一种利用牵牛藤联产乙醇、丙酮和丁醇的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用牵牛藤联产乙醇、丙酮和丁醇的方法，属于生物质能源技术领域，所述乙醇、丙酮和丁醇是经过牵牛藤干燥、粉碎、预处理、水解、发酵等步骤制得的。本发明原材料来源广，联产乙醇、丙酮和丁醇成本低；本发的方法制得的糖得率为92.23%?92.92%，丁醇得率为66.56%?67.57%，丁醇纯度为99.57%?99.71%，说明了糖转化率和丁醇得率高，采用本发明的方法可高产乙醇、丙酮和丁醇；本发明的方法能联产多种新能源，为能源紧缺问题提供了一种新的解决方案。
【专利说明】-种利用牵牛藤联产乙醇、丙酬和T醇的方法
[0001] 【技术领域】 本发明属于生物质能源技术领域，具体设及一种利用牵牛藤联产乙醇、丙酬和下醇的 方法。
[0002] 【【背景技术】】 随着人口的增长，粮食、能源与环境是人类面临的最主要挑战。W纤维素原料生产可再 生清洁能源日益受到广泛关注，而W农作物废弃物为原料生产燃料下醇、乙醇等被认为是 最有发展前景的产业。牵牛藤中蛋白质含量低但碳水化合物含量高，个别品种碳水化合物 含量高达干物质的79.1%，因而是生产生物质能的优质原料。国内外对蔓藤转化燃料下醇、 乙醇的研究已起步，目前下醇、乙醇产率还比较低，瓶颈在于牵牛藤降解成可发酵糖的技术 还不理想。因此，发明牵牛藤的高效降解工艺对牵牛藤的综合开发及木质纤维素的能源化 利用均具有极高的经济价值和社会效益。
[0003] 利用木质纤维材料制取生物下醇对缓解能源危机与环境恶化有重要的意义(生物 质化学工程，2012,46(3) ,39-44)。但在酶水解过程中，由于部分纤维素酶和半纤维素酶不 可逆的W无效吸附的方式吸附在底物特别是木质素表面会导致酶活性的损失，此外纤维素 本身的结晶结构和半纤维素结构的复杂性也是导致水解效率低的重要因素。
[0004] 在实际应用中，生物燃料下醇由于其能够汽油W任意比混合，又无需对车辆进行 改造，且其经济性高，可有效提高车辆的燃油效率和行驶里程。故生物燃料下醇比生物乙醇 更具优越的品质W及更高的热值转化率。因而，生物燃料下醇将会更加赢得人们的青睐。传 统的生物下醇的制备方法是W玉米、麦类、大豆等谷物粮食为原料通过发酵制备而成的。但 W粮食为原料生产生物燃料不仅不能满足社会需求，而且会危及粮食安全。有研究人员指 出，即使美国种植的所有玉米和大豆都用于生产生物能源，也只能分别满足美国社会汽油 需求的12%和柴油需求的6%。而玉米和大豆首先要满足粮食、饲料和其他经济需求，不可 能都用来生产生物燃料。国际货币基金组织也警告说，全球用于生物燃料的谷物生产不断 增加有可能对世界贫困产生严重影响。
[000引【
【发明内容】
】 本发明要解决的技术问题是提供一种利用牵牛藤联产乙醇、丙酬和下醇的方法，W解 决牵牛藤降解成可发酵糖不完全导致乙醇、丙酬和下醇产率低等问题。本发明原材料来源 广，联产乙醇、丙酬和下醇成本低;本发明的方法能联产多种新能源，为能源紧缺问题提供 了一种新的解决方案。
