[發明專利]適用于纖維素乙醇生產的低溫滅菌方法

有效

• 申請號: 201310014119.X
• 申請日: 2013-01-15
• 公開（公告）號: CN103060391A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 熊鵬;賀建龍;宇文偉剛;徐繼明
• 申請（專利權）人: 熊鵬
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標事務所 32110
• 代理人: 韓曉斌

技術領域

????本發明屬于纖維素乙醇發酵領域，具體的說，涉及一種適用于纖維素乙醇生產的低溫滅菌方法。

背景技術

隨著化石能源的逐漸枯竭，消耗化石能源所帶來的氣候變暖、環境惡化等現象的出現，人們迫切的希望找到一種可再生的清潔能源作為化石能源的替代品，在滿足消耗需求的同時減少對環境的破壞。燃料乙醇作為一種可再生的清潔能源，從上世紀70年代在美國、巴西開始推行，由于初始推行的燃料乙醇大多數是通過玉米等淀粉質糧食作物為原料，導致世界糧食價格的上漲，形成了與人爭糧的局面，制約了其大規模推廣。隨著纖維素酶技術的發展，纖維素乙醇技術的開發和纖維素酶商業化生產正漸成氣候和規模。

在纖維素乙醇的生產策略中，同步糖化與發酵技術（SSF）被認為比較經濟，且能節約發酵時間、消除產物抑制，適合大規模推廣。通過將纖維素原料、乙醇發酵菌株及纖維素酶在發酵初始階段同時投入發酵罐中，在纖維素酶降解纖維素生成葡萄糖的同時乙醇發酵菌株消耗掉生成的葡萄糖，使得整個發酵過程中葡萄糖的含量維持在一個很低的濃度，大大的降低了由于葡萄糖的積累所導致的酶解抑制現象，提高了酶解的效率；同時也減少了葡萄糖大量用于發酵菌株生長所帶來了轉化率下降的問題的發生。

在同步糖化與發酵技術中為保證發酵過程沒有外源菌的污染，發酵培養基要事先通過濕熱蒸汽進行滅菌處理，以消除外源雜菌。然后加入已除菌的酶液并接種培養好的發酵菌株。該種滅菌方法存在著一些弊端：1.木質纖維素原料在115~121℃的濕熱蒸汽滅菌下容易生成糠醛、多酚化合物，該類物質是纖維素酶的抑制劑，極大的抑制纖維素酶于纖維素的結合，降低酶解效率；2.高濃度纖維素乙醇發酵過程中要保證最終乙醇的濃度提高必須要提高前期纖維素原料的濃度，由于纖維素原料多為不溶于水的固體物質，所占的體積比較大濕熱蒸汽滅菌時大量的冷凝水會導致發酵體積變大最終影響發酵濃度；3.由于纖維質原料高濃度下會導致發酵液變粘影響傳熱，因而在影響發酵體積的同時也會導致熱量利用率的低下，造成滅菌能耗過大，大大的提高了成本；4.由于一般的纖維素酶最適酶活在50℃左右，而目前的耐高溫發酵菌株一般在30~40℃，存在最適矛盾沖突，為保證發酵菌株的存活選擇在纖維素酶催化效率較低的溫度下進行發酵，大大的降低了纖維素酶的催化效率，使得發酵周期延長。

發明內容

本發明的目的是：提供一種適用于纖維素乙醇生產的低溫滅菌方法，針對以上4點同步糖化及發酵技術的不足，該低溫滅菌方法在保證不染雜菌的同時兼顧纖維素酶的催化效率，消除傳統滅菌方式產生的抑制產物，減少能耗利用，節約滅菌成本。

本發明的技術解決方案是該低溫滅菌方法包括以下步驟：

（1）稱取定量的經過預處理的纖維素原料及培養基的其他組分直接加入發酵罐中；

（2）根據最終發酵體積加入定量的纖維素酶酶液并升溫至50~65℃，保溫1~3h，降溫至乙醇發酵菌株的發酵溫度；

（3）通過無菌接種的方式加入培養好的乙醇發酵菌株種子懸液，維持罐壓在0.01~0.02Mpa，控制合適的條件進行厭氧發酵直至發酵結束。

其中，步驟1）中的纖維素原料的來源為可再生的木質纖維類生物質的玉米稈、稻草，或為造紙、紡織工業所產生的纖維質相關的原料。

其中，步驟1）中的纖維素原料的預處理方式為化學處理的酸處理、堿處理，或物理處理的射線處理、機械處理，或生物處理及氣爆處理，或為幾種處理方式的組合處理。

其中，步驟2）中的根據最終發酵體積加入纖維素酶酶液是指根據發酵所需的纖維素酶酶量，量取或稱取定量的酶粉或酶液，用水稀釋至扣除接種體積的最終發酵體積處，壓入發酵罐中與前期投入的纖維質原料及其他營養成分混勻，或是直接壓入體積為最終發酵體積減去種子體積的發酵粗酶液。

其中，步驟2）中所述的纖維素酶為一種或幾種產纖維素酶的細菌或真菌發酵獲得的酶液、酶粉，包含內切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶及β-葡萄糖苷酶。

其中，步驟2）中的保溫狀態需要開啟攪拌以加快物料混勻。