專利名稱：一種利用餐廚垃圾生產燃料丁醇的方法
技術領域：
本發明屬于生物技術領域，具體涉及利用生物技術的方法處理餐廚垃圾，生產燃料丁醇。
背景技術：
餐廚垃圾是指剩飯、剩菜、蔬菜的根葉、瓜果的皮核、廢棄的動物組織等，其成分主要是糖類、脂肪、蛋白質、鹽分和水等，營養豐富。長期以來，餐廚垃圾在我國一直作為生豬的飼料，并通過市場自行尋找出路，這種處理方式存在很多問題一.垃圾含水率高，流動性大，容易泄露，造成二次污染。二.垃圾車影響城市日常交通并污染環境。三.垃圾未經任何處理，喂出豬的衛生情況令人擔憂，容易導致口蹄疫等疾病的產生。而隨著我國社會、 經濟的發展和人們生活水平的不斷提高，人們的居家飲食以及去飯店消費的數量和質量也明顯的提高，餐廚垃圾的數量必將繼續攀升。由于餐廚垃圾含有豐富的淀粉、纖維素、蛋白質等物質，對其進行合理的利用，不僅可以減少對環境的污染，而且可以變廢為寶，對其進行資源化利用。中國專利 ZL201010265026. O發明餐廚垃圾回收制取生物柴油，并且獲得副產物甘油和甲醇，但是該方法操作復雜，需要耐酸、耐壓，這對設備的要求較高。而中國專利ZL20110034380. 7公布了 “固態發酵餐廚垃圾生產乙醇”的方法，提出了合理科學的處理方法，但是酶制劑價格高并且操作復雜。本發明是通過生物技術的方法即利用發酵菌液及酶制劑共同或分別處理餐廚垃圾，進行固態厭氧發酵來生產燃料丁醇，具有生產成本低、易操作等優點，而且可以很好解決能源危機，應用前景廣泛，已應用于與汽油調合，乙醇-柴油混合燃料的助溶劑等，成為替代石油能源的新型燃料之一，具有重大的經濟、社會和環境效益。

發明內容
本發明解決的技術問題是提供一種利用餐廚垃圾生產燃料丁醇的方法。利用餐廚垃圾生產燃料丁醇的方法如下餐廚垃圾中添加質量比為0-1. O %的混合酶制劑，控制溫度在30-50°C進行酶處理，混合酶制劑添加后0_20h添加餐廚垃圾質量1-5%的發酵菌液，控制溫度在30-5(TC封閉發酵48-80h，發酵結束后，用乙酸乙酯進行萃取，得到丁醇。發酵菌液由地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和丙酮丁醇梭菌組成；所述混合酶制劑由淀粉酶果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶組成。所述混合酶制劑中淀粉酶果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶的質量比例為為 O. 8-1. 2 I. 0-1. 2 O. 8-1. O I. 0-1. 4 O. 8-1. 2。所述酶制劑的質量比例優選淀粉酶果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶 I. O : I. I : O. 9 : I. 3 : I. O。
發酵菌液中各菌液添加量為餐廚垃圾質量比例的O. 25% -I. 0%。所述地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、和枯草芽孢桿菌采用常規菌株培養方法經斜面、一二級搖瓶培養獲得；丙酮丁醇梭菌經過厭氧培養瓶培養獲得。由于餐廚垃圾富含淀粉、纖維素、脂肪、蛋白質等有機物質，所以運用生物技術的方法能夠有效處理富含有機物質的餐廚垃圾，最終達到利用餐廚垃圾發酵產丁醇的目的。有益效果本發明充分利用了已對環境造成污染的餐廚垃圾，根據餐廚垃圾富含淀粉、纖維素、蛋白質等特點，通過地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、和枯草芽孢桿菌處理及丙酮丁醇梭菌在厭氧條件下利用糖類物質，在自身產生的一系列酶的作用下，將葡萄糖經磷酸果糖途徑到丙酮酸，再進一步轉化為酸和溶劑，獲得燃料丁醇。將發酵后的繆液用乙酸乙酯進行萃取，獲得燃料丁醇。生產生物丁醇的基礎原料谷物(玉米、小麥等)、甘蔗等的大規模農業生產技術已完全成熟。但是國際糧食價格不斷拉高，世界各國都在尋求糧食的替代物，運用生物技術方法對餐廚垃圾進行處理，既符合無害化、資源化、減量化的處理原則，減少了對環境的污染， 同時又變廢為寶，將餐廚垃圾進行了資源化利用，這在國內外還是史無前例的。總之生物丁醇的應用，是當前減少石油消耗的最直接、最有效的方法，具有廣泛的應用前景，是一項切實可行的新技術。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限制性的，不能以此限定本發明的保護范圍。實施例I將餐廚垃圾人工分揀，取處理過的餐廚垃圾200g，加入發酵菌液。發酵菌液包含如下成分地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和丙酮丁醇梭菌；其添加的質量比例各為O. 25%然后將加入發酵菌液的料液封閉37°C恒溫發酵48h。