[0006]为了解决W上技术问题，本发明采用W下技术方案： 一种利用牵牛藤联产乙醇、丙酬和下醇的方法，包括W下步骤： Sl:采用食盐水漂洗牵牛藤1.5-化，漂洗后将牵牛藤放在溫度为87-102°C下烘干至含 水量《9%，制得干牵牛藤； S2:将步骤Sl制得的干牵牛藤粉碎，过筛子，制得牵牛藤颗粒； S3:将步骤S2制得的牵牛藤颗粒放入微波反应器中，加入溶液A混合均匀，加热至56-66 °C，在揽拌转速为100-40化/min下预处理0.6-1.化，接着冷却至室溫后过滤，制得预处理的 牵牛藤颗粒；所述溶液A为下酬、乙醇、憐酸醋锭盐的混合液，所述下酬的质量浓度为8%- 10%，所述乙醇的质量浓度为60%-80%，所述憐酸醋锭盐的质量浓度为6%-8%，所述下酬溶液、 乙醇溶液、憐酸醋锭盐溶液的体积比为10-20:12-25:1-2,所述牵牛藤颗粒与溶液A的料液 比为1:8-12g/mL S4:将步骤S3制得的预处理的牵牛藤颗粒放入超声波反应器中，加入溶液B混合均匀， 调节pH为1.2-1.8，加热至68-75°C，在揽拌转速为100-50化/min下处理1.2-2.化，接着冷却 至室溫后过滤，制得糖液;所述溶液B为碳基横酸钢、硫酸的混合液，所述碳基横酸钢的质量 浓度为5%-7%，所述硫酸的质量浓度为4%-6%，所述碳基横酸钢溶液、硫酸溶液的体积比为6- 10:5-8，所述预处理的牵牛藤颗粒与溶液B的料液比为1:3-7g/mL S5:将步骤S4制得的糖液接入拜氏梭菌ATCC55025,添加酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸锭、维 生素、憐酸氨二钟、硝酸儀、硫酸巧，调节pH为5.4-6.6,控制溫度为28-32°C下发酵60-9化， 制得乙醇、丙酬和下醇;所述拜氏梭菌ATCC55025质量为糖液质量的4%-8%，所述酵母粉、蛋 白、脂肪、乙酸锭、维生素、憐酸氨二钟、硝酸儀、硫酸巧质量分别为糖液质量的〇.〇3%-2%、 0.02〇/〇-〇 . 5〇/〇、0.02〇/〇-〇 . 5〇/〇、0.04〇/〇-〇 . 6〇/〇、0.04〇/〇-〇 . 5〇/〇、0.16〇/〇-〇. 24〇/〇、0.09〇/〇-〇 . 14〇/〇、0. P/o- 0.2% O
[0007] 进一步地，步骤S1中所述食盐水的浓度为18%-25%。
[000引进一步地，步骤S2中所述筛子的目数为120-180。
[0009] 进一步地，步骤S3中所述牵牛藤颗粒在微波反应器中预处理的溫度为66°C，在揽 拌转速为40化/min下预处理0.化。
[0010] 进一步地，步骤S3中所述牵牛藤颗粒与溶液A的料液比为l:12g/mL。
[0011] 进一步地，步骤S4中所述预处理的牵牛藤颗粒在超声波反应器处理的抑为1.8，加 热至75°C，在揽拌转速为5(K)r/min下处理1.化。
[0012] 进一步地，步骤S4中所述预处理的牵牛藤颗粒与溶液B的料液比为l:6g/mL。
[0013] 进一步地，步骤S5中所述拜氏梭菌ATCC55025质量为糖液质量的6%，所述酵母粉、 蛋白、脂肪、乙酸锭、维生素、憐酸氨二钟、硝酸儀、硫酸巧质量分别为糖液质量的1%、〇.25%、 0.25〇/〇、0.3〇/〇、0.25〇/〇、0.2〇/〇、0.2〇/〇、0.15〇/〇。
