吳曉菊
(新疆輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品與生物技術(shù)分院,新疆烏魯木齊 830021)
神香草精油提取廢渣發(fā)酵乙醇的工藝
吳曉菊
(新疆輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品與生物技術(shù)分院,新疆烏魯木齊 830021)
以亞臨界萃取神香草精油的廢渣為原料,添加酵母菌發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。通過單因素試驗和正交試驗可知,神香草廢渣發(fā)酵乙醇的最佳工藝條件為接種量10%,發(fā)酵溫度32℃,發(fā)酵時間60 h,在此條件下乙醇得率為0.27乙醇g/神香草廢渣g。
神香草廢渣;發(fā)酵工藝;乙醇
神香草是產(chǎn)于新疆的一種芳香和藥用植物,亞臨界萃取技術(shù)提取的神香草精油具有高效、無毒、無污染、無殘留等優(yōu)點[1]。精油提取后的神香草廢渣含有豐富的纖維素、半纖維素及一定量的多糖成分,以此為原料,利用酒精發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)乙醇,不僅可以充分利用神香草精油提取后的廢渣,進一步拓展神香草深加工途徑,又可以為新能源開發(fā)提供一定的理論依據(jù)。可以有效增加產(chǎn)品的附加值,實現(xiàn)特色資源的優(yōu)勢轉(zhuǎn)化,促進特色資源可持續(xù)發(fā)展,還將帶動新疆經(jīng)濟快速增長,幫助地方實現(xiàn)特色資源規(guī)模化生產(chǎn),為新疆經(jīng)濟建設(shè)做貢獻。
神香草廢渣,校內(nèi)亞臨界萃取精油后的廢渣;安琪活性干酵母,安琪酵母股份有限公司提供。
DNP-9082型電熱恒溫培養(yǎng)箱,上海精宏實驗設(shè)備有限公司產(chǎn)品;FA2104N型電子天平,上海濟成分析儀器有限公司產(chǎn)品;HVE-50型立式壓力蒸汽滅菌器,上海天呈科技有限公司產(chǎn)品。
亞臨界萃取神香草精油→廢渣→晾曬→滅菌→添加活性干酵母發(fā)酵→分離→純化。
1.4.1 亞臨界萃取神香草精油
將神香草全株在40℃下烘干處理72 h,粉碎過40目篩。稱取1 kg神香草粉加入萃取釜中,抽真空使系統(tǒng)壓力降為-0.6 MPa。將萃取劑1,1,1,2-四氟乙烷由溶劑罐導(dǎo)入萃取釜,添加量是神香草粉的1.5倍。經(jīng)攪拌、加熱,使神香草中的油脂充分溶解。在萃取壓力0.4 MPa,45℃條件下萃取60 min后,用加壓泵將萃取液導(dǎo)入分離罐,通過加熱使1,1,1,2-四氟乙烷不斷氣化,用系統(tǒng)壓縮機將溶劑蒸汽通過冷凝器回收到溶劑罐繼續(xù)使用,萃取的油脂經(jīng)離心過濾,即得神香草精油[1]。
1.4.2 廢渣晾曬
收集亞臨界萃取神香草精油后的廢渣,攤開晾曬48 h,備用。
1.4.3 滅菌
稱取50 g神香草廢渣,置于1 000 mL玻璃瓶中,在115℃條件下滅菌25 min,冷卻后添加5 g/L的蛋白胨[2]。
1.4.4 酵母活化
用酵母10倍質(zhì)量,于35℃條件下水活化活性干酵母30 min。
1.4.5 發(fā)酵
在神香草廢渣中添加15倍(750 g)蒸餾水,添加10%的酵母,攪拌均勻,在32℃條件下密封發(fā)酵60 h。
1.4.6 分離純化
酒精發(fā)酵結(jié)束后分離純化,計算乙醇得率。
2.1.1 不同接種量對乙醇得率的影響
稱取50 g神香草廢渣,添加750 g蒸餾水,接種量分別選擇8%,9%,10%,11%,12%,32℃發(fā)酵60 h,計算乙醇得率。
不同接種量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間對乙醇得率的影響見表1。
表1 不同接種量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間對乙醇得率的影響
