本發明專利技術涉及能源領域，公開了一種以堿蓬原料制備生物乙醇的方法。包括以下步驟：（1）收集堿蓬桿并進行除雜，粉碎等前處理；（2）將處理后的堿蓬桿與氫氧化鈉溶液混合，在100℃～115℃下預處理10min～30min；（3）將南極低溫菌株活化并接種于麩皮產酶培養基中，培養獲得低溫酶；（4）將堿蓬桿預處理液pH調為4.5～5.5，按一定的量添加低溫酶或常溫纖維素酶或兩者復配酶，接種8%的酵母活化液，在一定條件下進行同步糖化發酵；（5）將發酵液進行蒸餾獲得高純度生物乙醇。本發明專利技術利用堿蓬桿為原料制備生物乙醇，工藝簡單可行，實現了堿蓬高效資源化利用，具有一定的經濟效益，且將南極低溫酶在同步糖化發酵中進行了應用，提高了發酵效果。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于生物質能源領域，涉及到一種制取生物乙醇的方法，具體為一種以鹽堿地植物堿蓬桿為原料制取生物乙醇的技術方法，尤其涉及南極低溫纖維素酶在堿蓬桿同步糖化發酵生產乙醇中的應用。
技術介紹
隨著化石資源的日益枯竭和環境污染的不斷惡化，不斷尋求綠色新型可再生資源普遍為世界各國所重視，其中以生物質為原料開發生產生物乙醇是當今能源領域的一個研究熱點，并成為世界各國研究和推廣的重要課題之一。當前我國，在“不與人爭糧，不與糧爭地”的原則下，第二代生物乙醇的研究開發取得了重要進展，然而仍面臨不少問題，如原料的供給存在制約及收集成本較高，工藝技術上存在瓶頸等等。當前生物乙醇在原料上主要是以廢棄的農作物秸桿(如麥桿、稻草桿、玉米桿等)為主要原料，雖然對這些廢棄農作物的研究和利用具有重要的意義，但是這些原料來源仍然有限，仍然受到糧食和土地供給的制約，且在現實中收購這些原料成本費用較高。自然界中每年通過光合作用可以生成約1550億噸的纖維資源，然而并未被能源研究者充分重視。因此，尋找更多纖維含量高、易降解的自然生長的生物質原料以降低成本勢在必行。堿蓬為生長在鹽堿濕地的藜科(Chenopodiaceae)堿蓬屬(Suaeda spp.) 一年生草本植物,在我國東北、西北及沿海濕地廣泛存在。由于其具有耐鹽堿、耐貧瘠等特點，加之其新鮮莖葉中含有豐富的蛋白質和多種微量元素，其籽粒中含有較高的脂肪含量，故當前對堿蓬的研究利用主要針對其生態價值和營養價值。而堿蓬作為一年生植物，每年秋季后都會產生大量的堿蓬枯桿并最終大多數通過泥土自然降解而消失掉，而這些枯干中含有豐富的纖維素和半纖維素，這并未被人們所重視，如將其中的纖維成分加以研究利用開發生物乙醇等能源產品無疑具有重要的研究意義。分步糖化發酵(S HF)和同步糖化發酵(SSF)是當前制取生物乙醇較常用的兩種基本發酵方式，尤其是同步糖化發酵具有簡化設備，節約總生產時間，并能克服葡萄糖對纖維素酶的反饋抑制作用等諸多優點，因而在工業化生產中更常用。但在同步糖化發酵中最大的弊端是酵母的低溫發酵溫度與纖維素酶高酶解溫度之間的矛盾，而當前研究應用中大多是取二者的折中溫度，這既降低了纖維素酶的酶活，也影響了發酵效率。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供，解決當前同步糖化發酵制取乙醇中酵母與纖維素酶的各自最適作用溫度不一致的這一關鍵問題，提高同步發酵效率。本專利技術利用野生堿蓬枯桿為原料制取生物乙醇，并將從南極土樣中篩選到的一株產低溫纖維素酶的菌株QP7應用于堿蓬同步糖化發酵制取乙醇中，獲得了較好的發酵效果，尤其是該菌株所產低溫酶與常溫酶復配時，極大的提高了發酵效果，本專利技術中所應用菌株QP7保藏在中國典型培養物保藏中心，保藏號CCTCC N0:M2012257,保藏日期2012年6月28日。本專利技術是通過以下技術方案實現的，具體步驟如下(I)堿蓬桿的前處理收集秋季堿蓬枯桿，去雜、干燥后，將堿蓬桿進行粉碎處理；(2)堿蓬桿的預處理將經步驟(I)處理后的堿蓬桿與濃度為O. 