CN101245356B

CN101245356B - 汽爆红薯直接发酵生产燃料乙醇的方法

Info

Publication number: CN101245356B
Application number: CN2008101029800A
Authority: CN
Inventors: 陈洪章; 付小果; 汪卫东
Original assignee: HUNAN JOHNSON PHARM CO Ltd; Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: HUNAN JOHNSON PHARM CO Ltd; Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: CN101245356A

Abstract

一种汽爆红薯直接发酵生产燃料乙醇的方法，主要工艺过程是：将红薯在蒸汽压力0.5～0.8MPa的条件下蒸汽爆破处理2～4min；汽爆处理的红薯加入糖化酶糖化后，同时加入硫酸铵、磷酸二氢钾和活化后的酵母发酵，蒸馏收集发酵产生的乙醇。本发明采用蒸汽爆破技术对红薯进行维压时间为2～4min，压力为0.5～0.8MPa的短时间、低压力汽爆预处理，省去了淀粉质原料的长达30～120min的蒸煮过程，降低了发酵生产乙醇的能耗；将蒸汽爆破处理的红薯糖化后直接发酵得到成品乙醇，工艺路线简单，能耗低，生产效率高，有利于红薯的高值化利用。

Description

汽爆红薯直接发酵生产燃料乙醇的方法

技术领域

本发明属于农业资源的利用领域，特别涉及一种汽爆红薯直接发酵生产燃料乙醇的方法。

背景技术

随着油价高涨，改变现有的以石化、煤炭为主的能源结构，使新能源成为清洁高效的替代选择，已成为世界投资热点，其中燃料乙醇的快速发展，在替代汽油供应方面起到越来越大的作用。预计未来10年内，全球燃料乙醇年消费量将达到160亿至180亿加仑。目前，美国、加拿大、巴西等一些国家纷纷通过相关规定，要求今后逐步增加在汽油中燃料乙醇的数量。中国已成为继巴西、美国之后的第三大生物燃料乙醇生产国，产能和应用范围都在不断扩大。

当前我国的燃料乙醇发酵生产主要以玉米、稻谷、小麦等粮食作物为原料，“十五”期间我国也在北方地区建设了一定规模的以玉米为原料的燃料乙醇示范项目。但是我国人多地少，耕地资源紧缺，粮食生产压力巨大，单一以粮食(主要是玉米与战备陈化粮大米)为原料的燃料乙醇发展空间受到极大的限制，难以长久支撑我国燃料乙醇产业的持续发展，由此可见，我国大力发展燃料乙醇就必须寻找更丰富的可再生资源——生物资源作为燃料乙醇的生产原料。综合我国的国情和生物资源状况考虑和分析，一个可行的方案是有选择地在一些不适宜种植高产粮食作物的地区，因地制宜，通过发展高产、高淀粉、耐旱、耐贫瘠、代粮的含淀粉或含糖作物作为燃料乙醇的生产原料。如在我国广泛种植、亩产量大、淀粉含量高的红薯，是很有潜力的生产燃料乙醇的原料。

用来发酵生产乙醇的淀粉类原料一般要经过高温或低温蒸煮、糊化、液化，再进行糖化等步骤，最后才能进行乙醇发酵，其中原料的蒸煮所耗能量占乙醇生产能耗的30-40％。

近年来发展起来的木材制浆方面的蒸汽爆破处理技术(简称汽爆技术)是使用一定压力的水蒸汽、空气等介质，蒸煮一定的时间，再突然减压喷放时，产生二次蒸汽，体积猛增，受机械力的作用，将固体物料的结构破坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽爆红薯直接发酵生产燃料乙醇的方法，该方法将汽爆技术应用于红薯预处理，采用低压蒸汽爆破处理后的红薯可直接发酵生产乙醇，解决了红薯淀粉发酵乙醇前需要消耗大量能量用于红薯粉碎和淀粉的蒸煮、液化的问题。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的汽爆红薯直接发酵生产燃料乙醇的方法，其工艺过程主要是：

将红薯在蒸汽压力0.5～0.8MPa的条件下蒸汽爆破处理2～4min；汽爆后的红薯加入糖化酶，在55～60℃保温糖化20～60min；糖化后物料冷却至30～35℃，紫外灭菌15～20min。在无菌条件下，加入硫酸铵、磷酸二氢钾和活化后的酵母，在30～35℃条件下发酵48～60h，蒸馏收集发酵产生的乙醇。

