原料中也含有色素、有机酸、糖胶质和灰分等物质，对微生物具有毒性，会影响微生物生长，抑制发酵产物的产生。因此，利用糖蜜作为发酵底物进行丙酮丁醇发酵前，需针对性地对糖蜜的发酵抑制物进行去除，即对糖蜜进行精制脱毒，提高发酵产物的品质和发酵的效率。
[0004]我国糖厂主要的白砂糖生产方法为亚硫酸法，其生产过程大量使用磷酸和硫磺，产生磷酸钙和亚硫酸钙来吸附蔗汁中的杂质，以实现蔗汁澄清。因此，糖蜜废液中往往存在大量的亚硫酸根离子和磷酸根离子。根据相关文献报道，SO
32
‑
对于丙酮
‑
丁醇发酵具有强抑制作用。此外，糖蜜中含有的粗蛋白质，多属于非蛋白氮类，以氨氮为主，生物学价值较低。丁醇发酵过程中，过多的NH
4+
导致丙酮丁醇梭菌胞体内NADH(还原性辅酶Ⅰ)的利用受到抑制，降低总溶剂产量，因此需要对糖蜜中原有的氨氮进行适当的去除。
[0005]糖蜜中的胶质、灰分等发酵抑制物，需通过澄清工艺进行处理。糖蜜中的色素是丙酮丁醇发酵过程中主要的生长抑制物，对梭菌生长具有明显细胞毒性。色素主要来源于酚类物质以及一些高分子聚合物，包括焦糖化反应中酚类物质分解后缩聚形成以及还原糖与氨基酸发生美拉德反应生成的高分子深色物质。目前常用的糖脱色方法主要有两种，第一种是通过在酸化水解后的糖蜜中加入比表面积很高的活性炭，通过物理吸附作用进行去除，但产生的活性炭废弃物较多，经济与环保性较差；第二种则是通过膜过滤的方法对色素进行分离提取，该方法成本较高且色素去除效率较低。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种糖蜜精制脱毒及发
酵生产丙酮、丁醇的方法，本专利技术的方法经济环保，能够有效地对糖蜜进行精制脱毒，降低糖蜜中色素、有机酸、糖胶质和灰分等物质对发酵反应的抑制作用，提高发酵液的品质和发酵的效率，从而提高丙酮、丁醇等产物的产量。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供的技术方案为：
[0008]一种糖蜜精制脱毒的方法，包括如下步骤：
[0009](1)脱灰分、胶质：将糖蜜稀释，稀释后加入酸液调节pH至溶液呈酸性，水浴加热溶液使糖蜜中的非还原糖水解转化为还原糖，之后加入絮凝剂，搅拌后静置，使胶质絮凝沉降，冷却后取上层澄清液，加入钙盐调节pH至中性，离心过滤硫酸钙沉淀，得到清液；
[0010](2)脱磷除氮：向清液中加入含镁无机化合物和含磷无机化合物并搅拌，同时用碱液调节pH至碱性，生成鸟粪石沉淀，过滤沉淀后得到澄清液；
[0011](3)脱色：向澄清液中加入大孔吸附树脂震荡脱色，之后过滤，所得滤液即为精制脱毒后的糖蜜溶液。
[0012]作为上述方案的进一步改进，所述步骤(1)中，糖蜜稀释至波美度为15～30
°
B
é
；所述酸液包括硫酸或磷酸，酸液调节溶液的pH至1.5～3.5；所述水浴加热的温度为60～95℃，加热时间为0.5～3h。
[0013]作为上述方案的进一步改进，所述步骤(1)中，絮凝剂为无机絮凝剂、有机絮凝剂或无机絮凝剂与有机絮凝剂的混合物，所述无机絮凝剂包括聚合氯化铝、聚合硫酸铁或聚合氯化铝铁，所述有机絮凝剂包括聚丙烯酰胺；无机絮凝剂的加入量为50～300ppm，有机絮凝剂的加入量为5～20ppm。
[0014]作为上述方案的进一步改进，所述步骤(2)中，含镁无机化合物包括氧化镁、氢氧化镁、氯化镁、硫酸镁、碳酸镁中的一种或多种的组合物，含磷无机化合物包括磷酸、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、磷酸三钠中的一种或多种的组合物；所述含镁无机化合物的加入量满足n(NH
4+
):n(Mg
2+
)＝1:1～1.4，所述含磷无机化合物的加入量满足n(NH
4+
):n(PO
43
‑
)＝1:0.6～1，其中n(NH
4+
)代表溶液中总的NH
4+
的物质的量。
[0015]在进行鸟粪石法去除氨氮过程中，根据反应机理，碱性条件下，n(NH
4+
):n(Mg
2+
):n(PO
43
‑
)为1:1:1进行反应生成鸟粪石沉淀。经过多次实验验证，得出n(NH
