[發明專利]一種利用木質纖維素原料生產生物柴油的方法

有效

• 申請號: 201610263482.9
• 申請日: 2016-04-26
• 公開（公告）號: CN105695524B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 龔志偉;趙覓
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學;趙覓
• 主分類號: C12P7/64
• 分類號: C12P7/64;C11C3/04;C11C1/08;C11B1/02;C10L1/02
• 代理公司: 北京雙收知識產權代理有限公司 11241
• 代理人: 曾曉芒

本發明適用于生物質能源領域，提供一種利用木質纖維素原料生產生物柴油的方法，包括：將微生物油脂經一步堿催化轉酯化制備生物柴油產生的堿?甘油?甲醇混合溶液預處理木質纖維素原料；原料原位蒸發及冷凝回收甲醇后，加水至適當固液比，酸中和后添加適量的酶進行水解，固液分離獲得水解液；接入產油酵母，產油酵母利用水解液中的碳水化合物和甘油合成油脂；收集含油微生物菌體，提取胞內油脂，采用一步堿催化轉酯化制備生物柴油，加正己烷萃取，上層獲得生物柴油，下層為堿?甘油?甲醇溶液，這里堿?甘油?甲醇溶液再循環用于木質纖維素的預處理。本方法中，強堿、副產物甘油和甲醇被用于預處理木質纖維素，同時甘油還作為產油微生物的碳源被原位整合再利用，大大降低了成本，具有顯著的經濟效益。

技術領域

本發明屬于生物煉制與生物能源技術領域，尤其涉及一種利用木質纖維素原料生產生物柴油的方法。

背景技術

自然界中某些微生物在特定條件下，能夠以碳水化合物、碳氫化合物、二氧化碳等為碳源，在體內合成并貯存大量油脂，凡是可以在胞內積累油脂并超過細胞干重20％(w/w，這里w/w表示質量比，下同)的微生物稱為產油微生物。某些產油微生物胞內積累的油脂甚至超過其細胞干重的70％。微生物油脂，尤其是產油真菌產生的油脂，其主要成份是甘油三酯，脂肪酸組成與商品化的動植物油脂相似，以C₁₄-C₂₂長鏈脂肪酸為主。相對于動植物油脂，微生物油脂生產周期短，不受季節與氣候限制，原料來源廣，基本不占用額外耕地資源，易于實現規模生產，是極具潛力的新型油脂資源。微生物油脂不僅可以作為食用油或其他功能性油脂的替代品，還可以為生物柴油產業可持續發展提供原料。

木質纖維素材料來源廣泛、是自然界中最豐富的可再生資源之一，據測算年總產量高達1500億噸，其化學成份主要是纖維素、半纖維素和木質素，蘊藏著巨大的碳水化合物資源。纖維素完全水解主要產物為葡萄糖；半纖維素水解可得到木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖等的混合物。廉價的木質纖維素原料主要有以玉米秸稈、玉米芯、稻草和麥稈為代表的農業廢棄物，以樹木、枝杈和鋸末為代表的林業廢棄物，以甘蔗渣和甜高粱渣等為代表的工業廢棄物等。目前我國對木質纖維素資源的利用尚不完善，大部分未得到合理開發利用。利用木質纖維素水解液培養產油微生物，有望大幅度降低原料成本，并使規?；苽湮⑸镉椭脑牧系玫奖Ｕ稀?/p>

然而，目前木質纖維素基原料的經濟性不如傳統的糖質原料，主要是由于生物質抗降解特性(biomass recalcitrance)，導致很難通過經濟、高效的方式降解木質纖維素獲取產油微生物利用的可發酵性糖。木質纖維素通常需要先經過物理、化學、物理化學或生物的方法進行預處理，破壞木質纖維素的抗降解結構，降低纖維素的結晶度、增加原料的孔隙率、提高酶的可及度和脫除木質素的保護作用，從而提高木質纖維素的酶解效率。預處理通常需要加入化學試劑或者較高的能耗，成本高。另外，誘發產油酵母過量積累油脂，通常需要培養基中的碳水化合物過量，而缺乏產油酵母生長繁殖的其它必要成分，包括氮、磷、硫、鐵、鋅和溶氧等。氮限制是微生物調控油脂積累最常用的策略，較高的C/N比有利于油脂積累。然而，木質纖維素原料通常氮含量較高，另外其降解過程中添加水解酶，也會引入一定量的氮源，導致水解液C/N比較低，產油微生物以菌體增殖為主，油脂產量和油脂得率較低。

通過木質纖維素原料為碳源培養產油微生物，然后進行堿催化轉酯化制備生物柴油有望從根本上解決制備生物柴油的油脂資源問題。然而，當前該技術路線存在著生產成本高、油脂產量低、副產物資源化利用困難、廢水處理的突出問題。綠色、經濟、高效地利用木質纖維素制備生物柴油是目前能源生物技術領域的研究難點和熱點。

發明內容

鑒于上述問題，本發明的目的在于提供一種利用木質纖維素原料生產生物柴油的方法，旨在解決現有方法生產成本高、油脂產量低、副產物難資源化利用的突出問題。