[發明專利]一種稀酸法制備生物質燃料工藝中糠醛的降解方法

有效

• 申請號: 201210434656.5
• 申請日: 2012-11-05
• 公開（公告）號: CN102899379A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 李強;季更生;李泰瑩;費娟娟;谷緒頂
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: C12P39/00
• 分類號: C12P39/00;C12P7/10;C12P7/64;C12R1/865;C12R1/01
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 繆友菊

技術領域

本發明涉及一種稀酸法制備生物質燃料工藝中糠醛的降解方法。

背景技術

目前石油等化石資源的逐漸枯竭，利用可再生資源生產生物能源的研究越來越受到國內外研究者的關注。纖維素是地球上最豐富的可再生資源，具有價廉、可降解和減少生態環境污染等優點，因此用木質纖維素生產生物燃料替代石油燃料，對社會經濟的可持續發展具有重要的意義。

在以木質纖維素為原料生產生物燃料的研究開發領域中,木質纖維素的稀酸水解被人為是最容易實現商業化的生產工藝,國內外在該領域進行了大量和深入的研究。但到目前為止,國內外在用稀酸水解木質纖維素生產燃料方面還存在著一些問題未能解決,其中一個重要問題是稀酸水解木質纖維素時會產生糠醛及其衍生物，這些物質會抑制微生物發酵產生生物燃料。

木質纖維素由纖維素、半纖維素與木質素構成，天然植物秸稈中半纖維素占14-30%的比例，半纖維素經過酸水解工藝生成木糖為主的五碳糖。酸水解過程中水解溫度在100^oC以上的高溫高壓狀態進行，水解過程中部分五碳糖在酸催化下轉化成糠醛和糠醛的衍生物，酸水解液成分復雜，包括糠醛、羥甲級糠醛、葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖等10余種成分，其中糠醛含量較低，一般占水解液的3-9%，因此回收成本較高、回收利用的價值較低。

目前降解糠醛及其衍生物的方法很多，主要有漆酶處理降解糠醛類物質、TiO₂催化超聲降解糠醛、微電解-UASB組合工藝、微波氧化降解糠醛。這些工藝都存在成本高的缺點。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種經濟、環保的稀酸法制備生物質燃料工藝中糠醛的降解方法，可以避免含糠醛廢水的處理費用，減少生物質燃料生產過程中產生的廢水，加速生物質燃料工業化進程。

技術方案：本發明所述稀酸法制備生物質燃料工藝中糠醛的降解方法，包括如下步驟：

（1）將植物纖維用稀酸進行預處理，產生的植物纖維、糠醛及其衍生物的混合物，用堿調節pH值，然后采用纖維素酶進行酶解，產生可發酵的糖；

（2）將斜面培養的糠醛降解菌接入糠醛降解菌液體培養基中，培養、離心收集細胞沉淀，并對細胞進行處理；所述糠醛降解菌液體培養基的成分為：0.15g?酵母膏，1.55?g?K₂HPO₄,?0.85?g?NaH₂HPO₄·2H₂0,?2.0?g?(NH₄)₂SO₄,?0.1?g?MgCl₂·6H₂0,?10?mg?EDTA,?2?mg?ZnSO4·7H₂0,?1?mg?CaCl₂·2H₂0,?5?mg?FeSO₄·7H₂0,?0.2?mg?Na₂MoO₄·2H₂0,?0.2?mg?CuSO₄·5H₂0,?0.4?mg?CoCl₂·6H₂0,?and?1?mg?MnCl₂·2H₂0，并且調節pH為5.0；所述糠醛降解菌為貪銅菌；

（3）向步驟（1）的稀酸-纖維素酶酶解糖液中添加無機鹽和生長因子配制成液體培養基（成分同糠醛降解菌液體培養基），將步驟（2）的得到的糠醛降解菌與釀酒酵母按照1:2-5的重量比，同時接種到所述的培養基中進行混合發酵，在發酵制備生物質燃料的同時降解糠醛。

由于貪銅菌生長較慢，利用葡萄糖等生物質降解糖的效率低，而釀酒酵母等能源微生物的生長較快，利用糖類能力強。因此，本發明采用貪銅菌與釀酒酵母等能源微生物進行混菌發酵。一邊降解糠醛等抑制劑一邊高效發酵制備生物質燃料。

優選的，步驟（1）中，pH值為4.8-5.0，此時纖維素酶的酶解效果最好。

對離心收集的糠醛降解菌細胞可以是游離細胞也可以是固定化的細胞，步驟（2）中，細胞處理方式為用液體培養基進行懸浮或者對細胞進行固定化。雖然固定化和游離的細胞均可用于后續工藝，但是固定化的細胞在長時間處理效果好，主要是因為固定化細胞比較穩定，對于糠醛的毒害死亡較少，而且可以回收再利用，所以比較優選的處理方式為對細胞進行固定化。