专利名称：一种大学食堂餐厨废弃物生产燃料乙醇和饲料蛋白的方法
技术领域：
本发明涉及一种大学食堂餐厨废弃物生产燃料乙醇和饲料蛋白的方法。
背景技术：
餐厨废弃物是指居民日常生活以及除居民日常生活以外的食品加工、饮食服务、单位供餐等活动中产生的厨余食品废弃物，主要以淀粉类、食物纤维类、动物脂肪类等物质为主，是城市生活垃圾中有机相的主要成分，具有含水率高，油脂、盐分含量高，易腐烂、发酵、发臭等特点。其产生的渠道主要为食品加工、处理、运输等过程，来源主要集中在酒店、食品厂、学校、政府、科研行政机构等。易腐有机物水分和油脂含量高，如果与生活垃圾混合焚烧会大大降低焚烧的热能利用，同时其中的脂类物质在重金属的催化条件下成为产生二噁英的重要因子；而填埋处理则会产生大量沼气及渗滤液，对环境造成二次污染，随着社会经济发展和生活水平的不断提高，餐厨垃圾正成为我国城市管理者面临 的新问题。虽然少数城市已经采取措施加以治理，但无论从技术、管理等各层面分析，餐厨废弃物有效处理在我国仅是起步阶段，尚存在许多社会问题和技术性难题。餐厨废弃物在国内绝大多数城市存在着管理无序、任意处置等问题，已经成为垃圾收集、运输和填埋处理的主要污染源，严重影响市容市貌、居民身体健康及环境质量。因而，必须对餐厨垃圾进行有效的处理和资源开发利用，才能从根本上解决餐厨垃圾带来的环境污染、资源浪费及食品安全和人体健康等方面的问题。目前，餐厨废弃物处理方法比较多，有作为垃圾直接排放、焚烧、掩埋、不法分子二次利用生产地沟油和喂饲动物和生物处理等途径,在这些方法中，生物处理是一种有效的餐厨废弃物处理方法，因此目前的餐厨机物大多采取生物处理。国内外对生物技术研究比较多的如好氧堆肥处理技术、厌氧消化处理技术、饲料化处理技术、生化处理技术等。在这些技术当中，微生物发酵餐厨废弃物生产乙醇和饲料的技术研究比较热，这不仅能将餐厨废弃物的污染问题解决，还会变废为宝，生产出燃料乙醇和饲料等有实用价值产品，大大增加了餐厨废弃物的附加值，提高了资源的利用率。但是，当前对餐厨废弃物发酵生产乙醇和饲料还存在着较多问题，例如大多技术方法成本较高、乙醇产率较低，由于餐厨废弃物中纤维素、油脂较多，会阻碍发酵反应的进行，可供微生物利用发酵乙醇的糖类利用率因而比较低。以上因素是限制利用法餐厨废弃物发酵生产乙醇和动物饲料的技术发展的主要原因。许多专利技和科研成果术也未能全面的解决这些问题。因此，如何选用适合微生物发酵的原料和提高餐厨废弃物营养成分的利用率是解决上述难题的关键所在。大学食堂餐厨废弃物含有糖类、淀粉、油脂和蛋白质等营养物质，和其他餐饮、饭店相比，大学食堂餐桌废弃物营养物组成稳定、营养物全面、油脂和纤维素含量相对较低、糖类较多、微生物和其它污染物相对较少，比较利于被微生物利用进行发酵反应生产高附加值的产品，所以有极大的可开发利用价值。
发明内容
从上述技术背景可知，现在还没与专门针对大学食堂餐厨废弃物发酵生产燃料乙醇和饲料蛋白的方法，其它利用餐厨废弃物生产燃料乙醇和饲料蛋白的方法存在很多缺陷。本发明的目的是提供一种迄今未见报道的以大学食堂餐厨废弃物为原料发酵生产燃料乙醇和饲料蛋白的方法，该方法具有生产工艺先进、低成本、产品的率高、可工业化生产等特点。本发明的一种大学食堂餐厨废弃物生产燃料乙醇和饲料蛋白的方法具体步骤如下I、一种大学食堂餐厨废弃物生产燃料乙醇和饲料蛋白的方法，其特征是该方法包括下列步骤
(I)原料破碎、蒸煮大学食堂餐厨废弃物用组织破碎机进行破碎，使固形物颗粒大小g 5mm，加入广2倍的水，100°C条件下，搅拌蒸煮30min，然后除去水分，再次加入Γ2倍的水，继续蒸煮15min ；(2)离心、干燥脱水采用卧式离心机将固液进行分离，取固体部分，采用微波真空干燥法在微波功率为5 lOw/g，真空度O. IMPa条件下将固形物进行干燥脱水至水分含量为30% 40% ；(3)挤压膨化处理采用双螺杆挤压膨化机在螺杆转速10(Tl50r/min，温度为14(Tl60°C条件下，对干燥后的餐厨废弃物进行挤压膨化处理；(4)同步糖化发酵将挤压膨化后的餐厨废弃物加5 10倍水后蒸煮搅拌30min，冷却至45°C保温，然后调节体系的PH为4. (Γ6. 0，充分搅拌混合后先加入1°/Γ5%的纤维素酶和O. 49ΓΟ. 6%的糖化酶，在5(T65°C下反应Ih后，再将溶液冷却至40°C后加入I. 