專利名稱：一種以煙葉為原料發(fā)酵制備乙醇的方法
一種以煙葉為原料發(fā)酵制備乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及一種以煙葉為原料發(fā)酵制備乙醇的方法。
背景技術(shù)：
我國煙草植物的種植面積和產(chǎn)量均居世界首。煙草種植與產(chǎn)品加工在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。每年烤煙產(chǎn)量中約有30-35%屬于無法進(jìn)行卷煙加工的低等或等外級煙葉未能得到合理利用，粗略估計(jì)僅僅云南省煙草廢棄物的數(shù)量約在60萬噸以上。近幾年，國內(nèi)對這些煙草廢棄物的綜合利用方法偏重于對煙葉中煙堿、茄尼醇、氨基酸、有機(jī)酸等的分析提取研究。但是，煙葉中含量最豐富的化合物是糖類，特別是云南煙葉。據(jù)測定，云南煙葉水溶性總糖平均占29. 85%，最大值達(dá)到41. 96%，還原糖占26. 50%(以葡萄糖計(jì)，還原糖占16-22%)，最大值可達(dá)到38. 99%。對煙葉中糖類物質(zhì)的利用研究相對較 少。在全球性的能源危機(jī)日益加劇的背景下，許多國家開始致力于開發(fā)各種可再生能源。生物質(zhì)乙醇以其清潔性以及生物質(zhì)能源在地球上存在的廣泛性而引起了人們的特別關(guān)注。大部分的生物質(zhì)乙醇發(fā)酵的原料是以甘蔗、甜菜和陳化糧為主，然而我國的國情是人口眾多、人均耕地少，用大量糧食生產(chǎn)乙醇必然會產(chǎn)生與人“爭食”、“爭土地”的狀況，容易造成糧食緊張等諸多問題，不符合我國國情。目前對生物質(zhì)乙醇的研究主要集中在非糧乙醇，又稱纖維素乙醇的生產(chǎn)上，其原料主要是農(nóng)產(chǎn)品廢棄物、林產(chǎn)廢棄物。中國專利200910250006. 3提出了一種利用秸桿發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的方法，該方法利用纖維素酶、木聚糖酶和木糖異構(gòu)酶，將木質(zhì)纖維素酶解成葡萄糖和木酮糖，酵母利用葡萄糖和木酮糖作為碳源，發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。本發(fā)明方法采用同步進(jìn)行木質(zhì)纖維素的糖化、異構(gòu)化和發(fā)酵來生產(chǎn)乙醇，具有減少酶解產(chǎn)物對纖維素酶和木聚糖酶的負(fù)反饋抑制、提高酶解速度、縮短發(fā)酵周期、降低生產(chǎn)成本等優(yōu)點(diǎn)。中國專利200810222819. 7提出了一種采用薯類原料制備乙醇的方法，該方法包括將薯類原料粉碎，將粉碎后的產(chǎn)物與酶混合、酶解，得到酶解產(chǎn)物；發(fā)酵該酶解產(chǎn)物，從發(fā)酵產(chǎn)物中分離乙醇，并將薯類原料發(fā)酵制備乙醇的廢液進(jìn)行固液分離，得到固體產(chǎn)物和液體產(chǎn)物，將得到的液體產(chǎn)物進(jìn)行廢水處理，其特征在于，在對廢液進(jìn)行固液分離之前在廢液中加入水溶性海藻酸酯和/或水溶性海藻酸鹽。通過本發(fā)明提供的方法顯著地縮短了固液分離的時(shí)間，在無需增加新設(shè)備的情況下顯著地提高了單位時(shí)間內(nèi)廢液的處理量，從而解決了導(dǎo)致木薯發(fā)酵制備乙醇的裝置的運(yùn)行負(fù)荷較低的瓶頸，提高了木薯發(fā)酵制備乙醇的裝置的生產(chǎn)能力。中國專利200810070873. 4提出了一種利用煙草廢棄物生產(chǎn)酒精的方法。在該方法中，先將抑制酒精發(fā)酵的油溶性成分去除后進(jìn)行制糖，再去除抑制酒精發(fā)酵的水溶性成分后進(jìn)入發(fā)酵、蒸餾工序，在最后的蒸餾步驟中，將成熟醪蒸出乙醇和水蒸汽的混合氣體，連續(xù)進(jìn)入規(guī)整填料塔中進(jìn)行連續(xù)常壓蒸餾成96%酒精。
本申請人創(chuàng)造性地研發(fā)了以煙葉為原料生產(chǎn)乙醇的方法。考慮到煙草下腳料是卷煙生產(chǎn)中產(chǎn)生的大宗副產(chǎn)品，它含有各種有機(jī)成分和次生代謝產(chǎn)物。如果這類廢棄物沒有得到合理的利用，會給環(huán)境造成一定的負(fù)擔(dān)。而利用廢棄煙葉發(fā)酵制取乙醇可以一舉兩得，不僅能夠帶來環(huán)境效益，還能夠達(dá)到廢棄物資源合理利用的目的。本發(fā)明申請主要借鑒半固態(tài)釀酒工藝，即先固后液的結(jié)合法，以煙草廢棄物或等級外煙葉為原料，通過無氧發(fā)酵制備乙醇，為綜合利用廢棄物制備乙醇提供一種新的工藝方法。

