[發(fā)明專利]一種脫除稀酸蒸爆木質(zhì)纖維素物料中抑制物的方法

有效

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• 申請日: 2013-11-05
• 公開（公告）號: CN104611392B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐開宇;張全
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院
• 主分類號: C12P19/14
• 分類號: C12P19/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物化工領(lǐng)域，具體涉及一種利用超聲波協(xié)同H₂O₂脫除稀酸蒸爆木質(zhì)纖維素物料中抑制物的方法，主要用于玉米秸稈、麥桿、甜高梁桿等多種植物秸稈經(jīng)稀酸蒸爆預(yù)處理后的脫毒。

背景技術(shù)

預(yù)處理過程中由于糖類及木質(zhì)素的降解，會釋放一些微生物生長的抑制劑，有弱酸類抑制物（甲酸，乙酸，乙酰丙酸等），糠醛類抑制物（糠醛、5-羥甲基糠醛）以及酚類抑制物（香草醛，對苯二酚，4-羥基苯甲酸）等物質(zhì)。這些抑制物尤其是酚類對隨后的酶解及微生物發(fā)酵有明顯的抑制作用，降低產(chǎn)物產(chǎn)率，因此發(fā)酵之前應(yīng)進(jìn)行必要的脫毒處理。目前使用的脫毒方法較多，有物理脫毒、化學(xué)脫毒、生物脫毒等方法，為了達(dá)到更好的脫毒效果，經(jīng)常將幾種脫毒方法混合使用。

物理脫毒方法包括旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)、溶劑萃取和吸附等。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)可減少低沸點有機(jī)物，如乙酸、糠醛，但同時增加了非揮發(fā)性抑制物的濃度，導(dǎo)致發(fā)酵效率降低。溶劑萃取法存在溶劑回收困難的缺點，且成本較高。活性炭吸附在脫除抑制物的同時會除去一些可發(fā)酵糖，使發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量降低。

化學(xué)脫毒方法主要是通過化學(xué)反應(yīng)如通過化學(xué)沉淀或通過改變pH值和一些抑制物的電離特性。其中最常用的是使用過量的固體Ca(OH)₂預(yù)處理酸解液，該方法的缺點是由于鈣離子的沉淀，易對后續(xù)的蒸餾等步驟不利，而且過量堿會使糖類成分遭到破壞。

生物脫毒方法是指用一些特定的酶或微生物作用于發(fā)酵抑制物，通過改變抑制物的結(jié)構(gòu)而降低其毒性。但酶的費用較高，而微生物需要培養(yǎng)，且會消耗水解液中糖類。

Cantarella M等（Comparison of different detoxification methods for steam-exploded poplar wood as a substrate for the bioproduction of ethanol in SHF and SSF,Process Biochemistry, 2004, 39(11):1533-1542）比較了三種對稀酸蒸爆白楊木材物料的脫毒方法，包括水沖洗，水-乙酸乙脂兩級萃取，過量Ca(OH)₂處理, 其中過量Ca(OH)₂處理的效果最好，經(jīng)脫毒后進(jìn)行酶解，纖維素轉(zhuǎn)化率88.4%，同步糖化發(fā)酵的乙醇濃度為24.6g/L。Palmqvist等（Simultaneous detoxification and enzyme production of hemicellulose hydrolysates obtained after steam-pretreatment, EnzymeMicrob Techno,1997, 20(4):286-293）將蒸汽爆破后的柳樹木材原料用里氏木霉進(jìn)行同步脫毒和纖維素酶生產(chǎn)，大部分的抑制物在里氏木霉發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶的過程中被消耗掉，在后續(xù)乙醇發(fā)酵中乙醇產(chǎn)率大幅提高。

CN201210339024.0公開了一種超聲波強(qiáng)化堿性過氧化氫預(yù)處理木質(zhì)纖維素的方法，在堿處理木質(zhì)纖維素的同時進(jìn)行超聲波的強(qiáng)化作用，間隔一段時間后加入過氧化氫進(jìn)行強(qiáng)氧化作用；預(yù)處理結(jié)束后，將原料進(jìn)行固液分離，其中的固體組分烘干后進(jìn)行纖維素酶酶解和成分分析，液體組分用于回收半纖維素和木質(zhì)素成分。CN201010209198.6公開了一種去除秸稈酶解液抑制丁醇發(fā)酵的可溶性木質(zhì)素的方法，該方法包括用活性炭處理秸稈酶解液或用堿性雙氧水處理秸稈，以去除秸稈產(chǎn)生的發(fā)酵抑制物。采用活性炭處理秸稈酶解液可以去除酶解液中的可溶性木質(zhì)素，得到的酶解液補(bǔ)加氮源后可用于發(fā)酵丁醇；采用堿性雙氧水處理秸稈可以去除秸稈中的木質(zhì)素，減少酶解后可溶性木質(zhì)素的產(chǎn)生。但是，上述方法只是用于去除其中的木質(zhì)素成分，并未涉及其它抑制物的去除情況。并且，這些方法都需對預(yù)處理木質(zhì)纖維素原料水解物或酶解物進(jìn)行固液分離，然后對水解液或酶解液進(jìn)行脫毒處理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種脫除稀酸蒸爆木質(zhì)纖維素物料中抑制物的方法。該法采用超聲波協(xié)同H₂O₂在氣升式反應(yīng)器中對稀酸蒸爆木質(zhì)纖維素物料進(jìn)行脫毒處理，脫毒效率較高，降低了抑制物對酶解和發(fā)酵的負(fù)面影響；同時本發(fā)明具有較高的選擇性，處理過程還原糖的損失率低。

本發(fā)明脫除稀酸蒸爆木質(zhì)纖維素物料中抑制物的方法，包括以下內(nèi)容：