發酵結束后，將發酵繆液 5000r/min離心IOmin取上清液，用乙酸乙酯進行萃取，經氣相色譜檢測換算后，丁醇的產量達到5. 6g/L。本例中地衣芽抱桿菌(Bacillus licheniformis)、幼蟲芽抱桿菌(Paenibacillus larvae)、納豆芽孢桿菌(Bacillus natto)、枯草芽抱桿菌(Bacillus subtilis)和丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicium)發酵生產丁醇進購于中國普通微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，地址位于北京市朝陽區北辰西路I號院3號，郵編100101，保藏編號分別為 CGMCC Nol. 106，Nol. 0005，Nol. 1086，Nol. 1630，Nol. 0244。I.生物菌株一級種子和二級種子培養一級種子培養肉湯培養基固態斜面活化地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌四株菌，37°C培養24h。PYG培養基固態斜面活化丙酮丁醇梭菌，37°C 培養24h。二級種子培養將地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌接種至肉湯液體培養基500ml三角瓶中，裝液量100ml，在37°C，150r/min條件下搖床中培養18h。丙酮丁醇梭菌轉接至250ml厭氧瓶中，裝液量為100ml，在37°C靜止培養24h。實施例2將餐廚垃圾人工分揀，取處理過的餐廚垃圾200g，同時加入發酵菌液和酶制劑。發酵菌液其包含如下成分地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和丙酮丁醇梭菌；其添加的質量比例各為O. 25%。同時添加質量比為O. I %的混合酶制劑，酶制劑的組成為果膠酶(100000u/g)、酸性蛋白酶(100000u/g)、中溫淀粉酶(200000u/g)和纖維素酶(200000u/g)。酶制劑的組成質量比例為果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶比例為 1.0 : 1.1 : 0.9 : 1.3 : 1.0。然后將加入發酵菌液及酶制劑的料液封閉37°C恒溫發酵 54h。發酵結束后，將發酵繆液5000r/min離心IOmin取上清液，用乙酸乙酯進行萃取，經氣相色譜檢測換算后，丁醇的產量達到8. 4g/L。實施例3將餐廚垃圾人工分揀，取處理過的餐廚垃圾20000g，加入酶制劑，在30°C液化 10h，然后再加入發酵菌液。發酵菌液其包含如下成分地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和丙酮丁醇梭菌；其添加的質量比例各為0. 4%。添加質量比為 0. 4%的混合酶制劑，酶制劑的組成為果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶。酶制劑的組成質量比例為果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶比例為 0.8 : 1.0 : 0.8 : 1.0 : 0.8。然后將加入發酵菌液及酶制劑的料液封閉40°C恒溫發酵 54h。發酵結束后，將發酵繆液5000r/min離心IOmin取上清液，用乙酸乙酯進行萃取，經氣相色譜檢測換算后，丁醇的產量達到9. 5g/L。實施例4將餐廚垃圾人工分揀，取處理過的餐廚垃圾lOOOOg，加入酶制劑，在30°C液化 20h，然后再加入發酵菌液。添加質量比為0. 6%的混合酶制劑，酶制劑的組成質量比例為果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶比例為0.8 : 1.1 : 1.0 : 1.4 : 1.2。發酵菌液包含如下成分地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和丙酮丁醇梭菌；其添加的質量比例各為0. 5%。將酶制劑加入處理過的餐廚垃圾在45°C封閉恒溫發酵60h。發酵結束后，將發酵繆液離心IOmin取上清液，轉速5000r/min，然后用乙酸乙酯進行萃取，經氣相色譜檢測換算后，丁醇的產量達到10. 3g/L。實施例5將餐廚垃圾人工分揀，取處理過的餐廚垃圾lOOOOg，加入酶制劑，在40°C液化 20h，然后再加入發酵菌液。酶制劑的組成質量比例為果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶比例為1.0 I. I 0.9 1.3 1.0，添加的質量比例為0.7%。發酵菌液中包含如下成分地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和丙酮丁醇梭菌; 其添加的質量比例各為0. 5%。將酶制劑加入處理過的餐廚垃圾在45°C封閉恒溫發酵72h。發酵結束后，將發酵繆液離心IOmin取上清液，轉速5000r/min，然后用乙酸乙酯進行萃取，經氣相色譜檢測換算后，丁醇的產量達到12. 5g/L。
