一種木薯片發酵制備乙醇的方法技術

本發明專利技術涉及一種木薯片發酵制備乙醇的方法，以木薯片為原料，經粉碎、擠壓、酸洗、分離、堿洗、酸洗、二次酶解、分開發酵、濃縮制得乙醇，本發明專利技術最大程度利用木薯片中各有效成分，縮短了發酵時間，提高了乙醇得率。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種利用木薯片發酵生產乙醇的生產方法。
技術介紹
木薯是世界種植非常廣泛的薯類植物之一，主要種植地位于熱帶和亞熱帶地區。木薯現主要用于生產木薯淀粉，也可以直接加工成食品，還可以通過發酵生產乙醇、山梨醇、檸檬酸等產品。木薯干中淀粉含量大70%左右，非常適合作為乙醇的生產原料。以木薯為原料發酵生產乙醇可以減少有其他糧食類發酵生產乙醇，具有明顯的戰略和社會效益。現有技術中，以木薯為原料生產乙醇的工藝，一般采用高溫高壓蒸煮法進行液化，這樣會造成原料中可發酵物質變性流失，耗能較高;其次，現有技術中主要酶解發酵對象是淀粉，木薯片中的纖維素、半纖維素和其它聚合糖類未能有效利用；此外，整個工藝酶解效率不高，體現在:(I)同時多種酶進行酶解，因各種酶適宜的條件不同，木薯片中的淀粉、纖維素和半纖維素，以及其他聚合糖類難以同時完全水解成葡萄糖，最終乙醇得率不高；⑵分次酶解，雖然各成分水解完全，乙醇得 率提高，但是酶解時間延長。因此，進一步研究木薯片生產乙醇，減少各種酶的使用量，縮短酶解時間，從而提高糖化率和乙醇得率，對于有效利用木薯片具有重要的實際意義。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種省時以及高乙醇得率的木薯片發酵制備乙醇的方法。為實現本專利技術的目的，采用以下技術方案。，該方法包括如下具體步驟: a.將木薯片加水浸潤，濕法粉碎； b.將粉碎后的產物，進擠出機擠壓； c.取步驟b所得的擠壓物料，加入木薯片3倍質量的水，再加酸調至pH為2-6，加熱至80-950C，攪拌浸泡2-4h，過濾得濾液和濾渣A，濾液減壓濃縮至原體積1/3得濾液A ； d.取步驟c所得的濾渣A，加入木薯片3倍質量的水，加堿調至pH為7-9，加熱至80-95 0C，攪拌浸泡2-6h后，加酸調節pH至4_7，保溫80-95 °C攪拌浸泡2_4h ； e.向步驟d所得的物料中加入木聚糖酶和糖化酶，用功率為160-200W的超聲波超聲l-2min后關閉超聲波，保溫酶解1.5小時后，再次超聲波超聲l_2min，保溫酶解1.5小時后，酶解溫度為40-60°C ； f.向步驟e所得的物料中加入糖化酶、淀粉酶和纖維素酶，用功率為100-150W的超聲波超聲l_2min后關閉超聲波，保溫酶解6小時后，再次超聲波超聲l_2min后關閉超聲波，保溫酶解6小時后，酶解溫度為60-80°C。酶解完成后，過濾得濾液和濾渣B，濾液減壓濃縮至原體積1/3得濾液B ； g.向步驟c所得濾液A中接入畢赤樹酵母發酵后的含乙醇的發酵液A; h.向步驟f所得濾液B中接入釀酒酵母發酵后的含乙醇的發酵液B； 1.取步驟g的發酵液A和步驟h的發酵液B過濾后混合，再經精餾提純得到濃度為95%以上的乙醇。步驟a木薯片濕法粉碎后過20目篩，加入水的質量為木薯片質量的20-45%。此處加入水量不宜過多，浸濕物料即可。粉碎過篩后的木薯片物料在擠出機中，在設定的參數下擠壓，在出口處瞬間減壓，從而膨脹得蓬松物料，一方面有利于木薯片中淀粉、纖維素和木質素的分離，提高淀粉和纖維素對酶的可及性，其次擠壓有利于打破纖維素的結晶結構，進一步提高纖維素對酶的可及性。