發(fā)明內(nèi)容[要解決的技術(shù)問題]本發(fā)明的目的是提供一種以煙葉為原料發(fā)酵制備乙醇的方法。
[技術(shù)方案]本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明涉及一種以煙葉為原料發(fā)酵制備乙醇的方法，該方法的步驟如下(I)粉碎煙葉進(jìn)行粉碎，得到煙草粉末；(2)浸泡按照一定的料液比，向步驟(I)得到的煙草粉末中加入水，在常溫下浸泡一定時(shí)間，從而得到煙草粉末與水的混合物；(3)菌種活化將菌種加入到一定溫度和濃度的蔗糖溶液中活化一定時(shí)間，得到活化菌種；(4)接菌將步驟(3)得到的活化菌種按照一定比例添加到步驟(2)形成的煙草粉末與水的混合物中；(5)發(fā)酵對步驟⑷得到的接菌后的物料在無氧條件下進(jìn)行控溫發(fā)酵，發(fā)酵一定時(shí)間后結(jié)束；(6)蒸餾對步驟(5)發(fā)酵后的物料進(jìn)行蒸餾，經(jīng)3次蒸餾得到一定濃度的乙醇。根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，步驟(I)中煙葉粉碎至20-40目。根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，步驟⑵中煙草粉末與水的質(zhì)量比為1:4-1:5,煙草粉末在水中浸泡時(shí)間為l_2h。根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，步驟(3)中使用的菌種為耐高溫活性白酒干酵母或葡萄酒酵母，其活化溫度為30-40°C，活化時(shí)間為l_2h。蔗糖溶液的濃度為2-4%。根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，步驟(4)中活化菌種的使用量以重量計(jì)，為步驟(2)得到的煙草與水的混合物重量的0. 1-0. 3%。根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，步驟(5)中的接菌物料發(fā)酵的溫度是25-28 °C，發(fā)酵時(shí)間為48-72h。根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，步驟(6)中蒸餾的溫度是80-100°C，蒸餾的壓力是常壓條件。本發(fā)明還涉及根據(jù)本發(fā)明方法制備得到的乙醇，其濃度為40-60%。下面將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。本發(fā)明涉及一種以煙葉為原料發(fā)酵制備乙醇的方法，該方法的步驟如下(I)粉碎。煙葉進(jìn)行粉碎，得到煙草粉末。
在本發(fā)明中，煙葉可以是任何煙葉，包括目前煙草工業(yè)留下的殘次料煙梗和煙末。本發(fā)明所述的粉碎是指利用本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常使用的粉碎機(jī)，例如由北京燕山正地機(jī)械設(shè)備有限公司生產(chǎn)銷售的小型高速粉碎機(jī)6202型粉碎機(jī)，將所述原料粉碎至20-40目，從而得到煙草粉末，作為后續(xù)步驟的原料。將煙葉進(jìn)行粉碎的目的是為了增加與水、菌種的接觸面積，便于攪拌。(2)浸泡以質(zhì)量比1:4-1:5，向步驟(I)得到的煙草粉末中加入水，在常溫下浸泡時(shí)間1-2小時(shí)，從而得到煙草粉末與水的混合物。在本發(fā)明中，煙草粉末與添加水的比例要適當(dāng)。經(jīng)過本申請人多次試驗(yàn)探索，這個(gè)質(zhì)量比以1:4-1:5為佳。如果煙草與水的比例低于這個(gè)范圍，會產(chǎn)生物料發(fā)酵不完全的后果；如果煙草與水的比例高于這個(gè)范圍，會產(chǎn)生發(fā)酵狀態(tài)不理想，產(chǎn)酒精量少，且蒸餾時(shí)大量增加能耗等后果。 此外，煙草與水在常溫下浸泡即可，浸泡時(shí)間可以是2h，如果浸泡時(shí)間過長，會浪費(fèi)時(shí)間，實(shí)際效果不大；如果浸泡時(shí)間少于這個(gè)范圍，則會煙末不能更好的吸收水分，會存有大量干粉，致使不能發(fā)酵。(3)菌種活化將菌種加入到一定溫度和濃度的蔗糖溶液中活化一定時(shí)間，得到活化菌種。