專利名稱：一種以菊芋塊莖及莖葉為原料生產乙醇的方法
技術領域：
本發明涉及生產乙醇的方法，尤其是涉及一種以菊芋塊莖及莖葉為原料生產乙醇的方法。
背景技術：
目前，乙醇工業是我國發酵行業的主導產業之一，主要應用于配制酒、醫藥、化工行業。隨著世界能源供求矛盾的加劇，生物質能源特別是燃料乙醇已列入我國的未來規劃中，我國目前的生產原料主要是淀粉質原料及糖蜜、化學合成物等。淀粉質原料乙醇占75％，糖蜜乙醇占15％，合成乙醇占10％。主要的淀粉質原料為玉米、紅薯、木薯，玉米、紅薯屬糧食作物。由于我國作為世界上人口最多的國家，為保證糧食供應，已出臺了一系列限制糧食作物制酒的政策，因此以經濟作物取代糧食作物生產乙醇，是我國乙醇工業發展的必由之路，同樣也是進一步推向國際市場非常具有競爭力的科研項目。

發明內容
本發明的目的在于克服上述不足之處，針對目前乙醇生產主要以糧食作物為原料生產的現狀，提供一種以菊芋塊莖及莖葉為原料生產乙醇的方法。
為實現上述目的本發明所采用的實施方式如下一種以菊芋塊莖及莖葉為原料生產乙醇的方法，實施步驟如下(1)將菊芋及菊芋莖葉經過粉碎，按1∶0.75-2加水，在55-70℃低溫下蒸煮20-40分鐘后，冷卻至30-45℃，加入纖維素酶100-1000mg/kg、半纖維素酶100-500mg/kg、木質素酶100-500mg/kg多種復合酶對原料進行酶解、轉化，得到發酵醪；(2)克魯維脆壁酵母在麥芽汁斜面培養基上于28℃，培養4-5天，取一環菌種接在裝有50-100ml種子培養基的500ml三角瓶中；搖瓶種子培養基組成為(g/L)蔗糖3.0-30，蛋白胨1.0-2.0，酵母膏1.0-2.0，MgSO47H2O0.1-2.0，K2HPO40.3-3.0，NaCl0.1-1.5；pH4.0-5.0，于121℃滅菌，25分鐘，搖瓶于28-35℃，轉速為200-300轉/分鐘的搖床上培養12-24小時，作為一級種子液；(3)取5-10ml一級種子液接入裝有50-100ml種子培養基的500ml三角瓶中；搖瓶種子培養基組成配比同步驟(2)，pH4.0-5.0，于121℃滅菌，25分鐘，搖瓶于28-35℃，轉速為200-300轉/分鐘的搖床上培養12-24小時，作為二級種子液；(4)按5-10％的接種量將二級種子接入發酵罐中；在發酵罐中加入65-70％體積的種子培養基，其組成與上述搖瓶種子培養基組成配比相同；pH4.0-5.0，于121℃滅菌，25分鐘；于28-35℃，通氣量0.5-1.5V/(V·min)，攪拌速度200-300轉/分鐘條件下發酵16-24小時，根據需要種子量逐級擴大培養后，得到克魯維脆壁酵母液體酒母；(5)加入克魯維脆壁酵母和乙醇活性干酵母，或克魯維脆壁酵母和葡萄酒活性干酵母進行復合酵母乙醇發酵；即按5-10％液體酒母及0.1-0.5％的乙醇或葡萄酒活性干酵母接入發酵醪進行乙醇發酵，30-33℃發酵48-72小時后結束，最后得到成熟的乙醇發酵醪用于蒸餾乙醇。
本發明的有益效果是菊芋(Jerusalem artichoke)為地下生長的塊莖植物，容易栽培，一年種植后可每年收獲，可以連收4-5年。由于其外形似姜，故又名洋姜、鬼子姜。菊芋莖、葉、根都含有菊粉。菊芋根含有80％的水分，其余20％的固形物由90％的碳水化合物、6％的纖維素、半纖維素，2％的蛋白質和2％的灰分組成。菊芋的莖葉所含的碳水化合物比根莖所含的略少，大約在10-12％左右。在中國每畝每年平均可以收獲菊芋根3噸，莖葉7噸，因此菊芋可以被充分利用來生產乙醇，其剩余物也是生產營養豐富的動物飼料的好原料。我國已出臺了一系列限制糧食制酒的政策，因此以菊芋及菊芋莖葉取代糧食作物生產乙醇，有效開發新的資源，將為我國乃至世界乙醇工業發展開拓一條新路。本發明生產方法簡單，原料來源廣、價格低，可有效降低生產成本，且易形成規模化生產。
