專利名稱：一種利用海藻化工廢料生產乙醇和飼料的方法
技術領域：
本發明屬于海洋資源生物技術領域，尤其涉及一種利用海藻化工廢料通過酶和微生物的生物轉化生產乙醇和蛋白質類飼料的方法。
背景技術：
海藻主要指褐藻(海帶、巨藻、海蘊、泡葉藻、裙帶菜、羊棲菜、馬尾藻、繩藻、紫菜等)等在海洋中自然或人工養殖的藻類。我國山東、福建、浙江等地有不同規模的人工養殖基地。南美洲和北美洲沿海有大量野生的巨藻等豐富的藻類資源。
海藻是重要的化工原料，可以用于生產海藻酸鈉、甘露醇、碘、褐藻糖膠等化工產品。我國在20世紀五十年代大規模推廣海帶等褐藻種養殖技術以后，圍繞海藻資源建立了以生產碘、甘露醇和海藻酸鈉(習稱“老三樣”)為主要產品的海藻工業體系，近年來又增加了褐藻糖膠等新產品。然而，隨著利用海藻生產化工產品的數量和品種的不斷增多，海藻經過化工過程后而形成的廢料的數量也在增加，并且有些地區還因這些殘渣廢料亂棄或缺少有效的處理方法和利用途徑造成環境污染，因此，海藻化工廢料的處理與綜合利用是海洋資源化學加工領域中需迫切解決的課題。
發明內容
針對海藻工業面臨的廢料造成的環境負擔和綜合利用需要解決的難題，本發明的目的是提供一種應用酶工程和微生物技術處理海藻化工廢料生產乙醇和飼料的技術。
本發明的技術方法包括三種基本方式一種方法是先用纖維素酶制劑將海藻工業廢料水解，然后接入釀酒酵母進行發酵。第二種是兩種微生物的串聯發酵方法。即，用纖維素酶產生菌發酵產生纖維素酶，同時水解海藻工業廢渣，然后進行釀酒酵母菌厭氧發酵。第三種方法是兩種微生物的混合發酵。即，將纖維素酶產生菌與釀酒酵母菌先進行混合培養，然后轉入厭氧發酵。
本發明所述利用海藻化工廢料生產乙醇和飼料的方法，具體由下述步驟組成(1)海藻化工廢料選擇所述廢料是海藻化學工業生產海藻酸鈉、甘露醇、碘或海藻糖膠產品過程中形成的含有纖維素成分的廢渣；其中所述海藻是海帶、馬尾藻、巨藻、海蘊、泡葉藻、裙帶菜、羊棲菜、繩藻、紫菜之一，所述廢渣是海帶、馬尾藻、巨藻、海蘊、泡葉藻、裙帶菜、羊棲菜、繩藻、紫菜廢渣之一或其任意比例混合；(2)酶制劑的選擇酶制劑為市售能夠將纖維素降解為可被釀酒酵母利用的單糖和寡糖的纖維素酶、半纖維素酶；(3)菌種選擇選用纖維素酶產生菌綠色木霉(Trichoderma viride)AF93252，武漢大學中國典型培養物保藏中心提供，保藏號為CCTCC NO.AF93252；釀酒酵母菌種安琪酵母，市售；(4)纖維素酶液體發酵菌種制備用步驟(3)所述的纖維素酶產生菌菌株，在無菌條件下，經試管斜面、搖瓶、一級種子罐、二級種子罐逐級放大培養，制得菌數達0D值1.0～1.2×10/ml的液體發酵菌種；
其中所述搖瓶、一級種子罐、二級種子罐使用的發酵培養基是以重量百分比計含0.1％蛋白胨、1.2％碳源的Mandel’s無機鹽營養液，pH5～6；所述斜面培養基是上述Mandel’s無機鹽營養加2％的瓊脂粉；所述搖瓶培養條件是溫度30℃～32℃，pH5～6，搖床轉速180～220r/min，培養時間48～60小時；一級種子罐，二級種子罐培養條件是溫度28℃～32℃，pH4.5～6，罐壓0.5Kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶0.8～1.0，攪拌轉速120～200r/min，好氧培養48～60小時；(5)海藻化工廢料酶法水解取步驟(1)所述的廢渣加水至渣濃度以重量百分比計為20％～35％，用稀酸溶液調節pH至4.5～6；以總量的重量百分比計，加入10％～30％量的市售纖維素酶或/和半纖維素酶制劑，28℃～32℃反應24～26小時，備用；(6)以釀酒酵母發酵生產乙醇用酵母基本培養基，在溫度30℃～37℃，pH4～6，活化釀酒酵母菌種，制備菌細胞數達1億/ml以上的釀酒酵母發酵菌液，備用；按步驟(5)制備的水解海藻化工廢料液體積量計，接入其體積百分比為10％～15％的釀酒酵母發酵菌液或0.1％～0.5％的市售安琪酵母顆粒進行厭氧密閉發酵，發酵溫度為28℃～32℃，pH值為4～6；發酵時間48～58小時，當檢測發酵醪酒精濃度達到體積百分比8％以上時，發酵停止；或者(7)海藻化工廢料發酵取步驟(1)所述的廢渣與步驟(4)所述的發酵培養基以重量比為1∶5～8的量混合，以裝料系數70～80％的量裝入發酵罐內，再以裝料量的重量百分比計，加入10％～15％步驟(4)所述的液體發酵菌種，以培養溫度28℃～32℃，pH4.5～6，罐壓0.6～0.8kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶0.8～1.0，攪拌轉速120～200r/min的條件，好氧發酵48～130小時后，備用；(8)厭氧發酵生產乙醇用酵母基本培養基，在溫度30℃～37℃，pH4～6，活化釀酒酵母菌種，制備菌細胞數達1億/ml以上的釀酒酵母發酵菌液，備用；按步驟(7)制備的發酵液體積量計，接入其體積百分比為10％～15％的釀酒酵母發酵菌液或0.1％～0.5％的市售安琪酵母顆粒進行厭氧密閉發酵，發酵溫度為28℃～32℃，pH值為4～6；發酵時間48～58小時，當檢測發酵醪酒精濃度達到體積百分比8％以上時，發酵停止；或者(9)海藻化工廢料混合發酵取步驟(1)所述的廢渣與步驟(4)所述的發酵培養基以重量比為1∶5～8的量混合，以裝料系數70～80％的量裝入發酵罐內，再以裝料量的重量百分比計，加入10％～15％步驟(4)所述的液體發酵菌種和5％～10％步驟(6)所述的用酵母基本培養基活化的釀酒酵母發酵菌液，以培養溫度28℃～32℃，pH4.5～6，罐壓0.6～0.8kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶0.8～1.0，攪拌轉速120～200r/min的條件，好氧發酵48～130小時，然后停止通氣，轉入厭氧密閉發酵階段，發酵溫度為28℃～32℃，pH值為4～6；發酵時間48～58小時，當檢測發酵醪酒精濃度達到體積百分比8％以上時，發酵停止；(10)液固分離采用尼龍布過濾或10000rpm離心10min方法進行發酵液的液固分離；上清液經采用減壓蒸餾方法蒸出乙醇，再濃縮，得濃度為90％以上的乙醇；沉淀的固體物質以兩種方式用作動物飼料①將濕料按飼養對象和目的需要，與成品飼料或飼料添加劑混合；直接用于飼喂動物；②將濕料在常溫下干燥，粉碎后以蛋白質類添加劑形式用于飼料加工。
上述利用海藻化工廢料生產乙醇和飼料的方法中，優選實施方式是步驟(4)至(9)所述的溫度是30℃。
步驟(4)至(9)所述的pH是5.0～6。
步驟步驟(4)、(7)或(9)所述的通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計為1∶0.9。
步驟(7)或(9)所述的好氧發酵時間是100-130小時。
本發明所述的酶工程技術是指纖維素酶、半纖維素酶等酶制劑的應用技術。所述的微生物技術是指產纖維素酶的微生物和利用酵母等產生乙醇等物質的微生物。所述的海藻化工廢渣廢液是指利用自然或人工養殖的藻類(海帶、巨藻、海蘊、泡葉藻、裙帶菜、羊棲菜、馬尾藻、繩藻、紫菜等)為原料生產海洋化工產品所形成的固體和液體廢物。所述的能源是指通過酶解發酵等生物轉化過程形成的乙醇等能量物質。所述的飼料是指以海藻化工廢渣廢液為原料經過生物轉化形成的富含蛋白質等營養成分的微生物及其代謝產物。
