[發明專利]一種抑制劑存在下混菌生產乙醇的方法

有效

• 申請號: 201510081638.7
• 申請日: 2015-02-15
• 公開（公告）號: CN104561132B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發明（設計）人: 元英進;朱家慶;李炳志;秦磊;李文超
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C12R1/865
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 趙青朵

技術領域

本發明涉及生物質新能源技術領域，具體涉及一種抑制劑存在下混菌生產乙醇的方法，尤其涉及一種抑制劑存在下改善木糖利用、實現葡萄糖和木糖共利用的生產乙醇的方法。

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。在可再生能源中，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。在乙醇生產、使用的整個循環過程中可保持溫室氣體CO₂的平衡。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。

木質生物資源的主要成分是纖維素、半纖維素和木質素。其中，纖維素、半纖維素是可發酵糖的來源。由己糖通過釀酒酵母發酵生成乙醇是很成熟的工藝，當采用纖維素酶水解木質生物資源制造乙醇時，纖維素酶必須接觸吸附到纖維素底物上才能使反應進行，因此，纖維素對纖維素酶的可及性是決定水解速度的關鍵因素。木質素的存在阻礙了纖維素對酶的可及性，并且，纖維素的結晶區、木質生物資源的表面狀態、木質生物資源的多組分結構、木素對纖維素的保護作用以及纖維素被半纖維素覆蓋等結構與化學成分的因素致使木質生物資源難以水解。因此，必須對原料進行預處理，將纖維素、半纖維素和木質素進行分離，打破纖維素的結晶結構，提高纖維素對酶的可及性，使纖維素酶滲透進纖維素，從而有效地酶解纖維素。但是預處理過程會產生大量糠醛或苯酚等對后續的發酵過程產生抑制作用的副產物，嚴重影響發酵菌株的發酵效果。

此外，木糖是生物質原料木質纖維素的主要成分，占木質纖維素原料的17％～31％。然而木糖是一種戊糖，而普通產乙醇微生物無法利用五碳糖。在抑制劑的存在下木糖利用途徑作為一種基因重組獲得的途徑更容易受到影響。

發明內容

本發明的目的是針對現有預處理過程產生大量抑制劑會嚴重影響發酵菌株的發酵效果，在抑制劑的存在下木糖利用途徑作為一種基因重組獲得的途徑更容易受到影響等問題提出了一種抑制劑存在下發酵生產乙醇的方法，該方法可以使預處理后的秸稈不經過任何脫毒的過程即可進入下一步的發酵過程，并能夠顯著改善木糖的利用，實現葡萄糖和木糖的共同利用。

本發明的技術方案概述如下：

一種抑制劑存在下混菌生產乙醇的方法，包括如下步驟：

(1)將秸稈進行預處理，得到固液混合物，分離，得到預處理后的底物；

(2)向底物中加入纖維素酶和水，調節pH，酶解；

(3)先向步驟(2)獲得的混合液接種保藏編號為CGMCC No.2757的釀酒酵母進行第一發酵，然后接種保藏編號為CGMCC No.6634的釀酒酵母進行第二發酵，發酵完成后進行固液分離，得到富含乙醇的發酵液體。

其中，在一些實施方案中，步驟(1)所述預處理為將秸稈浸于稀硫酸。

在一些優選實施方案中，步驟(1)所述預處理為按質量比為1:2-1:10的比例將秸稈浸于質量分數為1.0％-2.5％稀硫酸中，在170℃-200℃，進行浸泡預處理3min-6min，得到固液混合物，分離，得到預處理后的底物，干燥。

在一些實施方案中，本發明所述方法步驟(2)所述底物、纖維素水解酶和水的比例為40g-50g:15FPU-20FPU:50g-60g。

在一些實施方案中，本發明所述方法步驟(2)所述酶解的pH值為4.5-5.5。

在一些實施方案中，本發明所述方法步驟(2)所述酶解的溫度為50℃。

在一些實施方案中，本發明所述方法步驟(2)所述酶解的酶解時間為12h-48h。

在一些實施方案中，本發明所述方法步驟(3)所述保藏編號為CGMCC No.2757的釀酒酵母的接種密度為2.5g/L-7.5g/L。在一些實施例中，所述接種密度為2.5g/L。在一些實施例中，所述接種密度為7.5g/L。在一些實施例中，所述接種密度為5.0g/L。