[發(fā)明專利]一種對(duì)預(yù)處理后木質(zhì)纖維素生物質(zhì)進(jìn)行生物脫毒的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010128362.0
• 申請(qǐng)日: 2010-03-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102191279A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鮑杰;朱智楠;張建
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C12P7/10
• 分類號(hào): C12P7/10;C12R1/645
• 代理公司: 上海三和萬(wàn)國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31230
• 代理人: 朱小晶

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及一種以真菌固態(tài)培養(yǎng)的方式，對(duì)經(jīng)過(guò)物理、化學(xué)或物理化學(xué)法預(yù)處理的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)所產(chǎn)生的降解產(chǎn)物進(jìn)行快速生物脫毒的方法。預(yù)處理過(guò)的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)經(jīng)生物脫毒后，即使在高固體含量條件下，(未經(jīng)脫毒會(huì)引起較高抑制物濃度)，也能正常地進(jìn)行同步糖化與發(fā)酵操作生產(chǎn)乙醇，具體的為一種對(duì)預(yù)處理后木質(zhì)纖維素生物質(zhì)進(jìn)行生物脫毒的方法。

【背景技術(shù)】

以木質(zhì)纖維素生物質(zhì)為原料來(lái)生產(chǎn)燃料乙醇，不僅可以解決化石燃料枯竭的能源危機(jī)，也能緩解化石燃料帶來(lái)的溫室效應(yīng)。更重要的是，木質(zhì)纖維素生物質(zhì)大多數(shù)是農(nóng)林廢棄物，原料廉價(jià)，來(lái)源廣泛且可再生。木質(zhì)纖維素生產(chǎn)燃料乙醇要經(jīng)過(guò)預(yù)處理、酶水解、發(fā)酵、分離提純等工序，其中預(yù)處理的成本和有效性、纖維素酶的生產(chǎn)成本和較高的乙醇得率等都是關(guān)鍵因素(Energy?for?Sustainable?Development.2009，13，174-182)。目前預(yù)處理方法主要有化學(xué)法、物理法、物理化學(xué)法以及生物法，其中高溫稀酸預(yù)處理和蒸汽膨爆預(yù)處理是應(yīng)用最廣泛且技術(shù)最為成熟的兩種預(yù)處理方法。而在這兩種預(yù)處理過(guò)程中木質(zhì)纖維素會(huì)發(fā)生部分降解，產(chǎn)生各種有機(jī)酸類，呋喃類和酚類化合物，并且化合物的濃度隨著預(yù)處理強(qiáng)度的提高而增加。這些抑制物對(duì)酶解過(guò)程中纖維素酶的活性，乙醇發(fā)酵中酵母的生長(zhǎng)和發(fā)酵都有明顯的抑制作用。

同步糖化與發(fā)酵(Simultaneous?saccharification?and?fermentation，SSF)是將酶水解和乙醇發(fā)酵工序同時(shí)進(jìn)行的工藝。因其能夠避免酶水解過(guò)程所產(chǎn)生的高糖產(chǎn)物對(duì)酶的抑制效應(yīng)，這一工藝已被廣泛應(yīng)用于燃料乙醇的生產(chǎn)。為了降低乙醇精餾過(guò)程的能耗，必須在發(fā)酵過(guò)程獲得較高濃度的乙醇，SSF過(guò)程中的固體含量也隨之增高以提供較高的可供發(fā)酵的糖濃度。在高固體含量的SSF中，抑制物濃度也比較高，常導(dǎo)致釀酒酵母無(wú)法正常生長(zhǎng)和發(fā)酵。因此，如何有效地脫除預(yù)處理后木質(zhì)纖維素原料中的抑制物，即“脫毒”，對(duì)高固體含量條件下生產(chǎn)高濃度乙醇至關(guān)重要。

目前對(duì)預(yù)處理原料進(jìn)行脫毒的方法主要有：物理法(真空蒸發(fā)等)；化學(xué)法(活性炭吸附，離子交換樹(shù)脂吸附，以及沉淀等)；生物法(真菌漆酶或氧化酶，微生物直接應(yīng)用)等。前兩種方法對(duì)設(shè)備和工藝的要求較高，成本也較高。而生物法脫毒的條件比較溫和，沒(méi)有新的抑制物生成，并且脫毒效果好。尤其是真菌應(yīng)用于預(yù)處理后的水解液中脫毒效果最為明顯，Lopez等于2004年篩選出Coniochaeta?ligniaria，能夠?qū)⑺庖褐械目啡┖土u甲基糠醛(濃度分別為20mM和15mM)完全降解，缺點(diǎn)是脫毒周期長(zhǎng)。無(wú)論哪種脫毒方式，目前采用的大部分都是對(duì)酶水解后的水解液進(jìn)行脫毒，這嚴(yán)重影響了同步糖化發(fā)酵工藝的連續(xù)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種對(duì)預(yù)處理后木質(zhì)纖維素生物質(zhì)進(jìn)行生物脫毒的方法。

本發(fā)明在于運(yùn)用發(fā)明人從自然界中篩選得到的一株真菌A.resinae?ZN1，對(duì)預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)中的抑制物進(jìn)行快速降解的生物脫毒方法。本發(fā)明所提出的生物脫毒方法，不僅對(duì)不同預(yù)處理方法產(chǎn)生的各種類型的抑制物(乙酸，甲酸，乙酰丙酸，糠醛，羥甲基糠醛，香蘭素，對(duì)羥甲基苯甲醛)有快速的降解作用，而且脫毒方式是在酶水解前的固態(tài)木質(zhì)纖維素原料中進(jìn)行，從而保證高固體含量SSF生產(chǎn)乙醇工藝的正常連續(xù)進(jìn)行。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：采用固態(tài)培養(yǎng)的方式，用A.resinae?ZN1對(duì)預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)進(jìn)行生物脫毒，并用該脫毒后的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)在高固體含量條件下的同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，具體步驟為：

一種對(duì)預(yù)處理后木質(zhì)纖維素生物質(zhì)進(jìn)行生物脫毒的方法，具體步驟為：

一、預(yù)處理原料的制備

(1)原料準(zhǔn)備：用粉碎機(jī)對(duì)玉米木質(zhì)纖維素原料進(jìn)行粉碎至0.1～20mm，并經(jīng)過(guò)水洗、烘干步驟，進(jìn)行密封保存，以待預(yù)處理實(shí)驗(yàn)時(shí)用；

(2)蒸汽膨爆預(yù)處理：在160～240℃，0.3～2.0MPa條件下，直接用水蒸汽在蒸汽爆破裝置中對(duì)粉碎烘干的木質(zhì)纖維素原料處理1～15min，處理后的木質(zhì)纖維素原料放置在4℃冰箱中保存；

(3)稀酸預(yù)處理：用稀硫酸預(yù)浸粉碎后的木質(zhì)纖維素原料，攪拌均勻放置過(guò)夜后放入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，稀酸濃度0.5～5％(w/w)，預(yù)處理時(shí)間1～15min，預(yù)處理溫度為160～240℃，得到預(yù)處理強(qiáng)度不同的各種木質(zhì)纖維素原料；獲得的木質(zhì)纖維素原料放置于4℃冰箱中保存以備后用；

二、菌種和菌種培養(yǎng)基