步驟b所述的擠出機為塑料加工工業常用的單螺桿擠出機，擠出溫度為70-90°C，螺桿轉速80-100轉/分鐘，步驟b所述的濾液A是經納濾膜過濾后濃縮獲得，入膜壓力為2_4Mpa。步驟c和步驟d加入的酸液為鹽酸、磷酸、硫酸、檸檬酸的一種或幾種的組合；步驟d加入的堿液為氫氧化鉀、氫氧化鈉和氫氧化鈣的一種或幾種的組合。其中，步驟c加酸液清洗所得濾液A為含戊糖和其它可溶性糖的混合溶液；濾渣A為淀粉、纖維素、半纖維素和木質素。步驟d先用堿洗在用酸調節pH至酸性酶解，堿洗提高纖維素的水解效率。步驟e木聚糖酶的加入量為1.0-1.5U/g干木薯片，糖化酶的加入量為60_80U/g干木薯片。本步驟同時加入2種酶，木聚糖酶促進木薯片中存在的半纖維素的水解，糖化酶促進木薯片中淀粉初步水解。步驟f糖化酶的加入量為60-80U/g干木薯片，淀粉酶的加入量為30_40U/g干木薯片，纖維素酶的加入量為2-4U/g干木薯片。本步驟同時加入3種酶，協同促進木薯片中存在纖維素和淀粉的水解。步驟e和步驟f使用超聲，能夠加速酶的分散以及促進酶與底物的接觸，提高水解率。超聲功率設定在160-200W和100-150W，功率的大小與使用酶的種類經過優選確定。步驟g畢赤樹酵母接種濃度5-10g/L，在30_50°C、通氣比為0.2-0.8的好氧條件下發酵36_48h。步驟h釀酒酵母接種濃度20_40g/L，在30_50°C、厭氧條件下發酵36_48h。本專利技術提供的，其優點在于: (I)木薯片經擠壓后，能有效使淀粉、纖維素與木質素分離，增加淀粉和纖維素與酶的可及性，水解更加充分，糖化率提高。(2)步驟C酸液洗滌的含戊糖等可溶性糖，并針對該種糖單獨發酵，提高木薯片的綜合利用效率。(3)酶解分二次進行，首次加入木聚糖酶和糖化酶，第二次為淀粉酶、糖化酶和纖維素酶，二次酶解的主要對象不同，首次對象為半纖維素，第二次對象為淀粉和纖維素，進過本專利技術提出的二次酶解方案，提高水解效率，能夠充分利用木薯片中的有效成分。(4)酶解過程中，使用超聲方式，一方面能夠增加酶與底物的接觸，另一方面提高酶在酸性條件下的活性，提高水解率，減少水解時間。【具體實施方式】以下結合數個實施例進一步說明本專利技術以及創新之處。應當理解，所列出的實施例僅用于具體說明本專利技術而非對本專利技術的進一步限定，本領域技術人員在充分理解之后可以對實施例進行適當調整，這些仍然在本專利技術的保護范圍之內。實施例1 將IOkg木薯片加2.0kg水，粉碎后過20目篩，在70° C、螺桿轉速80轉/分鐘條件下經螺桿造壓，在出口處瞬間減壓膨化得到多孔蓬松物料；將上述多孔蓬松物料中加入20kg水，攪拌條件下用濃硫酸調節PH2.0，加熱至80°C，攪拌浸泡2.0h，過濾得濾液和濾渣A，濾液減壓濃縮至原體積1/3得濾液A ； 將濾液A在30° C、通氣比為0.2的好氧條件下經5 g/L畢赤樹干酵母發酵36h后得到乙醇溶液； 濾渣A中加入20kg水，攪拌條件下用氫氧化鈉調節pH為7.0，加熱至80°C，攪拌浸泡2.0h，加硫酸調節pH為4.0，保溫浸泡2h后，加入木聚糖酶和糖化酶水解，加入量為木聚糖酶1.0U/g干木薯片，糖化酶60U/g干木薯片，再用功率為160W的超聲波超聲Imin后關閉超聲波，保溫酶解1.5小時后，再次超聲波超聲lmin，保溫酶解1.5小時后，酶解溫度為40°C ; 向上述所得的物料中加入糖化酶、淀粉酶和纖維素酶，糖化酶的加入量為60U/g干木薯片，淀粉酶的加入量為30U/g干木薯片，纖維素酶的加入量為2U/g干木薯片。