一种缓解糟液回流对餐厨垃圾乙醇发酵的负面影响的方法

摘要

本发明提供一种缓解糟液回流对餐厨垃圾乙醇发酵的负面影响的方法，属于生物质废弃物资源化利用技术领域。该方法在菌株活化和餐厨垃圾预处理后，将餐厨垃圾糖化液放入发酵罐发酵，发酵结束后，对发酵液进行蒸馏，回收乙醇，当发酵液中乙醇浓度低至不可测得时停止加热，收集糟液，用糟液代替蒸馏水用于餐厨垃圾预处理，待糟液循环回用至4-6次后，将糟液进行电渗析处理，之后继续回用。通过上述方法进行乙醇发酵可明显减少乙醇发酵的副产物对于发酵的负面影响，可以缩短发酵时间，提高发酵效率。

说明书

技术领域

本发明涉及生物质废弃物资源化利用技术领域，特别是指一种缓解糟液回 流对餐厨垃圾乙醇发酵的负面影响的方法。

背景技术

乙醇作为一种可再生的战略性资源己进入国家重点发展的工业产品中，但 乙醇发酵行业目前却是对环境有着较大污染的行业。传统的发酵方法所产生的 废水大多经过处理后排入自然水体中，虽然经过处理后排放水中的COD等 多项指标均己达标，但与自然水相比仍有着较大的差距。

中国专利申请号为200410066017.3的发明专利公开了一种清液发酵生 产高浓度酒精的闭路循环工艺，其不足之处在于：酒精糟直接回用造成料浆 pH值偏低，需要加氨水进行调节，极大地增加了生产成本。中国专利申请号 为201010576401.3的发明专利申请公开了一种中温厌氧出水水资源化生产 酒精的方法，该技术的不足之处在于：需要大量的氧气或空气等氧化剂进行 氧化处理，费时费工成本高，同时通过该技术处理，将产生大量的CO₂，排 放到空气中，加重温室效应，对环境气候造成极大影响。

中国专利申请号为201010576411.7的发明专利公开的一种提高以中温 厌氧出水为配料水的酒精生产方法，包含以下步骤:将原料按规定料水比与 脱氨后的厌氧出水进行混合，调节pH后添加液化酶加热蒸煮液化，冷却后 添加糖化酶糖化，再降温后接种发酵，发酵结束后进行蒸馏，在对蒸馏得到的 蒸馏废液进行厌氧处理前，需要进行硫酸根的沉淀，在蒸馏废液经过厌氧处理 后，中温厌氧出水pH值在8.0左右，在用作拌料水时，需要加入硫酸降低pH 值，另外需要进行脱氨处理才能作为下一批酒精发酵的配料水，一方面硫酸根 的处理极大地增加了生产成本，另一方面硫酸根的存在会对设备造成腐蚀，严 重影响设备使用寿命，甚至造成设备的损坏。

糟液循环发酵技术是指糖化后的餐厨垃圾经过发酵、蒸馏制得乙醇后，将 得到的剩余糟液代替水用于下一批次的餐厨垃圾发酵过程。废糟液的循环发酵 技术最大优点在于减少污染的同时，充分利用糟液中含有的丰富的高蛋白、氨 基酸及多种金属离子，提高乙醇的产率。同时，还可以节省工艺过程用水，反 复利用的方法，显示出优越性。糟液循环回流在餐厨垃圾制乙醇过程中能够提 高乙醇的产率，并且可以实现糟液循环利用，降低发酵的成本。

虽然糟液回流可以在很大程度上可以减少糟液的产生，但是在其回流发酵 过程中，会对乙醇发酵产生一定的负面影响，目前已经有研究采用絮凝沉淀预 处理、部分糟液回流等方法缓解乙醇糟液回流发酵的负面影响，但是对于餐厨 垃圾乙醇发酵的全糟液回流研究较少，餐厨垃圾糟液回流发酵对比淀粉质原料 糟液回流发酵更容易造成副产物乳酸的积累，由于乳酸是高沸点酸，燃点也较 高，不易在蒸馏乙醇的过程中去除，且乳酸会对餐厨垃圾糟液回流发酵产生较 大的负面影响，故需要开展相关的科研解决回流发酵的负面影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种缓解糟液回流对餐厨垃圾乙醇发酵 的负面影响的方法，该方法具体包括以下步骤：

(1)菌株活化：将安琪干酵母放到装有葡萄糖溶液的锥形瓶中，葡萄糖 溶液为2％的葡萄糖加入去离子水中制成，安琪干酵母的添加比例按照20倍的 稀释倍数，即1克安琪干酵母放入20克葡萄糖溶液中，置于35℃的摇床中培 养2-3h；

餐厨垃圾预处理：餐厨垃圾经过磨碎混匀后，将餐厨垃圾与蒸馏水按2:1～ 1:1的质量比混合，投加糖化酶，使得每克发酵液50-100单位酶活，搅拌均匀， 置于60℃水浴锅中糖化6h，离心后取上清液用于发酵；

(2)将步骤(1)中的上清液放入发酵罐，调节pH至5-6，将活化后的 菌株按照接种率2％～4％(即1000克溶液加入活化后的酵母液20毫升～40 毫升)加入发酵罐，控制温度在30-37℃进行发酵，发酵时间控制在36-96小 时，发酵结束后，对发酵液进行80℃蒸馏处理，回收乙醇，当发酵液中乙醇 浓度低至不可测得时停止加热，收集糟液；

