[发明专利]以海藻酸钠或海藻为原料制备生物乙醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物乙醇的制备方法，特别是以海藻及海藻提取物为原料制备生物乙醇的方法。

背景技术

目前，石油资源储备已经到了濒临枯竭的地步，生物乙醇成为比较有效的替代产品，生物乙醇是指富含糖类物质的生物质经微生物发酵作用产生乙醇，可加入汽油中制成混合燃料。然而加工燃料乙醇大多使用的是玉米、小麦、大豆、油菜籽、甘蔗等粮食或经济类作物，从能源的投入、产出分析，这种结构是不经济的，已经引发了全球范围内的争议。其他原料由于耕地、技术等的限制难以形成大规模工业生产能力。海洋藻类资源因其产量巨大，光合作用效率高和高产率而成为理想的生物乙醇生产原料。海藻酸又称藻酸、海藻酸、海藻素，是存在于海藻细胞壁中的一种天然多糖。单体为β-D-甘露糖醛酸（M）和α-L-古罗糖醛酸（G）。M和G单元以M-M，G-G或M-G的组合方式通过1,4糖苷键相连成为嵌段共聚物。作为海藻中主要糖类的海藻酸（约占细胞干重40%）却不能像海藻淀粉、甘露糖醇那样，被酵母等乙醇生产菌代谢，这造成生物质的浪费。为了提高乙醇产率，已经构建出来多个能有效利用海藻酸发酵生产乙醇的基因工程菌种，Hiroyuki Takeda等人构建了一种海藻酸代谢菌Sphingomonas sp.A1，该菌种含有人工构造的乙醇代谢途径，能以海藻酸为唯一碳源，发酵72h后乙醇浓度达到了13g/L。但是由于在工业发酵情况下缺乏稳定性，遗传和代谢过程难以控制，同时缺乏对这种原始生物进行基因改造的方法等，该工程菌应用于大规模发酵生产乙醇似乎不大可能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方法简单、既适于工业化生产又能有效利用海洋资源的一种以海藻酸钠或海藻为原料制备生物乙醇的方法。本发明主要是：利用海藻酸钠发酵生产乙醇的菌种，以海藻为底物原料，在温度、pH、接种量和发酵时间等关键参数的控制下，通过微生物的单菌种发酵及混合菌发酵作用，利用海藻中糖类发酵生产出乙醇。

一、原料：

1、海藻酸钠（食品级），其可直接制备乙醇。

2、海藻（如海带或裙带菜）需要进行预处理，以增加发酵液中的糖含量，然后再制备乙醇，提高海藻的利用率。海藻的预处理：首先将干海藻去掉杂质，粉碎后经100目筛得到合格海藻粉，然后将海藻粉制成海藻处理液，其方式有三种：

1）将海藻粉与其质量30-50倍的水混合，110℃-115℃下灭菌15min或90-100℃下蒸煮20-30min；冷却后得海藻处理液；

2）将海藻粉与其质量30倍的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液混合，用2mol/L NaOH溶液调节pH值至中性，加入海藻粉质量十分之一的纤维素酶，40℃下酶解3h，酶解完成后用2mol/L HCl调整pH到5左右，酶解后的海藻液于121℃,15min灭菌同时使酶失活，冷却后得海藻处理液；

3）将海藻粉和与其质量20-30倍含有1%（质量浓度）硫酸的水溶液混合，121℃下水解20min-30min，冷却后得海藻处理液。

二、制备方法

1、用海藻酸钠制备乙醇的工艺流程为：

（1）配制以海藻酸钠作为碳源的发酵培养基（(NH₄)₂SO₄10.8g/L，KH₂PO₄5.0g/L，MgSO₄·7H₂O1.1g/L，海藻酸钠20-25g/L），自然pH值，发酵过程中不调整pH值，121℃下灭菌15min，冷却至室温；

（2）以5%接种质量比向步骤（1）的溶液中加入培养24小时的Meyerozyma guilliermondii菌种种子液，混合均匀，然后于30℃，150rpm条件下培养24h；

（3）在28-32℃下，密封厌氧发酵，发酵时间为5-7天，发酵过程中不调节pH值但排气；

（4）取发酵后液体通过蒸馏得到生物乙醇。

2、用海藻预处理液制备乙醇的工艺流程为：

（1）用海藻处理液作为碳源的发酵培养基，其组成为(NH₄)₂SO₄10.8g/L，KH₂PO₄5.0g/L，MgSO₄·7H₂O1.1g/L，海藻处理液20g/L，用2mol/L NaOH溶液或2mol/L HCl溶液调整pH值4.5-5.5；