所述的糖化酶的加入量为：每1克红薯加入120-200U糖化酶；

所述硫酸铵的加入量为：每100克红薯加入0.1～0.15g硫酸铵；

所述磷酸二氢钾的加入量为：每100克红薯加入0.1～0.2g磷酸二氢钾；

所述酵母的加入量为；每100克红薯加入0.10～0.30g活性干酵母；

本发明以红薯作为发酵生产乙醇的淀粉质原料，针对淀粉质原料发酵乙醇蒸煮、液化等预处理高能耗的缺点，采用蒸汽爆破技术对红薯进行预处理，具有如下的特点和优点：

1、本发明采用2～4min的短时间的蒸汽爆破技术对红薯进行预处理，省去了淀粉质原料的长达30～120min的蒸煮过程，降低了发酵生产乙醇的能耗，缩短生产的周期。

2、本发明采用蒸汽爆破技术对红薯进行预处理，蒸汽爆破的热机械化学作用，使植物组织的细胞壁破裂，使红薯淀粉糊化率提高，有利于糖化过程的进行。

3、本发明将蒸汽爆破处理的红薯进行糖化后直接发酵，不需要另外添加水，使发酵醪中水分含量大大降低，在提高发酵醪中乙醇含量的同时，降低了蒸馏的能耗，并且减少了后续废水的处理过程，降低生产成本的同时为发酵渣的二次利用提供条件，有利于红薯的综合利用。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1：取红薯500g，切成小段，投入汽爆罐中，在蒸汽压力0.5MPa下处理2.5分钟；在处理后的料中，按照每克汽爆料加入100U糖化酶的比例加入糖化酶，在60℃水浴保温糖化40min后，冷却至30℃，紫外灭菌20min。在无菌条件下，加入0.1％硫酸铵、0.1％磷酸二氢钾以及0.10％活化后的酵母、之后在30℃条件下发酵60h，蒸馏收集乙醇，酒精度为8.89％。

实施例2：取红薯500g，切成小段，投入汽爆罐中，在蒸汽压力0.6MPa下处理2.5分钟；在处理后的料中，按照每克汽爆料加入120U糖化酶的比例加入糖化酶，在55℃水浴保温糖化60min后，冷却至32℃，紫外灭菌15min。在无菌条件下，加入0.15％硫酸铵、0.1％磷酸二氢钾以及0.25％活化后的酵母、之后在32℃条件下发酵54h，蒸馏收集乙醇，酒精度为9.27％。

实施例3：取红薯500g，切成小段，投入汽爆罐中，在蒸汽压力0.7MPa下处理2.5分钟；在处理后的料中，按照每克汽爆料加入150U糖化酶的比例加入糖化酶，在58℃水浴保温糖化40min后，冷却至35℃，紫外灭菌18min。在无菌条件下，加入0.15％硫酸铵、0.15％磷酸二氢钾以及6.0％活化后的酵母、之后在35℃条件下发酵48h，蒸馏收集乙醇蒸馏收集乙醇，酒精度为12.47％。

实施例4：取红薯500g，切成小段，投入汽爆罐中，在蒸汽压力0.8MPa下处理2.5分钟；在处理后的料中，按照每克汽爆料加入150U糖化酶的比例加入糖化酶，在60℃水浴保温糖化50min后，冷却至34℃左右，紫外灭菌20min。在无菌条件下，加入0.15％硫酸铵、0.15％磷酸二氢钾以及0.25％活化后的酵母、之后在34℃条件下发酵60h，蒸馏收集乙醇蒸馏收集乙醇，酒精度为10.84％。

实施例5：取红薯500g，切成小段，投入汽爆罐中，在蒸汽压力0.7MPa下处理3.0分钟；在处理后的料中，按照每克汽爆料加入120U糖化酶的比例加入糖化酶，在57℃水浴保温糖化30min后，冷却至35℃，紫外灭菌15min。在无菌条件下，加入0.1％硫酸铵、0.1％磷酸二氢钾以及0.20％活化后的酵母、之后在35℃条件下发酵60h，蒸馏收集乙醇蒸馏收集乙醇，酒精度为12.08％

实施例6：取红薯500g，切成小段，投入汽爆罐中，在蒸汽压力0.7MPa下处理4.0分钟；在处理后的料中，按照每克汽爆料加入120U糖化酶的比例加入糖化酶，在58℃水浴保温糖化20min后，冷却至35℃，紫外灭菌18min。在无菌条件下，加入0.15％硫酸铵、0.1％磷酸二氢钾以及0.15％活化后的酵母、之后在35℃条件下发酵60h，蒸馏收集乙醇蒸馏收集乙醇，酒精度为11.72％。

Claims

1.一种汽爆红薯直接发酵生产燃料乙醇的方法，其特征在于：将红薯清洗后切成小段，投入汽爆罐中在蒸汽压力0.5～0.8MPa的条件下蒸汽爆破处理2～4min；汽爆后的红薯按每克干汽爆红薯加入120～200U的比例加入糖化酶，在55～60℃水浴保温糖化20～60min；糖化后物料冷却至30～35℃，紫外灭菌15～20min，在无菌条件下，按照每100克红薯加入0.1～0.15g硫酸铵、0.1～0.2g磷酸二氢钾和0.10～0.30g酵母的比例加入硫酸铵、磷酸二氢钾和活化后的酵母，在30～35℃条件下发酵48～60h，蒸馏收集发酵产生的乙醇。