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由废弃物制备乙醇的方法

阅读:590发布:2021-09-17

专利汇可以提供由废弃物制备乙醇的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供一种由一般废弃物制备 乙醇 的方法,该方法在使用由一般废弃物提取的纸浆进行同步 糖化 发酵 反应时,能够抑制杂菌带来的不良影响。本发明的由一般废弃物制备乙醇的方法,其特征在于,所述方法以含有废纸的废弃物中的纸类为纸浆原料进行回收,对该纸浆原料施加60℃以上且不足100℃的低温 热处理 ,将该低温热处理产物降温至适合发酵所用的发酵 微 生物 可生长的 温度 范围,所述温度范围为40~50℃,之后,使酶及发酵用微生物同时对该低温热处理产物作用,进行同步糖化发酵反应,从而制备乙醇,在该方法中,在进行同步糖化发酵反应时添加抗生素。,下面是由废弃物制备乙醇的方法专利的具体信息内容。

1.由废弃物制备乙醇的方法,其特征在于,所述方法以含有废纸的废弃物中的纸类为纸浆原料进行回收,对该纸浆原料施加60℃以上且不足100℃的低温热处理,将该低温热处理产物降温至适合发酵所用的发酵生物可生长的温度范围,所述温度范围为40~
50℃,然后,使酶及发酵用微生物同时对该低温热处理产物发生作用,进行同步糖化发酵反应,从而制备乙醇,在该方法中,在进行同步糖化发酵反应时添加抗生素。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述低温热处理的温度为70℃以上。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,进行2小时以上所述低温热处理。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,进行4小时以上所述低温热处理。
5.根据权利要求1~4任一项所述的方法,其特征在于,所述抗生素为选自放线菌素、阿奇霉素、阿扑西林、两性霉素、阿贝卡星、苄西林、红霉素、苯唑西林、四环素、卡那霉素、羧苄西林、克林霉素、氯霉素、氯四环素、庆大霉素、环丝氨酸、双氢链霉素、链霉素、大观霉素、头孢菌素、头孢噻吩、头孢噻啶、头孢喹肟、泰洛星、四环素、制霉菌素、新霉素、维吉尼霉素、潮霉素、杆菌肽、巴龙霉素、万古霉素、嘌呤霉素、杀稻瘟菌素、博莱霉素、青霉素、多黏菌素、丝裂霉素、麦考酚酸、甲氧西林、林可霉素、以及这些抗生素的衍生物及盐中一种或多种。
6.根据权利要求1~5任一项所述的方法,其特征在于,相对于同步糖化发酵反应物的总重量,添加所述抗生素至2ppm以上。
7.根据权利要求1~6任一项所述的方法,其特征在于,在同步糖化发酵反应开始时添加所述抗生素。

说明书全文

由废弃物制备乙醇的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种通过同步糖化发酵反应由废弃物中的纸类制备乙醇的方法。

背景技术

[0002] 据日本环境部统计,近年来,被焚烧处理的一般废弃物,按重量计算约一半为纸、布类,其中大部分为纸类。这些纸类作为不适合再循环的纸类,不经由一般的再循环途径进行处理,但其中还混杂着一部分未经再循环就扔掉的纸。作为不适合再循环的纸类,包括被污染的纸、杂纸或其他与塑料等一起加工的纸等。
[0003] 已有研究指出,提取这些纸类作为生物质资源进行利用(专利文献1),并研究出将其制成浆状进行回收。
[0004] 纸类主要是由来源于植物纤维素构成的,因此是生物质的一种。其与其他生物质的区别为在造纸工序中进行脱木质素处理,纤维素成分的纯度比较高,因此,可以说在用酶进行糖化处理时,与其他生物质相比其处理更容易。
[0005] 另外,在以含有许多纤维素的生物质为原料制备乙醇的方法中,当选择包括用酶进行糖化的方法时,可认为通过同步糖化发酵方法进行反应是有益的,所述同步糖化发酵能够抑制酶反应的生成物所产生的竞争性抑制造成的影响。所述方法是在一个反应槽内,同时进行原料的酶解糖化和用作为发酵用微生物酵母等引发的糖的合成代谢(生成乙醇)。目前,因糖化酶的成本高,因此为了以更少的酶用量进行反应,同步糖化发酵方法是有益的,但是为了有效地进行酶解糖化,反应需要进行几天时间。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1:日本特开2002-159953号公报

