[發明專利]用纖維物質生產燃料乙醇和2,3-丁二醇的方法

有效

• 申請號: 200910071096.X
• 申請日: 2009-11-03
• 公開（公告）號: CN101696427A
• 公開（公告）日: 2010-04-21
• 發明（設計）人: 肖冬光;陳葉福;張翠英;秦偉軍;韓寧寧
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C12P7/18;C10L1/02;C12R1/865;C12R1/22
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

【技術領域】：本發明屬于纖維物質生物轉化技術領域，特別涉及一種將纖維物質先 預處理，后將半纖維素組分水解，將五碳糖水解液與固體纖維素殘渣分離，然后將五碳糖 水解液和纖維素殘渣分別發酵生產燃料乙醇和2，3-丁二醇的方法。

【背景技術】：石油資源日益枯竭，現代社會面臨著嚴重的能源和資源危機，通過生 物轉化方式，利用木質纖維素類可再生物質生產生物燃料和生物基化學品，緩解和解決能 源和資源危機轉化是國際上的廣泛共識。燃料乙醇是世界上生產規模最大、發展最快的生 物能源。2，3-丁二醇是重要的化工原料和液體燃料，可廣泛應用于化工、燃料、航空航天 等多個領域，目前市場售價16000元/噸以上。

就燃料乙醇的生產原料而言，現階段世界上大多數國家都是以玉米等糧食作物為主， 但從長遠來看，包括農作物秸稈在內的木質纖維素類物質，是最具前景的燃料乙醇生產原 料。地球上每年光合作用的產物高達1500多億噸，其中絕大部分為木質纖維素類物質， 僅我國每年的農林廢棄物就有近10億噸。

木糖發酵問題一直是纖維素燃料乙醇工業化生產的技術瓶頸之一。木質纖維素類物質 主要由纖維素(35％～45％)、半纖維素(30％～35％)和木質素(15％～25％)三種成分 組成。半纖維素經水解后得到五碳糖和六碳糖的混合糖液，其中木糖是半纖維素中含量最 多的糖分，也是整個木質纖維素類物質中含量僅次于葡萄糖的第二大糖分。在現行木質纖 維素乙醇技術中，一部分半纖維素在預處理(如酸預處理)階段被水解，與木質素水解得 到的酚類化合物和半纖維素自身產生的乙酸、糠醛、羥甲基糠醛等抑制物混在一起，多直 接作為廢水排放，若要進行木糖發酵須經過復雜的脫毒工藝，成本高，且發酵效率低下， 無法完成有效利用。剩余的半纖維素在纖維素酶解階段與纖維素一起水解，得到五碳糖和 六碳糖的混合糖液，由于用于葡萄糖酒精發酵的釀酒酵母無法發酵木糖，構建的基因工程 菌株木糖發酵性能離真正工業生產尚有差距，且存在葡萄糖阻遏作用等因素的影響，混合 糖液中的五碳糖(木糖)部分同樣不能有效發酵轉化。木糖發酵難題導致現有纖維素乙醇 生產技術大多忽略或無奈放棄了木糖發酵，只利用了纖維原料中的纖維素部分，致使原料 利用率偏低，基本在30％～35％水平，生產1噸燃料乙醇需6～7噸木質纖維素類原料，這 不但增加了生產成本，造成資源浪費，而且加大了含五碳糖廢水的處理難度和成本。

【發明內容】：本發明目的是解決現行纖維物質發酵生產燃料乙醇過程中木糖無法有 效利用，原料利用率低，綜合生產成本高的問題，提供一種將木質纖維素原料中半纖維素 和纖維素有效分離、分別發酵生產燃料乙醇和2，3-丁二醇的新工藝。

本發明總體技術方案流程如圖1所示：纖維物質先經堿法預處理工藝，有效去除木質 素，破壞木質纖維素的致密結構，為半纖維素和纖維素的酶水解創造條件，而后經木聚糖 酶酶解將預處理后原料中的半纖維素組分高效水解，經固液分離得低毒木糖水解液和高纖 維素殘渣，木糖水解液發酵生產2，3-丁二醇，纖維素殘渣經常規法同步糖化發酵生產乙醇。

具體工藝步驟如下：

第一、堿法預處理：纖維物質(農業廢棄物玉米芯、玉米秸稈、稻草、麥稈 或草等)原料除雜、粉碎至20～40目后，按固液比1∶15～1∶25與反應液充分混合，置于密 閉的反應器中，反應溫度60℃～80℃，預處理8～13h。其中堿處理反應液中各物質體積質 量濃度為氨水1.5％～3.0％、過氧化氫0.4％～0.8％，以及增效劑硅酸鈉3％～6％和硫酸鎂 0.02％～0.1％，硅酸鈉和硫酸鎂的加入可有效提高木質素的去除率。

第二、木聚糖酶酶解：將第一步預處理后的原料用水洗至中性，按液固質量比10∶1～25∶1 將原料投入pH4.5～5.5的木聚糖酶酶解緩沖水溶液中，按90IU～200IU/g原料加入市售木 聚糖酶，同時加入各種激活劑，在45℃～55℃下酶解36h～72h，得到木聚糖酶酶解體系。 各激活劑在整個反應液中的體積質量濃度分別為：Tween800.05％～2.5％、PEG6000 0.05％～1％、BSA(牛血清蛋白)0.05％～4％和鼠李糖脂(RH)0.001％～1％。

第三、固液分離：將第二步的木聚糖酶酶解體系進行固液分離，液相部分為含有少量 葡萄糖的低毒性五碳糖水解液，固相為含有少量木質素和半纖維素的高纖維素殘渣。