用功率為IOOff的超聲波超聲2min后關閉超聲波，保溫酶解6小時后，再次超聲波超聲2min后關閉超聲波，保溫酶解6小時后，酶解溫度為60°C。酶解完成后，過濾得濾液和濾渣B，濾液減壓濃縮至原體積1/3得濾液B ； 將濾液B在30° C、厭氧發酵條件下經20 g/L釀酒酵母發酵36h后得到乙醇溶液。最后將濾液A和濾液B發酵得到的乙醇溶液精餾提濃后得到純度為95 %的乙醇。實施例2 將IOk本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種木薯片發酵制備乙醇的方法，該方法包括：a.?將木薯片加水浸潤，濕法粉碎；b.?將粉碎后的產物，進擠出機擠壓；c.?取步驟b所得的擠壓物料，加入木薯片3倍質量的水，再加酸調至pH為2?6，加熱至80?95℃，攪拌浸泡2?4h，過濾得濾液和濾渣A，濾液減壓濃縮至原體積1/3得濾液A；d.?取步驟c所得的濾渣A，加入木薯片3倍質量的水，加堿調至pH為7?9，加熱至80?95℃，攪拌浸泡2?6h后，加酸調節pH至4?7，保溫80?95℃攪拌浸泡2?4h；e.?向步驟d所得的物料中加入木聚糖酶和糖化酶，用功率為160?200W的超聲波超聲1?2min后關閉，保溫酶解1.5小時后，再次超聲1?2min，保溫酶解1.5小時后，酶解溫度為40?60℃；f.?向步驟e所得的物料中加入糖化酶、淀粉酶和纖維素酶，用功率為100?150W的超聲波超聲1?2min后關閉，保溫酶解6小時后，再次超聲1?2min后關閉，保溫酶解6小時后，酶解溫度為60?80℃；酶解完成后，過濾得濾液和濾渣B，濾液減壓濃縮至原體積1/3得濾液B；g.?向步驟c所得濾液A中接入畢赤樹酵母發酵后的含乙醇的發酵液A；h.?向步驟f所得濾液B中接入釀酒酵母發酵后的含乙醇的發酵液B；i.?取步驟g的發酵液A和步驟h的發酵液B過濾后混合，再經精餾提純得到濃度為95%以上的乙醇。...

【技術特征摘要】
1.一種木薯片發酵制備乙醇的方法，該方法包括: a.將木薯片加水浸潤，濕法粉碎； b.將粉碎后的產物，進擠出機擠壓； c.取步驟b所得的擠壓物料，加入木薯片3倍質量的水，再加酸調至pH為2-6，加熱至80-950C，攪拌浸泡2-4h，過濾得濾液和濾渣A，濾液減壓濃縮至原體積1/3得濾液A ； d.取步驟c所得的濾渣A，加入木薯片3倍質量的水，加堿調至pH為7-9，加熱至80-95 0C，攪拌浸泡2-6h后，加酸調節pH至4_7，保溫80-95 °C攪拌浸泡2_4h ； e.向步驟d所得的物料中加入木聚糖酶和糖化酶，用功率為160-200W的超聲波超聲l-2min后關閉，保溫酶解1.5小時后，再次超聲l_2min，保溫酶解1.5小時后，酶解溫度為40-60 0C ； f.向步驟e所得的物料中加入糖化酶、淀粉酶和纖維素酶，用功率為100-150W的超聲波超聲l_2min后關閉，保溫酶解6小時后，再次超聲l_2min后關閉，保溫酶解6小時后，酶解溫度為60-80°C ； 酶解完成后，過濾得濾液和濾渣B，濾液減壓濃縮至原體積1/3得濾液B ； g.向步驟c所得濾液A中接入畢赤樹酵母發酵后的含乙醇的發酵液A; h.向步驟f所得濾液B中接入釀酒酵母發酵后的含乙醇的發酵液B； 1.取步驟g的發酵液A和步驟h的發酵液B過濾后混合，再經精餾提純得到濃度為95%以上的乙醇。2.根據權利要求1所述的一種木薯片發酵制備乙醇的方法，其特征在于步驟a木薯片濕法粉碎后過20目篩，加入...

【專利技術屬性】
技術研發人員：帥放文，王向峰，章家偉，
申請(專利權)人：湖南爾康制藥股份有限公司，
類型：發明
國別省市：湖南;43