采用本發明的方法生產的乙醇等能源物質經濃縮后可以用于醫藥、食品、化工、交通等領域；生產的富含蛋白質及微生物代謝產物的飼料可以當作或用于制備家禽、家畜、水產等養殖業的“綠色”優質飼料。
為了更好地理解本發明的實質及本發明所述的生物轉化技術的效果，申請人使用多家工廠的海藻廢渣廢液，綜合利用酶工程技術和微生物技術對海藻化工廢渣進行了生物轉化、產能和產單細胞蛋白實驗。結果表明本發明所述的生物轉化技術能夠有效的利用不同的海藻工業廢物，產生乙醇和單細胞蛋白。
本發明為海藻化工廢渣廢液的綜合利用提供了經濟、環保、有效的工業技術，可以有效地解決海藻化工廢渣廢液造成的污染環境問題，變廢為寶，為海藻資源的充分和高值化利用，為發展海藻循環經濟提供重要的技術支持。
具體實施例方式
實施例1海帶廢渣，串聯發酵。
利用海藻化工廢料生產乙醇和飼料的方法，由下述步驟組成(1)海藻化工廢料選擇選海帶廢渣，根據廢渣的含水量不同，加入適量的水制成渣濃度以重量百分比計為30％的懸液，用稀酸溶液調節pH到5至6，備用。
(2)菌種選擇選用纖維素酶產生菌綠色木霉(Trichoderma viride)AF93252武漢大學中國典型培養物保藏中心提供，保藏號為CCTCC NO.AF93252；釀酒酵母菌種安琪酵母，從超市購買。
(3)液體發酵菌種制備用步驟(2)所述的纖維素酶產生菌菌株，在無菌條件下，經試管斜面、搖瓶、一級種子罐、二級種子罐逐級放大培養，制得菌數達OD值1.0～1.2×10/ml的液體發酵菌種；其中搖瓶、一級種子罐、二級種子罐使用的發酵培養基是以重量百分比計含0.1％蛋白胨、1.2％碳源的Mandel’s無機鹽營養液，pH6；所用斜面培養基是上述Mandel’s無機鹽營養加2％的瓊脂粉；所用搖瓶培養條件是溫度30℃，pH6，搖床轉速200r/min，培養時間48-50小時；一級種子罐，二級種子罐培養條件是溫度30℃，pH6，罐壓0.5Kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶0.9，攪拌轉速150r/min，好氧培養48-50小時；(4)海藻化工廢料發酵取步驟(1)所述的廢渣與步驟(3)所述的發酵培養基以重量比為1∶7的量混合，以裝料系數80％的量裝入發酵罐內，再以裝料量的重量百分比計，加入14％步驟(3)所述的液體發酵菌種，以培養溫度30℃，pH6，罐壓0.7～0.8kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶0.9，攪拌轉速150r/min的條件，好氧發酵120小時后備用；(5)厭氧發酵生產乙醇用酵母基本培養基溫度33℃，pH4.8，活化釀酒酵母菌種，制備菌細胞數達1億/ml以上的釀酒酵母發酵菌液，備用；按步驟(4)制備的發酵液體積量計，接入其體積百分比為14％的釀酒酵母發酵菌液或0.3％～0.5％的市售酵母顆粒進行厭氧密閉發酵，發酵溫度為30℃，pH值為4.8；發酵時間48-58小時，當檢測發酵醪酒精濃度達到體積百分比8％以上時，發酵停止；(6)液固分離采用尼龍布過濾或10000rpm離心10min方法進行發酵液的液固分離；上清液經采用減壓蒸餾方法蒸出乙醇，再濃縮，得濃度為90％以上的乙醇；沉淀的固體物質以如下方式用作動物飼料將濕料按飼養對象和目的需要，與成品飼料或飼料添加劑混合；直接用于飼喂動物。
實施例2馬尾藻廢渣，串聯發酵利用海藻化工廢料生產乙醇和飼料的方法，由下述步驟組成(1)海藻化工廢料選擇選馬尾藻廢渣，根據廢渣的含水量不同，加入適量的水制成渣濃度以重量百分比計為25％的懸液，用稀酸溶液調節pH到5.5，備用。
(2)菌種選擇綠色木霉(Trichoderma viride)AF93252，武漢大學中國典型培養物保藏中心(CCTCC)提供，保藏號AF93252；釀酒酵母菌種安琪酵母，從超市購買。
