[發(fā)明專利]一種甜高粱稈的綜合利用方法

無效

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• 申請日: 2011-10-20
• 公開（公告）號: CN102399826A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李十中;李紀(jì)紅;閆智培
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C12P19/14;C12P7/22;C13K13/00;C12R1/865
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源與化工技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種甜高粱稈固體發(fā)酵生產(chǎn)乙醇后的綜合利用方法。

技術(shù)背景

作為能源作物，甜高粱具有令人矚目的優(yōu)勢。甜高粱具有很高的光合作用率，生物學(xué)產(chǎn)量極高。甜高粱的莖稈中富含糖，每公頃甜高粱莖稈可發(fā)酵生產(chǎn)乙醇3000～5000L，因品種而異。

種植甜高粱的需水量僅為甘蔗的1/3～1/5，而且對土壤條件具有廣泛的適應(yīng)性，特別是其顯著的抗旱性和抗鹽堿性。在荒灘地、干旱地和鹽堿地等邊際土地上均能種植甜高粱，且一年三熟。種植甜高粱生產(chǎn)燃料乙醇，實(shí)現(xiàn)了“不與人爭糧，不與糧爭地”。

如果種植糧稈兼用型甜高粱，既可收獲籽粒，又可收獲莖葉。甜高粱的籽粒既可食用，又可作為飼料和工業(yè)原料；莖稈中糖分能夠應(yīng)用清華大學(xué)開發(fā)的高等固態(tài)發(fā)酵技術(shù)(ASSF)，高效率地轉(zhuǎn)化為乙醇，在生產(chǎn)燃料乙醇的同時，副產(chǎn)大量酒糟。

上述酒糟的產(chǎn)量遠(yuǎn)大于乙醇的產(chǎn)量。目前酒糟的主要用途是提供給牛、羊等牲畜作為飼料。但是，隨著甜高粱乙醇生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，石油資源的短缺，更需要將酒糟作為運(yùn)輸燃料和化工產(chǎn)品的原料，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對目前酒糟利用率低、產(chǎn)物附加值低的現(xiàn)狀，提供一種甜高粱稈的綜合利用方法。

酒糟主要成分為半纖維素、纖維素和木質(zhì)素。其中，半纖維素含量為25％左右，纖維素含量為35.00％左右。其半纖維素組分可以酸解用來生產(chǎn)木糖、木糖醇、糠醛等重要化工產(chǎn)品；半纖維素被水解后，剩下的酸解渣中纖維素表面得到有效暴露，易于被纖維素酶酶解糖化生成葡萄糖，并進(jìn)一步發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇。酶解剩下的殘?jiān)疵附饽举|(zhì)素可以作為高熱值的燃料使用，還可以深加工生產(chǎn)木質(zhì)素產(chǎn)品。所以，酒糟的綜合利用能夠顯著提高甜高粱種植的經(jīng)濟(jì)性，提高燃料乙醇生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，緩解我國的能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)，社會效益顯著。

基于上述原理，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種甜高粱稈綜合利用的方法，包括如下步驟：

(1)將甜高粱稈粉碎、調(diào)節(jié)含水量后固態(tài)發(fā)酵，蒸餾得到乙醇溶液和酒糟；

(2)將上述酒糟在酸性條件下水解，固液分離得到木糖溶液和酸解渣；

(3)將上述酸解渣水洗后作為底物，加入酶解緩沖液，然后加入酶進(jìn)行酶解，固液分離得到酶解混合液和酶解木質(zhì)素；

(4)將上述酶解混合液接種酵母發(fā)酵產(chǎn)生乙醇溶液。

通過上述步驟實(shí)現(xiàn)秸稈成分中糖分、纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的綜合利用。其中，步驟(1)為甜高粱稈中的可溶性糖的利用步驟；步驟(2)為甜高粱稈中半纖維素的利用和纖維素乙醇的酸預(yù)處理過程；步驟(3)為甜高粱稈中纖維素酶解產(chǎn)酶解混合液和酶解木質(zhì)素的過程；步驟(4)為酶解混合液發(fā)酵產(chǎn)乙醇的過程。

步驟(1)中所述粉碎通常是將甜高粱稈粉碎成直徑1～2mm長度小于30mm的絲狀；

所述調(diào)節(jié)含水量的優(yōu)選方法為用去離子水調(diào)節(jié)甜高粱桿含水量為70％；

所述固態(tài)發(fā)酵的條件是在酵母接種量為10％～20％(即每kg物料所用酵母液體積為100～200mL)，罐內(nèi)溫度為25～35℃，發(fā)酵罐回轉(zhuǎn)速度為0.2～0.5rpm條件下，發(fā)酵20～42h。優(yōu)選條件是：酵母接種量為15％(即每kg物料所用酵母液體積為150mL，每mL酵母液中約含1×10⁷個酵母細(xì)胞)，罐內(nèi)溫度為30～32℃，發(fā)酵罐回轉(zhuǎn)速度為0.25rpm，發(fā)酵時間30h；

所述蒸餾是向固態(tài)發(fā)酵后得到的發(fā)酵料中每50g發(fā)酵料中加入150～250mL蒸餾水，加熱蒸餾，收集冷凝液，當(dāng)收集的冷凝液達(dá)加入蒸餾水量的一半后停止。優(yōu)選條件是：向固態(tài)發(fā)酵后得到的發(fā)酵料中每50g發(fā)酵料中加入200mL蒸餾水，加熱蒸餾，收集冷凝液，當(dāng)收集的冷凝液達(dá)加入蒸餾水量一半后停止。

步驟(2)中酸解的條件為：酸的濃度(重量百分?jǐn)?shù))為0.5～5％，溫度為100～150℃，酸解底物即酒糟(干基計(jì))的重量百分?jǐn)?shù)為5％～20％，酸解0.1～4h。所用的酸可以為硫酸、磷酸、甲酸、乙酸、草酸中的一種或者幾種。

優(yōu)選的條件是：在硫酸濃度(重量百分?jǐn)?shù))為1.5％，溫度為120～125℃，酸解底物即酒糟(干基計(jì))的重量百分?jǐn)?shù)為10％～15％的條件下，酸解0.5h；或者在草酸濃度(重量百分?jǐn)?shù))為3％，溫度為120～125℃，酸解底物即酒糟(干基計(jì))的重量百分?jǐn)?shù)為10％～15％的條件下，酸解1.5h。

步驟(3)中所述酶為纖維素酶或者纖維素酶添加β-葡萄糖苷酶的復(fù)配。