[发明专利]甜高粱茎秆一次糖化发酵法制备乙醇

说明书

发明所属技术领域

本发明是甜高粱茎秆一次糖化发酵法制备乙醇，属精细化工和食品工业领域。

发明技术背景

当今世界石油资源日趋匮乏，国内外石油价格不断上涨，使生物可再生能源的研究、开发显得日趋紧迫。世界许多国家主要的工业和制造业都在积极寻求以农副产品为基础的能源原料，玉米和甘蔗自然就成为主要原料。用玉米、甘蔗等原料生产燃料乙醇，在美国、巴西已得到广泛应用。甜高粱做为一种能源作物向人们展示出较好的前景，已引起一些国家和国际组织的关注。用甜高粱茎秆生产燃料乙醇，已得到国内外广泛认可。我国“十一五”规划也明确地把甜高粱茎秆作为制备燃料乙醇的首选原料。

甜高粱(Sorghum biclor L.Moench)也叫芦栗，甜杆或糖高粱。为粒用高粱的一个变种，是一种高产、高糖的作物品种。据报道，亩产甜高粱籽约150～500kg，亩产茎秆4.0～5.0吨。甜高粱茎秆味甜，其汁液中含有蔗糖、葡萄糖和果糖等糖类。且随着甜高粱成熟程度不同，含糖量也不同。鲜榨甜高粱茎秆汁液锤度可达20～24％，总糖含量约16％。

海南省地处热带北缘，属热带季风气候，光热资源丰富，雨量充沛，土壤肥沃，适宜于甜高粱的速生快长，一年可种植两造，单产约4.0～5.0吨/亩，年产可达7～9吨/亩。据海南省农垦大岭农场引种试种结果表明，海南种植的甜高粱茎秆粗壮，其植株高达3～4米，夏季收获的甜高粱茎秆，产量高，水分含量高，含糖偏低；春季收获的甜高粱茎秆，产量低，水分含量低，但含糖较高。

发明内容

本发明是甜高粱茎秆一次糖化发酵法制备乙醇，其制备工艺流程如下：

1、甜高粱茎秆切段、打浆

采收新鲜成熟的甜高粱茎秆，去叶，输入多功能切碎机，切成长约10～20毫米小段，再输入打浆机，按甜高粱茎秆∶水＝1∶0.5～1∶1的比例加水，打浆粉碎至60～100目。打浆粉碎有三个方面的作用：第一破坏甜高粱茎秆细胞结构，增大水解时甜高粱秆粉粒与酸接触的表面积，利于酸渗透到细胞内部，加速甜高粱细胞组织中的多糖和半纤维素等水解转化为单糖和低聚糖溶出，缩短水解时间，水解速度、水解时间与水解浆液中糖的含量随甜高粱茎秆浆料粒度减小而增大；第二破碎至60～100目的甜高粱茎秆浆料，有利于螺杆泵输送；第三有利于甜高粱茎秆浆料水解后，易于从搪瓷反应釜中卸料。

2、酸水解

水解甜高粱茎秆浆料主要用无机酸，且主要是盐酸和硫酸。用盐酸作催化剂水解甜高粱茎秆浆液，挤汁去渣所得的水解液中和后，水解液中含有大量无法去除的氯离子，如浓度过大，将不利于酵母的生长，对生产乙醇不利；用硫酸作催化剂，如水解时硫酸浓度过大，大量的硫酸根离子同样也抑制酵母生长，影响乙醇产率；另是硫酸浓度过大，对设备腐蚀严重，也不利于安全生产。中和水解浆液所需的碳酸钙的量也大，挤汁去渣时糖被硫酸钙吸附也大，水解过程中糖分解严重，水解后副产物也多，对酵母的生长也不利，也影响乙醇的产率。但水解浆液所用的硫酸可用碳酸钙中和使其生成微溶于水的硫酸钙沉淀而被除去，残留少量钙离子则是酵母生长的营养物，对酵母的生长有利，能提高乙醇产率；如所用硫酸浓度很小，可直接用氨水中和，反应生成的硫酸铵也是酵母生长的营养物，水解液无需再加入硫酸铵就可直接接种发酵。

硫酸浓度是影响甜高粱茎秆中多糖和半纤维素水解的重要因素。甜高粱茎秆中多糖和半纤维素的水解程度随硫酸浓度的增大而增大，本发明中甜高粱茎秆细胞中多糖和半纤维素的水解程度主要以水解浆液中总还原糖含量指标考核。本发明选择硫酸的浓度为0.06～1.6mol/L，水解温度为100～150℃，水解时间为1～2h，可采用常压水解或高压水解。水解温度和水解时间随硫酸浓度增大而减小，水解浆液中总糖浓度约为32.5～33.0％。

3、中和

甜高粱茎秆浆液水解后，将水解浆液泵入中和罐，用固体碳酸钙(双飞粉)或浓氨水中和至微酸性或中性。用螺杆泵将中和后的浆液泵至挤汁机，挤汁去渣，水解液呈茶色透明，呈甜味，总糖含量14～18°Bx。

4、加入营养盐

将中和后的水解液泵入发酵罐或发酵池，加入适量的硫酸铵、磷酸氢钠、磷酸氢二钠、硫酸镁、硫酸钾等营养盐。硫酸铵0.1～0.5％，磷酸氢钠和磷酸二氢钠0.15～0.6％，硫酸镁0.1～1.0％，氯化钙0.1～0.6％。如甜高粱茎秆水解浆液采用碳酸钙中和，挤汁去渣后的水解液不需加入氯化钙，如水解浆液采用氨水中和，水解液不需加硫酸铵，水解液呈茶色，味甜，总糖含量15.7°Bx。

5、酵母的活化