[發明專利]一種木質纖維素高溫酶解發酵產乙醇的方法

在審

• 申請號: 201610192887.8
• 申請日: 2016-03-30
• 公開（公告）號: CN105624207A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 姚秀清;季鳳超;陸光
• 申請（專利權）人: 遼寧石油化工大學
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C12P19/14;C12R1/865
• 代理公司: 遼寧沈陽國興知識產權代理有限公司 21100
• 代理人: 姜婷婷

技術領域

本發明屬于生物質能源領域，具體涉及一種木質纖維素高溫酶解發酵產乙醇的方法。

背景技術

隨著世界人口增長和各國工業化程度提高，能源消耗持續上升。石油是滿足能源需求的主要資源，但是石油資源是有限的，科學家預測到2050年原油產量將由2009年的258億桶（35.25億噸）下降到50億桶。生物能源作為一種可再生的交通運輸燃料，能夠有效的降低室溫效應，減緩環境污染，同時改變現有不平等的石油供求關系，保持持續供應，比礦質燃料具有明顯優勢。與生物柴油等其它生物能源相比，燃料乙醇的生產已經具有了相當規模（2002年全球大約1700萬噸），主要以含糖物質為原料通過發酵法生產。在汽油中摻入10%的無水乙醇(E10)不僅可以緩解能源壓力，還能提高辛烷值，改善尾氣排放質量。在美國和巴西，燃料乙醇作為石油替代品已經廣泛用作交通燃料。

我國政府十分重視能源多元化和環境污染問題，采取財政補貼和稅收減免等鼓勵措施，大力推進多元化替代石油能源的技術和產業開發。《可再生能源法》和《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》的出臺，極大地推進了生物柴油和燃料乙醇等生物液體燃料的開發進程。我國規劃到2020年，生物燃料消費量占到全部交通燃料的15%左右，建立起具有國際競爭力的生物燃料產業，這給我國燃料乙醇產業帶來了良好的發展機遇。目前我國乙醇汽油已經覆蓋全國9個省市，現有燃料乙醇產能152萬噸，2010年實際生產燃料乙醇180萬噸以上，以玉米和小麥為主要原料。我國人多地少，耕地資源緊缺，糧食供應緊張，以玉米、小麥為原料生產燃料乙醇將威脅到國家的糧食安全，導致農產品價格上漲等連鎖反應，所以我國嚴格控制以糧食為原料的燃料乙醇新建和擴能項目。

相對于糖類和淀粉作物而言，木質纖維素屬于非糧原料，而且資源豐富。它可以來源于農業廢棄物，如麥草、玉米秸稈、玉米芯、大豆渣、甘蔗渣等；工業廢棄物，如制漿和造紙廠的纖維渣、鋸末等；林業廢棄物；城市廢棄物，如廢紙、包裝紙等。據估計木質纖維素原料占世界生物量100億-500億噸的50%，我國就農作物秸稈每年產量即可達7億噸，大量被廢棄而未加利用的纖維物（小枝、樹皮、樹葉、屑和廢紙等）約有五億噸/每年，只用其中的1億噸也要年產2000萬噸的燃料乙醇。由此可見，開發木質纖維素生產乙醇的新工藝具有很好的前景。

纖維素酶水解過程中纖維素酶的成本、乙醇蒸餾過程的能耗，以及酶解工藝的連續性一直是纖維乙醇工業化的制約因素。中國專利CN200910098877.8公開了一種纖維素酶產生菌及其制備和應用，該菌株具有耐高溫的能力，其分泌的纖維素酶具有耐高溫的特點。中國專利CN201110025776.5公開了一種高溫酸性纖維素酶EgG5及其基因和應用，該發明的纖維素酶具有以下性質：最適pH3.5～5.0，最適溫度70℃，比活為60.3U/mg；良好的穩定性，在極端酸性范圍內依然保持較高酶活。CN200810189465.0公開了一種纖維素乙醇的生產方法，其中包括如下步驟：（1）將含有纖維素和/或半纖維素原料的培養基加入到發酵反應釜中；（2）向發酵反應釜中加入纖維素酶，并接種葡萄牙假絲酵母；（3）在纖維素酶和葡萄牙假絲酵母的共同作用下進行同步糖化發酵，分離得到纖維素乙醇。

傳統的纖維素酶工藝采用的纖維素酶較優化的酶解溫度為45-50℃，研究表明更高的溫度酶解可以提高酶解效率，減少纖維素酶的使用量，現有耐高溫纖維素酶可以用于高溫酶解發酵制乙醇，但還不成熟，遠未到工業化的程度。開發一種能夠使常規市售纖維素酶提高酶解溫度的方法對纖維素乙醇工業的發展具有重要意義。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種木質纖維素高溫酶解發酵產乙醇的方法。本發明方法可以提高酶的活性和利用率，增加發酵產物得率，可降低了酶解和發酵成本。

本發明木質纖維素高溫酶解發酵產乙醇方法，包括如下步驟：

（1）對木質纖維素原料進行預處理，獲得預處理原料；

（2）將預處理原料、纖維素酶、水和聚乙二醇加入到酶解罐中進行預酶解，控制酶解體系的干物質濃度為15wt%-25wt%，預酶解溫度控制在54-62℃；控制酶解料液的停留時間為8-48h；預酶解的pH為4.5-5.5；

（3）預酶解后料液打入到發酵罐中，加入耐溫釀酒酵母進行同步糖化發酵，發酵溫度控制在36-42℃；

（4）發酵液打入到精餾裝置分離乙醇。

步驟（1）中，木質纖維素原料優選為玉米秸稈；所述預處理方式優選采用稀酸蒸汽爆破組合預處理。