[0014] 本发明具有W下有益效果： (1) 本发明原材料来源广，联产乙醇、丙酬和下醇成本低； (2) 本发明制备工艺简单，投入少，适合大规模的推广和应用； (3) 可避免微生物酶发酵制糖工艺的不确定性，降低了技术风险； (4) 糖转化率高，产生的残渣量少，是绿色环保型工艺； 巧)水解溫度较低，能源消耗少，有利于相关技术的推广和应用； (6) 本发的方法制得的糖得率为92.23%-92.92%，下醇得率为66.56%-67.57%，下醇纯度 为99.57%-99.71%，说明了糖转化率和下醇得率高，因此，采用本发明的方法可高产乙醇、丙 酬和下醇； (7) 本发明的方法能联产多种新能源，为能源紧缺问题提供了一种新的解决方案。
[001引【【具体实施方式】】 为便于更好地理解本发明，通过W下实施例加 W说明，运些实施例属于本发明的保护 范围，但不限制本发明的保护范围。
[0016] 在实施例中，所述利用牵牛藤联产乙醇、丙酬和下醇的方法，包括W下步骤： SI:采用浓度为18%-25%的食盐水漂洗牵牛藤1.5-化，漂洗后将牵牛藤放在溫度为87- 102°C下烘干至含水量《9%，制得干牵牛藤； S2:将步骤Sl制得的干牵牛藤粉碎，过120-180目筛子，制得牵牛藤颗粒； S3:将步骤S2制得的牵牛藤颗粒放入微波反应器中，加入溶液A混合均匀，加热至56-66 °C，在揽拌转速为100-40化/min下预处理0.6-1.化，接着冷却至室溫后过滤，制得预处理的 牵牛藤颗粒；所述溶液A为下酬、乙醇、憐酸醋锭盐的混合液，所述下酬的质量浓度为8%- 10%，所述乙醇的质量浓度为60%-80%，所述憐酸醋锭盐的质量浓度为6%-8%，所述下酬溶液、 乙醇溶液、憐酸醋锭盐溶液的体积比为10-20:12-25:1-2,所述牵牛藤颗粒与溶液A的料液 比为1:8-12g/mL S4:将步骤S3制得的预处理的牵牛藤颗粒放入超声波反应器中，加入溶液B混合均匀， 调节pH为1.2-1.8，加热至68-75°C，在揽拌转速为100-50化/min下处理1.2-2.化，接着冷却 至室溫后过滤，制得糖液;所述溶液B为碳基横酸钢、硫酸的混合液，所述碳基横酸钢的质量 浓度为5%-7%，所述硫酸的质量浓度为4%-6%，所述碳基横酸钢溶液、硫酸溶液的体积比为6- 10:5-8，所述预处理的牵牛藤颗粒与溶液B的料液比为1:3-7g/mL S5:将步骤S4制得的糖液接入拜氏梭菌ATCC55025,添加酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸锭、维 生素、憐酸氨二钟、硝酸儀、硫酸巧，调节pH为5.4-6.6,控制溫度为28-32°C下发酵60-9化， 制得乙醇、丙酬和下醇;所述拜氏梭菌ATCC55025质量为糖液质量的4%-8%，所述酵母粉、蛋 白、脂肪、乙酸锭、维生素、憐酸氨二钟、硝酸儀、硫酸巧质量分别为糖液质量的〇.〇3%-2%、 0.02〇/〇-〇 . 5〇/〇、0.02〇/〇-〇 . 5〇/〇、0.04〇/〇-〇 . 6〇/〇、0.04〇/〇-〇 . 5〇/〇、0.16〇/〇-〇. 24〇/〇、0.09〇/〇-〇 . 14〇/〇、0. P/o- 0.2% O