(3)液體發酵菌種制備用步驟(2)所述的纖維素酶產生菌菌株，在無菌條件下，經試管斜面、搖瓶、一級種子罐、二級種子罐逐級放大培養，制得菌數達OD值1.0～1.2×10/ml的液體發酵菌種；其中搖瓶、一級種子罐、二級種子罐使用的發酵培養基是以重量百分比計含0.1％蛋白胨、1.2％碳源的Mandel’s無機鹽營養液，pH5.5；所用斜面培養基是上述Mandel’s無機鹽營養加2％的瓊脂粉；所用搖瓶培養條件是溫度32℃，pH5.5，搖床轉速220r/min，培養時間54-60小時；一級種子罐，二級種子罐培養條件是溫度32℃，pH5.5，罐壓0.5Kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶1.0，攪拌轉速200r/min，好氧培養55-60小時；(4)海藻化工廢料發酵取步驟(1)所述的廢渣與步驟(3)所述的發酵培養基以重量比為1∶8的量混合，以裝料系數75％的量裝入發酵罐內，再以裝料量的重量百分比計，加入15％步驟(3)所述的液體發酵菌種，以培養溫度32℃，pH5.5，罐壓0.6～0.7kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶1.0，攪拌轉速200r/min的條件，好氧發酵78-100小時后備用；(5)厭氧發酵生產乙醇用酵母基本培養基溫度35℃-37℃，pH5.5，活化釀酒酵母菌種，制備菌細胞數達1億/ml以上的釀酒酵母發酵菌液，備用；按步驟(4)制備的發酵液體積量計，接入其體積百分比為15％的釀酒酵母發酵菌液或0.2％～0.4％的市售酵母顆粒進行厭氧密閉發酵，發酵溫度為32℃，pH值為5.5；發酵時間48-58小時，當檢測發酵醪酒精濃度達到體積百分比8％以上時，發酵停止；(6)液固分離采用尼龍布過濾或10000rpm離心10min方法進行發酵液的液固分離；上清液經采用減壓蒸餾方法蒸出乙醇，再濃縮，得濃度為90％以上的乙醇；沉淀的固體物質以如下方式用作動物飼料將濕料在常溫下干燥，粉碎后以蛋白質類添加劑形式用于飼料加工。
實施例3海帶原料，串聯發酵利用海藻化工廢料生產乙醇和飼料的方法，由下述步驟組成(1)海藻化工廢料選擇選干海帶粉碎，以約1∶40的比例，加入適量的水制成渣濃度以重量百分比計為35％的懸液，用稀酸溶液調節pH到5，備用。
(2)菌種選擇綠色木霉(Trichoderma viride)AF93252武漢大學中國典型培養物保藏中心(CCTCC)提供，保藏號AF93252；釀酒酵母菌種安琪酵母，從超市購買。
(3)液體發酵菌種制備用步驟(2)所述的纖維素酶產生菌菌株，在無菌條件下，經試管斜面、搖瓶、一級種子罐、二級種子罐逐級放大培養，制得菌數達OD值1.0～1.2×10/ml的液體發酵菌種；其中搖瓶、一級種子罐、二級種子罐使用的發酵培養基是以重量百分比計含0.1％蛋白胨、1.2％碳源的Mandel’s無機鹽營養液，pH5；所用斜面培養基是上述Mandel’s無機鹽營養加2％的瓊脂粉；所用搖瓶培養條件是溫度31℃，pH5，搖床轉速180r/min，培養時間48小時；一級種子罐，二級種子罐培養條件是溫度31℃，pH5，罐壓0.5Kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶0.8，攪拌轉速120r/min，好氧培養48小時；(4)海藻化工廢料發酵取步驟(1)所述的廢渣與步驟(3)所述的發酵培養基以重量比為1∶5的量混合，以裝料系數70％的量裝入發酵罐內，再以裝料量的重量百分比計，加入10％步驟(3)所述的