[發明專利]一種高效轉化纖維素乙醇蒸餾醪中木糖生產木糖酸的方法

在審

• 申請號: 201610443682.2
• 申請日: 2016-06-20
• 公開（公告）號: CN107523591A
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 鮑杰;張宏森;韓昫身;張建
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C12P19/14;C12P19/02;C12P7/58;C12R1/865;C12R1/01
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技術領域

本發明涉及生物基化學品的生物制造和生物煉制領域，具體地說，是利用纖維素乙醇蒸餾醪中的木糖生產木糖酸的方法。

背景技術

木糖酸是近年出現的一種新化工產品，是一種功能多、用途廣的平臺化合物，被美國能源部評為可生物轉化的三十種最有價值的化合物之一。木糖酸已經在多個行業得到廣泛應用，尤其是在建筑行業，木糖酸作為一種水泥分散劑，其分散效果大約是常用的木質素磺酸鹽的兩倍。木糖酸熱穩定性好，是工業規模生產1,2,4-丁三醇的前體；也是維生素C的重要代謝產物之一，對維生素C在體內的有效循環與代謝有至關重要的調節作用；除此之外木糖酸還是多種重要化學轉化過程必不可少的中間體。木糖酸鹽也有很廣泛的應用，如木糖酸鈉是新一代植物生長調節劑和水產養殖中酸性環境必不可少的添加劑。

目前生產木糖酸的方法主要有化學合成法和生物合成法兩種。化學合成法主要通過碘或者鈀等作為催化劑對木糖進行催化生產木糖酸，但是其過程繁瑣、不易操作、反應條件苛刻、環境污染嚴重。與化學合成法相比，生物合成法工藝條件溫和，生產成本較低，對環境影響小，因而商業應用前景廣闊。

生物合成法生產木糖酸的原料主要是木糖，但是木糖的售價高，直接用木糖作為原料將會大大提高木糖酸的生產成本。當前木糖酸產量越來越難以滿足日益增加的需求，尋求價格低廉且來源廣泛的木糖酸生產原料是木糖酸行業健康發展所面臨的首要問題。我國是農業大國，農林業廢棄物等為代表的木質纖維素原料的產量巨大，但大部分都被低效的焚燒浪 費掉，不僅造成了巨大的資源浪費，而且導致了比較嚴重的環境污染和氣候問題。而利用木質纖維素來源的原料生產木糖酸，不僅可以有效解決木糖酸行業的原料來源問題，同時還可以有效緩解當前的三農問題，為農業廢棄物的深加工提供新的出路。

纖維素乙醇是一種環境友好型綠色生物燃料，主要由數量巨大的農業廢棄物、草本植物、以及其他非糧作物等木質纖維素原料生產。纖維素乙醇目前是全球研究的熱點，隨著技術的創新在不遠的未來將會成為機動車的主要燃料，從而大大減輕人類對化石燃料等不可再生資源的依賴，與此同時也緩解了溫室效應、環境污染等一系列環境問題所引發的負面影響。目前，纖維素乙醇的大規模工業化生產還存在著許多障礙，傳統的乙醇生產菌株只能利用纖維素來源的葡萄糖，難以利用半纖維素來源的戊糖，從而導致發酵醪中仍存在大量未利用的戊糖，其中主要是木糖。盡管代謝工程專家試圖構建能夠同時發酵葡萄糖和木糖生產乙醇的工程菌，但效果都不太理想，約占木質纖維素中可發酵性糖30％左右的木糖始終無法高效轉化為乙醇。而如果將乙醇蒸餾中的高濃度木糖作為生產木糖酸的原料，實現乙醇和木糖酸的聯產，將大大提高纖維素乙醇生產中副產物的附加值，降低纖維素乙醇的生產成本，并將推動纖維素乙醇的產業化進程。

現有的利用木質纖維素原料聯產乙醇和木糖酸工藝的主要流程為首先將木質纖維素原料經過稀酸或蒸汽爆破預處理，然后固液分離，將含有纖維素的固體部分進行中和、酶解后生產燃料乙醇，將含有木糖的液體部分經過濃縮、中和后生產木糖酸。在這個工藝中，由于預處理方法和發酵方式的限制，得到的可發酵糖濃度比較低，同時產生大量廢水。本發明采用了一種新的生產工藝，首先將木質纖維素原料經過干法稀酸預處理、固態生物脫毒，同步糖化與發酵生產乙醇，利用乙醇蒸餾醪中的木糖生產木糖酸。與現有技術相比，本發明可以降低設備投入成本，減少濃縮和固液分離的操作強度，減少廢水產生，降低水耗和能耗。

發明內容

本發明目的在于拓展工業用木糖酸發酵的發酵基質，使用價格低廉、資源豐富的木質纖維素，提供一種以纖維素乙醇蒸餾醪中的木糖為原料，通過發酵或全細胞催化的方式生產木糖酸的方法。

本發明的構思：以纖維素乙醇蒸餾醪的木糖為原料高效生產木糖酸，具體地說是首先進行木質纖維素原料進行干法稀酸預處理，得到的原料進行固態生物脫毒，然后經過同步糖化發酵的方式生產乙醇，將乙醇蒸餾醪中的木糖作為原料通過以下兩種途徑生產木糖酸：一、將培養好的木糖酸生產菌株按發酵體積的1～20％的接種量接入生產菌株進行木糖酸的發酵；二、將培養好的木糖酸生產菌株離心收集菌體，按發酵體積使菌體干重達到1～5g/L的濃度接入，進行全細胞催化生產木糖酸。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種高效轉化纖維素乙醇蒸餾醪中木糖生產木糖酸的方法，其具體步驟為：

(1)干法稀酸預處理：