[發明專利]以糠醛渣和玉米為原料共發酵制備乙醇的方法

有效

• 申請號: 201110053096.4
• 申請日: 2011-03-04
• 公開（公告）號: CN102191280A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: 蔣建新;唐勇;邢楊;馮月;朱莉偉;鄧立紅
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C12P19/14;C12R1/865
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明屬于生物質化學化工領域，具體地說，涉及木質纖維原料(糠醛渣)與淀粉類原料(玉米)水解液耦合經過同步糖化共發酵制備乙醇的方法。

背景技術

燃料乙醇是指將乙醇作為燃料動力使用，燃料乙醇可以直接代替汽油、柴油等石油燃料，是即將枯竭的化石能源的替代能源。乙醇作為燃料使用具有許多優勢：乙醇可以采用可再生的生物質制取，不存在資源枯竭問題；乙醇生產具有比較成熟技術和比較完善的工藝；乙醇作為液體燃料具有能量密度大，儲存使用方便，毒性低，而且可以生物降解；乙醇不含硫及灰分，乙醇燃燒主要產生二氧化碳和水，二氧化碳參于全球碳循環，因此燃燒后尾氣污染小，并且不增加溫室氣體排放量；乙醇的辛烷值比汽油高許多，乙醇既是抗爆劑，又是助燃劑，所以用乙醇替代部分化石燃料，可消除空氣中的鉛的污染，減少溫室氣體二氧化碳的積累。目前燃料乙醇生產主要采用淀粉基原料，這些原料大部分是糧食，比如美國以玉米為原料，歐洲則主要以小麥為原料，我國也發展了以玉米和小麥為原料的乙醇工業。近年來，由于以糧食為原料的燃料乙醇發展迅速，導致國內外糧食價格大幅度上漲，而且生產生物燃料會耗費太多的土地。因此世界各國提倡以非糧食原料進行燃料乙醇的生產，我國也明確強調發展非糧食基生物燃料乙醇生產。

地球上具有廣泛易得的生物質資源，農業、林業以及人為控制的和非人為控制的微生物系統都可以生產可再生碳基原材料。眾多的生物質資源中，相比淀粉類原料，廣泛易得的木質纖維原料屬于非糧食原料，包括木本和草本植物，以及含有纖維素的工業和農業廢棄物，它們的利用充分體現了不與人爭糧的觀念，因此發展和優化木質纖維原料進行燃料乙醇生產過程是近年來研究的熱點。我國是農作物秸稈的生產大國，因此我國發展木質纖維原料進行燃料乙醇生產具有原料優勢。然而目前難于實現基于木質纖維的燃料乙醇規?；a，導致這種問題的原因是：木質纖維素具有比淀粉更復雜結構，半纖維素和木質素對纖維素的包裹作用以及纖維素本身具有的兩相結構大大降低了纖維素的可及度，需要額外的預處理過程；木質纖維素的預處理過程通常會產生對后期利用有負面影響的物質(抑制劑)，因此在進行纖維乙醇生產之前需要采用一定的脫毒過程降低這些物質的濃度；預處理過程和脫毒過程不僅增加操作的復雜性，同時增加過程成本；具有高濃度的木質纖維素的發酵體系粘度很高，難于攪拌，同時體系中也會存在高濃度的抑制劑，降低發酵效率，因此木質纖維基燃料乙醇難以進行高底物濃度生產，導致發酵液中難以得到高濃度乙醇，這極大地增加了后期乙醇提純的成本；木質纖維基乙醇酶使用量大、酶成本高；木質纖維基乙醇使用了大量化學品作為發酵微生物的營養來源。

采用農業和工業廢棄物生產燃料乙醇一方面解決了棘手的環境問題，同時能將它們轉化為高附加值的產品，實現了生物質全面資源化利用。利用工業廢棄的木質纖維素生產燃料乙醇具有一定的優點，比如采用廢棄紙漿泥和糠醛渣進行燃料乙醇生產不需要高強度預處理，有利于降低燃料乙醇的生產成本。在工業糠醛生產(纖維原料蒸煮水解)過程中，伴有大量糠醛廢渣產生，每噸糠醛產品排出10噸以上殘渣。目前我國每年排放糠醛廢渣近3000萬噸，其中只有小部分回用于鍋爐燃料，也有用糠醛渣制備成型燃料(CN200710180491.2)和制備顆?；钚蕴?CN88101457)方面的專利報道。受技術條件的限制，糠醛渣還沒有實現規模工業化再利用。經過分析，糠醛渣中含有42％以上的纖維素、38％酸不溶木質素和少量的半纖維素(～1.85％)，纖維素聚合度約500。由于工業糠醛廢渣資源量大、價格低廉，糠醛渣含有豐富的纖維素，其纖維素聚合度較低且結構松散，糠醛渣轉化乙醇可省去復雜的植物纖維原料預處理過程，而且糠醛渣的特殊結構決定其易于被酶水解、水解成本低，同時糠醛渣中含有少量的半纖維素，以糠醛渣為原料不需要采用能利用五碳糖的菌種，這些都為利用糠醛渣纖維素轉化乙醇提供了有利條件。

目前燃料乙醇主要由淀粉類原料生產，木質纖維基燃料乙醇推廣面臨的主要問題是成本過高，采用玉米基進行燃料乙醇生產的成本高于汽油，而采用木質纖維原料進行的燃料乙醇生產的生產成本又遠高于采用玉米進行的燃料乙醇生產。因此，如何提高乙醇生產效率，降低乙醇生產成本，減少淀粉原料的用量成為目前燃料乙醇推廣中亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是將傳統的淀粉乙醇技術與纖維乙醇技術進行有機結合，提供一種以糠醛渣和玉米為原料同步糖化共發酵制備乙醇的方法。