一种利用食用菌出菇废料生产乙醇的方法

一种利用食用菌出菇废料生产乙醇的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用食用菌出菇废料生产乙醇的方法，所述方法包括：生物酶解步骤、生物糖化步骤和乙醇发酵步骤；其中，所述生物酶解步骤包括将侧耳菌(Pleurotus?ostreatus(Jacq.:Fr.)Kummer)接种到发酵原料中并酶解发酵获得发酵产物1；所述生物糖化步骤包括将黑曲霉(Aspergillus?nige)菌接种到发酵产物1中并糖化发酵获得发酵产物2；所述乙醇发酵步骤包括将酵母菌(Saccharomyces.Cerevisiae)接种到发酵产物2中并乙醇发酵获得乙醇。利用本发明所提供的方法生产酒精，有效利用了食用菌出菇废料节省了粮食，并且原料的转化率高、发酵产品的纯度高。
【专利说明】—种利用食用菌出菇废料生产乙醇的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种乙醇的生产方法，具体的，涉及一种利用食用菌出菇废料生产乙醇的方法。
【背景技术】
[0002]生物乙醇是通过微生物的发酵作用由生物质转化得来的乙醇，可以广泛的应用于国民生产领域，具有良好的应用前景。目前的工业化生产生物乙醇的方法绝大多数是以粮食作物为生产原料，这种生产方法大量使用有限的粮食资源，不能做到可持续发展。
[0003]目前，出现了以木质纤维素为原料的第二代生物乙醇生产技术，主要直接利用玉米秸杆、玉米棒芯、稻草秸杆生产乙醇，其主要步骤是对原料先实施粉碎，然后利用稀硫酸水解、蒸汽爆破、稀硫酸浸泡结合蒸汽爆破、微波法等预处理方法，生产技术复杂并且阻碍木质纤维素乙醇规模生产的一个障碍是原料中的纤维素、粗蛋白类物质发酵转化率低，不能够对原料进行充分的利用。
[0004]因此，需要提供一种充分利用原料中的木质纤维素、粗蛋白等物质，提高原料转化率的高效的生物乙醇的制备方法。

【发明内容】

[0005]本发明的目的是克服现有的生物乙醇方法中大量耗费粮食资源的缺陷，以及使用木质纤维素原料时原料中的纤维素、粗蛋白转化率低的缺陷，提供一种以食用菌出菇废料为主要原料、节省粮食、原料转化率高的生物乙醇生产方法。
[0006]为达到上述目的，本发明提供了一种利用食用菌出菇废料生产乙醇的方法，所述方法包括:生物酶解步骤、生物糖化步骤和乙醇发酵步骤；其中，
[0007]所述生物酶解步骤包括将侧耳菌(Pleurotus ostreatus (Jacq.: Fr.) Kummer)接种到发酵原料中并酶解发酵获得发酵产物I ;
[0008]所述生物糖化步骤包括将黑曲霉(Aspergillus nige)接种到发酵产物I中并糖化发酵获得发酵产物2 ；
[0009]所述乙醇发酵步骤包括将酵母菌(Saccharomyces.Cerevisiae)接种到发酵产物2中并乙醇发酵获得乙醇。
[0010]优选的，侧耳菌接种量为8-12%、黑曲霉的接种量为8-12%、酵母菌的接种量为8-12%。
[0011]利用本发明所提供的方法生产酒精，有效利用了食用菌出菇废料节省了粮食，并且原料的转化率高、发酵产品的纯度高。
【具体实施方式】
[0012] 以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。[0013]本发明提供一种利用食用菌出菇废料生产乙醇的方法，所述方法包括:生物酶解步骤、生物糖化步骤和乙醇发酵步骤；其中，
[0014]所述生物酶解步骤包括将侧耳菌(Pleurotus ostreatus (Jacq.: Fr.) Kummer)接种到发酵原料中并酶解发酵获得发酵产物I ;
