[發(fā)明專利]利用木質(zhì)纖維素水解液分段制備乙醇、丙酮和丁醇的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201710003097.5
• 申請日: 2017-01-04
• 公開（公告）號: CN108265083A
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 譚天偉;蔡的;秦培勇;文皓;張長偉;胡嵩
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C12P7/16;C12P7/28
• 代理公司: 北京聿宏知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建

本發(fā)明涉及一種利用木質(zhì)纖維素水解液分段制備乙醇、丙酮和丁醇的方法。所述方法包括以下步驟：B，在木質(zhì)纖維水解液中接入產(chǎn)乙醇菌株，進(jìn)行乙醇的發(fā)酵生產(chǎn)，獲得產(chǎn)物乙醇；C，然后再接入產(chǎn)丁醇菌株，進(jìn)行丙酮和丁醇的發(fā)酵生產(chǎn)，獲得產(chǎn)物丙酮和丁醇。所述方法可有效利用木質(zhì)纖維素水解液中的戊糖和己糖制備乙醇、丙酮和丁醇，具備高底物轉(zhuǎn)化效率，同時利用原位分離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物的濃縮和富集，降低了乙醇、丙酮和丁醇的分離成本；且實(shí)現(xiàn)了農(nóng)廢木質(zhì)纖維素資源的綜合利用，變廢為寶，減少環(huán)境污染，可持續(xù)供應(yīng)再生燃料和化學(xué)品。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于發(fā)酵工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用木質(zhì)纖維素水解液分段制備乙醇、丙酮和丁醇的方法。

背景技術(shù)

隨著化石能源日益消耗，化石能源的利用帶來的環(huán)境問題與全球氣候變化問題日益嚴(yán)重，因此利用生物質(zhì)原料實(shí)現(xiàn)可再生生物燃料對傳統(tǒng)化石燃料的替代，成為近年來研究和應(yīng)用的重點(diǎn)。

生物乙醇、丁醇是重要的平臺化合物和化學(xué)品，同時也是理想的液體替代燃料。利用木質(zhì)纖維素資源進(jìn)行生物乙醇、丁醇的生產(chǎn)具有環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。與生物乙醇相比，生物丁醇發(fā)酵過程中，由于產(chǎn)物相對復(fù)雜，對發(fā)酵底物的轉(zhuǎn)化率低于乙醇發(fā)酵，導(dǎo)致其經(jīng)濟(jì)性不及生物乙醇。而在生物乙醇生產(chǎn)中，受制于野生酵母無法代謝利用木質(zhì)纖維素中的戊糖成分，造成木質(zhì)纖維底物無法被充分利用，造成生物資源的浪費(fèi)。相比之下，產(chǎn)丁醇菌株普遍具備代謝利用戊糖的能力，若將兩種發(fā)酵方式相結(jié)合，可以取長補(bǔ)短，獲得底物對溶劑更大的轉(zhuǎn)化率，降低木質(zhì)纖維原料成本，獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益和價值。

此外，在生物乙醇、丁醇生產(chǎn)過程中，由于產(chǎn)物抑制、底物毒性和底物濃度的限制，發(fā)酵產(chǎn)物濃度普遍較低，這導(dǎo)致相應(yīng)過程的分離成本高。

因此，有必要提供一種能夠高效利用木質(zhì)纖維底物，并將其有效轉(zhuǎn)化成乙醇、丙酮和丁醇的低成本生產(chǎn)方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種利用木質(zhì)纖維素水解液分段制備乙醇、丙酮和丁醇的方法，該方法解決了木質(zhì)纖維底物利用不完全，產(chǎn)物濃度低，原料和分離成本高的問題，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)廢木質(zhì)纖維素資源的綜合利用。

為此，本發(fā)明一方面提供了一種利用木質(zhì)纖維素水解液分段制備乙醇、丙酮和丁醇的方法，其包括：

步驟B，在木質(zhì)纖維水解液中接入產(chǎn)乙醇的發(fā)酵菌種，進(jìn)行乙醇的發(fā)酵生產(chǎn)，獲得產(chǎn)物乙醇；

步驟C，然后再接入產(chǎn)丁醇的發(fā)酵菌種，進(jìn)行丙酮丁醇的發(fā)酵生產(chǎn)，獲得產(chǎn)物丙酮和丁醇。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述產(chǎn)物乙醇、及產(chǎn)物丙酮和丁醇通過分離后獲得；所述產(chǎn)物乙醇在丙酮丁醇的發(fā)酵生產(chǎn)開始前單獨(dú)進(jìn)行分離，或產(chǎn)物乙醇在丙酮丁醇的發(fā)酵生產(chǎn)開始后再進(jìn)行單獨(dú)分離或與產(chǎn)物丙酮和丁醇同時分離。

在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中，所述分離的方法為原位分離或離線分離；優(yōu)選所述分離的方法為原位分離。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述分離的方法包括蒸餾法、氣提法、滲透汽化法、液液萃取法、吸附法、蒸汽滲透法、滲透萃取法中的一種或多種。

在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中，所述產(chǎn)乙醇的發(fā)酵菌種以種子液的形式接入木質(zhì)纖維水解液中；所述種子液由能夠代謝己糖產(chǎn)生乙醇且不能代謝戊糖的野生菌株或基因工程菌株培養(yǎng)制得；優(yōu)選所述種子液由釀酒酵母培養(yǎng)制得。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述產(chǎn)丁醇的發(fā)酵菌種以種子液的形式接入木質(zhì)纖維素水解液中；所述種子液由丙酮丁醇梭菌、拜氏梭菌、梭狀芽胞桿菌、巴氏梭菌、產(chǎn)孢梭菌，或經(jīng)過基因改造后能夠代謝戊糖生產(chǎn)丁醇的菌株培養(yǎng)制得。

在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中，所述木質(zhì)維素水解液含有己糖和戊糖。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述乙醇發(fā)酵生產(chǎn)的溫度為20-45℃，所述丙酮丁醇發(fā)酵生產(chǎn)的溫度為25-50℃。