利用甜高粱茎秆浓缩汁液生产燃料乙醇的方法_井欣专利（茎秆,汁液,浓缩）-早鸽网

利用甜高粱茎秆浓缩汁液生产燃料乙醇的方法

专利名称

利用甜高粱茎秆浓缩汁液生产燃料乙醇的方法
发明者

井欣, 张敏华, 张鲲, 洪解放, 邹少兰, 马媛媛
公开日

2010年9月22日
申请日期

2010年4月14日
优先权日

2010年4月14日
申请人

天津大学
文档编号

C12R1/865GK101838668SQ20101014618
关键字

茎秆汁液浓缩高粱燃料利用生产
权利要求

利用甜高粱茎秆浓缩汁液生产燃料乙醇的方法，其特征是由下述步骤组成(1)机械压榨甜高粱茎秆，获得糖液；(2)浓缩所述糖液得到糖汁，使糖汁中总糖的质量浓度达到50％-63％；(3)调节步骤(2)获得的糖汁的浓度，得到总糖的质量浓度为5％-13.5％的稀糖汁，调节pH至3.8-4.5，并加入青霉素，使青霉素浓度为0.5-10U/ml；(4)加入酿酒酵母菌，进行酵母培养；(5)流加所述步骤(2)获得的糖汁，进行发酵；(6)精馏，获得乙醇，再经脱水，得燃料乙醇2.根据权利要求1所述的利用甜高粱茎秆浓缩汁液生产燃料乙醇的方法，其特征是所述步骤(2)中所述浓缩是采用机械蒸汽再压缩技术进行3.根据权利要求1所述的利用甜高粱茎秆浓缩汁液生产燃料乙醇的方法，其特征是所述步骤(4)为加入酿酒酵母菌，使所述酿酒酵母菌的质量浓度为0.01% 0.3% ；在 30士5°C、搅拌转速为40-150rpm，每间隔0. 1-3小时通无菌空气l-lOmin，所述无菌空气的通入量为0. I-IOmVm3发酵液/h，待酵母菌浓度达到1. O X IO8个细胞/ml以上，停止通无菌空气4.根据权利要求1所述的利用甜高粱茎秆浓缩汁液生产燃料乙醇的方法，其特征是所述步骤(5)为流加所述步骤(2)获得的糖汁，糖汁流加的速度控制在发酵液中总糖的质量浓度在15%以下，待发酵液中乙醇的体积浓度为6% 7%时停止流加，采用间歇发酵、半连续发酵、连续发酵或带有酵母回用的发酵方式发酵，待发酵液中乙醇的体积浓度为 12.0% -18. 0%，残总糖的质量浓度在2. 0%以下，残还原糖的质量浓度为0. 2%以下时停止发酵
技术领域