具體實施例方式
以下結合較佳實施例，對依據本發明提供的具體實施方式
詳述如下實施例1(1)菊芋及菊芋莖葉經過粉碎，按1∶2.0加入水，65℃低溫蒸煮30分鐘后，冷卻至45℃，加入纖維素酶1000mg/kg、半纖維素酶500mg/kg、木質素酶500mg/kg等多種復合酶對原料進行酶解、轉化，得到發酵醪；(2)克魯維脆壁酵母在麥芽汁斜面培養基上于28℃培養5天，取一環菌種接在裝有100ml種子培養基的500ml三角瓶中；搖瓶種子培養基組成為(g/L)蔗糖30.0，蛋白胨3.0，酵母膏1.5，MgSO47H2O0.3，K2HPO43.0，NaCl1.0；pH4.0，于121℃滅菌25分鐘，搖瓶于32℃，轉速為200轉/分鐘的搖床上培養12小時，作為一級種子液；(3)取10ml菌懸液接入裝有100ml種子培養基的500ml三角瓶中。搖瓶種子培養基組成為(g/L)蔗糖30.0，蛋白胨2.0，酵母膏2.0，MgSO47H2O0.5，K2HPO43.0，NaCl1.0；pH4.0，于121℃滅菌，25分鐘，搖瓶于28℃，轉速為200轉/分鐘的搖床上培養12小時，作為二級種子液；(4)按10％的接種量將二級種子接入發酵罐中。在發酵罐中加入65％體積的種子培養基，種子培養基組成為(g/L)蔗糖30.0，蛋白胨1.5，酵母膏1.5，MgSO47H2O2.0，K2HPO43.0，NaCl1.0；pH4.0，于121℃滅菌，25分鐘，于35℃，通氣量1.5V/(V·min)，攪拌速度200轉/分鐘條件下發酵24小時，逐級擴大培養后，得到克魯維脆壁酵母液體酒母；(5)將10％的克魯維脆壁酵母液體酒母和0.5％的乙醇活性干酵母接入發酵醪進行乙醇發酵，30℃發酵48小時后結束，成熟的醪液送去蒸餾。
實施例2(1)菊芋及菊芋莖葉經過粉碎、按1∶1.5加入水，60℃低溫蒸煮25分鐘后，冷卻至30℃，加入纖維素酶100mg/kg、半纖維素酶100mg/kg、木質素酶100mg/kg等多種復合酶對原料進行酶解、轉化，得到發酵醪；(2)克魯維脆壁酵母在麥芽汁斜面培養基上于28℃培養4天，取一環菌種接在裝有100ml種子培養基的500ml三角瓶中。搖瓶種子培養基組成為(g/l)蔗糖30.0，蛋白胨1.0，酵母膏2.0，MgSO47H2O2.0，K2HPO42.5，NaCl1.5；pH4.5，于121℃滅菌，25分鐘，搖瓶于32℃，轉速為300轉/分鐘的搖床上培養12小時，作為一級種子液；(3)取10ml菌懸液接入裝有100ml種子培養基的500ml三角瓶中。搖瓶種子培養基組成為(g/L)蔗糖30.0，蛋白胨1.0，酵母膏2.0，MgSO47H2O2.0，K2HPO42.5，NaCl1.5；pH4.5，于121℃滅菌，25分鐘，搖瓶于32℃，轉速為300轉/分鐘的搖床上培養12小時，作為二級種子液；(4)按10％的接種量將二級種子接入發酵罐中。在發酵罐中加入70％體積的種子培養基，種子培養基組成為(g/L)蔗糖30.0，蛋白胨1.0，酵母膏2.0，MgSO47H2O0.5，K2HPO42.5，NaCl1.0；pH4.5，于121℃滅菌，25分鐘；于28℃，通氣量0.75V/(V·min)，攪拌速度300轉/分鐘條件下發酵24小時，逐級擴大培養后，得到克魯維脆壁酵母液體酒母；(5)將5％的克的魯維脆壁酵母液體酒母和0.1％的乙醇活性干酵母接入發酵醪，在發酵罐內進行乙醇發酵，33℃發酵24小時后將發酵醪1/3-1/2分出至第二個罐，然后兩個罐同時補加新鮮發酵醪至滿，繼續發酵；待第二罐發酵正常，又處于主發酵階段時，同時又分出1/3-1/2發酵醪至第三罐，并加新鮮發酵醪至第二、三罐。如此連續分割第三、四......各罐；前面的第一、二罐發酵60小時后，成熟的醪液送去蒸餾。
