[發(fā)明專利]一種木質(zhì)纖維素酶解過程中酶循環(huán)利用的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510636139.X
• 申請日: 2015-09-30
• 公開（公告）號: CN105132470B
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆德冉;王林風(fēng);張斐洋;王鐸;劉天天
• 申請（專利權(quán)）人: 河南天冠纖維乙醇有限公司
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C12P19/14;C12R1/865
• 代理公司: 鄭州紅元帥專利代理事務(wù)所(普通合伙) 41117
• 代理人: 楊妙琴;徐皂蘭

本發(fā)明屬于纖維乙醇生產(chǎn)的技術(shù)領(lǐng)域。一種木質(zhì)纖維素酶解過程中酶循環(huán)利用的方法，具體步驟如下：啟動(dòng)酶解罐，根據(jù)設(shè)定的底物濃度，將物料、水分批連續(xù)均勻投加到酶解罐中，同時(shí)分批連續(xù)均勻投加木質(zhì)纖維素水解酶，進(jìn)行酶解；酶解結(jié)束后，將酶解液降溫到30~32℃，接種釀酒酵母，進(jìn)行發(fā)酵；所得發(fā)酵液導(dǎo)入減壓蒸餾塔中進(jìn)行負(fù)壓蒸餾；負(fù)壓蒸餾所得蒸餾殘液導(dǎo)入酶解罐中進(jìn)行酶回用，循環(huán)次數(shù)為1~2次。本發(fā)明通過減壓蒸餾，保留了發(fā)酵液中殘余的纖維素酶活性，通過回用將蒸餾殘液加入新的酶解體系中，可以降低20~25%的木質(zhì)纖維素水解酶用量，大大提高纖維素酶的利用率，從而降低生產(chǎn)成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于纖維乙醇生產(chǎn)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種木質(zhì)纖維素酶解過程中酶循環(huán)利用的方法。

背景技術(shù)

木質(zhì)纖維原料是地球上最豐富、最廉價(jià)的可再生資源。全世界每年通過光合作用產(chǎn)生的木質(zhì)纖維生物質(zhì)高達(dá)1000億噸。我國是農(nóng)業(yè)大國，具有豐富的生物質(zhì)資源，僅農(nóng)作物秸稈一項(xiàng)每年就有近8×10⁸噸（約合4 億噸標(biāo)煤），占全國一次能源消耗總量的10~15%，加上數(shù)量巨大的林業(yè)纖維廢料和工業(yè)纖維廢渣，每年可利用的木質(zhì)纖維原料總量可達(dá)20億噸以上。木質(zhì)纖維原料中纖維素約占干重的35~45％，半纖維素約占20~40％，采用適宜技術(shù)將它們水解成可發(fā)酵性糖，進(jìn)一步發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，充分利用這些生物質(zhì)資源可緩解我國資源短缺的壓力，減輕環(huán)境污染，推動(dòng)農(nóng)業(yè)生態(tài)良性循環(huán)，對建設(shè)節(jié)能低碳社會(huì)具有重要意義。

通常纖維乙醇的生產(chǎn)過程包括原料的預(yù)處理、酶水解、發(fā)酵和蒸餾提純，其中酶解是整個(gè)纖維乙醇生產(chǎn)的主要技術(shù)和經(jīng)濟(jì)瓶頸。目前，纖維素水解糖化最主要的問題是酶解效率低，酶解周期長，酶用量大，轉(zhuǎn)化率不高等方面，這些問題嚴(yán)重制約了木質(zhì)纖維原料的生物轉(zhuǎn)化和利用。纖維素酶制劑的費(fèi)用高是影響生物乙醇價(jià)格的主要因素之一，降低纖維素酶使用量或費(fèi)用的技術(shù)成為生物乙醇生產(chǎn)重點(diǎn)。

纖維素酶在水解木質(zhì)纖維素初期是吸附在底物上面的，當(dāng)反應(yīng)結(jié)束后,由于底物濃度的變化，酶逐漸從底物中脫離出來，成為游離酶的狀態(tài)，分散于酶解液中,另一部分則吸附于高木質(zhì)素含量的酶解殘?jiān)小Ｃ附庖褐械挠坞x酶可通過回收再利用，充分發(fā)揮其價(jià)值。

實(shí)現(xiàn)高效酶解，減少酶解成本，可從以下三處著手：1）預(yù)料的預(yù)處理；2）盡可能降低水解酶的工業(yè)生產(chǎn)成本，酶成本降低到一定范圍，纖維乙醇整個(gè)投資成本才可與石油具有競爭優(yōu)勢；3）有效纖維素酶的回收重復(fù)利用，即使酶水解過程中的酶充分的參與反應(yīng)，增加酶與纖維素的接觸機(jī)會(huì)，提高酶解效率，實(shí)現(xiàn)酶回收重復(fù)利用。

專利CN101974570A公開了一種燃料乙醇生產(chǎn)中回收再利用纖維素酶全組份的方法，指在木質(zhì)纖維素同步糖化發(fā)酵工段后利用耦合新鮮底物重吸附和固定化纖維二糖酶工藝回收再利用纖維素酶全組分的方法，該發(fā)明涉及到固定化過程，由于固定化酶與纖維素固體顆粒之間存在很大的傳質(zhì)障礙,因此在木質(zhì)纖維素酶解體系中目前僅限于纖維二糖酶的固定化回收再用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對傳統(tǒng)酶解工藝游離纖維素酶未充分利用，提供一種木質(zhì)纖維素酶解過程中酶循環(huán)利用的方法，提高游離纖維素酶的利用率，降低生產(chǎn)成本。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種木質(zhì)纖維素酶解過程中酶循環(huán)利用的方法，采用酶解罐、發(fā)酵罐和蒸餾塔串聯(lián)進(jìn)行，先按設(shè)定的投料比進(jìn)行酶解，酶解結(jié)束后，降溫接種進(jìn)行發(fā)酵，再將發(fā)酵液導(dǎo)入減壓蒸餾塔進(jìn)行負(fù)壓蒸餾，除去乙醇，活性酵母失活，留下游離的纖維素酶，最后將蒸餾殘液導(dǎo)入酶解體系中進(jìn)行回用，具體步驟如下：

步驟1）：啟動(dòng)酶解罐，根據(jù)設(shè)定的底物濃度，將物料、水分批連續(xù)均勻投加到酶解罐中，同時(shí)分批連續(xù)均勻投加木質(zhì)纖維素水解酶，進(jìn)行酶解；

步驟2）：酶解結(jié)束后，將酶解液降溫到30~32℃，接種釀酒酵母，進(jìn)行發(fā)酵；

步驟3）：將步驟2）發(fā)酵所得發(fā)酵液導(dǎo)入減壓蒸餾塔中進(jìn)行負(fù)壓蒸餾；