液體發酵菌種，以培養溫度31℃，pH5，罐壓0.7～0.8kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶0.8，攪拌轉速120r/min的條件，好氧發酵48-60小時后備用；(5)厭氧發酵生產乙醇用酵母基本培養基溫度30℃-32℃，pH4，活化釀酒酵母菌種，制備菌細胞數達1億/ml以上的釀酒酵母發酵菌液，備用；按步驟(4)制備的發酵液體積量計，接入其體積百分比為10％的釀酒酵母發酵菌液或0.1％～0.3％的市售酵母顆粒進行厭氧密閉發酵，發酵溫度為31℃，pH值為4；發酵時間48-58小時，當檢測發酵醪酒精濃度達到體積百分比8％以上時，發酵停止；(6)液固分離采用尼龍布過濾或10000rpm離心10min方法進行發酵液的液固分離；上清液經采用減壓蒸餾方法蒸出乙醇，再濃縮，得濃度為90％以上的乙醇；沉淀的固體物質以兩種方式用作動物飼料①將濕料按飼養對象和目的需要，與成品飼料或飼料添加劑混合；直接用于飼喂動物；②將濕料在常溫下干燥，粉碎后以蛋白質類添加劑形式用于飼料加工。
實施例4巨藻廢渣，串聯發酵利用海藻化工廢料生產乙醇和飼料的方法，由下述步驟組成(1)海藻化工廢料選擇選巨藻廢渣，根據廢渣的含水量不同，加入適量的水制成渣濃度以重量百分比計為20％的懸液，用稀酸溶液調節pH到5.5，備用。
(2)菌種選擇選用纖維素酶產生菌綠色木霉(Trichoderma viride)AF93252武漢大學中國典型培養物保藏中心(CCTCC)提供，保藏號AF93252；釀酒酵母菌種安琪酵母，從超市購買。
(3)液體發酵菌種制備用步驟(2)所述的纖維素酶產生菌菌株，在無菌條件下，經試管斜面、搖瓶、一級種子罐、二級種子罐逐級放大培養，制得菌數達OD值1.0～1.2×10/ml的液體發酵菌種；其中搖瓶、一級種子罐、二級種子罐使用的發酵培養基是以重量百分比計含0.1％蛋白胨、1.2％碳源的Mandel’s無機鹽營養液，pH5.5；所用斜面培養基是上述Mandel’s無機鹽營養加2％的瓊脂粉；所用搖瓶培養條件是溫度30℃，pH5.5，搖床轉速200r/min，培養時間50-56小時；一級種子罐，二級種子罐培養條件是溫度30℃，pH5.5，罐壓0.5Kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶1.0，攪拌轉速200r/min，好氧培養50-56小時；(4)海藻化工廢料發酵取步驟(1)所述的廢渣與步驟(3)所述的發酵培養基以重量比為1∶6的量混合，以裝料系數75％的量裝入發酵罐內，再以裝料量的重量百分比計，加入13％步驟(3)所述的液體發酵菌種，以培養溫度30℃，pH5.5，罐壓0.7kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶0.9，攪拌轉速180r/min的條件，好氧發酵98-120小時后備用；(5)厭氧發酵生產乙醇用酵母基本培養基溫度35℃-36℃，pH5.5，活化釀酒酵母菌種，制備菌細胞數達1億/ml以上的釀酒酵母發酵菌液，備用；按步驟(4)制備的發酵液體積量計，接入其體積百分比為15％的釀酒酵母發酵菌液或0.2％～0.4％的市售酵母顆粒進行厭氧密閉發酵，發酵溫度為30℃，pH值為5.5；發酵時間48-58小時，當檢測發酵醪酒精濃度達到體積百分比8％以上時，發酵停止；(6)液固分離采用尼龍布過濾或10000rpm離心10min方法進行發酵液的液固分離；上清液經采用減壓蒸餾方法蒸出乙醇，再濃縮，得濃度為90％以上的乙醇；沉淀的固體物質以如下方式用作動物飼料將濕料在常溫下干燥，粉碎后以蛋白質類添加劑形式用于飼料加工。
