專利名稱：一種以海藻加工廢棄物為原料的生物乙醇的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種以海藻加工廢棄物為原料的生物乙醇的制備方法。
背景技術：
生物乙醇可以由不同的原料轉化而來含糖原料(甘蔗汁、糖蜜)，淀粉質原料 (玉米、土豆)，纖維素類原料(木材、草、秸稈)。生物乙醇是一類環保可再生的生物能源， 在燃料替代方面具有廣闊的應用前景。目前國內外對于生物乙醇的研究主要集中在具有利 用價值的原料的選擇上，尤其是以玉米、甘蔗為原料生產的生物乙醇燃料在生產成本方面 已經基本與汽油相媲美。但是這種大量的以人類所必需的糧食作物作為乙醇的生產原料， 目前已經引起了世界糧食價格的顯著波動。 隨著海藻加工業的發展，紅藻和褐藻類已被廣泛應用于糖膠的提取，如褐藻膠、瓊 膠和卡拉膠，同時也會產生大量的海藻加工廢棄物，其中就含有豐富的纖維素成分。目前僅 有少部分的廢棄物被進一步加工處理制成肥料或者下腳料，其余加工廢棄物被丟棄排放， 顯然會對環境尤其是沿海生態造成影響。利用海藻及其加工廢棄物開發生物質能具有巨大 的資源優勢，可以提高海藻加工的利用價值，減輕由于海藻工業的發展而造成的環境負擔， 同糧食、土地不存在競爭，拓寬了生物乙醇的原料范圍。
發明內容
本發明的目的是提供一種以海藻加工廢棄物為原料的生物乙醇的制備方法，它能 彌補現有用來生產生物乙醇的原料來源和操作技術中的不足。 —種以海藻加工廢棄物為原料的生物乙醇的制備方法，其特征在于選擇海藻加工 廢棄物，用硫酸或過氧化氫對原料進行預處理，加入纖維素酶和纖維二糖酶進行纖維素復 合酶解，酶解液經過濾除去不溶性成分后，補充無機鹽，接種釀酒酵母菌種，于厭氧條件下 進行乙醇發酵。 本發明的預處理過程改變了海藻纖維素的原有結構，促進了纖維素與降解酶間的 作用機會，從而提高了纖維素的酶解效率；纖維素經過纖維素酶和纖維二糖酶的復合酶解 作用，有效地解除了纖維二糖對纖維素酶的反饋抑制作用，提高了酵母菌可酵解性糖的含 量，進一步提高了乙醇發酵的得率。
具體實施例方式
本發明中所述的海藻加工廢棄物為海藻化學工業中生產褐藻膠、瓊膠、卡拉膠、甘 露醇、碘或海藻糖膠過程中形成的含有纖維素的廢棄物；所述的用硫酸或過氧化氫對原料 進行預處理為將海藻加工廢棄物干燥并粉碎至20-80目后，加入重量百分濃度為O. 1-2% 的硫酸水溶液中，于115-12rC條件下反應0. 5-1. 5小時；或將海藻加工廢棄物干燥并粉碎 至20-80目后，加入體積百分濃度為0. 1_1%的過氧化氫水溶液中，于40-5(TC條件下反應 6-18小時；所述的纖維素復合酶解為向原料預處理后的反應液中加入市售纖維素酶和纖維二糖酶，加入量為每克海藻加工廢棄物加入0. 3-0. 5ml纖維素酶、0. 08-0. 15ml纖維二糖 酶，酶解反應pH為4. 5-5. 5，酶解溫度40-50°C ，酶解時間24-72小時；所述的無機鹽為銨鹽 或硝酸鹽；所述的乙醇發酵為向酶解得到的反應液中接入其體積百分比為5-20%的釀酒 酵母菌液，進行厭氧發酵，發酵溫度為28-40°C， pH為4-6，發酵時間為24-48小時。
實施例1 :用硫酸預處理，酶法水解 (1)酶制劑和菌種纖維素酶購自山東杰諾生物酶有限公司，纖維二糖酶購自 sigma公司，釀酒酵母購自市場上常見的安琪酵母。 (2)海藻加工廢棄物的酸法預處理以褐藻膠工業中形成的海帶漂浮渣為原料， 經烘干并粉碎至20-80目后，加入重量百分濃度為0. 1%的硫酸水溶液至料液比為5%，在
高壓滅菌鍋內于12rc處理1小時后，取出冷卻至室溫。 (3)纖維素復合酶解向冷卻好的原料預處理后的反應液中加入市售纖維素酶和 纖維二糖酶，加入量為每克海藻加工廢棄物0. 4ml纖維素酶、0. 1ml纖維二糖酶補水至料液 重量百分比為2X，調節pH值為4.5，于5(TC條件下攪拌反應48小時；
(4)乙醇發酵向酶解得到的反應液中加入硫酸銨，使其在反應液中的濃度為 13g/l，制成酵母菌發酵培養基，備用；用酵母菌基本培養基活化安琪酵母菌種，3(TC條件下 培養1天后，向發酵培養基中接入其體積百分比為10%的釀酒酵母菌液，在厭氧條件下進 行發酵，發酵溫度為30°C， pH值為4. 5，發酵時間40小時。 在掃描電鏡下觀察可見，海藻加工廢棄物原料的酸法預處理能夠有效破壞海藻纖 維素與其他成分的結合狀態，從而提高了纖維素酶解后的葡萄糖得率，通過上述工藝，以褐 藻膠工業中形成的海帶漂浮渣為原料，最終葡萄糖轉化率為31. 9%，乙醇轉化率為42%。