實施例3(1)菊芋及菊芋莖葉經過粉碎、按1∶1.25加入水，70℃低溫蒸煮20分鐘后，冷卻至30-45℃，加入纖維素酶500mg/kg、半纖維素酶200mg/kg、木制素酶200mg/kg等多種復合酶對原料進行酶解、轉化，得到發酵醪；(2)克魯維脆壁酵母在麥芽汁斜面培養基上于28℃培養5天，取一環菌種接在裝有100ml種子培養基的500ml三角瓶中。搖瓶種子培養基組成為(g/L)蔗糖3.0，蛋白胨2.0，酵母膏1.0，MgSO47H2O0.1，K2HPO40.3，NaCl0.1；pH5.0，于121℃滅菌，25分鐘，搖瓶于32℃，轉速為200轉/分鐘的搖床上培養12小時，作為一級種子液；(3)取10ml菌懸液接入裝有100ml種子培養基的500ml三角瓶中。搖瓶種子培養基組成為(g/L)蔗糖25.0，蛋白胨2.0，酵母膏1.0，MgSO47H2O0.1，K2HPO40.3，NaCl0.1；pH5.0，于121℃滅菌，25分鐘，搖瓶于32℃，轉速為200轉/分鐘的搖床上培養12小時，作為二級種子液；(4)按10％的接種量將二級種子接入發酵罐中。在發酵罐中加入70％體積的種子培養基，種子培養基組成為(g/L)蔗糖25.0，蛋白胨2.0，酵母膏1.0，MgSO47H2O0.1，K2HPO40.3，NaCl0.1；pH5.0，于121℃滅菌，25分鐘；于30℃，通氣量1.0V/(V·min)，攪拌速度200轉/分鐘條件下發酵24小時，逐級擴大培養后，得到克魯維脆壁酵母液體酒母；(5)將5％的克魯維脆壁酵母液體酒母和0.3％的葡萄酒活性干酵母接入發酵醪進行乙醇發酵，31℃發酵72小時后結束，成熟的醪液送去蒸餾。
實施例4(1)菊芋及菊芋莖葉經過粉碎、按1∶0.75加入水，55℃低溫蒸煮40分鐘后，冷卻至30-45℃，加入纖維素酶600mg/kg、半纖維素酶300mg/kg、木制素酶300mg/kg等多種復合酶對原料進行酶解、轉化，得到發酵醪；(2)克魯維脆壁酵母在麥芽汁斜面培養基上于28℃培養4天，取一環菌種接在裝有100ml種子培養基的500ml三角瓶中。搖瓶種子培養基組成為(g/L)蔗糖3.0，蛋白胨2.0，酵母膏1.0，MgSO47H2O0.1，K2HPO40.3，NaCl0.1；pH5.0，于121℃滅菌，25分鐘，搖瓶于32℃，轉速為250轉/分鐘的搖床上培養12小時，作為一級種子液；(3)取10ml菌懸液接入裝有100ml種子培養基的500ml三角瓶中。搖瓶種子培養基組成為(g/L)蔗糖3.0，蛋白胨2.0，酵母膏1.0，MgSO47H2O0.1，K2HPO40.3，NaCl0.1；pH5.0，于121℃滅菌25分鐘，搖瓶于32℃，轉速為250轉/分鐘的搖床上培養12小時，作為二級種子液；(4)按10％的接種量將搖瓶種子接入發酵罐中。在發酵罐中加入67.5％種子培養基，種子培養基組成為(g/L)蔗糖20.0，蛋白胨2.0，酵母膏1.0，MgSO47H2O0.1，K2HPO40.3，NaCl0.1；pH5.0，于121℃滅菌，25分鐘；于31℃，通氣量1.2V/(V·min)，攪拌速度250轉/分鐘條件下發酵24小時，逐級擴大培養后，得到克魯維脆壁酵母液體酒母；