實施例5酶法水解，厭氧發酵利用海藻化工廢料生產乙醇和飼料的方法，由下述步驟組成(1)酶制劑和菌種選擇纖維素酶制劑購自山東省沂水隆大生物工程有限責任公司。
釀酒酵母菌種安琪酵母，從超市購買。
(2)海藻化工廢料酶法水解選干燥海帶廢渣，加適量水至渣濃度以重量百分比計為35％，用稀酸溶液調節pH到5至6，以總量的重量百分比計，加入30％的纖維素酶制劑，30℃～32℃反應24小時。
(3)厭氧發酵生產乙醇用酵母基本培養基溫度33℃，pH4.8，活化釀酒酵母菌種，制備菌細胞數達1億/ml以上的釀酒酵母發酵菌液，備用；將按步驟(2)制備的海藻廢渣酶水解液接入其體積百分比為14％的釀酒酵母發酵菌液或0.3％～0.5％的市售安琪酵母顆粒進行厭氧密閉發酵，發酵溫度為30℃，pH值為4.8；發酵時間48-58小時，當檢測發酵醪酒精濃度達到體積百分比8％以上時，發酵停止；(4)液固分離采用尼龍布過濾或10000rpm離心10min方法進行發酵液的液固分離；上清液經采用減壓蒸餾方法蒸出乙醇，再濃縮，得濃度為90％以上的乙醇；沉淀的固體物質以如下方式用作動物飼料將濕料按飼養對象和目的需要，與成品飼料或飼料添加劑混合；直接用于飼喂動物。
實施例6海帶廢渣，混合發酵。
利用海藻化工廢料生產乙醇和飼料的方法，由下述步驟組成(1)海藻化工廢料選擇選海帶廢渣，根據廢渣的含水量不同，加入適量的水制成渣濃度以重量百分比計為30％的懸液，用稀酸溶液調節pH到5至6，備用。
(2)菌種選擇選用纖維素酶產生菌綠色木霉(Trichoderma viride)AF93252，武漢大學中國典型培養物保藏中心(CCTCC)提供，保藏號AF93252；釀酒酵母菌種安琪酵母，從超市購買。
(3)液體發酵菌種制備用步驟(2)所述的纖維素酶產生菌菌株，在無菌條件下，經試管斜面、搖瓶、一級種子罐、二級種子罐逐級放大培養，制得菌數達OD值1.0～1.2×10/ml的液體發酵菌種；其中搖瓶、一級種子罐、二級種子罐使用的發酵培養基是以重量百分比計含0.1％蛋白胨、1.2％碳源的Mandel’s無機鹽營養液，pH6；所用斜面培養基是上述Mandel’s無機鹽營養加2％的瓊脂粉；所用搖瓶培養條件是溫度30℃，pH6，搖床轉速200r/min，培養時間48-50小時；一級種子罐，二級種子罐培養條件是溫度30℃，pH6，罐壓0.5Kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶0.9，攪拌轉速150r/min，好氧培養48-50小時；(4)釀酒酵母菌種制備用酵母基本培養基，在溫度30℃～37℃，pH4～6，活化釀酒酵母菌種(安琪酵母)，制備菌細胞數達1億/ml以上的釀酒酵母發酵菌液，備用；(5)海藻化工廢料發酵取步驟(1)所述的廢渣與步驟(3)所述的發酵培養基以重量比為1∶7的量混合，以裝料系數75％的量裝入發酵罐內，再以裝料量的重量百分比計，加入14％步驟(3)所述的液體發酵菌種和5％步驟(4)所述的用酵母基本培養基活化的釀酒酵母菌種，以培養溫度30℃，pH6，罐壓0.7～0.8kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶0.9，攪拌轉速150r/min的條件，好氧發酵100小時。然后停止通氣，轉入厭氧密閉發酵階段，發酵溫度為30℃，pH值為4.8；發酵時間48-58小時，當檢測發酵醪酒精濃度達到體積百分比8％以上時，發酵停止；(6)液固分離采用尼龍布過濾或10000rpm離心10min方法進行發酵液的液固分離；上清液經采用減壓蒸餾方法蒸出乙醇，再濃縮，得濃度為90％以上的乙醇；沉淀的固體物質以如下方式用作動物飼料將濕料按飼養對象和目的需要，與成品飼料或飼料添加劑混合；直接用于飼喂動物。
