一種用木薯廢棄物制備糖和乙醇的方法

一種用木薯廢棄物制備糖和乙醇的方法一種用木薯廢棄物制備糖和乙醇的方法本發(fā)明涉及一種用木薯廢棄物制備糖和乙醇的方法，包含以下步驟：（1）取木薯廢渣加水或直接用濕渣；（2）按每公斤木薯廢渣添加0.1升～1升的添加量向木薯廢渣中添加微生物培養(yǎng)液，酶解，然后添加α‐淀粉酶，水解，再添加糖化酶，水解，制得葡萄糖醪液；（3）向葡萄糖醪液中接入耐高溫酵母，靜置培養(yǎng)，進行乙醇發(fā)酵，然后經(jīng)純化分離，制得乙醇；本發(fā)明利用微生物培養(yǎng)液和α‐淀粉酶以及糖化酶聯(lián)合作用于含有淀粉、纖維、半纖維素、果膠等多種多糖的木薯廢棄物，木薯廢棄物中的多糖可以被微生物培養(yǎng)液中的多糖降解酶系快速降解成可溶性糖，降低了木薯廢棄物的粘度，可將木薯廢棄物完全轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵糖，提高了原料的生物轉(zhuǎn)化率?！緦＠f明】一種用木薯廢棄物制備糖和乙醇的方法【技術(shù)領域】[0001]本發(fā)明涉及一種用木薯廢棄物制備糖和乙醇的方法，屬于淀粉加工廢棄物利用【技術(shù)領域】?！颈尘凹夹g(shù)】[0002]木薯原產(chǎn)于熱帶美洲，中國自19世紀20年代引種栽培，現(xiàn)已大面積種植，木薯在食品、飼料、發(fā)酵工業(yè)等有非常重要的用途，而經(jīng)提取后的木薯廢棄物由于處理成本高，市場需求不旺，經(jīng)濟效益差等原因不僅沒有得到利用，反而大量的堆積對環(huán)境造成了嚴重的污染，因此，努力挖掘木薯廢渣的利用價值，既增加了利潤，又減少了對環(huán)境的破壞，具有顯著的社會效益。[0003]但由于傳統(tǒng)木薯淀粉生產(chǎn)工藝無法充分利用原料，木薯的利用率很低，僅僅20%左右，從而造成了大量廢棄物的產(chǎn)生?！景l(fā)明內(nèi)容】[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用木薯廢棄物制備糖和乙醇的方法。本發(fā)明把含有淀粉、纖維、半纖維素、果膠等多種多糖的木薯廢渣用生物法降解為葡萄糖等單糖，并且成本低、工藝簡單、葡萄糖及乙醇得率高。[0005]術(shù)語說明[0006]木薯廢棄物:木薯提取淀粉或乙醇發(fā)酵后的廢渣，水分一般50%，為貯存方便，一般將廢渣烘干、粉碎成木薯渣粉。木薯廢渣中主要以淀粉、粗纖維為主，同時含有少量的果膠、蛋白質(zhì)和脂肪等成份。[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:[0008]一種用木薯廢棄物制備糖和乙醇的方法，包含以下步驟:[0009](I)取木薯廢渣(以干重計)，加水配成質(zhì)量濃度6%-30%溶液或直接用固形物含量為10wt%-20wt%的濕渣，制得預處理甘薯廢渣；[0010](2)按每公斤木薯廢渣(以干重計)添加0.1升?I升的添加量向步驟(I)制得的預處理木薯廢渣中添加微生物培養(yǎng)液，在溫度35°C?65°C的條件下，酶解I?24小時，然后按每克木薯廢渣(以干重計)添加IOU?200U的a-淀粉酶，在溫度60V?90°C的條件下，水解I?3小時，然后按每克甘薯廢渣(以干重計)添加IOU?200U的糖化酶，在溫度50°C?70°C的條件下，水解I?12小時，制得葡萄糖醪液；[0011](3)向步驟(2)制得的葡萄糖醪液中接入耐高溫酵母，添加量按每克干料添加0.0Olg?0.005g酵母，在30°C?40°C靜置培養(yǎng)，進行乙醇發(fā)酵I?48小時，然后經(jīng)純化分離，制得乙醇；[0012]所述步驟(2)中微生物培養(yǎng)液的制備方法如下:[0013]將微生物菌株接種于種子培養(yǎng)基中，在28?32°C的條件下培養(