[0015]所述生物糖化步骤包括将黑曲霉(Aspergillus nige)接种到发酵产物I中并糖化发酵获得发酵产物2 ；
[0016]所述乙醇发酵步骤包括将酵母菌(Saccharomyces.Cerevisiae)接种到发酵产物2中并乙醇发酵获得乙醇。
[0017]在本发明中，所述食用菌出菇废料为食用菌出菇采收后留下的食用菌出菇培养基，优选的，所述食用菌为香菇或平菇等木腐菌。所述出菇培养基可以选自由木屑、玉米芯、麸皮、棉籽壳、农作物秸杆、树木枯枝落叶所组成的组中的一种或多种。
[0018]在本发明的一种实施方式中，食用菌出燕培养基为稻草和麦稻以3:2的比例组成的培养基。在采蘑菇3批后获得食用菌出菇废料，将所述食用菌出菇废料晒干粉碎，其中，以食用菌出菇废料的总重量为基准，粗蛋白的含量为10.2%、粗纤维的含量为9.32%、粗脂肪的含量为0.12%、无氮浸出物的含量为48%、钙(以钙元素计)的含量为3.24%、磷(以磷元素计)的含 量为2.1 %、赖氨酸的含量为1.2%、色氨酸的含量为0.8%、蛋氨酸与胱氨酸的总含量为1.2%。
[0019]在本发明的一种实施方式中，所述食用菌出菇培养基为以木屑或砻糠为主要原料的用于栽培香菇的培养基，在采蘑菇3批后获得食用菌出菇废料，将所述食用菌出菇废料晒干粉碎，其中，以食用菌出菇废料的总重量为基准，粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、矿物质和无氮浸出物的含量分别为8.67%,6.2%,30.58%,7.93%,42% (食用菌出菇培养基为以木屑为主要原料的用于栽培香菇的培养基)或7.82%,8.9%,25.63%,2.79%,33.3% (食用菌出菇培养基为以砻糠为主要原料的用于栽培香菇的培养基)。
[0020]在本发明的一种实施方式中，当使用以玉米芯为主要原料的培养基栽培香菇时，栽培前后，培养基中的营养成分变化情况为，培养基中粗纤维的含量从36.1 %下降到24.4%,木质素的含量从13.2%下降到9.5%，粗蛋白的含量从2%上升到9.5%。
[0021]在本发明的一种实施方式中，当使用以棉籽壳为主要原料的培养基栽培香菇时，以食用菌出菇废料的总重量为基准，粗蛋白质的含量为13.06%、粗纤维的含量为31.56%、粗脂肪的含量为4.20%、粗灰分的含量为10.89 %、无氮浸出物的含量为33.01 %、钙的含量为0.21 %、磷的含量为0.07%。
[0022]优选的情况下，本发明的发明人发现，当所述食用菌出菇培养基由木屑、玉米芯、麸皮、棉籽壳组成时，乙醇的产率最高。
[0023]在本发明所提供的方法中，所述食用菌属于大型真菌，拉丁名为Pleurotusostreatus (Jacq.:Fr.)Ku_er。优选的，所述侧耳菌为糙皮侧耳(平燕)，拉丁学名:Pleurotus ostreatus, CGMCC编号5.0411或华丽侧耳(佛罗里达侧耳)，拉丁学名:Pleurotus floridanus, CGMCC编号5.0372，特别优选的，所述侧耳菌为金顶侧耳(榆黄蘑)，拉丁学名:Pleurotus citrinopileatus, CGMCC 编号 5.0838。
[0024]其中，本发明中所使用的食用菌菌种可以为固态菌种也可以为液体活化菌种，当使用固态菌种时，每千克固态菌种中的活菌数为IO8-1O9-个，当使用液态活化菌种时，每升液态活化菌种中的活菌数为2X 106-3X IO6个。
[0025]在本发明所提供的方法中，所述黑曲霉为丛梗孢科曲霉属黑曲霉种的真菌，拉丁名为(Aspergillus nige),本发明中所使用的黑曲霉可以为固态菌种也可以为液体活化菌种，当使用固态菌种时，每千克固态菌种中的活菌数为IO9-1Oltl个，当使用液态活化菌种时，每升液态活化菌种中的活菌数为2X 107-3X IO7个。
