[發(fā)明專利]一種以木質(zhì)纖維素為原料同步酶解發(fā)酵制備乙醇的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710198921.7
• 申請(qǐng)日: 2017-03-29
• 公開（公告）號(hào): CN106701863A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳棟;繆晡;丁偉軍;湯岳琴;李波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中石化上海工程有限公司;四川大學(xué);中石化煉化工程（集團(tuán)）股份有限公司
• 主分類號(hào): C12P19/14
• 分類號(hào): C12P19/14;C12P19/02;C12P7/10;C12R1/84;C12R1/72;C12R1/865
• 代理公司: 上海申新律師事務(wù)所31272
• 代理人: 竺路玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物化工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種生產(chǎn)乙醇的方法，尤其涉及一種以木質(zhì)纖維素為原料同步酶解發(fā)酵制備乙醇的方法。

背景技術(shù)

能源是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)、科技和國(guó)防的支柱產(chǎn)業(yè)。然而，石油、煤炭和天然氣等化石能源在地球上的儲(chǔ)量是有限的，且在使用過(guò)程中排放出大量的二氧化碳和二氧化硫等氣體而對(duì)環(huán)境造成危害。因此，開發(fā)綠色環(huán)保的和可再生的新能源已經(jīng)迫在眉睫。以秸稈等非糧木質(zhì)纖維素原料生產(chǎn)燃料乙醇，不僅符合我國(guó)“不與糧爭(zhēng)地”、“不與人爭(zhēng)糧”的燃料乙醇發(fā)展原則，也可以保障我國(guó)的糧食安全和能源安全，改善大氣環(huán)境和提高農(nóng)民收入，因此，以秸稈為原料生產(chǎn)燃料乙醇已成為當(dāng)今新能源領(lǐng)域研究和開發(fā)的重點(diǎn)之一。

天然木質(zhì)纖維素原料結(jié)構(gòu)中存在許多物理和化學(xué)屏障，因此需進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理方法包括機(jī)械粉碎、蒸汽爆破、酸法處理、堿法處理、氨處理或螺桿造壓瞬間膨化等，其目的是降低木質(zhì)纖維素中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素這三種物質(zhì)的聚合度，使得后續(xù)步驟能更有效地將纖維素和半纖維素降解為己糖和戊糖。

文獻(xiàn)(袁麗婷，玉米秸稈發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的工藝研究，安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37(3)：922-925)中報(bào)道了以玉米秸稈(纖維素含量37.3％，半纖維素含量20.6％)為原料，首先進(jìn)行稀硫酸預(yù)處理，然后進(jìn)行酶解，再采用己糖發(fā)酵菌和戊糖發(fā)酵菌的混合菌進(jìn)行發(fā)酵，最終制得的乙醇的產(chǎn)率為0.15g/g(乙醇/玉米秸稈)。由此可見，現(xiàn)有常用的木質(zhì)纖維素制取乙醇的方法主要包括以下步驟：首先采用酶將纖維素和半纖維素降解為己糖和戊糖，然后再通過(guò)發(fā)酵菌將戊糖己糖轉(zhuǎn)化為乙醇，這種酶解和發(fā)酵分步進(jìn)行的制備方法可用于生產(chǎn)，并且通常包括酶解、降溫、發(fā)酵三個(gè)必要過(guò)程，但存在以下問(wèn)題：

1)操作過(guò)程較多，設(shè)備利用率低，生產(chǎn)效率低；

2)在酶解過(guò)程中，隨著纖維素和半纖維素不斷被酶水解，己糖和戊糖的濃度不斷升高，而己糖、戊糖對(duì)酶活性的反饋抑制作用也不斷增強(qiáng)；在發(fā)酵過(guò)程中，發(fā)酵初始時(shí)高濃度的己糖和戊糖對(duì)微生物的發(fā)酵也存在一定抑制作用，從而造成乙醇產(chǎn)量和產(chǎn)率的降低。

現(xiàn)有技術(shù)中，存在一系列通過(guò)木質(zhì)纖維素制備乙醇的工藝，例如中國(guó)專利申請(qǐng)CN104611381A，CN105624208A，CN103492580A等，但是，它們所提供的技術(shù)方案仍舊采用了酶解和發(fā)酵分步進(jìn)行的方式，因而不可避免地仍然保留了上述技術(shù)缺陷。

針對(duì)此，中國(guó)專利申請(qǐng)CN102703522A公開了一種木質(zhì)纖維素氣載乙醇顆粒填充床固態(tài)同步酶解發(fā)酵的方法，實(shí)現(xiàn)了酶解和發(fā)酵同時(shí)進(jìn)行；該方法包括如下步驟：A、制作包埋顆粒；B、填充床反應(yīng)器的系統(tǒng)安裝及包埋顆粒的填充；C、將酵母菌液均勻滴到包埋顆粒表面形成生物膜，包埋顆粒內(nèi)部反應(yīng)生成的葡萄糖在厭氧條件下被酵母菌生物膜利用生成乙醇和二氧化碳；D、在反應(yīng)器的底部通入載氣，載氣均勻向上流過(guò)包埋顆粒填充床，將生成的乙醇和二氧化碳及時(shí)帶出反應(yīng)器，進(jìn)入到集氣瓶中，也帶走了反應(yīng)產(chǎn)生的代謝熱；該方法采用固態(tài)同步糖化發(fā)酵方式，使糖化過(guò)程產(chǎn)生的葡萄糖很快被酵母菌在厭氧條件下轉(zhuǎn)化為乙醇，在發(fā)酵過(guò)程中向反應(yīng)器內(nèi)通入載氣，消除了產(chǎn)物抑制，帶走乙醇的同時(shí)帶走部分代謝熱，增加了乙醇的產(chǎn)量。然而，很顯然，該方法存在設(shè)備裝置復(fù)雜，操作步驟繁瑣，工作效率不夠高的技術(shù)問(wèn)題。

又如，中國(guó)專利CN101899478A公開了一種秸稈類木質(zhì)纖維素高效糖化半酶解同步發(fā)酵產(chǎn)乙醇的方法，采用先將預(yù)處理后的秸稈類木質(zhì)纖維素原料進(jìn)行前酶解，然后再加入釀酒酵母進(jìn)行酶解同步發(fā)酵的工藝；然而，該方法包括先行前酶解的操作，待原料中的大部分纖維素轉(zhuǎn)化為小分子的糖之后，再加入一定量的酵母，此時(shí)才讓酶解和發(fā)酵同時(shí)進(jìn)行；可見，本質(zhì)上，該方法仍舊采用了分步酶解發(fā)酵的工藝，即第一步酶解過(guò)程是單獨(dú)實(shí)施的，因此，所需要的容器設(shè)備的數(shù)量與必要的操作步驟并沒(méi)有因后一步同步酶解發(fā)酵而減少。

由此可見，目前亟需提供一種全新的利用木質(zhì)纖維素生產(chǎn)乙醇的方法，能夠在同一容器中且在同一溫度下實(shí)現(xiàn)同步酶解發(fā)酵過(guò)程，顯著提高乙醇的產(chǎn)率和產(chǎn)量。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷與不足，發(fā)明人旨在提供一種能夠有效同步酶解發(fā)酵過(guò)程的乙醇生產(chǎn)工藝。

因此，本發(fā)明提供了一種以木質(zhì)纖維素為原料同步酶解發(fā)酵制備乙醇的方法，包括以下步驟：

(1)預(yù)處理木質(zhì)纖維素原料；