實施例7酶法水解，厭氧發酵利用海藻化工廢料生產乙醇和飼料的方法，由下述步驟組成(1)酶制劑和菌種選擇纖維素酶制劑購自山東省沂水隆大生物工程有限責任公司。
釀酒酵母菌種安琪酵母，從超市購買。
(2)海藻化工廢料酶法水解選裙帶菜、羊棲菜、繩藻、紫菜任意比例混合的廢渣，加適量水至渣濃度以重量百分比計為30％，用稀酸溶液調節pH到5.5，以總量的重量百分比計，加入25％的纖維素酶制劑，30℃反應26小時。
(3)厭氧發酵生產乙醇用酵母基本培養基溫度30℃，pH4.8，活化釀酒酵母菌種(安琪酵母)，制備菌細胞數達1億/ml以上的釀酒酵母發酵菌液，備用；將按步驟(2)制備的海藻廢渣酶水解液接入其體積百分比為12％的釀酒酵母發酵菌液進行厭氧密閉發酵，發酵溫度為30℃，pH值為4.8；發酵時間54-58小時，當檢測發酵醪酒精濃度達到體積百分比8％以上時，發酵停止；(4)液固分離采用尼龍布過濾或10000rpm離心10min方法進行發酵液的液固分離；上清液經采用減壓蒸餾方法蒸出乙醇，再濃縮，得濃度為90％以上的乙醇；沉淀的固體物質以如下方式用作動物飼料將濕料按飼養對象和目的需要，與成品飼料或飼料添加劑混合；直接用于飼喂動物。
權利要求
1.一種利用海藻化工廢料生產乙醇和飼料的方法，由下述步驟組成(1)海藻化工廢料選擇所述廢料是海藻化學工業生產海藻酸鈉、甘露醇、碘或海藻糖膠產品過程中形成的含有纖維素成分的廢渣；其中所述海藻是海帶、馬尾藻、巨藻、海蘊、泡葉藻、裙帶菜、羊棲菜、繩藻、紫菜之一，所述廢渣是海帶、馬尾藻、巨藻、海蘊、泡葉藻、裙帶菜、羊棲菜、繩藻、紫菜廢渣之一或其任意比例混合；(2)酶制劑的選擇酶制劑為市售能夠將纖維素降解為可被釀酒酵母利用的單糖和寡糖的纖維素酶、半纖維素酶；(3)菌種選擇選用纖維素酶產生菌綠色木霉(Trichoderma viride)AF93252，武漢大學中國典型培養物保藏中心提供，保藏號為CCTCC NO.AF93252；釀酒酵母菌種安琪酵母，市售；(4)纖維素酶液體發酵菌種制備用步驟(3)所述的纖維素酶產生菌菌株，在無菌條件下，經試管斜面、搖瓶、一級種子罐、二級種子罐逐級放大培養，制得菌數達OD值1.0～1.2×10/ml的液體發酵菌種；其中所述搖瓶、一級種子罐、二級種子罐使用的發酵培養基是以重量百分比計含0.1％蛋白胨、1.2％碳源的Mandel’s無機鹽營養液，pH5～6；所述斜面培養基是上述Mandel’s無機鹽營養加2％的瓊脂粉；所述搖瓶培養條件是溫度30℃～32℃，pH5～6，搖床轉速180～220r/min，培養時間48～60小時；一級種子罐，二級種子罐培養條件是溫度28℃～32℃，pH4.5～6，罐壓0.5Kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶0.8～1.0，攪拌轉速120～200r/min，好氧培養48～60小時；(5)海藻化工廢料酶法水解取步驟(1)所述的廢渣加水至渣濃度以重量百分比計為20％～35％，用稀酸溶液調節pH至4.5～6；以總量的重量百分比計，加入10％～30％量的市售纖維素酶或/和半纖維素酶制劑，28℃～32℃反應24～26小時，備用；(6)以釀酒酵母發酵生產乙醇用酵母基本培養基，在溫度30℃～37℃，pH4～6，活化釀酒酵母菌種，制備菌細胞數達1億/ml以上的釀酒酵母發酵菌液，備用；按步驟(5)制備的水解海藻化工廢料液體積量計，接入其體積百分比為10％～15％的釀酒酵母發酵菌液或0.1％～0.5％的市售安琪酵母顆粒進行厭氧密閉發酵，發酵溫度為28℃～32℃，pH值為4～6；發酵時間48～58小時，當檢測發酵醪酒精濃度達到體