一种固体碱糖化富碳微藻发酵制备燃料乙醇的方法
【技术领域】
:
[0001]本发明涉及生物能源制备的技术领域，具体涉及一种固体碱糖化富碳微藻发酵制备燃料乙醇的方法。
【背景技术】
:
[0002]微藻作为单细胞或者简单多细胞光合微生物，广泛分布于各种环境中，能通过光合作用将太阳能、H20、大气中的CO2转化为碳水化合物，存储于微藻生物质内。微藻的生长以大气中CO2为主要碳源，每生产Ikg微藻生物质，可以固定1.83kg的C02。为提高微藻的生长速率，减少温室气体的排放，人们通常利用工业废气(如烟道气、小苏打厂尾气等)中的CO2作为碳源。还有研宄者将微藻培养与废水处理结合起来，利用废水中富含氮、磷等元素的特点，在生产微藻生物质的同时处理废水。从80年代开始，在美国能源部的“水生物种计划”支持下，利用微藻生产燃料逐步成为全世界的研宄热点并一直延续至今。近些年来，利用微藻糖化发酵乙醇成为世界各研宄机构、能源科技公司都研宄的热点。可再生生物能源在当前的能源领域中显得越来越重要，而生物乙醇占有举足轻重的地位，如今化石液态燃料价格不断上涨，世界各国都需要生物乙醇来补充能源缺口，研宄者都致力于开发生物乙醇的大规模生产工艺。目前世界上两个最大的生物乙醇生产国美国和巴西，都是以粮食作物为原料。世界各地的生物乙醇生产大多数以粮食作物为原料，需要占用大量耕地，而且粮食的消耗还会刺激食品价格上涨，带来诸多环境和经济问题。而第二代生物乙醇，即纤维素乙醇也面临着很多难以突破的障碍。开发以非粮作物作为原料的廉价生物乙醇是可再生能源领域一个备受关注的话题。
[0003]微藻与传统的制备生物乙醇的原料相比，具有资源更丰富、更易获得等优势。微藻有营养吸收快、光合效率高、生长迅速等特点。陆生植物的光合效率一般都低于0.5%,但微藻的光合效率最高可达10%。高效的光合效率使得微藻细胞的生长周期缩短，其生物质倍增时间平均为2— 5天，而某些藻类仅为6个小时，能够在短时间内产生大量微藻生物质。通过人工控制条件，微藻养殖可以全年进行，大大提高了经济性，表明微藻在作为燃料乙醇原料方面具有很大优势。
[0004]微藻制备乙醇的原料是微藻生物质中的碳水化合物，主要包括淀粉、纤维素、半纤维素等。微藻中如小球藻、衣藻、栅藻、螺旋藻等含有大量的纤维素和淀粉，有些微藻淀粉含量可与玉米、小麦等其它乙醇原料媲美。另外与其它木质纤维素植物相比，微藻细胞内木质素和半纤维素含量更低，而且与植物中的纤维素I β不同，微藻细胞内为纤维素I α，其氢键较弱，更易被降解为单糖。
【发明内容】
:
[0005]本发明的目的是提供一种固体碱糖化富碳微藻发酵制备燃料乙醇的方法。
[0006]本发明是通过以下技术方案予以实现的:
[0007]一种固体碱糖化富碳微藻发酵制备燃料乙醇的方法，以富含碳水化合物微藻为原料，在固体碱作为催化剂的条件下，将微藻干粉或者湿藻糖化，然后发酵制备生产乙醇，包括以下步骤:
[0008]a、往微藻中加入水和固体碱催化剂，60—100 °C下水解60min_180min后过滤回收固体碱催化剂，将过滤后的微藻液用树脂吸附处理，然后，按每升微藻液加入
0.5g (NH4) 2ΗΡ04、0.025g MgSO4.7H20、1.0g酵母膏的量，往吸附处理后的微藻液中加入(NH4)2HPO4, MgSO4.7H20和酵母膏，再加入Na2HPO4-柠檬酸缓冲液，调节反应体系的pH为
4.5-5.5 ;所述微藻干重和水的质量比为1:5—1:50 ;固体碱催化剂与微藻干重的质量比为1:20—1:100 ；
[0009]b、向步骤a所得的反应体系按淀粉酶、纤维素酶分别为20_40FPU/g底物酶量加入淀粉酶、纤维素酶，50°C预水解12-24h ；
[0010]C、按体积比为5%的接种量将酵母(Saccharomyces cerevisiae)接种至步骤13所得反应体系中，30°C发酵60-120h，得到产物乙醇。
[0011]所述的微藻富含碳水化合物，碳水化合物含量占微藻干重的40%以上，淀粉含量占微藻干重的20%以上。所述的微藻可以为室内外培养的微藻品种。
[0012]所述固体碱催化剂为K0H/A1203，其制备方法如下:首先将Al2O3载体500°C焙烧2-6小时，采用等体积浸渍法将Al2O3载体浸渍于质量浓度为10%的KOH溶液中，室温下浸渍12h，结束后110°C下烘干，最后在马弗炉中于600°C焙烧2-6小时即得。
[0013]所述酵母，取斜面保藏的Y2034菌株，用接种环挑取一环酵母菌体，接入到装有50mLYEPD液体培养基的150mL三角瓶中，放置于恒温摇床中，调节温度在30°C，在150rpm条件下振荡培养12-24小时。接种到发酵培养基前，取相应体积的种子液8000rpm尚心5min，倒掉上清，接种菌泥到发酵瓶中。酵母种子培养基YEF1D(w/v):蛋白胨2%，葡萄糖2%，酵母粉1%。
[0014]本申请与现有技术相比，具有如下有益效果:
[0015]以富淀粉微藻为原料，采用固体碱催化和酵母发酵制备乙醇，与传统的原料小麦、玉米等相比，微藻易得且生长快速，且微藻细胞内木质素和半纤维素含量更低，多糖含量丰富，且微藻细胞内为纤维素Ia，其氢键较弱，更易被降解为单糖。传统碱处理水解糖效率高，但是碱用量巨大，难于回收，同时糖类水解需要的碱度较低，选择传统的液体碱反应体系不够稳定，难于控制。本申请固体碱催化剂可回收利用，碱度低反应条件容易控制，简单环保，为微藻生物质在生物质能源方面的应用提供了新的途径，为微藻能源化利用研宄探索了新研宄方向。
【具体实施方式】
:
[0016]以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
[0017]实施例1:
[0018](I)将经过离心浓缩的小球藻(碳水化合物含量30% ±2% )藻泥200g(干重40g)培养液至于反应装置中，加入水体积为400ml，加入固体碱催化剂2g ;反应釜温度为60°C水解120min后过滤回收固体碱催化剂，将过滤后的微藻液用树脂吸附处理，然后，按每升微藻液加入0.5g(NH4)2HPO4^0.025g MgSO4.7H20、1.0g酵母膏的量，往吸附处理后的微藻液中加入(NH4)2HP04、MgSO4.7H20和酵母膏，再加入Na2HPO4-柠檬酸缓冲液，调节反应体系的 pH 为 4.5-5.5。
[0019](2)向步骤(I)所得的反应体系按淀粉酶、纤维素酶分别为40FPU/g底物酶量加入淀粉酶和纤维素酶，50°C预水解24h。
[0020](3)按5 % (v/v)的接种量将酵母(YPD液体培养基30°C培养24h活化)接种至步骤(2)得到