本发明属于生物工程技术领域，涉及一种生产乙醇的方法，更具体地是涉及一种利用甜高粱茎秆浓缩汁液制备燃料乙醇的方法
背景技术
具体实施例方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明实施例1利用甜高粱茎秆浓缩汁液生产燃料乙醇的方法，由下述步骤组成(1)机械压榨甜高粱茎秆，过滤去沉淀，得到糖液；甜高粱渣打包自然晾干或干燥，用于生物质发电或作为饲料或用于造纸等；(2)将步骤⑴中得到的糖液采用机械蒸汽再压缩技术(MVR mechancial vapourrecompression)浓缩至总糖的质量浓度为55%的糖汁；(3)调节步骤(2)获得的糖汁的浓度，得到总糖的质量浓度为10%的稀糖汁，调节 pH至3.9 士0. 1，并加入青霉素，使青霉素浓度为0. 5U/ml ；(4)加入酿酒酵母菌，使所述酿酒酵母菌的质量浓度为0. ；在30°C、搅拌转速为lOOrpm，每间隔0. 5小时通无菌空气8min，所述无菌空气的通入量为4m3/m3发酵液/h，待酵母菌浓度达到1.0X108个细胞/ml以上，停止通无菌空气；(5)流加所述步骤(2)获得的糖汁，糖汁流加的速度控制在发酵液中总糖的质量浓度在15%以下，待发酵液中乙醇的体积浓度为7%时停止流加，采用间歇发酵方式发酵，待发酵液中乙醇的体积浓度为15.0%，残总糖的质量浓度在2.0%以下，残还原糖的质量浓度为0.2%以下时停止发酵；(6)精馏，获得乙醇，再经脱水，得燃料乙醇乙醇得率90. 72%实施例2利用甜高粱茎秆浓缩汁液生产燃料乙醇的方法，由下述步骤组成(1)机械压榨甜高粱茎秆，过滤去沉淀，得到糖液；甜高粱渣打包自然晾干或干燥，用于生物质发电或作为饲料或用于造纸等；(2)将步骤(1)中得到的糖液采用MVR技术，浓缩至总糖的质量浓度为56%的糖汁；(3)调节步骤(2)获得的糖汁的浓度，得到总糖的质量浓度为8%的稀糖汁，调节 pH至4. 4 士 0. 1，并加入青霉素，使青霉素浓度为2U/ml ；(4)加入酿酒酵母菌，使所述酿酒酵母菌的质量浓度为0. 05% ；在31°C、搅拌转速为80rpm，每间隔1小时通无菌空气5min，所述无菌空气的通入量为2m3/m3发酵液/h，待酵母菌浓度达到1. OX IO8个细胞/ml以上，停止通无菌空气；(5)流加所述步骤(2)获得的糖汁，糖汁流加的速度控制在发酵液中总糖的质量浓度在15%以下，待发酵液中乙醇的体积浓度为6%时停止流加，采用半连续发酵方式发酵，待发酵液中乙醇的体积浓度为18.0%，残总糖的质量浓度在2.0%以下，残还原糖的质量浓度为0. 2%以下时停止发酵；(6)精馏，获得乙醇，再经脱水，得燃料乙醇乙醇得率90. 05%实施例3利用甜高粱茎秆浓缩汁液生产燃料乙醇的方法，由下述步骤组成(1)机械压榨甜高粱茎秆，过滤去沉淀，得到糖液；甜高粱渣打包自然晾干或干燥，用于生物质发电或作为饲料或用于造纸等；(2)将步骤(1)中得到的糖液采用薄膜蒸发器进行浓缩，浓缩至总糖的质量浓度为60%的糖汁；(3)调节步骤(2)获得的糖汁的浓度，得到总糖的质量浓度为5%的稀糖汁，调节 pH至3.9 士0. 1，并加入青霉素，使青霉素浓度为8U/ml ；(4)加入酿酒酵母菌，使所述酿酒酵母菌的质量浓度为0. 3% ；在35°C、搅拌转速为150rpm，每间隔0. 1小时通无菌空气lmin，所述无菌空气的通入量为10m3/m3发酵液/h，待酵母菌浓度达到1. OX IO8个细胞/ml以上，停止通无菌空气；(5)流加所述步骤(2)获得的糖汁，糖汁流加的速度控制在发酵液中总糖的质量浓度在15%以下，待发酵液中乙醇的体积浓度为7%时停止流加，采用连续发酵方式发酵，待发酵液中乙醇的体积浓度为12.0%，残总糖的质量浓度在2.0%以下，残还原糖的质量浓度为0.2%以下时停止发酵；(6)精馏，获得乙醇，再经脱水，得燃料乙醇乙醇得率91. 