发明内容

[0009] 在此,以从一般废弃物中提取的纸浆为原料,使其同步糖化发酵制备乙醇时,在几天的反应中,可能会产生杂菌影响。
[0010] 在用其他处理方法,例如用加压加热下解、用硫酸等酸水解或两者同时进行的方法制得糖液时,由于经过了极不适于杂菌生存的状态,因此在后续的发酵中很难因杂菌产生影响。并且以糖液为原料进行发酵时,停滞时间为几小时,最长也就十几小时,因此即使存在杂菌,在同时考虑其他微生物的增殖速度时,其造成的影响也因与所用的发酵用微生物间的量比关系,几乎不受影响。
[0011] 另一方面,当纸类与一般废弃物同时运输并与其他垃圾类相接触时,以纸浆回收该纸类时已经存在许多杂菌,并且同步糖化发酵需要反应几天,杂菌的存在将会造成很大影响,因此需要寻求一种为了使用该原料制备乙醇而抑制杂菌的方法。
[0012] 本发明是考虑上述情况而完成的,其目的是提供一种由一般废弃物制备乙醇的方法,当使用从一般废弃物中提取出的纸浆进行同步糖化发酵反应时,该方法能够抑制杂菌带来的不良影响。
[0013] 为了解决上述技术问题,本发明人反复进行了深入研究,结果发现对含有纸浆的原料进行低温热处理,并且在同步糖化发酵反应时使用抗生素,能够获得与无杂菌存在下相同的乙醇生产效率。
[0014] 即,本发明的由废弃物制备乙醇的方法,其以含有废纸的废弃物中的纸类作为纸浆原料回收,对该纸浆原料施加60℃以上且不足100℃的低温热处理,将该低温热处理产物降温至适合发酵所用的发酵微生物可生长的温度范围,然后,同步糖化发酵使酶及发酵用微生物同时对该低温热处理产物发生作用,进行同步糖化发酵反应,从而制备乙醇,在该方法中,在进行同步糖化发酵反应时,添加抗生素。
[0015] 在此,废弃物中,作为废弃物处理法的对象,可分为一般废弃物和工业废弃物,作为一般废弃物可以例举从一般家庭排出的家庭垃圾、从写字楼等排出的办公垃圾等。
[0016] 纸类是指废弃物中所含的纸,纸浆是指用水对这些废弃物中的纸类进行解离(制浆)处理制得解离液后对解离液进行物理脱水处理后得到的产物,再循环的废纸或造纸工序中产生的造纸污泥均可适用本发明的处理方法,因此只要是来源于纸的原料即可,无特殊限定。
[0017] 相对于一般的灭菌处理可进行蒸汽灭菌的100℃以上,所谓低温热处理是源于低温下的热处理,在本发明中为60℃以上并且不足100℃,并且优选70℃以上。
[0018] 在从废弃物中提取纸用作原料的一系列处理工序中,可以在作为主要工序的制浆时进行该低温热处理,或者,也可以对制浆后的浆液、脱水后的纸浆进行该低温热处理,并且,也可以通过其多个工序进行热处理。
[0019] 热处理中的热分布最好均一,为此可以伴有机械搅拌。
[0020] 热处理的时间优选为到达上述规定温度后两小时以上,进一步优选为4小时以上。另一方面,虽然依赖于设施,但从其处理效率的问题考虑,优选每天进行一般废弃物的收集。只要有效果,本发明中的低温热处理的处理时间的上限没有限定,但是根据上述情况考虑,最好在24小时以内。
[0021] 用低温热处理后的浆液进行同步糖化发酵反应时所使用的抗生素为一般可称为抗生物质的物质。抗生素优选为广谱抗菌的物质,另外优选为有效浓度低的物质,并优选为可降低生产成本而制备的物质,但是无特殊限定。
[0022] 作为上述抗生素,可以举例如放线菌素、阿奇霉素、阿扑西林、两性霉素、阿贝卡星、苄西林、红霉素、苯唑西林、四环素、卡那霉素、羧苄西林、克林霉素、氯霉素、氯四环素、庆大霉素、环丝氨酸、双氢链霉素、链霉素、大观霉素(spectinomycin)、头孢菌素、头孢噻吩、头孢噻啶、头孢喹肟、泰洛星、四环素、制霉菌素、新霉素、维吉尼霉素(virginiamycin)、潮霉素、杆菌肽、巴龙霉素、万古霉素、嘌呤霉素、杀稻瘟菌素、博莱霉素、青霉素、多黏菌素、丝裂霉素、麦考酚酸、甲氧西林、林可霉素、以及这些抗生素的衍生物及盐中的至少一种。
[0023] 所述抗生素通过阻碍维持微生物生长、增殖等生命活动所必须的生物反应来发挥活性。众所周知,其活性通常在高浓度下发挥杀菌作用,低浓度下发挥抑菌作用,但是为了能够获得本发明的效果,寻求在不对同步糖化发酵反应造成恶劣影响的范围内发挥抑菌作用。根据抗生素的不同,虽然存在即使1ppm以下也具有充分活性的抗生素,但是还考虑到抗生素自分解,因此优选抗生素添加量为同步糖化发酵反应物重量的2ppm以上。另外,只要是发挥抑菌作用的浓度,优选在被认为是因低温热处理而接近于零的杂菌的绝对值数因增殖而增加之前的同步糖化发酵反应开始时添加该抗生素。
[0024] 通过本发明,能够抑制一般废弃物中的纸类垃圾因接触纸类垃圾以外的垃圾而产生的杂菌对同步糖化发酵反应造成的影响。其结果,能够提高将只能被焚烧的一般废弃物中存在的纸类用于同步糖化发酵反应原料时的收率,实现稳定反应。通过提高收率,可以提高最终的乙醇浓度,不仅减少蒸馏所需的能源成本,还能够减少设备成本所占的比例。其结果,能够实现可将一般废弃物中存在的众多纸类这一有机资源用作生物燃料的原材料。附图说明
[0025] 图1为实施例1中低温热处理和高压灭菌处理中乙醇生产效率的对比图。
[0026] 图2为实施例2中同步糖化发酵反应结束时的乙醇浓度示意图。
[0027] 图3为以光密度记录仪(フオトレコ一ダ一)记录的实施例3的抗生素浓度和杂菌抑制效果示意图。
[0028] 图4为以光密度记录仪记录的实施例4的抗生素浓度和杂菌抑制效果示意图。