積百分比8％以上時，發酵停止；或者(7)海藻化工廢料發酵取步驟(1)所述的廢渣與步驟(4)所述的發酵培養基以重量比為1∶5～8的量混合，以裝料系數70～80％的量裝入發酵罐內，再以裝料量的重量百分比計，加入10％～15％步驟(4)所述的液體發酵菌種，以培養溫度28℃～32℃，pH4.5～6，罐壓0.6～0.8kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶0.8～1.0，攪拌轉速120～200r/min的條件，好氧發酵48～130小時后，備用；(8)厭氧發酵生產乙醇用酵母基本培養基，在溫度30℃～37℃，pH4～6，活化釀酒酵母菌種，制備菌細胞數達1億/ml以上的釀酒酵母發酵菌液，備用；按步驟(7)制備的發酵液體積量計，接入其體積百分比為10％～15％的釀酒酵母發酵菌液或0.1％～0.5％的市售安琪酵母顆粒進行厭氧密閉發酵，發酵溫度為28℃～32℃，pH值為4～6；發酵時間48～58小時，當檢測發酵醪酒精濃度達到體積百分比8％以上時，發酵停止；或者(9)海藻化工廢料混合發酵取步驟(1)所述的廢渣與步驟(4)所述的發酵培養基以重量比為1∶5～8的量混合，以裝料系數70～80％的量裝入發酵罐內，再以裝料量的重量百分比計，加入10％～15％步驟(4)所述的液體發酵菌種和5％～10％步驟(6)所述的用酵母基本培養基活化的釀酒酵母發酵菌液，以培養溫度28℃～32℃，pH4.5～6，罐壓0.6～0.8kg/cm2，通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計1∶0.8～1.0，攪拌轉速120～200r/min的條件，好氧發酵48～130小時，然后停止通氣，轉入厭氧密閉發酵階段，發酵溫度為28℃～32℃，pH值為4～6；發酵時間48～58小時，當檢測發酵醪酒精濃度達到體積百分比8％以上時，發酵停止；(10)液固分離采用尼龍布過濾或10000rpm離心10min方法進行發酵液的液固分離；上清液經采用減壓蒸餾方法蒸出乙醇，再濃縮，得濃度為90％以上的乙醇；沉淀的固體物質以兩種方式用作動物飼料①將濕料按飼養對象和目的需要，與成品飼料或飼料添加劑混合；直接用于飼喂動物；②將濕料在常溫下干燥，粉碎后以蛋白質類添加劑形式用于飼料加工。
2.如權利要求1所述的利用海藻化工廢料生產乙醇和飼料的方法，其特征是步驟(4)至(9)所述的溫度是30℃。
3.如權利要求1所述的利用海藻化工廢料生產乙醇和飼料的方法，其特征是步驟(4)至(9)所述的pH是5.0～6。
4.如權利要求1所述的利用海藻化工廢料生產乙醇和飼料的方法，其特征是步驟步驟(4)、(7)或(9)所述的通氣量以發酵液體積m3/空氣體積m3·分鐘計為1∶0.9。
5.如權利要求1所述的利用海藻化工廢料生產乙醇和飼料的方法，其特征是步驟(7)或(9)所述的好氧發酵時間是100-130小時。
全文摘要
本發明公開了一種利用海藻化工廢料生產乙醇和飼料的方法，即以海藻化學工業生產海藻酸鈉、甘露醇、碘或海藻糖膠產品過程中形成的含有纖維素成分的廢渣為原料，經纖維素酶的酶促水解和釀酒酵母的厭氧發酵或纖維素酶產生菌和釀酒酵母菌的雙重發酵，然后液固分離獲得乙醇和飼料。本發明為海藻化工廢渣廢液的綜合利用提供了經濟、環保、有效的工業技術，可以有效地解決海藻化工廢渣廢液造成的環境問題，變廢為寶，為海藻資源的充分和高值化利用，為發展海藻循環經濟提供重要的技術支持。
文檔編號C12R1/885GK101024847SQ20071001424
公開日2007年8月29日 申請日期2007年4月6日 優先權日2007年4月6日
發明者吉愛國, 高培基 申請人:山東大學