37%实施例4利用甜高粱茎秆浓缩汁液生产燃料乙醇的方法，由下述步骤组成(1)机械压榨甜高粱茎秆，过滤去沉淀，得到糖液；甜高粱渣打包自然晾干或干燥，用于生物质发电或作为饲料或用于造纸等；(2)将步骤(1)中得到的糖液采用薄膜蒸发器进行浓缩，浓缩至总糖的质量浓度为50%的糖汁；(3)调节步骤(2)获得的糖汁的浓度，得到总糖的质量浓度为13. 5%的稀糖汁，调节PH至4. 0 士 0. 1，并加入青霉素，使青霉素浓度为5U/ml ；(4)加入酿酒酵母菌，使所述酿酒酵母菌的质量浓度为0. 01% ；在25°C、搅拌转速为40rpm，每间隔3小时通无菌空气lOmin，所述无菌空气的通入量为lm3/m3发酵液/h，待酵母菌浓度达到1. OX IO8个细胞/ml以上，停止通无菌空气；(5)流加所述步骤(2)获得的糖汁，糖汁流加的速度控制在发酵液中总糖的质量浓度在15%以下，待发酵液中乙醇的体积浓度为6%时停止流加，采用带有酵母回用的发酵方式发酵，待发酵液中乙醇的体积浓度为14. O %，残总糖的质量浓度在2. O %以下，残还原糖的质量浓度为0. 2%以下时停止发酵；(6)精馏，获得乙醇，再经脱水，得燃料乙醇乙醇得率92. 02%实施例5利用甜高粱茎秆浓缩汁液生产燃料乙醇的方法，由下述步骤组成(1)机械压榨甜高粱茎秆，过滤去沉淀，得到糖液；甜高粱渣打包自然晾干或干燥，用于生物质发电或作为饲料或用于造纸等；(2)将步骤(1)中得到的糖液采用MVR技术，浓缩至总糖的质量浓度为63%的糖汁；(3)调节步骤(2)获得的糖汁的浓度，得到总糖的质量浓度为5%的稀糖汁，调节 pH至4. 1 士0. 1，并加入青霉素，使青霉素浓度为10U/ml ；(4)加入酿酒酵母菌，使所述酿酒酵母菌的质量浓度为0. 06% ；在28°C、搅拌转速为70rpm，每间隔2小时通无菌空气lmin，所述无菌空气的通入量为0. ImVm3发酵液/h，待酵母菌浓度达到1. OX IO8个细胞/ml以上，停止通无菌空气；(5)流加所述步骤(2)获得的糖汁，糖汁流加的速度控制在发酵液中总糖的质量浓度在15%以下，待发酵液中乙醇的体积浓度为7%时停止流加，采用间歇发酵方式发酵，待发酵液中乙醇的体积浓度为16.0%，残总糖的质量浓度在2.0%以下，残还原糖的质量浓度为0.2%以下时停止发酵；(6)精馏，获得乙醇，再经脱水，得燃料乙醇乙醇得率90. 14%实施例6利用甜高粱茎秆浓缩汁液生产燃料乙醇的方法，由下述步骤组成(1)机械压榨甜高粱茎秆，过滤去沉淀，得到糖液；甜高粱渣打包自然晾干或干燥，用于生物质发电或作为饲料或用于造纸等；(2)将步骤(1)中得到的糖液采用MVR技术，浓缩至总糖的质量浓度为60%的糖汁；(3)调节步骤(2)获得的糖汁的浓度，得到总糖的质量浓度为11%的稀糖汁，调节 pH至4. 2 士0. 1，并加入青霉素，使青霉素浓度为0. 6U/ml ；(4)加入酿酒酵母菌，使所述酿酒酵母菌的质量浓度为0. 12% ；在32°C、搅拌转速为90rpm，每间隔1小时通无菌空气6min，所述无菌空气的通入量为0. 5m3/m3发酵液/h，待酵母菌浓度达到1. OX IO8个细胞/ml以上，停止通无菌空气；(5)流加所述步骤(2)获得的糖汁，糖汁流加的速度控制在发酵液中总糖的质量浓度在15%以下，待发酵液中乙醇的体积浓度为7%时停止流加，采用间歇发酵方式发酵，待发酵液中乙醇的体积浓度为13.9%，残总糖的质量浓度在2.0%以下，残还原糖的质量浓度为0.2%以下时停止发酵；(6)精馏，获得乙醇，再经脱水，得燃料乙醇乙醇得率91. 02%实施例7

