[发明专利]一种用食品废物制备生物燃料丁醇的方法

说明书

技术领域

本发明属于利用生物质废物进行微生物发酵生产能源燃料的方法，尤其涉及一种以食品废物为发酵原料制取生物质丁醇燃料的方法。 

背景技术

生物燃料的推广是避免温室效应和缓解石油能源危机的有效途径。目前使用的生物燃料主要是将生物乙醇与汽油按照不同的比例混合而成。然而，与乙醇相比，丁醇具有腐蚀性小，易于运输；密度低，能量高；不产生SO_X和NO_X，减少温室气体排放等优势，是继乙醇后的一种极具发展前景的新一代液体燃料。 

目前国内生产生物丁醇的主要原料为玉米、谷物、薯干等淀粉质粮食资源。据报道，生产1t溶剂需要消耗玉米约4.0～4.5 t，蒸汽约13～25t，水约20～30t，电约700～100 kw·h。近年来以淀粉类为原料的传统丁醇发酵中，发酵原料占整个溶剂生产成本的79%左右，而国内以玉米等粮食作物为原料的生物炼制行业发展迅速，一定程度上促成了全国粮食价格的较快上升，致使生物丁醇生产成本大幅度增加。为了降低生产成本以木质纤维素为原料进行发酵受到重视，综合目前的研究进展来看，木质纤维素转化制造丁醇的工艺路线可以概括为：原料预处理和水解为单糖；糖液发酵生成丁醇；产物蒸馏回收等。尽管上述工艺路线具备可行性，但仍有诸多技术瓶颈需要克服。仅就菌种而言，纤维水解液中五碳糖和六碳糖的同等利用是迫切需要解决的难点之一。因此，如何通过提高丁醇的原料转化率和利用廉价非粮类原料生产丁醇来降低其生产成本，成为该产业所必须直面的瓶颈问题。 

食品废物是人们日常生活中所产生的最主要的生物质废物，其产生量很大，并呈逐年增长趋势。食品废物具有较为特殊的成分（如表一所示），有机物高达85%以上，主要包括糖类、蛋白质、油脂和木质纤维素类物质等，其中糖类和蛋白质含量占干物质的65%以上，而木质纤维素类等难降解物质含量较少（<5%）这为微生物生长提供了良好的碳骨架能源。C/N一般在10-30之间，氮、磷、钾等元素含量丰富，有利于微生物的新陈代谢及代谢产物的积累。 

表一食品废物的组成元素和重金属含量： 

*注：表中所列的百分含量以干物质计。  

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于开发一种新型廉价原料，以降低成本，同时有利于食品废物资源化的用食品废物制备生物燃料丁醇的方法。 

为实现上述目的，本发明一种用食品废物制备生物燃料丁醇的方法，具体为：将食品废物作为发酵原料进行预处理，并将其进行糖化后制备发酵培养基，将其接种发酵菌种进行厌氧发酵，通过固液分离制取生物燃料丁醇。 

进一步，所述发酵原料以含淀粉质原料的食品废物为主，包括餐厨垃圾、淀粉加工业的淀粉渣、制糖工业的废糖蜜中的一种或两种，所述食品废物中未添加任何营养盐溶液。 

进一步，所述食品废物进行预处理的步骤为：将食品废物经收集分拣，剔除大型杂物后用食物粉碎机将其粉碎至粒径约1～10mm，搅拌均匀。 

进一步，所述发酵原料的固液比为1：1～1：5 w/w，pH4.0～5.5。 

进一步，所述糖化过程中，加入糖化酶用量100～300U/g，糖化时间30～60min，糖化温度50～65℃。 

进一步，所述发酵培养基由经糖化后的食品废物水解液，加水稀释使其还原糖的浓度范围在60～100g/L，pH6～7，装液量为2/5～4/5，在115～121℃下，灭菌15～20min，冷却混合制得。 

进一步，所述发酵菌种包括丙酮丁酸梭菌C.acetobutylicumATCC824、糖乙酸多丁醇梭菌Clostridium saccharoperbutylacetonicum ATCC13564、拜氏梭菌Clostridium beijerinckii BA101。