[0026]在本发明的一种实施方式中，所述发酵原料包括食用菌出菇废料、水、淀粉原料和糖原料；
[0027]其中，所述淀粉原料为玉米粉或粗淀粉，所述糖原料可以为蔗糖和糖溶液。所述糖溶液可以为蔗糖、葡萄糖或多糖的溶液，也可以为蔗糖废糖液，当使用糖溶液时，糖溶液中溶质的浓度为4.4-5.5克/升。优选的，淀粉原料为玉米粉，所述糖原料为蔗糖。
[0028]在本发明的一种实施方式中，当所述糖原料为固体时，相对于IOOkg的出菇废料，淀粉原料的添加量为12-18kg，所述糖原料的添加量为0.8-1.2kg，水的添加量为180-220L。
[0029]在本发明的另一种实施方式中，当所使用的糖原料为糖溶液时，相对于IOOkg的出菇废料，淀粉原料的添加量为12_18kg，糖溶液的添加量为180-220L。
[0030]在本发明的一种实施方式中，在酶解步骤前，需要对食用菌出菇废料进行预处理步骤获得发酵原料，具体的，可以将食用菌出菇废料在粉碎机中粉碎至尺寸为80-120目，优选为100目，再将粉碎后的食用菌出菇废料与水、淀粉原料和糖原料接触并混合均匀，调整pH至7.2-7.6，在115-121°C下灭菌4.5-5.5小时后冷却至26-30。。。 [0031]本发明对于将粉碎后的食用菌出菇废料、水、淀粉原料和糖原料相接触的方法没有特别的限制，只要能够使得各种物料充分混合均匀即可，优选的，可以先将粉碎后的食用菌出菇废料与水充分混合，与淀粉原料和糖原料接触。将各种物料混匀的方式可以为搅拌等本领域常规的混合方式。
[0032]在本发明的一种实施方式中，侧耳菌的接种量为8-12 %、黑曲霉的接种量为8-12%、酵母菌的接种量为8-12%。优选的情况下，所述侧耳菌的接种量为10%、黑曲霉的接种量为10%、酵母菌的接种量为10。值得注意的是，侧耳菌、黑曲霉和酵母菌的菌种为液态菌种时，根据液态菌种中菌体的含量和接种量的要求添加适当总量的液体菌种的方法为本领域技术人员所公知。
[0033]在本发明的一种实施方式中，酶解发酵的条件为，在26_30°C下发酵6-8天。发酵过程中，发酵体系的PH值为7.2-7.6，酶解发酵可以在本领域常规使用的发酵罐中完成，发酵过程中对发酵罐中发酵体系的温度和酸碱度进行检测和调节的方法为本领域技术人员所公知。
[0034]在本发明的一种实施方式中，糖化发酵的条件为，在30_32°C下发酵3-4天。发酵过程中，发酵体系的PH值为7.2-7.6，糖化发酵可以在本领域常规使用的发酵罐中完成，发酵过程中对发酵罐中发酵体系的温度和酸碱度进行检测和调节的方法为本领域技术人员所公知。
[0035]在本发明的一种实施方式中，乙醇发酵的条件为，在28_32°C下发酵5_8天。发酵过程中，发酵体系的PH值为7.2-7.6，乙醇发酵可以在本领域常规使用的发酵罐中完成，发酵过程中对发酵罐中发酵体系的温度和酸碱度进行检测和调节的方法为本领域技术人员所公知。
[0036]本发明所提供的方法还包括在糖化步骤前将发酵产物I在115_121°C下灭菌
1.5-2.5小时后冷却至30-32°C。灭菌的目的是为了杀灭发酵产物中的各种微生物菌种以便于进行后续的糖化发酵步骤。
[0037]本发明所提供的方法还包括在乙醇发酵步骤前将发酵产物2在100_115°C下灭菌
1.5-2.5小时后冷却至32-35°C。灭菌的目的是为了杀灭发酵产物中的各种微生物菌种以便于进行后续的乙醇发酵步骤。
[0038]本发明所提供的方法还包括在乙醇发酵结束后对发酵液中的乙醇进行提取，可以采用本领域常规的方法完成乙醇的提取步骤，优选的，可以采用淀粉蒸馏提取法。