由表1可知,接種量為10%時發(fā)酵效果最好,乙醇得率最高。接種量過大時,酵母菌在生長繁殖過程中會消耗較多的能量,導(dǎo)致總發(fā)酵能力下降,乙醇得率較低;而當(dāng)接種量過小時,酵母菌發(fā)酵能力較弱,乙醇得率較低。
2.1.2 不同發(fā)酵溫度對乙醇得率的影響
稱取50 g神香草廢渣,添加750 g蒸餾水,接種量10%,分別在30,32,34,36,38℃條件下發(fā)酵60 h,計算乙醇得率。
由表1可知,在32℃條件下發(fā)酵60 h,乙醇得率最高。當(dāng)發(fā)酵溫度較高時,酵母菌代謝旺盛,消耗的能量較多,乙醇得率較低;當(dāng)發(fā)酵溫度較低時,酒精發(fā)酵轉(zhuǎn)化的乙醇量較低。
2.1.3 不同發(fā)酵時間對乙醇得率的影響
稱取50 g神香草廢渣,添加750 g蒸餾水,接種量10%,在32℃條件下分別發(fā)酵50,55,60,65,70 h,計算乙醇得率。
由表1可知,發(fā)酵60 h乙醇得率最高。當(dāng)發(fā)酵時間過長時,酵母菌在生長繁殖過程中會消耗較多能量,導(dǎo)致乙醇得率下降;當(dāng)發(fā)酵時間過短時,酵母菌將糖轉(zhuǎn)化為乙醇的量下降,乙醇得率仍較低。
從以上單因素試驗結(jié)果可知,接種量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間都會影響乙醇得率。選擇以上3個因素,各因素選取3個水平,設(shè)計因素水平,采用L9(34)進行正交試驗。
正交試驗因素與水平設(shè)計見表2,正交試驗結(jié)果分析見表3。
表2 正交試驗因素與水平設(shè)計
表3 正交試驗結(jié)果分析
由表3可知,神香草精油提取廢渣發(fā)酵乙醇的最佳工藝參數(shù)為A1B2C2,即接種量10%,發(fā)酵溫度32℃,發(fā)酵時間60 h;3個因素對乙醇得率的影響次序為A>C>B,即接種量>發(fā)酵時間>發(fā)酵溫度。在最佳工藝條件下,乙醇得率為0.27乙醇g/神香草廢渣g。
以亞臨界萃取神香草精油的廢渣為原料,添加酵母菌可以發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。通過單因素試驗和正交試驗可知,神香草廢渣發(fā)酵乙醇的最佳工藝條件為接種量10%,發(fā)酵溫度32℃,發(fā)酵時間60 h,在此條件下乙醇得率為0.27乙醇g/神香草廢渣g。
[1] 吳曉菊,楊清香,徐效圣,等.亞臨界萃取神香草精油的工藝研究 [J].食品工業(yè),2015(4):99-101.
[2] 趙律,李志光,李輝勇,等.木質(zhì)纖維素預(yù)處理技術(shù)研究進展 [J].化學(xué)與生物工程,2007(5):11-16.◇
Use waste oil as raw material of subcritical extraction hyssop,add yeast fermentation to produce ethanol.Through single factor experiments and orthogonal experiments,hyssop waste ethanol fermentation,the optimum technological conditions 10%inoculation quantity,fermentation temperature 32℃,fermentation time 60 h.Under these conditions,the ethanol rate is 0.27 g ethanol/hyssopus officinalis residue g.
hyssop residue;fermentation process;ethanol
1671-9646(2016)09a-0034-02
TQ658
A
10.16693/j.cnki.1671-9646(X).2016.09.011
2016-07-13
新疆維吾爾自治區(qū)高??蒲杏媱澲攸c項目(XJEDU2014I066)。
吳曉菊(1973— ),女,碩士,副教授,研究方向為食品與生物技術(shù)。