[發明專利]木質纖維素同步糖化發酵生產乙醇的方法和裝置

在審

• 申請號: 201410093862.3
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN103923949A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 祝濤;張慧;艾衍林;劉清娟;劉學線;劉利;張軍;趙峰;王晶瑞;石鳳玉;張鳳濤;趙俊楓;趙曉君
• 申請（專利權）人: 中國石油集團東北煉化工程有限公司吉林設計院
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C12M1/00;C12M1/12
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;孫征

技術領域

本發明技術屬于生物質能源與資源技術領域，特別是涉及一種木質纖維素同步糖化發酵生產乙醇的方法。

背景技術

隨著石油和煤資源的日趨枯竭和環境污染日益嚴重，利用可再生能源作為化石能源的替代品變得愈加重要。而燃料乙醇是生物質能源的主要形式，也是化石能源最可行的替代品。

制備燃料乙醇的主要工藝路線為：原料的預處理、糖化、發酵、乙醇純化脫水。其中糖化、發酵可以分步進行，也可以同步進行。

同步糖化發酵使酶解液中的葡萄糖濃度始終保持在較低范圍內，不會對纖維素酶產生反饋抑制，提高了糖化效率，減少了纖維素酶的用量，所需的反應設備相對減少。但同步糖化發酵使纖維素酶和酵母不能同時在各自適宜的溫度下工作，此外酵母菌由于與部分未糖化生物質混合在一起，無法通過循環提高發酵效率。

分步糖化發酵是指先用纖維素酶水解纖維素，然后收集酶解后的糖液，再利用酵母發酵生產乙醇，這種方法的優點使纖維素酶和酵母均可控制在最優的條件下進行，缺點是纖維素水解時產生的葡萄糖將抑制纖維素酶的酶活，使纖維素酶用量增大，酶解效率降低，同時需要水解時基質濃度比較低，導致較低的乙醇產量，從而增加了發酵成本和乙醇回收成本。

目前需要一種技術能夠克服分步糖化發酵技術的缺點，解決纖維素水解時產生的葡萄糖抑制纖維素酶的酶活，使纖維素酶用量增大，酶解效率降低的問題。

發明內容

本發明針對現有分步糖化發酵技術中木質纖維素糖化過程受抑制的問題，提出的一種木質纖維素同步糖化發酵生產乙醇的方法，包括如下步驟：

（1）原料高壓熱水法預處理：常溫下，將秸稈烘干，研磨至一定粒度后干燥，在適當的固液比下與熱水混合，然后在一定的溫度和壓力下攪拌一定的時間后，固液分離，固相烘干至恒重。

（2）同步糖化發酵：所得固體經高溫蒸汽滅菌；將滅菌后的固體、纖維素酶和無菌水混合，投料至糖化釜，在一定的條件下進行糖化，同時部分糖化液由離心泵輸送至膜分離裝置，經過濾后固相（主要是未完全糖化的木質纖維素）返回至糖化釜，富含單糖的澄清液輸送至含耐高溫酵母菌培養物的發酵釜，為保持糖化釜及發酵釜內體積恒定，同時將相同體積的發酵液循環返回糖化釜。反應完畢后，進行固液分離，所得液體為富含乙醇的發酵液體。同步糖化過濾發酵由糖化、過濾、發酵三部分組成。

預處理過程中，秸稈優選玉米秸稈、水稻秸稈、高粱秸稈或小麥秸稈；秸稈的研磨粒度優選40～80目；秸稈顆粒與熱水的質量比優選1:5～1:15；熱水溫度優選150～200℃；預處理的操作壓力優選1～5MPa；預處理的時間優選10～60min。

同步糖化發酵過程中，滅菌后的固體、纖維素酶和無菌水的比例優選1g：10FPU-30FPU：5-10g。糖化條件優選40～60℃，pH=4～6。分離膜孔徑優選0.2μm，過濾方式優選錯流。酵母菌培養物優選瓊脂、蛋白胨和酵母粉，其中瓊脂濃度為15～25g/L，蛋白胨濃度為10～20g/L，酵母粉濃度為5～15g/L。發酵條件優選20～40℃，pH=4～6。同步糖化過濾發酵時間優選60～120h。

本發明還提供了一種木質纖維素同步糖化發酵生產乙醇的裝置，依次包括：用于使木質纖維素糖化的糖化釜；用于從糖化釜中抽出部分糖化液的離心泵；用于對離心泵輸送來的糖化液進行過濾的過濾裝置；用于從過濾裝置抽出液相的離心泵；用于對過濾裝置抽出的液相進行發酵的發酵釜；以及用于將相同體積的發酵液循環返回至糖化釜的離心泵。

在該裝置中，過濾裝置為膜分離裝置，并且分離膜的孔徑為0.2μm。

本發明帶來以下技術效果：

（1）本發明使纖維素酶和酵母均可控制在最優的條件下進行，大大提高了糖化和發酵效率，減少了纖維素酶和酵母的用量，降低了成本。

（2）本發明將部分澄清的水解液輸送至發酵罐發酵，避免了分步糖化發酵過程中，由于水解液中葡萄糖的累積，對纖維素酶產生的抑制作用，減少了酶用量，降低了成本。

（3）本發明通過膜分離裝置，避免了傳統的同步發酵糖化過程中酵母菌由于與部分未糖化生物質混合降低發酵效率的不利影響。

附圖說明

圖1示出了本發明的工藝流程。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本發明作進一步說明。

下面的實施例是為了使本領域的技術人員能夠更好的理解本發明，但并不對本發明作任何限制。

實施例1

一種提高木質纖維素制乙醇過程中同步糖化發酵效率的方法，包括如下步驟：