本发明专利技术属于生姜秸秆废弃物综合利用技术领域，具体涉及一种生姜秸秆半糖化发酵制备乙醇的方法。本发明专利技术中生姜秸秆半糖化发酵制备乙醇的方法，包括以下步骤：（1）生姜秸秆预处理；（2）纤维素酶对预处理后的生姜秸秆进行预糖化，获得还原糖；（3）向（2）中糖化的物料中加入酵母菌，半糖化发酵获得乙醇。本发明专利技术中，采用稀硫酸对生姜秸秆进行预处理，有利于提高纤维素酶对生姜秸秆的糖化效果，此外，本发明专利技术中酵母菌采用YPD培养基和含有生姜秸秆糖化液的培养基进行培养，提高了酵母菌对于生姜秸秆中存在的天然抑菌类成分的耐受性，进而更好地利用生姜秸秆糖化后产生的葡萄糖、木糖等还原糖并发酵生成乙醇，提高了生姜秸秆的生物利用率。提高了生姜秸秆的生物利用率。提高了生姜秸秆的生物利用率。
【技术实现步骤摘要】
一种生姜秸秆半糖化发酵制备乙醇的方法
[0001]本专利技术属于生姜秸秆废弃物综合利用
，具体涉及一种生姜秸秆半糖化发酵制备乙醇的方法。
技术介绍
[0002]生姜秸秆处理难度大的最主要原因是：生姜秸秆中的成分与生姜的根茎很相似，含有大量的挥发油、姜辣素、姜酚、姜醇、姜黄素等生物活性成分，一方面，这些成分较辛辣，使得生姜秸秆难以被用作饲料来饲喂家畜；另一方面，这些活性成分中大多具有一定的抑菌性，是良好的天然抑菌剂，普通的微生物对其并不具有耐受性，因而生姜秸秆难以被降解，若是直接还田容易造成姜瘟。
[0003]现阶段，对于生姜秸秆的利用大多是采用化学的方法将生姜秸秆中的活性成分提取出来，以提高生姜秸秆的利用率，但是化学方法提取处活性成分后，生姜秸秆的固体残渣依旧没有良好的处理方式，最终以固体废弃物的形式而丢弃，造成资源的浪费以及环境的污染。
[0004]生姜秸秆是作物秸秆的一种，传统的玉米、小麦、高粱等秸秆无疑是生物质燃料的良好原料，但是由于生姜秸秆中成分的特殊性，目前并无直接将生姜秸秆进行转化来生产生物质能源的相关研究。
技术实现思路
[0005]为了解决以上的技术问题，本专利技术提供了一种生姜秸秆半糖化发酵制备乙醇的方法。
[0006]本专利技术所提供的一种生姜秸秆半糖化发酵制备乙醇的方法，主要包括以下的步骤：
[0007](1)生姜秸秆的预处理：生姜秸秆分段、破碎、稀酸处理；
[0008](2)采用纤维素酶对(1)中经预处理后的生姜秸秆进行预糖化，获得还原糖；
[0009](3)向(2)中糖化后的物料中加入酵母菌，发酵制备乙醇。
[0010]上述的步骤中，(1)中所述的稀酸为稀硫酸、稀醋酸中的任一种。
[0011]优选的，(1)中所述的稀酸为稀硫酸。
[0012]进一步的，(1)中所述的稀酸，其质量分数为0.3～0.5％，稀酸处理的温度为120～130℃，生姜秸秆与稀酸的质量体积之比为1g：5～10mL。
[0013]优选的，(1)中所述的稀酸，其质量分数为0.5％，稀酸处理的温度为121℃，生姜秸秆与稀酸的质量体积之比为1g：5mL。
[0014]进一步的，(1)中所述的生姜秸秆预处理，具体操作如下：
[0015]取生姜秸秆，分段、破碎成1～3cm的小块，将粉碎后的生姜秸秆小块置于高温高压蒸煮锅中，同时向其中加入0.3～0.5％的稀硫酸，生姜秸秆与稀硫酸的质量体积比为1g：5～10mL，然后于120～130℃条件下处理1～2h，过滤，收集预处理后的生姜秸秆固体残留物，
用自来水冲洗至中性，烘干，然后于常温条件下保存备用。
[0016]上述的步骤(2)中，所述的糖化温度为40～50℃，反应的pH为4.0～5.0，糖化的过程中搅拌，搅拌的转速为160～200rpm，糖化8～15h。
[0017]优选的，(2)中所述的糖化温度为48℃，反应的pH为4.8，糖化的过程中搅拌，搅拌的转速为180rpm，糖化12h。
[0018]优选的，(2)中所采用的纤维素酶为商用纤维素酶Cellic CTec2，该酶制剂由诺维信提供，滤纸酶的活性为180FPU/g。
[0019]上述的步骤(3)中，以酵母浸出粉胨葡萄糖培养基(YPD培养基)和含有(2)中生姜秸秆糖化液的培养基对酵母菌进行培养，其中酵母浸出粉胨葡萄糖培养基包括2％葡萄糖、2％蛋白胨、1％酵母粉。
[0020]步骤(3)中，酵母菌的接种量为3～6％，发酵的温度为25～35℃，pH为4.0～5.0，发酵时间为60～84h。
[0021]优选的，步骤(3)中，酵母菌的接种量为6％，发酵的温度为30℃，pH为4.8，发酵时间为72h。
[0022]本专利技术的有益效果在于：