yǎng)I?2天，然后按5?10%的體積比轉(zhuǎn)接于產(chǎn)酶培養(yǎng)基中，在28?32°C、180?220rpm的條件下發(fā)酵培養(yǎng)4?6天，制得微生物培養(yǎng)液；[0014]所述的微生物菌株選自:棘孢曲霉(Aspergillusaculeatus)、草酸青霉(Penicilliumoxalicum)、斜臥青霉(Penicillumdecumbens)、埃默森籃狀菌(Talaromycesemersonii)>藍黃狀真菌(Talaromycesflavus)、支頂抱屬真菌(Acremoniumcellulolyticus)、木霉(Trichodermaspp.)、勒克瑙金抱真菌(ChrysosporiumIucknowenseX[0015]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的棘孢曲霉(Aspergillusaculeatus)購自美國模式培養(yǎng)物集存庫(ATCC)，菌種保藏編號1015；[0016]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的,所述的草酸青霉(Penicilliumoxalicum)源自中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，菌種保藏編號CGMCC5302。[0017]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的種子培養(yǎng)基組分如下，均為重量百分比:[0018]葡萄糖I?3%，蛋白胨I?3%，麩皮I?4%，硝酸鈉0.1?0.3%，硫酸銨0.1?0.3%,磷酸二氫鉀0.1?0.3%,硫酸鎂0.04?0.06%,尿素0.15?0.3%,磷酸氫二鈉0.1?0.3%，碳酸鈣0.1?0.5%，余量水。[0019]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的產(chǎn)酶培養(yǎng)基組分如下，均為重量百分比:[0020]玉米芯3?5%，蛋白胨I?3%，麩皮3?5%，微晶纖維素0.4?0.6%，硝酸鈉0.1?0.3%,硫酸銨0.1?0.3%,磷酸二氫鉀0.1?0.3%,硫酸鎂0.04?0.06%,尿素0.15?0.3%,吐溫800.2?0.4%，磷酸氫二鈉0.1?0.3%，碳酸鈣0.1?0.5%，余量水。[0021]經(jīng)檢測，當微生物菌株為棘孢曲霉時，微生物培養(yǎng)液中每克粗蛋白比酶活為:木糖苷酶25，阿拉伯呋喃糖酶307，甘露聚糖酶310，甘露糖苷酶2.2；[0022]當微生物菌株為草酸青霉時，微生物培養(yǎng)液中每克粗蛋白比酶活為:木糖苷酶12，阿拉伯呋喃糖酶26，甘露聚糖酶270，甘露糖苷酶1.3。[0023]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(3)中的耐高溫酵母為安琪酵母股份有限公司生產(chǎn)的耐高溫酵母。安琪耐高溫酵母使用方便，操作簡單。[0024]所述步驟(3)中的純化可采用本領域的常規(guī)技術(shù)手段，如蒸餾或膜分離技術(shù)。[0025]有益效果[0026]1、本發(fā)明利用微生物培養(yǎng)液和a-淀粉酶以及糖化酶聯(lián)合作用于含有淀粉、纖維、半纖維素、果膠等多種多糖的木薯廢棄物，木薯廢棄物中的多糖可以被微生物培養(yǎng)液中的多糖降解酶系快速降解成可溶性糖，降低了木薯廢棄物的粘度，可將木薯廢棄物完全轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵糖，提高了原料的生物轉(zhuǎn)化率。