5% 1. 0% (w/w)的氫氧化鈉溶液以1:8 1:25 (g/ml)的料液比,在100。。 115°C處理IOmin 30min ；(3)堿蓬桿發酵培養基的制備將(2)預處理后的堿蓬桿料液ph值調為4. 5 5. 5，并添加至終濃度(w/v)為O. 3%的酵母粉，O. 5%的蛋白胨，O. 02%的尿素，O. 4%的硫酸鎂，O. 01%磷酸氫二銨；(4)同步糖化發酵制備乙醇①應用常溫纖維素酶在步驟(3)制備好的發酵培養基中接入質量比8%的高活性釀酒酵母，以15u/g 25u/g量添加常溫纖維素酶，在34±2°C、110 150rpm發酵24 72h ；或②應用低溫纖維素酶在步驟(3)制備好的發酵培養基中接入質量比8%的高活性釀酒酵母，以15u/g 25u/g量添加上述方法制備的低溫纖維素酶的粗酶液，在34±2°C、110 150rpm 發酵 24 72h ；或③低溫酶與常溫酶聯合復配應用在步驟(3)制備好的發酵培養基中接入質量比8%的高活性釀酒酵母，以總酶活為15u/g 25u/g的量按一定比例添加常溫纖維素酶和低溫纖維素酶的粗酶液，在 34±2°C、110 150rpm發酵24 72h ；(5)檢測步驟(4)獲得的發酵液中乙醇含量，并將其蒸餾得到高純度生物乙醇；所述的低溫纖維素酶是由從南極土樣中篩選出來的南極低溫菌株QP7產生，該菌株的保藏地中國典型培養物保藏中心，保藏號CCTCC N0:M2012257o進一步，所述的步驟(4)中低溫酶與常溫酶聯合復配應用時常溫纖維素酶和上述方法制備的低溫纖維素酶的粗酶液分別以酶活量2:1比例添加。進一步，所述的低溫纖維素酶的粗酶液制備方法，具體包括以下步驟①將實驗室保存的從南極土樣中篩選出來的南極低溫菌株QP7接種活化；②將①活化后的種子液以質量比5%的量接種于麩皮產酶培養基中，在低溫搖床上150rpm，14-16°C培養3-5天將②培養好的QP7產酶培養基進行高速離心，離心液即作為低溫纖維素酶的粗酶液，并測定酶活；進一步，所述的麩皮產酶培養基的組成為(MM)2SO4O. 5% (g/ml), MgSO4O. 02% (g/ml)，麩皮 3% (g/ml)ο 本專利技術與現有技術相比的有益效果I)本專利技術實現了堿蓬桿資源化的利用，進一步豐富了生物質原料的來源，高效獲得了生物乙醇這一能源產品，且具有工藝簡單，生產周期短特點；2)針對當前生物乙醇同步發酵技術中的酵母與常溫纖維素酶溫度不匹配，所取折中溫度導致兩者作用效果均下降的這一突出難點，本專利技術將篩選的南極低溫菌株QP7產生的低溫纖維素酶在堿蓬同步發酵中進行了應用嘗試，所產低溫纖維素酶最適酶活力溫度35°C -40°C，釀酒酵母的最適活力溫度是32°C _38°C，常溫纖維素酶的最適活力溫度為50°C _55°C，本專利技術同時利用釀酒酵母和低溫菌株QP7產生的低溫纖維素酶對堿蓬原料進行發酵，取得了較好的效果，尤其是該低溫酶與常溫酶聯合應用時，乙醇產量大幅度提高。這是因為纖維素酶是多組分酶系，當某一組分酶相對量較少時，會產生木桶效應；而低溫纖維素酶的添加能夠彌補短板，提高整體酶活力。另外低溫纖維素酶的最適酶活溫度與同步糖化發酵溫度抑制，能發揮最大酶活力，提高降解效率。特別是該低溫酶的最適作用溫度(38°C左右)與酵母發酵的溫度相匹配，這對解決同步發酵中的這一難點具有重要的突破意義，并為最終規模化的應用及大幅度提高同步糖化發酵效率奠定了重要基礎，對相關領域的發展提供了有益的啟示。附圖說明圖1為堿蓬桿制取生物乙醇的工藝流程圖；圖2為發酵液蒸餾前乙醇含量；南極低溫菌株QP7,分類命名 verticillium longisporum sp. QP7 (phy),該菌株保藏在武漢中國典型培養物保藏中心，保藏號CCTCC N0:M2012257，保藏日期2012年6月28臼。