在本發(fā)明中，使用的菌種為耐高溫活性白酒干酵母或葡萄酒酵母，可以使用目前市場上銷售的商業(yè)產(chǎn)品。例如，耐高溫活性白酒干酵母可以是由安琪酵母公司生產(chǎn)銷售的耐高溫活性干酵母產(chǎn)品，葡萄酒酵母可以是由安琪酵母公司生產(chǎn)銷售的葡萄酒釀酒酵母產(chǎn)品，或使用安琪酵母公司生產(chǎn)銷售的耐高溫釀酒高活性干酵母產(chǎn)品。取一定數(shù)量的干酵母，加入到溫度30-40°C的2-4%蔗糖溶液中攪拌l_2h，得到活化菌種。(4)接菌將步驟(3)得到的活化菌種按照一定比例添加到步驟(2)形成的煙草粉末與水的混合物中。本發(fā)明人根據(jù)所用干酵母說明書的推薦范圍，以不同的接種量進(jìn)行發(fā)酵試驗(yàn)，最終確定活化菌種與煙草與水的混合物的重量比0. 1-0. 3%是合適的。(5)發(fā)酵對步驟⑷得到的接菌后的物料在無氧條件下進(jìn)行控溫發(fā)酵，發(fā)酵一定時(shí)間后結(jié)束。由于使用的酵母具有耐高溫的特性，本發(fā)明人制定了幾組溫度控制的試驗(yàn)方案，經(jīng)過試驗(yàn)結(jié)果對比，最終確定發(fā)酵溫度是25-28°C。當(dāng)發(fā)酵溫度低于25°C時(shí)，發(fā)酵周期會大大延長，而發(fā)酵溫度高于28°C時(shí)，會造成酵母生長過快，影響到后期乙醇的形成。因此發(fā)酵溫度25-28 °C是合適的。(6)蒸餾對步驟(5)發(fā)酵后的物料進(jìn)行蒸餾，經(jīng)3次蒸餾得到一定濃度的乙醇。其中，蒸餾的溫度是80-100°C，蒸餾的壓力是常壓條件。采用的蒸餾設(shè)備是本技術(shù)領(lǐng)域中常用的設(shè)備，例如由鄭州長城科工貿(mào)有限公司生產(chǎn)的電熱套及玻璃儀器。采用比色法對蒸餾回收產(chǎn)物進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)得到濃度40-60%乙醇溶液。此外，本發(fā)明方法中蒸餾后剩余的煙葉殘?jiān)€可用于卷煙薄片制備，以更大效用地利用煙草原料。
[有益效果]本發(fā)明具有下述有益效果本發(fā)明的以煙葉為原料發(fā)酵制備乙醇的方法具有工藝簡單、流程清晰、設(shè)備要求低的特點(diǎn)，并且本發(fā)明方法的原料可以是煙草生產(chǎn)廢棄物，因而具有環(huán)保、合理利用資源、降低生產(chǎn)成本等特點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例I :原料為取自貴州煙廠的煙草下腳料，其中總糖的含量為28.2%，還原糖的含量為22.6%。所述的煙草下腳料用粉碎機(jī)粉碎，過20目。根據(jù)煙草粉末與水的質(zhì)量比1:5的比例，將Ikg煙草粉末浸在5kg水中，浸泡2小時(shí)，得到6kg煙草粉末與水的混合物。在本實(shí)施例中使用的菌種是安琪酵母公司生產(chǎn)銷售的耐高溫活性干酵母。將12g酵母加入到500g濃度為2%的蔗糖溶液中，在30°C溫度下活化2小時(shí)。然后將全部的活化后的酵母菌液加入到煙草粉末與水的混合物中(即活化酵母菌的質(zhì)量為煙草與水的混合物重量的0. 2%)，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颉⒃摻泳锪显?5°C溫度下發(fā)酵60小時(shí)，然后結(jié)束發(fā)酵過程。最后將發(fā)酵好的產(chǎn)品在100°C溫度和常壓條件下進(jìn)行蒸餾三次。蒸餾回收后得到的產(chǎn)品利用比色法進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)其乙醇含量為51. 2%。實(shí)施例2本實(shí)施例使用的原料同實(shí)施例I中使用的原料，區(qū)別在于所述煙草下腳料粉碎后過40目。根據(jù)煙草粉末與水的質(zhì)量比1:4的比例，將Ikg煙草粉末浸在4kg水中，浸泡2小時(shí)，得到5kg煙草粉末與水的混合物。在本實(shí)施例中使用的菌種是安琪酵母公司生產(chǎn)銷售的葡萄酒釀酒酵母V-007。將15g酵母加入到500g濃度為4%的蔗糖溶液中，在40°C溫度下活化I小時(shí)。然后將活化后的菌種全部加入到5kg煙草粉末與水的混合物中(即活化酵母菌的質(zhì)量為煙草與水的混合物重量的0. 3%)，充分混合均勻。將該接菌物料在27°C溫度下發(fā)酵60小時(shí)，然后結(jié)束發(fā)酵過程。