[0027]2、本發(fā)明采用的微生物培養(yǎng)液為一種復合酶系，特別是具有甘露聚糖酶、甘露糖苷酶、木糖苷酶、阿拉伯呋喃糖酶等酶活性的復合酶系，其較現(xiàn)有技術(shù)的單一酶制劑，能夠更加有效的降解甘薯廢棄物，并且與市售商品酶制劑相比，不需要離心、濃縮、提純等繁索的工序，不另外添加酸、堿、抑菌劑等，不需要高溫、高壓處理，具有工藝成本低的特點。[0028]3、本發(fā)明所述方法使木薯廢棄物變廢為寶，極大提高了生物利用率，降低了污染，具有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益?！揪唧w實施方式】[0029]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行進一步的闡述，應該說明的是，下述說明僅是為了解釋本發(fā)明，并不對其內(nèi)容進行限定。[0030]微生物來源[0031]實施例1?3中的棘孢曲霉(Aspergillusaculeatus)購自美國模式培養(yǎng)物集存庫(ATCC)，菌種保藏編號1015；[0032]實施例1?3中的草酸青霉(Penicilliumoxalicum)購自中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心(CGMCC)，菌種保藏編號5302。[0033]原料說明[0034]木薯廢渣來自廣西，含水量為5.6%，固形物成份為:淀粉60%，粗蛋白3.5%粗脂肪1%，灰分10%，纖維素和半纖維素以及其他19.9%。[0035]酶來源[0036]a-淀粉酶:來自諾維信中國有限公司；[0037]糖化酶:來自山東隆大生物工程有限公司；[0038]耐高溫酵母:來自湖北宜昌安琪酵母有限公司。[0039]實施例1[0040]一種用木薯廢棄物制備糖和乙醇的方法，包含以下步驟:[0041](I)取木薯廢渣50g.(以干重計)，加水配成質(zhì)量百分比為20%的溶液；[0042](2)按每公斤木薯廢渣(以干重計)添加0.4升的添加量向步驟(I)制得的木薯廢渣中添加微生物培養(yǎng)液，在溫度45°C的條件下，酶解5小時，然后按每克木薯廢渣(以干重計)添加100U的a-淀粉酶，在溫度90°C的條件下，水解1.5小時，然后按每克木薯廢渣(以干重計)添加150U的糖化酶，在溫度60°C的條件下，水解2.5小時，制得葡萄糖醪液；[0043](3)按每克干料添加0.002g酵母的添加量向步驟(2)制得的葡萄糖醪液中接入耐高溫酵母，在30°C靜置培養(yǎng)，進行乙醇發(fā)酵48小時，然后經(jīng)純化分離，制得乙醇；[0044]所述步驟(2)中微生物培養(yǎng)液的制備方法如下:[0045]取草酸青霉(Penicilliumoxalicum)菌株,接種于種子培養(yǎng)基中,在32°C的條件下培養(yǎng)I天，然后按10%的體積比轉(zhuǎn)接于產(chǎn)酶培養(yǎng)基中，在28°C、180rpm的條件下發(fā)酵培養(yǎng)5天，制得微生物培養(yǎng)液；[0046]經(jīng)檢測，微生物培養(yǎng)液中每克粗蛋白比酶活為:木糖苷酶12，阿拉伯呋喃糖酶26，甘露聚糖酶270，甘露糖苷酶1.3。[0047]上述的種子培養(yǎng)基組分如下，均為重量百分比:[0048]葡萄糖1%，蛋白胨1%，麩皮1%，硝酸鈉0.1%，硫酸銨0.1%，磷酸二氫鉀0.1%，硫酸鎂0.04%,尿素0.15%，磷酸氫二鈉0.1%，碳酸鈣0.5%，余量水。[0049]上述的產(chǎn)酶培養(yǎng)基組分如下，均為重量百分比:[0050]玉米芯3%，蛋白胨1%，麩皮3%，微晶纖維素0.4%，硝酸鈉0.1%，硫酸銨0.1%，磷酸二氫鉀0.1%，硫酸鎂0.04%,尿素0.15%，吐溫800.2%，磷酸氫二鈉0.1%，碳酸鈣0.5%，余量水。