[0039]下面通过实施例对本发明所提供的方法进行详细说明。
[0040]以下实施例中，
[0041]食用菌出菇废料的来源为香菇(Lentinula edodes (Berk.) Pegler.)栽培出菇采收后获得的培养基废料，所述香菇菌种购自中科院微生物所，菌种编号为:庆科20。栽培香菇所使用的培养基的配方为杂木屑78Kg、麸皮20Kg、红糖lKg、石膏lKg、水120Kg。从接种至出菇采收结束的时间为180天，采收后对出菇废料中的营养成分进行测量，以出菇废料的总重量为基准，纤维素含量为30.58%、粗蛋白的含量为8.67%、粗脂肪的含量为6.2%,无氮浸出物:(无氮浸出物％ = 100% -(水分+灰分+粗蛋白质+粗脂肪+粗纤维)的含量为42%、水分的含量为4.62-12%。
[0042]以下实施例中所采用的侧耳菌为榆黄蘑，购自中科院微生物所(菌株编号为
5.0838)的液体菌种，每升液体菌种中活菌数为2X 106-3X IO6个。
[0043]以下实施例中所采用的黑曲霉为NRRL330，CGMCC: 3.0795 (购自中科院微生物所)的液体菌种，每升液体菌种中活菌数为2X 107-3X IO7个。
[0044]以下实施例中所采用的酵母为cb-1-18-15，CGMCC:2.580 (购自中科院微生物所)的液体菌种，每升液体菌种中活菌数为1.5X 107-3X 107个。
[0045]以下实施例中，所使用的发酵罐的规格为5吨。
[0046]以下实施例中，含糖量的检测方法为蒽酮法，根据国标SB/T10009-2008中规定的
方法测得。
[0047]以下实施例中，酒精含量利用酒精计进行测量。
[0048]以下实施例中，酒精转化率的计算方法为:
[0049]酒精转化率％=发酵产物中酒精的总量/发酵原料的质量X 100%
[0050]实施例1
[0051]本实施例用于说明本发明所提供的利用食用菌出菇废料生产乙醇的方法。
[0052]取新鲜的食用菌出菇废料100公斤粉碎至100目，装入300升的发酵罐内，然后加入200升的清水搅拌均匀，再加入玉米粉15公斤，蔗糖I公斤，用NaOH调整酸碱度为pH为7.5，加热灭菌，灭菌温度115°C，压力为1.5公斤/cm2，时间为5小时，然后冷却至28°C。冷却后在无菌条件下接入侧耳菌(糙皮侧耳(平燕)，拉丁学名:Pleurotus ostreatus,CGMCC编号5.0411)进行酶解发酵，发酵温度为28°C，时间7天，pH为7.3。发酵结束后进行二次灭菌，灭菌温度115°C，压力为1.5公斤/cm2，时间为2小时，然后开始冷却。冷却到30度时，在无菌条件下接入黑曲霉菌种(NRRL330，CGMCC编号3.0795)进行糖化发酵，发酵温度为30-32°C，时间为3天，pH为7.5。发酵成熟后进行第三次灭菌，灭菌温度100°C，压力为1.5公斤/cm2，时间为5小时。而后冷却到35°C时，在无菌条件下接入酒精酵母菌种进行乙醇发酵，发酵温度为30°C，时间7天，pH为6.5-7.0。获得乙醇产品I。
[0053]乙醇产品I的中的酒精含量为15%，乙醇的转化率为23%。
[0054]实施例2
[0055]本实施例用于说明本发明所提供的利用食用菌出菇废料生产乙醇的方法。
[0056]采用与实施例1相同的方法生产乙醇，不同的是，侧耳菌种的接种量为15%。
[0057]获得乙醇广品2。
[0058]乙醇产品2中的酒精含量为13%，乙醇的转化率为22%。
[0059]实施例3
[0060]本实施例用于说明本发明所提供的利用食用菌出菇废料生产乙醇的方法。
[0061]采用与实施例1相同的方法生产乙醇，不同的是，侧耳菌种的接种量为10%。