最后將發(fā)酵好的產(chǎn)品在100°C溫度和常壓條件下進(jìn)行蒸餾。蒸餾回收后得到的產(chǎn)品利用比色法進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)其乙醇含量為51. 7%。實(shí)施例3本實(shí)施例使用的原料同實(shí)施例I中使用的原料，區(qū)別在于所述煙草下腳料粉碎后過40目。根據(jù)煙草粉末與水的質(zhì)量比1:4的比例，將Ikg煙草粉末浸在4kg水中，浸泡2小時(shí)，得到5kg煙草粉末與水的混合物。在本實(shí)施例中使用的菌種是安琪酵母公司生產(chǎn)銷售的耐高溫釀酒高活性干酵母。將5g酵母加入到500g濃度為4%的蔗糖溶液中，在37°C溫度下活化I小時(shí)。然后將活化后的菌種全部加入到5kg煙草粉末與水的混合物中(即活化酵母菌的質(zhì)量為煙草與水的混合物重量的0. 1%)，充分混合均勻。將該接菌物料在28°C溫度下發(fā)酵72小時(shí)，然后結(jié)束發(fā)酵過程。最后將發(fā)酵好的產(chǎn)品在100°C溫度和常壓條件下進(jìn)行蒸餾。蒸餾回收后得到的產(chǎn)品利用比色法進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)其乙醇含量為53%。
權(quán)利要求
1.一種以煙葉為原料發(fā)酵制備乙醇的方法，其特征在于該方法的步驟如下 (1)粉碎煙葉粉碎得到煙草粉末； (2)浸泡按照一定的料液比，向步驟(I)得到的煙草粉末中加入水，在常溫下浸泡一定時(shí)間，從而得到煙草粉末與水的混合物； (3)菌種活化將菌種加入到一定溫度和濃度的蔗糖溶液中活化一定時(shí)間，得到活化菌種； (4)接菌將步驟(3)得到的活化菌種按照一定比例添加到步驟(2)形成的煙草粉末與水的混合物中； (5)發(fā)酵對步驟(4)得到的接菌后的物料進(jìn)行控溫發(fā)酵，發(fā)酵一定時(shí)間后結(jié)束； (6)蒸餾對步驟(5)發(fā)酵后的物料進(jìn)行蒸餾，經(jīng)3次蒸餾得到一定濃度的乙醇。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于步驟(I)中煙葉粉碎至20-40目。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于步驟(2)中煙草粉末與水的質(zhì)量比為1:4-1:5,煙草粉末在水中浸泡時(shí)間為l_2h。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于步驟(3)中使用的菌種為耐高溫活性白酒干酵母或葡萄酒酵母，其活化溫度為30-40°C，活化時(shí)間為l_2h。蔗糖水溶液的濃度為2-4% o
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于步驟(4)中活化菌種的使用量以重量計(jì)，為步驟(2)得到的煙草與水的混合物重量的0. 1-0. 3%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于步驟(5)中的接菌物料發(fā)酵的溫度是25-28 °C，發(fā)酵時(shí)間為48-72h。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于步驟(6)中蒸餾的溫度是80-100°C，蒸餾壓力是常壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述方法得到的乙醇，其特征在于其濃度為40-60%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以煙葉為原料發(fā)酵制備乙醇的方法，該方法的步驟包括粉碎煙葉并進(jìn)行浸泡，菌種活，接菌，發(fā)酵和蒸餾。本發(fā)明的方法以煙葉為原料，發(fā)酵制備乙醇，其工藝簡單、流程清晰、設(shè)備要求低的特點(diǎn)，并且本發(fā)明方法的原料可以是煙草生產(chǎn)廢棄物，因而具有環(huán)保、合理利用資源、降低生產(chǎn)成本等特點(diǎn)。
文檔編號C12P7/06GK102719486SQ20121023996
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月12日 公開號201210239966.發(fā)明者袁毅, 谷向春 申請人:華寶食用香精香料(上海)有限公司