[0017] 下面通过更具体实施例对本发明进行说明。
[001引实施例1 一种利用牵牛藤联产乙醇、丙酬和下醇的方法，包括W下步骤： SI:采用浓度为22%的食盐水漂洗牵牛藤1.5-化，漂洗后将牵牛藤放在溫度为87-102°C 下烘干至含水量《9%，制得干牵牛藤； S2:将步骤Sl制得的干牵牛藤粉碎，过150目筛子，制得牵牛藤颗粒； S3:将步骤S2制得的牵牛藤颗粒放入微波反应器中，加入溶液A混合均匀，加热至60°C， 在揽拌转速为30化/min下预处理1.化，接着冷却至室溫后过滤，制得预处理的牵牛藤颗粒； 所述溶液A为下酬、乙醇、憐酸醋锭盐的混合液，所述下酬的质量浓度为9%，所述乙醇的质量 浓度为70%，所述憐酸醋锭盐的质量浓度为7%，所述下酬溶液、乙醇溶液、憐酸醋锭盐溶液的 体积比为15:18:1，所述牵牛藤颗粒与溶液A的料液比为1: lOg/mL S4:将步骤S3制得的预处理的牵牛藤颗粒放入超声波反应器中，加入溶液B混合均匀， 调节抑为1.5，加热至72°C，在揽拌转速为30化/min下处理1.8h，接着冷却至室溫后过滤，审U 得糖液;所述溶液B为碳基横酸钢、硫酸的混合液，所述碳基横酸钢的质量浓度为6%，所述硫 酸的质量浓度为5%，所述碳基横酸钢溶液、硫酸溶液的体积比为8:6,所述预处理的牵牛藤 颗粒与溶液B的料液比为1: 5g/mL S5:将步骤S4制得的糖液接入拜氏梭菌ATCC55025,添加酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸锭、维 生素、憐酸氨二钟、硝酸儀、硫酸巧，调节抑为6,控制溫度为30°C下发酵75h，制得乙醇、丙酬 和下醇;所述拜氏梭菌ATCC55025质量为糖液质量的6%，所述酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸锭、维 生素、憐酸氨二钟、硝酸儀、硫酸巧质量分别为糖液质量的1%、0 . 25%、0.25%、0.3%、0.25%、 0.2%、0.2%、0.150/0。
[0019] 实施例2 一种利用牵牛藤联产乙醇、丙酬和下醇的方法，包括W下步骤： SI:采用浓度为18%的食盐水漂洗牵牛藤化，漂洗后将牵牛藤放在溫度为87-102°C下烘 干至含水量《9%，制得干牵牛藤； S2:将步骤Sl制得的干牵牛藤粉碎，过120目筛子，制得牵牛藤颗粒； S3:将步骤S2制得的牵牛藤颗粒放入微波反应器中，加入溶液A混合均匀，加热至56°C， 在揽拌转速为l(K)r/min下预处理1.化，接着冷却至室溫后过滤，制得预处理的牵牛藤颗粒； 所述溶液A为下酬、乙醇、憐酸醋锭盐的混合液，所述下酬的质量浓度为8%，所述乙醇的质量 浓度为60%，所述憐酸醋锭盐的质量浓度为6%，所述下酬溶液、乙醇溶液、憐酸醋锭盐溶液的 体积比为10:12:1，所述牵牛藤颗粒与溶液A的料液比为1: 8g/mL S4:将步骤S3制得的预处理的牵牛藤颗粒放入超声波反应器中，加入溶液B混合均匀， 调节抑为1.2，加热至68°C，在揽拌转速为10化/min下处理2.