09Γ1. 5%的耐高温活性干酵母，在温度为4(T45°C条件下进行同步糖化发酵4(T50h ；(5)乙醇蒸馏将发酵后的料液在80°C条件下进行蒸馏，得到的乙醇溶液用薄膜式真空浓缩器将其浓缩为浓度95%以上；(6)残渣蛋白分离制备蒸馏后的料液中加入5 10倍水稀释，用NaOH溶液调节pH为8. 0^8. 5，在温度为60°C条件下保温2h并不断搅拌。然后在4000rpm条件下进行离心lOmin，取溶液部分加入HCl溶液调节pH为4. (Γ4. 5，再次以4000rpm条件下离心并收集沉淀，用蒸馏水冲洗至中性，然使用截留分子量为5000(Γ100000的中空纤维超滤膜将固形物浓缩至含量为3(Γ35%，然后进行喷雾干燥，得到总蛋白含量709Γ80%的高纯度饲料蛋白固体粉末。本发明和现有的技术相比具有以下优点一、本发明以大学食堂餐厨废弃物为原料，首先利用挤压膨化预处理技术使餐厨废弃物结构疏松，使酶和微生物能够充分地和糖类、纤维素等接触并且利用，提高发酵效率，为后续的糖化发酵创造了非常有利的条件。该方法在餐厨废弃物预处理方面未见相关资料报道。其方法简单，成本较低，易于产业化生产，在餐厨废弃物预处理方面具有较强的创新性和实用性。二、本发明采用同步糖化发酵工艺生产燃料乙醇，采用双酶结合酵母同完成发酵反应，生化反应速度快，节省了反应时间和成本，解决了酶解产物反馈抑制阻碍作用，能充分利用餐厨废弃物中的纤维素和淀粉转化为乙醇，产物得率较高，降低了生产成本。三、本发明采用碱提酸沉的方法提取出了餐厨废弃物中的蛋白质和微生物蛋白，并采用膜分离方法进行浓缩，节省了成本，提高了效率，同时充分保留了蛋白活性，所得蛋白制品纯度较高。四、本发明利用餐厨废弃物所制得的乙醇可作为工业燃料，所制得的饲料蛋白安全无污染，可直接作为饲料、饲料添加剂和动物营养强化剂，具有较强的实用价值。五、本发明方法所使用的材料来自于大学食堂，来源广泛，不仅节约了能源，减少了环境污染和社会危害。是一种简单方便、低成本、高效的厨废弃物生产燃料乙醇和饲料蛋白的方法。
具体实施例方式具体实施方式
一一种大学食堂餐厨废弃物生产燃料乙醇和饲料蛋白的方法通过以下步骤实现(I)原料破碎、蒸煮大学食堂餐厨废弃物用组织破碎机进行破碎，使固形物颗粒大小=5mm，加入广2倍的水，100°C条件下，搅拌蒸煮30min，然后除去水分，再次加入Γ2倍的水，继续蒸煮15min ；(2)离心、干燥脱水采用卧式离心机将固液进行分离，取固体部分，采用微波真空干燥法在微波功率为5 lOw/g，真空度O. IMPa条件下将固形物进行干燥脱水至水分含量为30% 40% ；(3)挤压膨化处理采用双螺杆挤压膨化机在螺杆转速10(Tl50r/min，温度为14(Tl60°C条件下，对干燥后的餐厨废弃物进行挤压膨化处理；(4)同步糖化发酵将挤压膨化后的餐厨废弃物加5 10倍水后蒸煮搅拌30min，冷却至45°C保温，然后调节体系的PH为4. (Γ6. 0，充分搅拌混合后先加入1°/Γ5%的纤维素酶和O. 49ΓΟ. 6%的糖化酶，在5(T65°C下反应Ih后，再将溶液冷却至40°C后加入I. 0°/Γ . 5%的耐高温活性干酵母，在温度为4(T45°C条件下进行同步糖化发酵4(T50h ；(5)乙醇蒸馏将发酵后的料液在80 V条件下进行蒸馏，得到的乙醇溶液用薄膜式真空浓缩器将其浓缩为浓度95%以上；(6)残渣蛋白分离制备蒸馏后的料液中加入5 10倍水稀释，用NaOH溶液调节pH为8. 0^8. 5，在温度为60°C条件下保温2h并不断搅拌。然后在4000rpm条件下进行离心lOmin，取溶液部分加入HCl溶液调节pH为4. (Γ4. 5，再次以4000rpm条件下离心并收集沉淀，用蒸馏水冲洗至中性，然使用截留分子量为5000(Γ100000的中空纤维超滤膜将固形物浓缩至含量为3(Γ35%，然后进行喷雾干燥，得到总蛋白含量709Γ80%的高纯度饲料蛋白固体粉末。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一的不同点在于步骤(2)中微波真空干燥功率为6 8w/g，将固形物干燥脱水至水分含量329Γ35%。其它步骤与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一的不同点在于步骤(2)中微波真空干燥功率为7w/g，将固形物干燥脱水至水分含量33%。