實施例2 :用過氧化氫預處理，酶法水解 (1)酶制劑和菌種纖維素酶購自山東杰諾生物酶有限公司，纖維二糖酶購自 sigma公司，釀酒酵母購自市場上常見的安琪酵母。 (2)海藻加工廢棄物的過氧化氫預處理以褐藻膠工業中形成的馬尾藻廢渣為原 料，經烘干并粉碎至20-80目后，加入體積百分濃度為0. 2%的過氧化氫水溶液至料液比為 5%， pH值為7. 0，50。C反應6h。 (3)纖維素復合酶解向冷卻好的原料預處理后的反應液中加入市售纖維素酶和 纖維二糖酶，加入量為每克海藻加工廢棄物0. 4ml纖維素酶、0. lml纖維二糖酶，補水至料 液重量體積比為2X，調節pH值為4. 5，于5(TC條件下攪拌反應24小時。
(4)乙醇發酵向酶解得到的反應液中加入硫酸銨，使其在反應液中的濃度為 13g/l，制成酵母菌發酵培養基，備用；用酵母菌基本培養基活化安琪酵母菌種，3(TC條件下 培養1天后，向發酵培養基中接入其體積百分比為10%的釀酒酵母菌液，在厭氧條件下進 行發酵，發酵溫度為3(TC，pH值為4.5，發酵時間26小時。 通過上述工藝，以褐藻膠工業中形成的馬尾藻廢渣為原料，最終葡萄糖轉化率為 22.1%，乙醇轉化率為40. 5 % 。 如改用其它原料如巨藻廢渣、紫菜廢渣，均能取得類似的效果。 相對陸生植物而言，海藻中的木質素含量極低，因此利用海藻纖維素作為降解原
料，其生產過程中可以省去對木質素的去除，避免了木質素降解產物對后續發酵的抑制作
用；同時半纖維素的含量也處于較低水平，從而更加有效地提高可酵解性糖的產率以及后
4期酵母細胞的乙醇轉化率。此外，海藻細胞壁中的纖維素也不像陸地植物纖維素那樣會形 成微晶結構，所以很容易被纖維素酶分解。本發明建立針對海藻纖維素結構特點的工藝，以 最大限度地提高海藻纖維素的糖化和乙醇轉化效率，可以促進以海藻加工廢棄物為原料的 生物乙醇的工業化生產。
權利要求
一種以海藻加工廢棄物為原料的生物乙醇的制備方法，其特征在于選擇海藻加工廢棄物，用硫酸或過氧化氫對原料進行預處理，加入纖維素酶和纖維二糖酶進行纖維素復合酶解，酶解液經過濾除去不溶性成分后，補充無機鹽，接種釀酒酵母菌種，于厭氧條件下進行乙醇發酵。
2. 根據權利要求1所述的以海藻加工廢棄物為原料的生物乙醇的制備方法，其特征在 于所述的海藻加工廢棄物為海藻化學工業中生產褐藻膠、瓊膠、卡拉膠、甘露醇、碘或海藻 糖膠過程中形成的含有纖維素的廢棄物。
3. 根據權利要求1所述的以海藻加工廢棄物為原料的生物乙醇的制備方法，其特征 在于所述的用硫酸或過氧化氫對原料進行預處理為將海藻加工廢棄物干燥并粉碎至20-80 目后，加入至重量百分濃度為0. 1_2%的硫酸水溶液中，于115-12rC條件下反應0. 5-1. 5 小時；或將海藻加工廢棄物干燥并粉碎至20-80目后，加入至體積百分濃度為O. 1_1%的過 氧化氫水溶液中，于40-5(TC條件下反應6-18小時。
4. 根據權利要求1所述的以海藻加工廢棄物為原料的生物乙醇的制備方法，其特征 在于所述的纖維素復合酶解為向原料預處理后的反應液中加入市售纖維素酶和纖維二糖 酶，加入量為每克海藻加工廢棄物加入0. 3-0. 5ml纖維素酶，O. 08-0. 15ml纖維二糖酶，pH 4. 5-5. 5，酶解溫度40-50。C，酶解時間24-72小時。
5. 根據權利要求1所述的以海藻加工廢棄物為原料的生物乙醇的制備方法，其特征在 于所述的無機鹽為銨鹽或硝酸鹽。
6. 根據權利要求1所述的以海藻加工廢棄物為原料的生物乙醇的制備方法，其特征在 于所述的乙醇發酵為向酶解得到的反應液中接入其體積百分比為5-20%的釀酒酵母菌液， 進行厭氧發酵，發酵溫度為28-40°C， pH值為4-6，發酵時間24-48小時。
全文摘要
一種以海藻加工廢棄物為原料的生物乙醇的制備方法，其特征在于選擇海藻加工廢棄物，用硫酸或過氧化氫對原料進行預處理，加入纖維素酶和纖維二糖酶進行纖維素復合酶解，酶解液經過濾除去不溶性成分后，補充無機鹽，接種釀酒酵母菌種，于厭氧條件下進行乙醇發酵。本發明的預處理過程改變了海藻纖維素的原有結構，促進了纖維素與降解酶間的作用機會，從而提高了纖維素的酶解效率；纖維素經過纖維素酶和纖維二糖酶的復合酶解作用，有效地解除了纖維二糖對纖維素酶的反饋抑制作用，提高了酵母菌可酵解性糖的含量，進一步提高了乙醇發酵的得率。
文檔編號C12R1/865GK101701225SQ20091023044
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月17日 優先權日2009年11月17日
發明者牟海津, 王鵬, 葛蕾蕾 申請人:中國海洋大學