[0023]一方面，本专利技术开发了生姜秸秆的一种新的应用途径，即将生姜秸秆发酵生产制备生物质燃料乙醇，特别是本专利技术中酵母菌采用YPD培养基与含有生姜秸秆糖化液的培养基进行培养，使得酵母菌对生姜秸秆水解液中存在的糠醛、羟甲基糠醛、甲酸、乙酸等天然抑菌性活性成分的耐受性得到了提升，使其在发酵过程中能够承受生姜发酵液中的不利成分的抑制作用，成功实现了将生姜秸秆中纤维素糖化后获得的还原性糖到乙醇的转化，最终葡萄糖的乙醇转化率高达90.31％，乙醇浓度13.95g/L。
[0024]另一方面，本专利技术中采用稀硫酸对生姜进行预处理，通过稀硫酸对半纤维素的水解，并进一步破坏生姜秸秆中的部分木质素结构，脱除木质素，更有利于生姜秸秆半糖化发酵的进行，此外，本专利技术中采用半糖化发酵的工艺还能够避免高浓度糖对酶解过程的抑制，同时在反应初期还可以获得高的酶解反应速率。
附图说明
[0025]图1为本专利技术的实施例1中采用YPD培养基和生姜秸秆糖化液培养基培养获得的酵母菌对稀硫酸预处理后的生姜秸秆进行发酵后的样品HPLC图；
[0026]图2为本专利技术的对比例1中采用YPD培养基培养获得的酵母对蒸汽爆破预处理后的生姜秸秆进行发酵后的样品HPLC图；
[0027]图3为本专利技术的对比例2中不同纤维素酶剂量下蒸汽爆破预处理后的生姜秸秆发酵过程中葡萄糖的转化率；
[0028]图4为本专利技术的对比例3中稀酸预处理和汽爆预处理姜秸秆发酵液中残糖浓度的变化情况；
[0029]图5为本专利技术的对比例3中稀酸预处理和汽爆预处理姜秸秆发酵液中乙醇生成量的变化情况；
[0030]图6为本专利技术的对比例4中不同预处理分批补料半同步糖化发酵过程中各成分的变化情况，其中，(a)图为发酵过程中残余葡萄糖的含量变化情况，(b)图为发酵过程中乙醇
的转化率变化情况，(c)图为发酵过程中残余木糖含量变化情况。
具体实施方式
[0031]为了能使本领域技术人员更好的理解本专利技术，现结合具体实施方式对本专利技术进行更进一步的阐述。
[0032]本专利技术中的生姜秸秆原料均取自山东潍坊。
[0033]商用纤维素酶Cellic CTec2由诺维信提供，滤纸酶活性为180FPU/g。
[0034]本专利技术中所采用的酵母菌为市售的普通酵母菌。
[0035]实施例1
[0036](1)生姜秸秆预处理：取生姜秸秆，分段、破碎成1～3cm的小块，将粉碎后的生姜秸秆小块置于高温高压蒸煮锅中，同时向其中加入0.5％的稀硫酸，生姜秸秆与稀硫酸的质量体积比为1g：5mL，然后于125℃条件下处理1.5h，过滤并收集预处理后的生姜秸秆固体残留物，用自来水冲洗至中性，40℃烘干，于常温条件下保存备用；
[0037](2)将(1)中经稀硫酸预处理后的生姜秸秆固体残留物、商业纤维素酶Cellic CTec2、醋酸钠缓冲液(0.2M、pH为4.8)，加入三角瓶中，于48℃，150rpm的条件下酶解糖化12h，其中，初始固形物浓度为10％，纤维素酶用量为40FPU/g底物[干物质(DM)]；
[0038](3)选用YPD培养基和含有姜秸秆糖化液的培养基本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种生姜秸秆半糖化发酵制备乙醇的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）生姜秸秆预处理：生姜秸秆分段、破碎、稀酸处理；（2）采用纤维素酶对（1）中经预处理后的生姜秸秆进行预糖化，获得还原糖；（3）向（2）中糖化后的物料中加入酵母菌，发酵制备乙醇。2.如权利要求1所述的一种生姜秸秆半糖化发酵制备乙醇的方法，其特征在于，（1）中所述的稀酸为稀硫酸、稀醋酸中的任一种。3.如权利要求1所述的一种生姜秸秆半糖化发酵制备乙醇的方法，其特征在于，（1）中所述的稀酸，其质量分数为0.3~0.5%，稀酸处理的温度为120~130℃，生姜秸秆与稀酸的质量体积之比为1 g：5~10 mL。4.如权利要求1所述的一种生姜秸秆半糖化发酵制备乙醇的方法，其特征在于，（1）中所述的生姜秸秆预处理，具体操作如下：取生姜秸秆，分段、破碎成1~3 cm的小块，将粉碎后的生姜秸秆小块置于高温高压蒸煮锅中，同时向其中加入0.3~0.5%的稀硫酸，生...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘光鹏，张一鸣，赵岩，姚旖旎，初乐，葛邦国，马艳蕊，李学震，
申请(专利权)人：中华全国供销合作总社济南果品研究所，
类型：发明
国别省市：
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