化，接着冷却至室溫后过滤，审U 得糖液;所述溶液B为碳基横酸钢、硫酸的混合液，所述碳基横酸钢的质量浓度为5%，所述硫 酸的质量浓度为4%，所述碳基横酸钢溶液、硫酸溶液的体积比为6:5,所述预处理的牵牛藤 颗粒与溶液B的料液比为1: 3g/mL S5:将步骤S4制得的糖液接入拜氏梭菌ATCC55025,添加酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸锭、维 生素、憐酸氨二钟、硝酸儀、硫酸巧，调节抑为5.4,控制溫度为28°C下发酵90h，制得乙醇、丙 酬和下醇;所述拜氏梭菌ATCC55025质量为糖液质量的4%，所述酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸锭、 维生素、憐酸氨二钟、硝酸儀、硫酸巧质量分别为糖液质量的0.03%、0.02%、0.02%、0.04%、 0.04〇/〇、0.16〇/〇、0.09〇/〇、0.1〇/〇。
[0020] 实施例3 一种利用牵牛藤联产乙醇、丙酬和下醇的方法，包括W下步骤： SI:采用浓度为25%的食盐水漂洗牵牛藤1.化，漂洗后将牵牛藤放在溫度为87-102°C下 烘干至含水量《9%，制得干牵牛藤； S2:将步骤Sl制得的干牵牛藤粉碎，过180目筛子，制得牵牛藤颗粒； S3:将步骤S2制得的牵牛藤颗粒放入微波反应器中，加入溶液A混合均匀，加热至66°C， 在揽拌转速为40化/min下预处理0.化，接着冷却至室溫后过滤，制得预处理的牵牛藤颗粒； 所述溶液A为下酬、乙醇、憐酸醋锭盐的混合液，所述下酬的质量浓度为10%，所述乙醇的质 量浓度为80%，所述憐酸醋锭盐的质量浓度为8%，所述下酬溶液、乙醇溶液、憐酸醋锭盐溶液 的体积比为20: 25: 2,所述牵牛藤颗粒与溶液A的料液比为1: 12g/mL S4:将步骤S3制得的预处理的牵牛藤颗粒放入超声波反应器中，加入溶液B混合均匀， 调节抑为1.8，加热至75 °C，在揽拌转速为50化/min下处理1.化，接着冷却至室溫后过滤，审U 得糖液;所述溶液B为碳基横酸钢、硫酸的混合液，所述碳基横酸钢的质量浓度为7%，所述硫 酸的质量浓度为6%，所述碳基横酸钢溶液、硫酸溶液的体积比为10: 8,所述预处理的牵牛 藤颗粒与溶液B的料液比为1: 7g/mL S5:将步骤S4制得的糖液接入拜氏梭菌ATCC55025,添加酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸锭、维 生素、憐酸氨二钟、硝酸儀、硫酸巧，调节抑为6.6,控制溫度为32°C下发酵60h，制得乙醇、丙 酬和下醇;所述拜氏梭菌ATCC55025质量为糖液质量的4%-8%，所述酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸 锭、维生素、憐酸氨二钟、硝酸儀、硫酸巧质量分别为糖液质量的2%、0.5%、0.5%、0.6%、0.5%、 0.24%、0.14%、0.2〇/〇。
[0021] 取出适量实施例1-3的糖液煮沸、灭活，并适度稀释，用DNS比色定糖法测定发酵糖 含量，并计算糖得率;同时将实施例1-3的方法制备所得乙醇、丙酬和下醇混合液提纯，计算 下酸浩莖巧姉麽.结里加下亲祈志.