[0062]获得乙醇产品3。
[0063]乙醇产品3中的酒精含量为13%，乙醇的转化率为22%。 [0064]实施例4
[0065]本实施例用于说明本发明所提供的利用食用菌出菇废料生产乙醇的方法。
[0066]采用与实施例1相同的方法生产乙醇，不同的是，黑曲霉的接种量为10%。
[0067]获得乙醇产品4。
[0068]乙醇产品4中的酒精含量为13%，乙醇的转化率为23%。
[0069]实施例5
[0070]本实施例用于说明本发明所提供的利用食用菌出菇废料生产乙醇的方法。
[0071]采用与实施例1相同的方法生产乙醇，不同的是，黑曲霉的接种量为15%。
[0072]获得乙醇产品5。
[0073]乙醇产品5的中的酒精含量为13%，乙醇的转化率为23%。
[0074]实施例6
[0075]本实施例用于说明本发明所提供的利用食用菌出菇废料生产乙醇的方法。
[0076]采用与实施例1相同的方法生产乙醇，不同的是，酵母菌的接种量为10%。
[0077]获得乙醇产品6。
[0078]乙醇产品6的中的酒精含量为14%，乙醇的转化率为22%。
[0079]实施例7
[0080]本实施例用于说明本发明所提供的利用食用菌出菇废料生产乙醇的方法。
[0081]采用与实施例1相同的方法生产乙醇，不同的是，酵母菌的接种量为15%。
[0082]获得乙醇产品7。
[0083]乙醇产品7的中的酒精含量为15%，乙醇的转化率为23%。
[0084]实施例8
[0085]本实施例用于说明本发明所提供的利用食用菌出菇废料生产乙醇的方法。
[0086]采用与实施例1相同的方法生产乙醇，不同的是，所使用的侧耳菌种为金顶侧耳(偷黄蘑)，拉丁学名:Pleurotus citrinopileatus, CGMCC 编号 5.0838。
[0087]犹得乙醇广品8。[0088]乙醇产品8的中的酒精含量为13%，乙醇的转化率为23%。
[0089]实施例8
[0090]本实施例用于说明本发明所提供的利用食用菌出菇废料生产乙醇的方法。
[0091]采用与实施例1相同的方法生产乙醇，不同的是，粗淀粉的添加量为18kg。
[0092]获得乙醇产品8。
[0093]乙醇产品8的中的酒精含量为14%，乙醇的转化率为24%。
[0094]实施例9
[0095]本实施例用于说明本发明所提供的利用食用菌出菇废料生产乙醇的方法。
[0096]采用与实施例1相同的方法生产乙醇，不同的是，粗淀粉的添加量为12kg。
[0097]获得乙醇广品9。
[0098]乙醇产品9的中的酒精含量为13%，乙醇的转化率为23%。
[0099]实施例10
[0100]本实施例用于说明本发明所提供的利用食用菌出菇废料生产乙醇的方法。
[0101]采用与实施例1相同的方法生产乙醇，不同的是，蔗糖的添加量为0.8kg。
[0102]获得乙醇产品9。
[0103]乙醇产品9的中的酒精含量为12%，乙醇的转化率为23%。
[0104]实施例11
[0105]本实施例用于说明本发明所提供的利用食用菌出菇废料生产乙醇的方法。
[0106]采用与实施例1相同的方法生产乙醇，不同的是，蔗糖的添加量为1.2kg。
[0107]获得乙醇广品11。
[0108]乙醇产品11的中的酒精含量为13%，乙醇的转化率为23%。
[0109]实施例12
[0110]本实施例用于说明本发明所提供的利用食用菌出菇废料生产乙醇的方法。
[0111]采用与实施例1相同的方法生产乙醇，不同的是，所使用的糖原料为用甘蔗生产蔗糖所收集的废糖液，所述废糖液中总糖的浓度为50%，添加量为2L。
[0112]获得乙醇产品12。
[0113]乙醇产品12的中的酒精含量为13%，乙醇的转化率为23%。