(5)將10％的克魯維脆壁酵母液體酒母和0.5％的葡萄酒活性干酵母接入發酵醪，在發酵罐內進行乙醇發酵，30℃發酵24小時后將發酵醪1/3-1/2分出至第二個罐，然后兩個罐同時補加新鮮發酵醪至滿，繼續發酵；待第二罐發酵正常，又處于主發酵階段時，同時又分出1/3-1/2發酵醪至第三罐，并加新鮮發酵醪至第二、三罐；如此連續分割第三、四......各罐。前面的第一、二罐發酵70小時后，成熟的醪液送去蒸餾。
上述參照實施例對一種以菊芋塊莖及莖葉為原料生產乙醇的方法進行的詳細描述，是說明性的而不是限定性的，可按照所限定范圍列舉出若干個實施例，因此在不脫離本發明總體構思下的變化和修改，應屬本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種以菊芋塊莖及莖葉為原料生產乙醇的方法，實施步驟如下(1)將菊芋及菊芋莖葉經過粉碎，按1∶0.75-2加水，在55-70℃低溫下蒸煮20-40分鐘后，冷卻至30-45℃，加入纖維素酶100-1000mg/kg、半纖維素酶100-500mg/kg、木質素酶100-500mg/kg多種復合酶對原料進行酶解、轉化，得到發酵醪；(2)克魯維脆壁酵母在麥芽汁斜面培養基上于28℃，培養4-5天，取一環菌種接在裝有50-100ml種子培養基的500ml三角瓶中；搖瓶種子培養基組成為(g/L)蔗糖3.0-30，蛋白胨1.0-2.0，酵母膏1.0-2.0，MgSO47H2O0.1-2.0，K2HPO40.3-3.0，NaCl0.1-1.5；pH4.0-5.0，于121℃滅菌，25分鐘，搖瓶于28-35℃，轉速為200-300轉/分鐘的搖床上培養12-24小時，作為一級種子液；(3)取5-10ml一級種子液接入裝有50-100ml種子培養基的500ml三角瓶中；搖瓶種子培養基組成配比同步驟(2)，pH4.0-5.0，于121℃滅菌，25分鐘，搖瓶于28-35℃，轉速為200-300轉/分鐘的搖床上培養12-24小時，作為二級種子液；(4)按5-10％的接種量將二級種子接入發酵罐中；在發酵罐中加入65-70％體積的種子培養基，其組成與上述搖瓶種子培養基組成配比相同；pH4.0-5.0，于121℃滅菌，25分鐘；于28-35℃，通氣量0.5-1.5V/(V·min)，攪拌速度200-300轉/分鐘條件下發酵16-24小時，根據需要種子量逐級擴大培養后，得到克魯維脆壁酵母液體酒母；(5)加入克魯維脆壁酵母和乙醇活性干酵母，或克魯維脆壁酵母和葡萄酒活性干酵母進行復合酵母乙醇發酵；即按5-10％液體酒母及0.1-0.5％的乙醇或葡萄酒活性干酵母接入發酵醪進行乙醇發酵，30-33℃發酵48-72小時后結束，最后得到成熟的乙醇發酵醪用于蒸餾乙醇。
全文摘要
本發明涉及一種以菊芋塊莖及莖葉為原料生產乙醇的方法，實施步驟如下將菊芋及菊芋莖葉經過粉碎、按1∶0.75－2加水，在55－70℃低溫下蒸煮20－40分鐘后，冷卻至30－45℃，加入纖維素酶100－1000mg/kg、半纖維素酶100－500mg/kg、木質素酶100－500mg/kg等多種復合酶對原料進行酶解、轉化，得到發酵醪；然后加入克魯維脆壁酵母和乙醇活性干酵母，或克魯維脆壁酵母和葡萄酒活性干酵母等進行復合酵母乙醇發酵，最后將發酵醪蒸餾得到乙醇。本發明以菊芋及菊芋莖葉取代糧食作物生產乙醇，開發新的資源，為乙醇工業的發展開拓了一條市場前景廣闊的新路。本發明生產方法簡單，原料來源廣、價格低，可有效降低生產成本，且易形成規模化生產。
文檔編號C12R1/85GK1952163SQ20061012920
公開日2007年4月25日 申請日期2006年11月3日 優先權日2006年11月3日
發明者許勤虎, 徐勇虎 申請人:天津市工業微生物研究所