4+
):n(Mg
2+
)＝1:1～1.4，n(NH
4+
):n(PO
43
‑
)＝1:0.6～1的范围内，均能得到较好的氨氮去除效果。进行发酵实验后，获得的溶剂产量也更高。
[0016]作为上述方案的进一步改进，所述钙盐为氧化钙，所述碱液为氢氧化钠溶液，碱液调节溶液的pH至8.0～10.0；所述步骤(3)中，大孔吸附树脂包括非极性树脂、中极性树脂和极性树脂中的一种或多种的混合物，大孔吸附树脂的加入量为糖蜜质量的2～12％；震荡的方式为摇床震荡，震荡时间为15～90min。
[0017]在糖蜜精制脱毒过程中，先加入钙盐后加入镁盐，防止Mg
2+
与Ca
2+
竞争PO
43
‑
，生成磷酸钙沉淀，从而不利于NH
4+
的去除。鸟粪石法是溶液中同时去除氨氮及PO
43
‑
最常用的方法之一，通过加入一定量的含镁、磷沉淀剂，在碱性条件下，PO
43
‑
、NH
4+
和Mg
2+
以1:1:1的物质量比例进行反应，生成难溶性的磷酸铵镁，即鸟粪石沉淀，进一步通过过滤便可除去。糖蜜中的胶质、灰分等发酵抑制物通过大分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种糖蜜精制脱毒的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)脱灰分、胶质：将糖蜜稀释，稀释后加入酸液调节pH至溶液呈酸性，水浴加热溶液使糖蜜中的非还原糖水解转化为还原糖，之后加入絮凝剂，搅拌后静置，使胶质絮凝沉降，冷却后取上层澄清液，加入钙盐调节pH至中性，离心过滤硫酸钙沉淀，得到清液；(2)脱磷除氮：向清液中加入含镁无机化合物和含磷无机化合物并搅拌，同时用碱液调节pH至碱性，生成鸟粪石沉淀，过滤沉淀后得到澄清液；(3)脱色：向澄清液中加入大孔吸附树脂震荡脱色，之后过滤，所得滤液即为精制脱毒后的糖蜜溶液。2.根据权利要求1所述的糖蜜精制脱毒的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，糖蜜稀释至波美度为15～30
°
B
é
；所述酸液包括硫酸或磷酸，酸液调节溶液的pH至1.5～3.5；所述水浴加热的温度为60～95℃，加热时间为0.5～3h。3.根据权利要求1或2所述的糖蜜精制脱毒的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，絮凝剂为无机絮凝剂、有机絮凝剂或无机絮凝剂与有机絮凝剂的混合物，所述无机絮凝剂包括聚合氯化铝、聚合硫酸铁或聚合氯化铝铁，所述有机絮凝剂包括聚丙烯酰胺；无机絮凝剂的加入量为50～300ppm，有机絮凝剂的加入量为5～20ppm。4.根据权利要求1所述的糖蜜精制脱毒的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，含镁无机化合物包括氧化镁、氢氧化镁、氯化镁、硫酸镁、碳酸镁中的一种或多种的组合物，含磷无机化合物包括磷酸、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、磷酸三钠中的一种或多种的组合物；所述含镁无机化合物的加入量满足n(NH
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):n(Mg
2+
)＝1:1～1.4，所述含磷无机化合物的加入量满足n(NH
4+
):n(PO
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‑
)＝1:0.6～1，其中n(NH
4+
)代表溶液中总的NH
4+
的物质的量。5.根据权利要求1所述的糖蜜精制脱毒的方法，其特征在于，所述钙盐为氧化钙，所述碱液为氢氧化钠...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈新德，王梦琨，熊莲，陈雪芳，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：