【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微生物发酵，尤其涉及一种基于产油微生物发酵制备微生物油脂和生物柴油的级联系统及方法。
技术介绍
1、能源危机和气候变化致使全球各国纷纷大力开发可再生清洁能源。在可再生清洁能源中，生物柴油是一种典型的清洁能源液体燃料，可用于替代石化柴油，用于多种能源动力设备，如涡轮机、卡车、轮船等。生物柴油在硫化物排放、颗粒物排放和温室气体排放方面比石化柴油具有明显优势。此外，生物柴油具有较好的润滑性能，能够降低发动机缸体、喷油泵和机械连杆的机械磨损。另外，与石化柴油相比，生物柴油在燃烧性能、运输和储存安全性方面均具有更优的特性。
2、发展生物柴油的关键在于获取大量且廉价的油脂原料。最初，生物柴油的生产原料油脂来源于油料作物，但这与我国“不得与粮争地”的政策不符，限制了这一技术路径的发展；后来，生物柴油的生产原料转向废弃油脂，如“地沟油”，但这种原料油脂的体量有限，且废弃油脂中含有的杂质成分(如醛和酮)影响生物柴油品质，无法有效支撑生物柴油的工业化生产。近年来，人们发现了一批能在特定条件下(如氮营养匮乏)积累油脂的产油微生物，即能够在自身细胞内积累油脂占其自身生物总量20％以上的微生物，主要包括产油酵母、产油细菌、产油微藻、产油丝状真菌和产油破囊弧菌。其中，研究最多的为产油酵母。
3、现有专利或文献往往仅注重从油脂到生物柴油的单一环节，缺乏对整个技术链条的考量，对微生物油脂技术及其对应的生物柴油技术发展造成了很大的影响。例如，有些报道仅注重转酯化过程中催化剂的创新设计；有些报道仅注重对于木质纤维素原料的预处理
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供了一种用于产油酵母发酵转化生物质制生物柴油的级联系统，包括原料预处理系统、糖化水解系统、产油微生物发酵系统、油脂提取系统、转酯化反应系统和生物柴油纯化系统，其中，所述原料预处理系统、所述糖化水解系统、所述产油微生物发酵系统、所述油脂提取系统、所述转酯化反应系统和所述生物柴油纯化系统之间通过管路依次连接，所述管路上分别设有动力泵，所述原料预处理系统中包含粉碎装置和筛网，所述糖化水解系统和所述产油微生物发酵系统内设有搅拌装置，与所述产油微生物发酵系统进料口连接的管路上设有过滤膜。
2、在所述级联系统中，中央控制系统与每个子系统通过导线相连接，中央控制系统可通过实时监测作业进程对级联系统的各个环节进行控制，当作业进程进行到某一环节时，中央控制系统将启动相应环节相关的动力泵或搅拌桨。所述子系统是指所述原料预处理系统、所述糖化水解系统、所述产油微生物发酵系统、所述油脂提取系统、所述转酯化反应系统和所述生物柴油纯化系统。
3、在优选的实施方案中，所述糖化水解系统和所述油脂提取系统分别设置有微波发射装置。
4、在优选的实施方案中，与所述油脂提取系统进料口连接的管路上设有细胞破壁预处理单元。
5、在另一个方面，本专利技术提供了一种产油酵母发酵转化生物质制生物柴油的方法，包括以下步骤：
6、步骤(1)，将生物质原料，送入原料预处理系统，粉碎，过200目筛，将得到的颗粒物通过动力泵i送入糖化水解系统；
7、步骤(2)，在所述糖化水解系统中，加入低共熔溶剂，与颗粒物搅拌混合，微波处理，将得到的糖化水解液通过动力泵ii送入产油微生物发酵系统；
8、步骤(3)，将产油酵母lipomyces starkeyi接种菌液接种到所述产油微生物发酵系统中，加入在121℃下灭菌处理15-25min的生物炭，对糖化水解液进行发酵，发酵条件为温度30℃，转速200rpm，初始发酵ph为6.0，将得到的发酵液通过动力泵iii送入油脂提取系统；
9、步骤(4)，在所述油脂提取系统，利用微波辅助技术进行油脂提取，具体步骤包括利用微波辅助处理含有产油微生物细胞的发酵液(微波功率700w，时间15min)，然后，利用离心机将微波辅助处理后的发酵液进行离心处理，转速设定为10,000rpm，离心时间为20min；然后，将上层有机相(油脂部分)转移至另一个新的容器中；最后，在40℃条件下蒸发24h，得到微生物油脂，然后将获得的微生物油脂通过动力泵iv送入转酯化反应系统；
10、步骤(5)，向所述转酯化反应系统中加入生物炭基催化剂(即使用磷酸活化的生物炭)，进行转酯化反应，转酯化反应条件为反应温度65℃，反应时间为50min，甲醇为反应物，产物为脂肪酸甲酯，副产物为甘油，将获得的粗生物柴油通过动力泵v送入柴油纯化系统；
11、步骤(6)，在所述柴油纯化系统中，经纯化获得纯化生物柴油，具体纯化过程为：用薄膜蒸发器对粗生物柴油产品进行蒸馏操作，得到脂肪酸甲酯含量在96％以上的纯化生物柴油。
12、在优选的实施方案中，步骤(1)中，使用水稻秸秆作为生物质原料。
13、在优选的实施方案中，步骤(2)中，所述低共熔溶剂由尿素-氯化胆碱以摩尔比1：3配置而成。本系统通过使用低共熔溶剂替代传统的酸碱溶液作为预处理溶剂，实现了生物质原料预处理过程的绿色化。
14、在优选的实施方案中，步骤(2)中，微波功率800～1000w，优选900w，处理10～15min，优选12.5min。