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权力要求
说明书
法律状态

专利名称：利用甜高粱茎秆浓缩汁液生产燃料乙醇的方法化石能源的过量开采和使用，使世界面临严重的能源危机和环境危机，寻找替代的可持续的环保的绿色能源，成为世界能源战略的重点。生物质因其清洁、可循环再生等优点被认为是最有希望的替代能源之一。从目前的技术水平看，最成熟的技术是从生物体内提取油类，或将糖质和淀粉质原料转化成燃料乙醇。目前中国主要以陈化粮为原料生产燃料乙醇，但生产成本在4000元/吨以上，而且还造成粮食的浪费。因此当前最主要的任务是加大研究力度，寻找新的生产燃料乙醇的原料，降低生产燃料乙醇的成本。甜高粱茎秆富含糖分和纤维，是一种比较理想的生产燃料乙醇的原料。甜高粱是普通高粱的变种，是优良的饲料，也是生产酒精的优质原料。与其它能够生产酒精的能源作物相比，具有明显的优势第一，甜高粱属c4植物，光合作用效率高，它所合成的碳水化合物的产量是玉米或甜菜的2-3倍。一般每公顷产鲜茎秆75吨，籽粒1.8-7. 5 吨。第二，甜高粱属高能作物，生长旺盛期每亩甜高粱每天合成的碳水化合物可生产3. 2L 乙醇，而玉米、小麦和普通高粱分别只有1L、0. 2L和0. 6L。第三，甜高粱抗旱、耐涝、耐盐碱，适应环境能力强。我国耕地面积有限，因此盐碱地，特别是海滨滩涂，是发展燃料乙醇产业最理想的区域，而甜高粱是生产燃料乙醇的最适宜原料作物。从生产条件看，我国盐碱地的面积为5. 2亿亩，已开垦种植的只有8652. 58万亩，开发利用潜力巨大。目前，利用甜高粱茎秆生产乙醇研究较多的是利用甜高粱茎秆汁液或籽粒加汁液的方法进行发酵生产，如中国专利申请号=200710304648. 8《一种利用甜高粱制备乙醇的方法》、申请号=200510076833. 7《甜高粱秸秆汁液生产乙醇的方法》等，这些专利申请中公开的甜高粱茎秆汁液中糖浓度较低，生产出的乙醇浓度低，这在工业生产上其经济性较差。
本发明的目的是克服现有技术中存在的甜高粱茎秆汁液液体发酵生产的乙醇浓度较低的不足，提供一种利用甜高粱茎秆浓缩汁液生产燃料乙醇的方法。本发明的技术方案概述如下利用甜高粱茎秆浓缩汁液生产燃料乙醇的方法，由下述步骤组成(1)机械压榨甜高粱茎秆，获得糖液；(2)浓缩所述糖液得到糖汁，使糖汁中总糖的质量浓度达到50% -63% ；(3)调节步骤⑵获得的糖汁的浓度，得到总糖的质量浓度为5% -13. 5%的稀糖汁，调节PH至3. 8-4. 5，并加入青霉素，使青霉素浓度为0. 5-10U/ml ；(4)加入酿酒酵母菌，进行酵母培养；(5)流加所述步骤(2)获得的糖汁，进行发酵；(6)精馏，获得乙醇，再经脱水，得燃料乙醇。所述步骤(2)中所述浓缩是采用机械蒸汽再压缩技术进行。所述步骤(4)为加入酿酒酵母菌，使所述酿酒酵母菌的质量浓度为0.01% 0. 3% ；在30士5°C、搅拌转速为40-150rpm，每间隔0. 1-3小时通无菌空气l-10min，所述无菌空气的通入量为0. l-10m3/m3发酵液/h，待酵母菌浓度达到1. 0 X 108个细胞/ml以上，停止通无菌空气。