[0114]实施例13
[0115]本实施例用于说明本发明所提供的利用食用菌出菇废料生产乙醇的方法。
[0116]采用与实施例1相同的方法生产乙醇，不同的是，所使用的糖原料为甜菜生产蔗糖所收集的废糖液，所述废糖液中总糖的浓度为50%，添加量为2L。
[0117]获得乙醇广品13。
[0118]乙醇产品13的中的酒精含量为14%，乙醇的转化率为24%。
[0119]以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0120]此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想 ，其同样应当视为本发明所公开的内容。
【权利要求】
1.一种利用食用菌出菇废料生产乙醇的方法，所述方法包括:生物酶解步骤、生物糖化步骤和乙醇发酵步骤；其中， 所述生物酶解步骤 包括将侧耳菌(Pleurotus ostreatus (Jacq.:Fr.) Kummer)接种到发酵原料中并酶解发酵获得发酵产物I ; 所述生物糖化步骤包括将黑曲霉(Aspergillus nige)接种到发酵产物I中并糖化发酵获得发酵产物2 ； 所述乙醇发酵步骤包括将酵母菌(Saccharomyces.Cerevisiae)接种到发酵产物2中并乙醇发酵获得乙醇。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，侧耳菌接种量为8-12%、黑曲霉的接种量为8-12%、酵母菌的接种量为8-12%。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，酶解发酵的条件为，在26-30°C下发酵6-8天。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，糖化发酵的条件为，在30-32°C下发酵3-4天。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，乙醇发酵的条件为，在28-32°C下发酵5_8天。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述发酵原料包括食用菌出菇废料、水、淀粉原料和糖原料； 其中，所述淀粉原料为玉米粉或粗淀粉，所述糖原料为蔗糖。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，相对于IOOkg的出菇废料，淀粉原料的添加量为12-18kg，所述糖原料的添加量为0.8-1.2kg，水的添加量为180-220L。
8.根据权利要求1、2和7中任意一项所述的方法，其中，该方法还包括在酶解步骤前，将食用菌出菇废料粉碎至尺寸为80-120目，再将粉碎后的食用菌出菇废料与水、淀粉原料和糖原料接触并混合均匀，调整PH至7.2-7.6，在115-121°C下灭菌4.5-5.5小时后冷却至26-30。。。
9.根据权利要求1、2和7中任意一项所述的方法，其中，该方法还包括在糖化步骤前将发酵产物I在115-121°C下灭菌1.5-2.5小时后冷却至30_32°C。
10.根据1、2和7中任意一项所述的方法，其中，该方法还包括在乙醇发酵步骤前将发酵产物2在100-115°C下灭菌1.5-2.5小时后冷却至32_35°C。
【文档编号】C12R1/865GK103981222SQ201410244430
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2014年6月4日
【发明者】黄伟 申请人:保山富群农业科技有限公司