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實施例6將餐廚垃圾人工分揀，取處理過的餐廚垃圾20000g，加入酶制劑，在50°C液化 20h，然后再加入發酵菌液。酶制劑的組成質量比例為果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶比例為I. 2 I. I 1.0 1.3 1.0，添加的質量比例為0.7%。發酵菌液，其包含如下成分地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和丙酮丁醇梭菌; 其添加的質量比例各為1.0%。將酶制劑加入處理過的餐廚垃圾在45°C封閉恒溫發酵72h。發酵結束后，將發酵繆液離心IOmin取上清液，轉速5000r/min，然后用乙酸乙酯進行萃取，經氣相色譜檢測換算后，丁醇的產量達到10. 8g/L。
權利要求
1.一種利用餐廚垃圾生產燃料丁醇的方法，包括如下步驟餐廚垃圾中添加質量比為 0-1. 0%的混合酶制劑，控制溫度在30-50°C進行酶處理，混合酶制劑添加0_20h后添加餐廚垃圾質量1-5%的發酵菌液，控制溫度在30-50°C封閉發酵48-80h，發酵結束后，用乙酸乙酯進行萃取，得到丁醇。
2.如權I所述一種利用餐廚垃圾生產燃料丁醇的方法，其特征在于所述發酵菌液由地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和丙酮丁醇梭菌組成。
3.如權I所述一種利用餐廚垃圾生產燃料丁醇的方法，其特征在于所述混合酶制劑由淀粉酶果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶組成。
4.如權I或3所述一種利用餐廚垃圾生產燃料丁醇的方法，其特征在于所述混合酶制劑中淀粉酶果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶的質量比例為O. 8-1. 2 1.0-1. 2 O. 8-1. O I. 0-1. 4 O. 8-1. 2。
5.如權3或4所述一種利用餐廚垃圾生產燃料丁醇的方法，其特征在于所述酶制劑的質量比例為淀粉酶果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶I.O : I. I : 0.9 : I. 3 : I. O。
6.如權I所述一種利用餐廚垃圾生產燃料丁醇的方法，其特征在于所述發酵菌液中各菌液添加量為餐廚垃圾質量比例的O. 25% -I. O %。
7.如權I所述一種利用餐廚垃圾生產燃料丁醇的方法，其特征在于所述餐廚垃圾中加入酶制劑在30°C液化IOh后再加入發酵菌液，40°C恒溫發酵54h ;發酵菌液中地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和丙酮丁醇梭菌添加的質量比例各為O.4% ;添加餐廚垃圾質量比O. 4%的混合酶制劑。
8.如權I或4所述一種利用餐廚垃圾生產燃料丁醇的方法，其特征在于所述酶制劑中果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶的組成質量比例為·0.8 : 1.0 : 0.8 : 1.0 : 0.8。
全文摘要
本發明公開了一種利用餐廚垃圾生產燃料丁醇的方法，本發明利用餐廚垃圾生產燃料丁醇屬于生物技術領域，旨在減少餐廚垃圾對環境的污染，將餐廚垃圾進行資源化利用，同時可以綜合解決我國石油短缺、糧食短缺及環境惡化三大熱點問題。本方法利用餐廚垃圾含有豐富的淀粉、纖維素、脂肪、蛋白質等物質，通過發酵菌液及酶制劑對其進行綜合作用，發酵菌液包含地衣芽孢桿菌、幼蟲芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和丙酮丁醇梭菌。酶制劑包含如下成分果膠酶、酸性蛋白酶、中溫淀粉酶和纖維素酶，最后入發酵罐30-50℃恒溫發酵48-80h，用乙酸乙酯對發酵液進行萃取，即得燃料丁醇。
文檔編號C12P7/16GK102586382SQ201210056810
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月7日 優先權日2012年3月7日
發明者喬長晟, 宋可, 李利寧, 李政 申請人:天津北洋百川生物技術有限公司