出衣P」知，出伞乂巧乂施Wi-J的ZJ化明巧的棚巧平刃yz.z37b-yz.yz7b，J 0手巧平刃 66.56%-67.57%，下醇纯度为99.57%-99.71%，说明了糖转化率和下醇得率高，因此，采用本 发明的方法可高产乙醇、丙酬和下醇。
[0022] W上内容不能认定本发明的具体实施只局限于运些说明，对于本发明所属技术领 域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可W做出若干简单推演或替换， 都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
【主权项】
1. 一种利用牵牛藤联产乙醇、丙酮和丁醇的方法，其特征在于，包括以下步骤： SI:采用食盐水漂洗牵牛藤1.5-2h，漂洗后将牵牛藤放在温度为87-102Γ下烘干至含 水量<9%，制得干牵牛藤； S2:将步骤Sl制得的干牵牛藤粉碎，过筛子，制得牵牛藤颗粒； S3:将步骤S2制得的牵牛藤颗粒放入微波反应器中，加入溶液A混合均匀，加热至56-66 °C，在搅拌转速为100-400r/min下预处理0.6-1.8h，接着冷却至室温后过滤，制得预处理的 牵牛藤颗粒；所述溶液A为丁酮、乙醇、磷酸酯铵盐的混合液，所述丁酮的质量浓度为8%-10%，所述乙醇的质量浓度为60%-80%，所述磷酸酯铵盐的质量浓度为6%-8%，所述丁酮溶液、 乙醇溶液、磷酸酯铵盐溶液的体积比为10-20:12-25 :1-2，所述牵牛藤颗粒与溶液A的料液 比为1:8-12g/mL; S4:将步骤S3制得的预处理的牵牛藤颗粒放入超声波反应器中，加入溶液B混合均匀， 调节pH为1.2-1.8，加热至68-75°C，在搅拌转速为100_500r/min下处理1.2-2.5h，接着冷却 至室温后过滤，制得糖液;所述溶液B为碳基磺酸钠、硫酸的混合液，所述碳基磺酸钠的质量 浓度为5%_7%，所述硫酸的质量浓度为4%-6%，所述碳基磺酸钠溶液、硫酸溶液的体积比为6_ 10:5-8，所述预处理的牵牛藤颗粒与溶液B的料液比为1:3-7g/mL; S5:将步骤S4制得的糖液接入拜氏梭菌ATCC55025，添加酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸铵、维 生素、磷酸氢二钾、硝酸镁、硫酸钙，调节pH为5.4-6.6，控制温度为28-32 °C下发酵60-90h， 制得乙醇、丙酮和丁醇;所述拜氏梭菌ATCC55025质量为糖液质量的4%-8%，所述酵母粉、蛋 白、脂肪、乙酸铵、维生素、磷酸氢二钾、硝酸镁、硫酸钙质量分别为糖液质量的〇.〇3%-2%、 0·02%-0·5%、0·02%-0·5%、0·04%-0·6%、0·04%-0·5%、0·16%-0·24%、0·09%-0·14%、0·1%- 0.2% 〇2. 根据权利要求1所述的利用牵牛藤联产乙醇、丙酮和丁醇的方法，其特征在于，步骤 Sl中所述食盐水的浓度为18%-25%。3. 根据权利要求1所述的利用牵牛藤联产乙醇、丙酮和丁醇的方法，其特征在于，步骤 S2中所述筛子的目数为120-180。4. 根据权利要求1所述的利用牵牛藤联产乙醇、丙酮和丁醇的方法，其特征在于，步骤 S3中所述牵牛藤颗粒在微波反应器中预处理的温度为66°C，在搅拌转速为400r/min下预处 理0.6h。5. 根据权利要求1所述的利用牵牛藤联产乙醇、丙酮和丁醇的方法，其特征在于，步骤 S3中所述牵牛藤颗粒与溶液A的料液比为1:10g/mL。6. 根据权利要求1所述的利用牵牛藤联产乙醇、丙酮和丁醇的方法，其特征在于，步骤 S4中所述预处理的牵牛藤颗粒在超声波反应器处理的pH为1.8,加热至75°C，在搅拌转速为 500r/min下处理1.2h。7. 根据权利要求1所述的利用牵牛藤联产乙醇、丙酮和丁醇的方法，其特征在于，步骤 S4中所述预处理的牵牛藤颗粒与溶液B的料液比为1: 5g/mL。8. 根据权利要求1所述的利用牵牛藤联产乙醇、丙酮和丁醇的方法，其特征在于，步骤 S5中所述拜氏梭菌ATCC55025质量为糖液质量的6%，所述酵母粉、蛋白、脂肪、乙酸铵、维生 素、磷酸氢二钾、硝酸镁、硫酸钙质量分别为糖液质量的1%、〇 . 25%、0.25%、0.3%、0.25%、 0·2%、0·2%、0·15%。
【文档编号】C12P7/08GK105925621SQ201610544794
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年7月12日
【发明人】覃央央
【申请人】广西南宁荣威德新能源科技有限公司