[發明專利]一種同步糖化共發酵生產乙醇的方法

在審

• 申請號: 201410317183.X
• 申請日: 2014-07-04
• 公開（公告）號: CN104073525A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 元英進;朱家慶;李炳志;秦磊
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C12P19/14;C12R1/865
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 陸藝

技術領域

本發明涉及生物質新能源技術領域，特別涉及一種綜合使用底物、酶和菌株流加策略進行高固體含量同步糖化共發酵生產乙醇的方法。

背景技術

目前，地球上原油的可探明儲量沒有增加而產量已接近了極限，人類正面臨著能源與石油危機的嚴峻挑戰。許多國家開始制定或調整能源政策，把生物能源的研究和開發擺在了重要的位置。乙醇作為安全、潔凈的燃料及汽油添加劑目前己經備受關注。傳統的乙醇發酵工業主要以玉米、小麥等糧食淀粉或甘蔗汁為原料，但其原料成本高達總成本的40％。而中國地少人多的國情現狀，也決定了基于糧食為原料的乙醇大規模生產必將導致“與人畜爭糧，與糧食爭地”的不利局面。木質纖維原料是地球上最豐富、最廉價的可再生資源。我國的木質纖維原料也非常豐富，每年僅農作物秸稈就有7億多噸，加上數量巨大的林業纖維廢料和工業纖維廢渣，每年可利用的木質纖維原料總量可達20億噸以上。

近年來，木質纖維素乙醇技術雖然取得了長足的進步，但成本依然很高而無法進行商業應用。提高發酵最終乙醇濃度可以降低木質纖維素乙醇的生產成本，因為后續乙醇精餾的成本隨著乙醇濃度的增加而降低。以下兩個方面可以提高發酵最終乙醇濃度：第一，木質纖維原料中纖維素約占干重的35-45％，半纖維素約占20-40％，其中半纖維素主要組成部分是木聚糖，一般酵母無法利用木糖。因此通過基因重組方法將木糖代謝途徑引入酵母，使酵母可以同時利用葡萄糖和木糖進行發酵可以有效提高乙醇濃度；第二，增加固體含量，進行高固含量發酵。但是，高固含量發酵會產生發酵混合物粘度增加、混合不均、傳質受阻和抑制物濃度增加等不利因素。為了解決這些問題，在進行高固含量同步糖化共發酵時可以采用預酶解和分批補料等策略。

發明內容

本發明的目的是針對現有木質纖維素乙醇生產中高固含量發酵時產生的發酵混合物粘度增加、混合不均、傳質受阻和抑制物濃度增加等問題，提出一種綜合使用底物、酶和菌株流加策略進行高固體含量同步糖化共發酵生產乙醇的方法。

本發明的技術方案概述如下：

一種同步糖化共發酵生產乙醇的方法，包括如下步驟：

(1)將秸稈浸于氨水中進行預處理，得到固液混合物，分離，得到預處理后的固體，干燥；

(2)方法一：

將干燥固體、纖維素水解酶和水按比例為2-4g:2-6FPU:80-92g混合，調節pH至4.5-5.5，進行酶解，酶解12-48h；

方法二：

將干燥固體、纖維素水解酶和水按比例為2-4g:2-6FPU:80-92g混合，調節pH至4.5-5.5，進行酶解，酶解12-48h；從酶解開始，每間隔6-24h補加1次干燥固體和纖維素水解酶，共補加1-3次，每次補加2-4g干燥固體和2-6FPU纖維素水解酶；

(3)向步驟(2)獲得的混合液接種釀酒酵母，使濃度為0.5-2g/L，進行同步糖化共發酵，發酵72h-144h，從發酵開始，間隔12-24h補加1次干燥固體、纖維素水解酶和釀酒酵母，干燥固體和纖維素水解酶共補加2-5次，釀酒酵母補加2-4次，干燥固體每次補加量為2-4g，纖維素水解酶每次補加量為2-6FPU，釀酒酵母每次補加使濃度為0.5-2g/L，固液分離，得到富含乙醇的發酵液體；所述釀酒酵母的保藏編號為CGMCC?No.6634。

步驟(1)優選為，按質量比為1：5-10的比例將秸稈浸于質量濃度為25％-28％的氨水中，在160℃-220℃，進行浸泡預處理20-60min，得到固液混合物，分離，得到預處理后的固體，干燥。

同步糖化共發酵的溫度較好的是33℃-39℃。

秸稈為農作物秸稈，優選玉米秸稈、小麥秸稈、高粱秸稈或水稻秸稈。

本發明具有如下優點：

(1)底物和酶的流加可以在進行高固含量同步糖化共發酵時有效解決混合不均等問題。

(2)菌株的流加可以降低高固含量發酵時抑制物的濃度，改善菌株的活性，使乙醇產量提高。

具體實施方式

本發明使用的釀酒酵母命名為SyBE005，已于2012年9月27日保藏在中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心(CGMCC)，其保藏編號為CGMCC?No6634，建議的分類名為：釀酒酵母Saccharomyces?cerevisiae。并已存活。保藏地址為北京市朝陽區大屯路，中國科學院微生物研究所，郵政編碼100101，電話[phone]。

下面通過具體實施例對本發明作進一步說明。