具體實施例方式下面通過實施例結合附圖來對本專利技術的技術方案做進一步的解釋，但本專利技術的保護范圍不受實施例任何形式上的限制。實施例1常溫纖維素酶的應用 ，具體步驟如下(I)堿蓬桿的前處理①收集堿蓬枯桿，并除去雜質；②將①除雜后的堿蓬桿進行干燥將②處理后的堿蓬桿進行粉碎處理，粉碎至粒徑本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種以堿蓬為原料制備生物乙醇的方法，其特征在于具體步驟如下：（1）堿蓬桿的前處理：收集秋季堿蓬枯桿，去雜、干燥后，將堿蓬桿進行粉碎處理；（2）堿蓬桿的預處理：將經步驟（1）處理后的堿蓬桿與濃度為0.5%～1.0%（w/w）的氫氧化鈉溶液以1:8～1:25（g/ml）的料液比，在100℃～115℃處理10min～30min；（3）堿蓬桿發酵培養基的制備：將（2）預處理后的堿蓬桿料液ph值調為4.5～5.5，并添加至終濃度(w/v)為0.3%的酵母粉,0.5%的蛋白胨，0.02%的尿素，0.4%的硫酸鎂，0.01%磷酸氫二銨；（4）同步糖化發酵制備乙醇：①應用常溫纖維素酶在步驟（3）制備好的發酵培養基中接入質量比8%的高活性釀酒酵母，以15u/g～25u/g量添加常溫纖維素酶，在34±2℃、110～150rpm發酵24～72h；或②應用低溫纖維素酶在步驟（3）制備好的發酵培養基中接入質量比8%的高活性釀酒酵母，以15u/g～25u/g量添加低溫纖維素酶的粗酶液，在34±2℃、110～150rpm發酵24～72h；或③低溫酶與常溫酶聯合復配應用在步驟（3）制備好的發酵培養基中接入質量比8%的高活性釀酒酵母，以總酶活為15u/g～25u/g的量按一定比例添加常溫纖維素酶和低溫纖維素酶的粗酶液，在34±2℃、110～150rpm發酵24～72h；（5）檢測步驟（4）獲得的發酵液中乙醇含量，并將其蒸餾得到高純度生物乙醇；所述的低溫纖維素酶是由從南極土樣中篩選出來的南極低溫菌株QP7產生，該菌株的保藏地：中國典型培養物保藏中心，保藏號CCTCC?NO:M2012257。...
【技術特征摘要】
1.一種以堿蓬為原料制備生物乙醇的方法，其特征在于具體步驟如下(1)堿蓬桿的前處理收集秋季堿蓬枯桿，去雜、干燥后，將堿蓬桿進行粉碎處理；(2)堿蓬桿的預處理將經步驟(I)處理后的堿蓬桿與濃度為O.5% 1. 0% (w/w)的氫氧化鈉溶液以1:8 1:25 (g/ml)的料液比，在10CTC 115°C處理IOmin 30min ；(3)堿蓬桿發酵培養基的制備將(2)預處理后的堿蓬桿料液ph值調為4.5 5. 5，并添加至終濃度(w/v)為O. 3%的酵母粉，O. 5%的蛋白胨，O. 02%的尿素，O. 4%的硫酸鎂，O. 01% 磷酸氫二銨；(4)同步糖化發酵制備乙醇①應用常溫纖維素酶在步驟(3)制備好的發酵培養基中接入質量比8%的高活性釀酒酵母，以15u/g 25u/g量添加常溫纖維素酶，在34±2°C、110 150rpm發酵24 72h ；或②應用低溫纖維素酶在步驟(3)制備好的發酵培養基中接入質量比8%的高活性釀酒酵母，以15u/g 25u/g量添加低溫纖維素酶的粗酶液，在34±2°C、110 150rpm發酵 24 72h ；或③低溫酶與常溫酶聯合復配應用在步驟(3)制備好的發酵培養基中接入質量比8% 的高活性釀酒酵母，以總酶活為15u/g 25u/g的量按一定比例添加...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王能飛，明凱利，其他發明人請求不公開姓名，
申請(專利權)人：國家海洋局第一海洋研究所，
類型：發明
國別省市：
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