(3)将步骤(2)中所得糟液用于步骤(1)中餐厨垃圾预处理过程，替 代蒸馏水，重复步骤(1)和步骤(2)；

(4)当糟液循环回用4-6次后，乙醇产量比原先使用蒸馏水下降了 15-20％，发酵时间由24h延长至96h，此时，对最后一次所得糟液进行电渗析 处理，电渗析具体为：糟液经0.2μm的无机陶瓷膜过滤(可去除菌体及部分 蛋白质、色素等杂质)后得到透过液，透过液进入三室双极膜电渗析装置进行 循环，电渗析过程恒压(23.0V)操作，过程中保持温度恒定(30℃)，装置各 室液体流速为10L/h，每隔20min测定各室pH值，每隔40min取样测定 各室pH、乳酸和氨基酸的浓度，待透过液中乳酸浓度低至20-40g/L时停止电 渗析，得到电渗析后糟液，电渗析后糟液重新代替蒸馏水用于步骤(1)。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

该方法进行乙醇发酵可明显减少乙醇发酵的副产物对于发酵的负面影响， 可以缩短发酵时间，提高发酵效率。

附图说明

图1为本发明的缓解糟液回流对餐厨垃圾乙醇发酵的负面影响的方法技 术路线图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附 图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有的槽液循环发酵技术槽液回流对乙醇发酵负面影响较大 等问题，提供一种缓解糟液回流对餐厨垃圾乙醇发酵的负面影响的方法。

如图1所示，为该方法的技术路线图。在进行菌株活化和餐厨垃圾预处理 后，得到上清液(即糖化液)和糖化渣，将得到的上清液进行发酵，得到发酵 产物，发酵产物蒸馏后，回收乙醇，剩余的为糟液，糟液回流继续用于餐厨垃 圾预处理，当糟液循环回用4-6次后，进行电渗析，去除其中的乳酸等，然后 继续回用。

下面结合具体实施例进行阐述。

实施例1

(1)菌株活化：将安琪干酵母放到含有2％的葡萄糖的去离子水的锥形瓶 中(即葡萄糖溶液)，置于35℃的摇床中培养2h。

餐厨垃圾预处理：餐厨垃圾经过磨碎混匀后，按照餐厨垃圾与水2:1(质 量比)混合(第一批为水，之后需用发酵结束的糟液经蒸馏后代替水循环操作)， 投加糖化酶使得每克发酵液为50酶活，即50U/g，搅拌均匀，置于60℃水浴 锅中糖化6h，离心后取上清液用于发酵。

(2)餐厨垃圾上清液(即糖化液)放入发酵罐，调节pH至5，然后将活 化后的菌株(即酵母)(按照接种2％)加入发酵罐，控制温度在34℃进行发 酵，发酵时间控制在60小时，获得乙醇的产量为44g/L，且发酵在24h左右 完成。

发酵结束后，对发酵液进行80℃蒸馏处理，回收乙醇，当发酵液中乙醇 浓度低至不可测得时停止加热，收集糟液。

(3)将(2)中所得糟液代替蒸馏水重复步骤(1)和步骤(2)；

(4)重复上述过程五次，获得乙醇的产量为38g/L，且发酵时间在96h 左右结束。比使用蒸馏水的时间大大延长，从24小时延长到96小时，乙醇浓 度从44g/L降低到38g/L。

对比实施例

(1)菌株活化：将安琪干酵母放到含有2％的葡萄糖的去离子水的锥形瓶 中(即葡萄糖溶液)，置于35℃的摇床中培养2h。

餐厨垃圾预处理：餐厨垃圾经过磨碎混匀后，按照餐厨垃圾与水2:1(质 量比)混合(第一批为水，之后需用发酵结束的糟液经蒸馏后代替水循环操作)， 投加糖化酶使得每克发酵液为50酶活，即50U/g，搅拌均匀，置于60℃水浴 锅中糖化6h，离心后取上清液用于发酵。

(2)餐厨垃圾上清液(即糖化液)放入发酵罐，调节pH至5，然后将 活化后的菌株(即酵母)(按照接种量2％)加入发酵罐，控制温度在34℃进 行发酵，发酵时间控制在60小时，获得乙醇的产量为44g/L，且发酵在24h 左右完成。

发酵结束后，对发酵液进行80℃蒸馏处理，回收乙醇，当发酵液中乙醇 浓度低至不可测得时停止加热，收集糟液。

(3)将(2)中所得糟液代替蒸馏水重复步骤(1)和步骤(2)；

(4)重复上述的过程五次，然后将循环回用5次的糟液经0.2μm的无 机陶瓷膜过滤(可去除菌体及部分蛋白质、色素等杂质)，得到的透过液进入三 室双极膜电渗析反应器进行循环，恒压(23.0V)操作，过程中保持温度恒定 (30℃)，各室液体流速10L/h，每隔20min测定各室pH值，每40min取 样测定各室pH、乳酸和氨基酸的浓度，待发酵液中乳酸浓度低至30g/L时停 止电渗析。

(5)重复上述步骤(2)，即将活化后的酵母加入发酵罐，打开搅拌，进 行异步糖化发酵产乙醇36h，获得乙醇的产量为43.5g/L。

通过对比可以发现，经过五次循环后，发酵时间从24小时延长到96小时， 乙醇浓度由44g/L降低至38g/L，经过电渗析后，发酵时间从96小时缩短至 36小时，乙醇浓度由38g/L上升至43.5g/L，乙醇产量提高15％。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。