其它步骤与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一的不同点在于步骤(3)中膨化机螺杆转速为12(Tl30r/min，温度为145 150°C。其它步骤与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一的不同点在于步骤(4)中向发酵体系中先加入I. 5% 3%的纤维素酶和O. 459Γ0. 5%的糖化酶，在55 60°C下反应Ih后加入 I. 29Γ1. 4%的耐高温干酵母，在温度为4(T42°C条件下发酵45 48h。其它步骤与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一的不同点在于步骤(6)中使用截留分子量为6000(Γ80000的中空纤维超滤膜，蛋白固形物浓缩至含量为32 35%。其它步骤与具体实施方式
一相同。
权利要求
1.一种大学食堂餐厨废弃物生产燃料乙醇和饲料蛋白的方法，其特征是该方法包括下列步骤 (1)原料破碎、蒸煮 将大学食堂餐厨废弃物破碎，加入Γ2倍的水，蒸煮30min，重复加水蒸煮广2次； (2)离心、干燥脱水 采用离心机将固液进行分离，取固体部分，采用微波真空干燥法在微波功率为5 10w/g,真空度O. IMPa条件下将固形物进行干燥脱水； (3)挤压膨化处理 采用挤压膨化机在螺杆转速10(Tl50r/min，温度为14(Tl60°C条件下，对干燥后的餐厨废弃物进行挤压膨化处理； (4)同步糖化发酵 将挤压膨化后的餐厨废弃物加5 10倍水后蒸煮搅拌30min，冷却至45°C，然后调节体系的pH为4. (Γ6. O，充分搅拌混合后分别依次加入1°/Γ5%的纤维素酶，O. 49ΓΟ. 6%的糖化酶和I. 09Γ1. 5%的耐高温干酵母，在温度为4(T45°C条件下进行同步糖化发酵4(T50h ； (5)乙醇蒸馏 将发酵后的料液在80°C条件下进行蒸馏并浓缩，得到乙醇含量95%以上溶液； (6)残渣蛋白分离制备 蒸馏后的料液中加入5 10倍水稀释，用NaOH溶液调节pH为8. 0^8. 5，在温度为60°C条件下保温2h并充分搅拌。然后在4000rpm条件下进行离心，取溶液部分加入HCl溶液调节pH为4. (Γ4. 5，离心收集沉淀，用蒸馏水冲洗，然后超滤膜进行浓缩至固形物含量3(Γ35%，喷雾干燥得饲料蛋白。
2.根据权利要求I所述的一种大学食堂餐厨废弃物生产燃料乙醇和饲料蛋白的方法，其特征是在所述的离心、干燥脱水步骤中，采用微波真空干燥法将固形物干燥至水分含量为 30% 40%。
3.根据权利要求I所述的一种大学食堂餐厨废弃物生产燃料乙醇和饲料蛋白的方法，其特征是在所述的同步糖化发酵步骤中，先加入纤维素酶和糖化酶在5(T60°C下反应Ih后，再将溶液冷却至40°C后加入耐高温活性干酵母。
4.根据权利要求I所述的一种大学食堂餐厨废弃物生产燃料乙醇和饲料蛋白的方法，其特征是在所述的残渣蛋白分离制备步骤中，所使用的超滤膜为截留分子量为50000^100000的中空纤维超滤膜。
全文摘要
一种大学食堂餐厨废弃物生产燃料乙醇和饲料蛋白的方法，属于生物化学领域。本发明涉及一种新的以大学食堂餐厨废弃物为原料发酵生产乙醇和饲料蛋白的方法。本发明解决了现有餐厨废弃物生产乙醇和饲料蛋白方法存在工艺复杂、生产成本过高、产品得率低以及难以工业化生产的问题。本发明一种大学食堂餐厨废弃物生产燃料乙醇和饲料蛋白的方法按照如下步骤进行1.原料破碎、蒸煮；2.离心、干燥脱水；3.挤压膨化处理；4.同步糖化发酵；5.乙醇蒸馏；6.残渣蛋白分离和制备。本发明以大学食堂产生的餐厨废弃物为原料生产乙醇和饲料蛋白，不仅可以大大降低乙醇和饲用蛋白生产成本，而且可达到变废为宝、提高大学食堂餐厨废弃物的附加值、避免大学食堂餐厨废弃物对环境造成污染和对社会造成危害的目的。
文档编号C12P19/14GK102899360SQ20121039370
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月17日 优先权日2012年10月17日
发明者焦岩, 常影, 解天怡, 孙英尉, 曹洪爽, 薛新宇 申请人:齐齐哈尔大学