具体实施方式

[0029] 以下,通过实施例及附图进一步详细说明本发明。
[0030] 手工从废弃物中选出纸类,对其进行制浆处理,使用螺旋压机对通过了5mm筛的制浆浆液进行脱水,制备纸类垃圾浆。纸浆的含水率约为60%。将得到的纸浆用于以下实施例1及实施例2,将制浆时的制浆水用于以下实施例3及实施例4。
[0031] (实施例1)
[0032] 向纸浆中加入制浆时的制浆水,将浆液浓度调整至5%,制作三个试样,分别于60℃、80℃、92℃下进行6小时热处理。
[0033] 热处理后,于洁净台内挤压纸浆液,将浓度调整为15%,使用该纸浆进行同步糖化发酵处理。糖化用的酶为杰能科公司(ジエネンコア)生产的纤维素酶アクセルレ一ス(商品名),发酵用微生物为酿酒酵母。在同步糖化发酵反应开始时加入作为抗生素的氯霉素至5ppm,充分搅拌均匀后于40℃、150rpm下震荡培养。
[0034] 作为另一对照组,将原料进行高压灭菌处理后在相同条件下进行同步糖化发酵反应。
[0035] 其结果如图1所示。
[0036] 对于同步糖化发酵反应第5天生成的乙醇浓度,在60℃条件下热处理后的试样浓度稍低,但是仍可确认几乎能得到同等程度的乙醇浓度。在上述低温热处理中能够得到毫不逊色于高压灭菌处理后的乙醇浓度。
[0037] (实施例2)
[0038] 进一步详细考察实施例1所示的低温处理与处理时间之间的关系。
[0039] 由废弃物制得制浆原料并调整至约60%,使用制浆水将该制浆原料调整为20%的浆液,制作4组试样,各自进行下述处理:60℃2小时、60℃4小时、70℃2小时、70℃4小时。
[0040] 将上述四组试样分别分成两组,向其中一组加入抗生素(氯霉素)至5ppm,另一组不加入抗生素,其他酶的种类、酶的数量、酵母种类、酵母数量、温度、搅拌均在与实施例1相同的条件下进行同步糖化发酵反应。
[0041] 作为对照组,分别使对原料进行高压灭菌处理(阳性对照)组、完全不进行热处理(阴性对照)组、不进行热处理只添加抗生素(仅药剂)组进行同步糖化发酵反应。
[0042] 反应进行5天后结束。结束时乙醇浓度及各反应条件如表1所示,最终乙醇浓度制成图表,如图2所示。
[0043] 当进行热处理及未添加抗生素时,最终乙醇浓度为1.4%,可见产量明显下降。其他条件下,同时进行热处理及添加抗生素时,能够获得与完全灭菌(高压灭菌处理)相同的乙醇浓度。
[0044] 表1实施例2的同步糖化发酵反应条件及结果
[0045]
[0046] (实施例3)
[0047] 向5ml常规酵母培养中所用的YPD培养基(葡萄糖浓度5%)中,加入0.1ml制浆时的制浆水,加入2~5ppm抗生素氯霉素,加热到65℃后使用显微组织光密度记录仪(ADVANTEC生产BIO-PHOTORECORDER TVS62CA)通过OD=600的吸收考察杂菌增殖情况。制浆水为制备纸浆时所使用的,其成分与存在于纸浆中的杂菌相同。观察培养结果,可知于
2ppm以上时能够抑制微生物的产生。
[0048] (实施例4)
[0049] 与实施例3相同,向5ml YPD培养基(葡萄糖浓度5%)中,加入0.1ml制浆时的制浆水,加入5ppm作为抗生素的氨苄西林、氯霉素、链霉素,加热至50℃后使用显微组织光密度记录仪通过OD=600的吸收考察杂菌增殖情况。结果,可以确认抑制微生物增殖。
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