所述步骤(5)为流加所述步骤⑵获得的糖汁，糖汁流加的速度控制在发酵液中总糖的质量浓度在15%以下，待发酵液中乙醇的体积浓度为6% 7%时停止流加，采用间歇发酵、半连续发酵、连续发酵或带有酵母回用的发酵方式发酵，待发酵液中乙醇的体积浓度为12. 0% -18. 0%，残总糖的质量浓度在2. 0%以下，残还原糖的质量浓度为0. 2%以下时停止发酵。本发明的优点(1)本发明将甜高粱茎秆进行压榨，糖液浓缩成质量浓度为 50 % -60 %的糖汁，使得糖汁在较长时间内能满足发酵生产需要，避免甜高粱茎秆及甜高粱茎秆糖液储存难的问题(糖液在4°C下仅能储存14天)，而且不用额外添加防腐剂就可以在糖罐中贮存，从而避免因为添加防腐剂而影响酵母菌的生长及发酵。(2)本发明生产得到的乙醇浓度高，在12% (v/v)以上，比现在固态发酵得到的6-7% (v/v)高，也比直接用高粱茎秆汁液发酵得到的乙醇浓度高。(3)本发明采用流加糖汁的方式发酵，减少了底物对酵母菌的抑制。若采用酵母回用技术，则更能缩短发酵周期，提高发酵效率，可以降低能耗，提高设备利用率和生产效率。(4)本发明可以生产燃料乙醇，也可以生产食用酒精，还可以两者皆生产，取决于市场变化。(5)本发明中甜高粱茎秆榨汁后产生的高粱渣经自然晾干或干燥后可以燃烧发电，也可以作为动物饲料，还可以用于造纸行业。(6)本发明以甜高粱茎秆为原料发酵产醇，从根本上改变了以粮食为原料生产乙醇的现状。利用甜高粱茎秆浓缩汁液生产燃料乙醇的方法，由下述步骤组成(1)机械压榨甜高粱茎秆，过滤去沉淀，得到糖液；甜高粱渣打包自然晾干或干燥，用于生物质发电或作为饲料或用于造纸等；(2)将步骤(1)中得到的糖液采用MVR技术，浓缩至总糖的质量浓度为55%的糖汁；(3)调节步骤(2)获得的糖汁的浓度，得到总糖的质量浓度为12%的稀糖汁，调节 pH至4. 3 士0. 1，并加入青霉素，使青霉素浓度为2. 5U/ml ；(4)加入酿酒酵母菌，使所述酿酒酵母菌的质量浓度为0. 08% ；在33°C、搅拌转速为llOrpm，每间隔1小时通无菌空气4min，所述无菌空气的通入量为0. 8m3/m3发酵液/h，待酵母菌浓度达到1. OX IO8个细胞/ml以上，停止通无菌空气；(5)流加所述步骤(2)获得的糖汁，糖汁流加的速度控制在发酵液中总糖的质量浓度在15%以下，待发酵液中乙醇的体积浓度为7%时停止流加，采用间歇发酵方式发酵，待发酵液中乙醇的体积浓度为14.5%，残总糖的质量浓度在2.0%以下，残还原糖的质量浓度为0.2%以下时停止发酵；(6)精馏，获得乙醇，再经脱水，得燃料乙醇。乙醇得率90. 36%。
本发明公开了一种利用甜高粱茎秆浓缩汁液生产燃料乙醇的方法，其特征是具有下述步骤(1)机械压榨甜高粱茎秆，获得糖液；(2)浓缩糖液得到糖汁；(3)调节步骤(2)获得的糖汁的浓度，得到稀糖汁，调节pH值并加入青霉素；(4)加入酿酒酵母菌，进行酵母培养；(5)流加步骤(2)获得的糖汁，进行发酵；(6)精馏，获得乙醇，再经脱水，得燃料乙醇。本发明的优点浓缩的糖汁不用额外添加防腐剂就可以在糖罐中贮存，避免因防腐剂而影响酵母菌的生长及发酵；得到的乙醇浓度高。

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