15、在优选的实施方案中，步骤(3)中，所述产油酵母lipomyces starkeyi接种菌液的制备方法包括：称取ypd干粉，配置成ypd培养液，放入灭菌锅中，在121℃下灭菌处理15～25min，优选灭菌处理时间为20min；将保存于固体平板培养基中的产油酵母lipomycesstarkeyi菌种接种到装有50ml ypd培养液的250ml培养瓶中，在30℃、200rpm条件下培养48h后，所得菌液作为产油酵母lipomyces starkeyi接种菌液。
16、在优选的实施方案中，步骤(3)中，相对于接种菌液的体积，所述生物炭的添加量为5-15g/l，优选生物炭添加剂剂量为10g/l，本系统通过在产油微生物发酵系统中创新性添加灭菌的生物炭作为细胞固定物，提高产油微生物的细胞培养密度和产油率。
17、在优选的实施方案中，步骤(3)中，将得到的发酵液通过动力泵iii送入细胞破壁预处理单元，对产油微生物细胞进行破壁后再送入所述油脂提取系统。
18、技术效果
19、本专利技术专利提出了一种用于产油酵母发酵转化生物质制生物柴油的级联系统，包含原料预处理系统、糖化水解系统、产油微生物发酵系统、油脂提取系统、转酯化反应系统和生物柴油纯化系统。通过在预处理系统中采用绿色低共熔溶剂，实现了原料预处理过程的绿色化，比传统的预处理方法(如使用强酸或强碱溶液)更加环保。通过在产本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于产油酵母发酵转化生物质制生物柴油的级联系统，包括原料预处理系统、糖化水解系统、产油微生物发酵系统、油脂提取系统、转酯化反应系统和生物柴油纯化系统，其中，所述原料预处理系统、所述糖化水解系统、所述产油微生物发酵系统、所述油脂提取系统、所述转酯化反应系统和所述生物柴油纯化系统之间通过管路依次连接，所述管路上分别设有动力泵，所述原料预处理系统中包含粉碎装置和筛网，所述糖化水解系统和所述产油微生物发酵系统内设有搅拌装置，与所述产油微生物发酵系统进料口连接的管路上设有过滤膜。
2.根据权利要求1所述的级联系统，其中，所述糖化水解系统和所述油脂提取系统分别设置有微波发射装置。
3.根据权利要求1所述的级联系统，其中，与所述油脂提取系统进料口连接的管路上设有细胞破壁预处理单元。
4.一种产油酵母发酵转化生物质制生物柴油的方法，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的方法，其中，步骤(1)中，使用水稻秸秆作为生物质原料。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，步骤(2)中，所述低共熔溶剂由尿素-氯化胆碱以摩尔比1：3配置而成。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，步骤(2)中，微波功率800～1000W，处理10～15min。
8.根据权利要求4所述的方法，其中，步骤(3)中，所述产油酵母Lipomyces starkeyi接种菌液的制备方法包括：称取YPD干粉，配置成YPD培养液，放入灭菌锅中，在121℃下灭菌处理15～25min；将保存于固体平板培养基中的产油酵母Lipomyces starkeyi菌种接种到装有50mL YPD培养液的250mL培养瓶中，在30℃、200rpm条件下培养48h后，得到产油酵母Lipomyces starkeyi接种菌液。
9.根据权利要求4所述的方法，其中，步骤(3)中，相对于接种菌液的体积，所述生物炭的添加量为5-15g/L。
10.根据权利要求4所述的方法，其中，步骤(3)中，将得到的发酵液通过动力泵III送入细胞破壁预处理单元，对产油微生物细胞进行破壁后再送入所述油脂提取系统。
...【技术特征摘要】
1.一种用于产油酵母发酵转化生物质制生物柴油的级联系统，包括原料预处理系统、糖化水解系统、产油微生物发酵系统、油脂提取系统、转酯化反应系统和生物柴油纯化系统，其中，所述原料预处理系统、所述糖化水解系统、所述产油微生物发酵系统、所述油脂提取系统、所述转酯化反应系统和所述生物柴油纯化系统之间通过管路依次连接，所述管路上分别设有动力泵，所述原料预处理系统中包含粉碎装置和筛网，所述糖化水解系统和所述产油微生物发酵系统内设有搅拌装置，与所述产油微生物发酵系统进料口连接的管路上设有过滤膜。
2.根据权利要求1所述的级联系统，其中，所述糖化水解系统和所述油脂提取系统分别设置有微波发射装置。
3.根据权利要求1所述的级联系统，其中，与所述油脂提取系统进料口连接的管路上设有细胞破壁预处理单元。
4.一种产油酵母发酵转化生物质制生物柴油的方法，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的方法，其中，步骤(1)中，使用水稻秸秆作为生物质原料。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，...
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