专利名称：一种多酶复配、分步水解餐厨废弃物制备燃料乙醇的方法在石化资源日益枯竭，能源价格不断高涨的的背景下，发展新型可再生能源引起世界各国强烈关注。为缓解石油压力，我国在本世纪初就开始了燃料乙醇的试点计划，生产乙醇的原料几经转变。粮食作物生产乙醇由于成本较高且备受争议，已被政府所禁止，秸秆、玉米芯等木质纤维素类原料存在底物结构复杂、活低等瓶颈问题，而利用餐厨废弃物生产燃料乙醇，既可以实现餐厨废弃物的无害化处理，又得到了清洁的可再生能源，还可获得生物柴油、蛋白饲料等附加产品，实现餐厨废弃物的减量化、资源化综合利用。餐厨废弃物具有含水量高、含油量高、营养成分丰富、易腐烂变质等特点。其干基主要成分有淀粉、膳食纤维、蛋白质、脂类等物质，其中的淀粉、纤维素、半纤维素等都是大分子类碳水化合物，具有复杂而稳定的结构，无法被酵母等微生物直接利用来发酵生产乙醇，因此，采取必要的辅助水解手段对餐厨废弃物发酵生产燃料乙醇至关重要。传统的物理处理法效果不理想且能耗过大，而化学处理法操作麻烦，易带来环境污染。酶解法由于操作条件温和，能耗低，无污染，在成本和设备方面显示出独特优势。CN 101565720A公开了一种用餐厨废弃物生产工业乙醇的方法，餐厨废弃物经人工分拣后加水稀释，然后加入淀粉酶、糖化酶、蛋白酶和在50-60°C下酶解2-4h，高温灭菌后接种酵母发酵60-7池。该乙醇生产工艺需要加水稀释、高温灭菌且酶解、发酵周期长，容易造成资源、能源的浪费。CN 100567474C公开了一种适用于餐厨垃圾乙醇发酵的复合酵母及应用方法，该复合酵母由糖化酶、淀粉酶、蛋白酶及耐高温酵母按一定比例组合而成，可一次性加入餐厨垃圾中进行同步糖化发酵。该方法虽然可以节约水资源且没有高温灭菌步骤，但反应只能在30-35°C的酵母发酵温度下作用，使得各种酶活作用无法充分发挥，酶解效率低且发酵时间较长，为48-60h。
本发明提供了一种多酶复配、分步水解餐厨废弃物来制备燃料乙醇的方法，克服了单一酶解的缺陷，使餐厨垃圾中的淀粉、纤维素类碳水化合物高效转化为可发酵性单糖， 大幅缩短乙醇发酵时间，提高乙醇产量。本发明所述的一种由液化酶、糖化酶、果胶酶复配，分步水解餐厨废弃物制备燃料乙醇的方法包括如下步骤(1)将收集的餐厨垃圾人工分拣出金属、塑料、玻璃等非生物质类组分，剩余的生物质类组分经浙水浙油后进行械粉碎，使其粒径< 8mm ；(2)粉碎后的餐厨垃圾直接加入液化酶进行液化，温度保持在80-100°C，液化时间 30min，加酶量为 0. 05% -0. 2% (ν/ν)；(3)液化物料用硫酸或氢氧化钠调节pH为4. 5-5.0，在45_50°C下同时加入糖化酶与果胶酶进行酶解，时间为2-4h，加酶量为糖化酶0.02% -0.1% (v/v)，果胶酶 0. 005% -0. 02% (ν/ν)；(4)酶解后用硫酸或氢氧化钠调节物料pH为5-6，在30°C下直接接种酿酒干酵母进行厌氧发酵，接种量为0.3% (ν/ν)，发酵时间为15-24h。所述的原料为餐厨垃圾，其中的生物质类组分经浙水浙油后进行械粉碎，使粒径 ^ 8mm。所述的多酶复配酶包括液化酶、糖化酶和果胶酶。所述的液化酶加酶量为0. 05% -0. 2% (ν/ν)。所述的糖化酶与果胶酶酶解温度为45-50°C。所述的加酶量为糖化酶0. 02 % -0. 1% (ν/ν)，果胶酶 0. 005 % -0. 02 % (ν/ν)。本发明运用多酶复配来分步水解餐厨废弃物制备燃料乙醇，结合酶解原理分析其具备以下特点1.液化酶使部分淀粉水解为糊精、麦芽糖和葡萄糖，步骤( 用高效液化酶使餐厨废弃物粘度迅速降低，淀粉水解度(DE值)达到35以上，为后续酶解传质过程提供有利条件。2.糖化酶可从糖链分子非还原末端顺次水解α _1，4与α _1，6糖苷键，将淀粉、糊精、麦芽糖等水解为葡萄糖；果胶酶可破坏植物细胞壁结构，同时可部分水解木聚糖及纤维二糖，降低各组分的抑制作用，释放被包裹的淀粉、蛋白质等大分子，增大酶的可作用表面， 提高原料利用率。步骤C3)在接近酶的最优作用条件下，同时加入糖化酶与果胶酶，使其同步作用于餐厨废弃物中的淀粉、纤维素、果胶等大分子碳水化合物，消除相互抑制，充分水解为葡萄糖等可发酵性糖，大幅度提高后续乙醇发酵的产量。3.反应条件温和，酶解和发酵过程无需加水稀释和添加其它营养成分，省去高温灭菌步骤，可大幅缩短乙醇发酵时间，较好的节约了水资源和能源。4.实现餐厨废弃物的无害化、减量化、能源化高效利用，维护了公共卫生安全并可以缓解能源压力。图1餐厨垃圾多酶复配、分步水解生产燃料乙醇流程图。图2餐厨垃圾空白样液相色谱图。图3餐厨垃圾经液化酶、糖化酶与果胶酶复配、分步水解后的液相色谱图。图4餐厨垃圾乙醇发酵后的液相色谱图


本发明公开了一种利用多酶复配、分步水解餐厨废弃物制备燃料乙醇的方法，第一阶段利用液化酶在80-100℃液化20min；第二阶段在45-50℃下加入糖化酶、果胶酶共同作用2-4h，使餐厨废弃物中碳水化合物大分子充分水解为可发酵性单糖；第三阶段将酶解产物在30℃下直接接种酿酒干酵母，进行乙醇发酵15-20h。本发明通过多种酶复配、分段控温使各种酶及酵母发挥最优活力，充分利用底物的营养物质；无需加水稀释和高温灭菌，同时大幅缩短乙醇发酵时间，较好的节约了水资源和能源。