[發明專利]以聚乙二醇/水混合物為介質的木質纖維素酶解糖化技術

在審

• 申請號: 201610887951.4
• 申請日: 2016-10-11
• 公開（公告）號: CN107916284A
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 張宗超;劉秀梅;毛燎原
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C12P19/14
• 分類號: C12P19/14;C12P19/02
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司21001
• 代理人: 鄭虹

技術領域

本發明屬于木質纖維素酶水解技術領域，具體涉及一種以聚乙二醇/水混合物為介質的木質纖維素酶解糖化技術。

背景技術

隨著化石能源的日益枯竭和環境污染的日益加劇，可再生清潔能源燃料乙醇的開發和利用受到了人們的廣泛關注。傳統的乙醇發酵以糖或淀粉為原料，二者都是食物的主要來源，以糧食為原料生產燃料乙醇已經對世界糧食安全構成了威脅，尋找其它原料替代糧食勢在必行。木質纖維素作為自然界最為豐富且廉價的可再生資源，其主要成分纖維素半纖維素是潛在的燃料乙醇的生產原料，利用木質纖維素生產燃料乙醇成為世界各國研究的熱點。木質纖維素原料酶解獲得的可發酵糖濃度決定其后續發酵產乙醇的濃度，而乙醇濃度決定其蒸餾能耗，從而影響其工業化生產的可行性。

水是木質纖維素酶解發酵過程中必不可少的介質，然而水資源是不可再生的，由于其較低的沸點和易揮發性導致在纖維素乙醇生產過程中必然造成大量的消耗，而且分離低濃度的乙醇水溶液也會造成大量的能量消耗，如何節約水耗和能耗已經成為生產纖維素乙醇的主要技術瓶頸。選擇高沸點且與纖維素酶、發酵微生物具有生物兼容性的化學物質全部或者部分替代水作為纖維素乙醇生產的酶解、發酵介質具有重要研究意義和工業價值。

文獻(Biotechnology and Bioprocess Engineering 16:930-936(2011))將根據木質素對聚乙二醇的吸附原理將其作為添加劑(0.025g/g)應用于預處理的玉米秸稈的酶解過程，用于阻礙木質素對纖維素酶的無效吸附，可提高酶解效率17％，還原糖濃度提高7.0g/L。專利CA20130416058.X公開了聚乙二醇可以部分替代水作為發酵介質用于乙醇生產，由此可見聚乙二醇不僅具有沸點高、低揮發性的特點，還對很多生物催化劑具有較好的生物兼容性。如果能夠用聚乙二醇部分取代水作為酶解介質用于木質纖維素的酶水解過程，不僅能夠節約水耗，還能夠提高葡萄糖在水中的濃度，對于產生的葡萄糖溶液用于后續生產乙醇的分離提純過程中可有效減少蒸餾能耗、節約成本，且不減少乙醇產量。

發明內容

本發明的目的是針對木質纖維素酶解糖化過程中的水耗問題，提供一種以聚乙二醇/水混合物為介質的木質纖維素酶解糖化技術。

為了實現本發明目的，減少木質纖維素酶解糖化過程中水的消耗、且保持酶解糖化過程的傳熱、傳質速度，本發明采用聚乙二醇/水混合物作為介質用于木質纖維素的酶解糖化過程中，在保持酶解效率不降低的前提下有效提高純水中葡萄糖濃度。

一種以聚乙二醇/水混合物為介質的木質纖維素酶解糖化技術，步驟為：

將預處理的木質纖維素與酶解介質的按一定固液比進行混合，然后添加纖維素酶，進行酶水解獲得含有可發酵糖的水解液。

具體為：

將預處理的木質纖維素原料與酶解介質按照固液比5-50％g/ml進行混合，然后添加纖維素酶為10-80FPU/g木質纖維素原料，在PH為4.0-5.5、溫度為40-60℃、轉速為130-160rpm條件下，酶解2-120h。

所述的酶解介質為聚乙二醇與水的混合物，聚乙二醇與水的質量比為2％-50％。

所述的為聚乙二醇的分子量為200-8000；優選為200-1000。

所述的木質纖維素原料來自農業廢棄物、林業廢棄物、專門的能源作物或/和各種含纖維素的廢棄物；

所述農業廢棄物為小麥秸稈、玉米秸稈或/和稻草；

所述林業廢棄物為伐木產生的枝葉、廢棄木頭或/和木屑；

所述專門的能源作物為甜高粱或/和柳枝程；

所述各種含纖維素的廢棄物為城市固體垃圾、廢紙或/和甘蔗渣。

本發明的有益效果：用聚乙二醇取代部分水做為發酵介質，不僅可以改善高固體含量木質纖維酶解的傳熱、傳質效果；還可以在保持酶解效率的前提下提高葡萄糖在純水中的濃度；而且根據已有的工作報道，以聚乙二醇/水混合物作為酶解介質，所獲得的酶解液無需額外脫毒可直接用于發酵生產纖維素乙醇。

相對現有技術，本發明的優點在于：本發明通過采用聚乙二醇/水混合物作為酶解糖化介質，對預處理的纖維素底物可直接進行酶解糖化，在減少水用量的情況下使反應體積的粘度得到有效控制，體系傳熱傳質未受影響。木質纖維素還原糖酶水解液的獲得可提高后期乙醇發酵濃度并降低乙醇蒸餾能耗，從而降低纖維素燃料乙醇生產成本。

附圖說明

圖1聚乙二醇/水中汽爆速生楊的酶解效率；

圖2聚乙二醇/水中汽爆速生楊產葡萄糖濃度；