[0051]試驗例I[0052]取草酸青霉(Penicilliumoxalicum)做為微生物培養(yǎng)液生產(chǎn)菌株對木薯廢洛進行處理，并分別標為實驗組B、實驗組C和實驗組D，而未經(jīng)微生物培養(yǎng)液處理的標記為實驗組A，各組處理步驟如下:[0053]實驗組A:木薯廢渣經(jīng)淀粉酶及糖化酶處理后所得糖化醪液；[0054]實驗組B:木薯廢渣先經(jīng)草酸青霉的培養(yǎng)液處理，再經(jīng)淀粉酶及糖化酶水解后所得糖化醪液；[0055]實驗組C:木薯廢渣先經(jīng)淀粉酶及糖化酶水解，再經(jīng)草酸青霉的培養(yǎng)液處理后所得糖化醪液；[0056]實驗組D:木薯廢渣先經(jīng)草酸青霉的培養(yǎng)液處理，再經(jīng)淀粉酶及糖化酶水解，經(jīng)少量草酸青霉的培養(yǎng)液再處理后所得糖化醪液。[0057]各步驟的處理、水解條件同實施例1。用HPLC檢測葡萄糖濃度，實驗結(jié)果如表I所示:[0058]表I糖化醪液中葡萄糖濃度【權(quán)利要求】1.一種用木薯廢棄物制備糖和乙醇的方法，其特征在于，包含以下步驟:(1)取木薯廢渣，以干重計，加水配成質(zhì)量濃度6%-30%溶液或直接用固形物含量為10wt%-20wt%的濕渣；(2)按每公斤木薯廢渣，以干重計，添加0.1升?I升的添加量向步驟(I)制得木薯廢渣中添加微生物培養(yǎng)液，在溫度35°C?60°C的條件下，酶解I?24小時，然后按每克木薯廢渣，以干重計，添加IOU?200U的a-淀粉酶，在溫度60V?90°C的條件下，水解I?3小時，然后按每克甘薯廢渣，以干重計，添加IOU?200U的糖化酶，在溫度50°C?70°C的條件下，水解I?12小時，制得葡萄糖醪液；(3)向步驟(2)制得的葡萄糖醪液中接入耐高溫酵母，添加量按每克干料添加0.0Olg?0.005g酵母，在30°C?40°C靜置培養(yǎng)，進行乙醇發(fā)酵I?48小時，然后經(jīng)純化分離，制得乙醇；所述步驟(2)中微生物培養(yǎng)液的制備方法如下:將微生物菌株接種于種子培養(yǎng)基中，在28?32°C的條件下培養(yǎng)I?2天，然后按5?10%的體積比轉(zhuǎn)接于產(chǎn)酶培養(yǎng)基中，在28?32°C、180?220rpm的條件下發(fā)酵培養(yǎng)4?6天，制得微生物培養(yǎng)液，該微生物培養(yǎng)液特征為一種復合酶系，特別是具有甘露聚糖酶、甘露糖苷酶、木糖苷酶、阿拉伯呋喃糖酶等酶活性的復合酶系；所述的微生物菌株選自:棘孢曲霉(Aspergillusaculeatus)、草酸青霉(Penicilliumoxalicum)、埃默森籃狀菌(Talaromycesemersonii)、藍黃狀真菌(Talaromycesflavus)、支頂抱屬真菌(Acremoniumcellulolyticus)、木霉(Trichodermaspp.)、勒克瑙金抱真菌(ChrysosporiumIucknowenseX2.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述的棘孢曲霉(Aspergillusaculeatus)購自美國模式培養(yǎng)物集存庫，菌種保藏編號1015。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的草酸青霉(Penicilliumoxalicum)源自中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，菌種保藏編號CGMCC5302。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的種子培養(yǎng)基組分如下，均為重量百分比:葡萄糖I?3%，蛋白胨I?3%，麩皮I?4%，硝酸鈉0.1?0.3%，硫酸銨0.1?0.3%，磷酸二氫鉀0.1?0.3%,硫酸鎂0.04?0.06%,尿素