[發明專利]一種以稀硝酸預處理麥殼類物質制備乙醇的方法

在審

• 申請號: 201710615259.0
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN107236768A
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: 李超;賀含悅;陳慧;操家順;薛朝霞;方芳;馮騫;周仕華;趙宇杰;張璐璐
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C12P19/20;C12P19/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 黃天天

技術領域

本發明是一種以稀硝酸預處理麥殼類物質制備乙醇的方法，具體涉及以稀硝酸浸泡作為預處理的方式，發酵制備乙醇。

背景技術

隨著全球社會和經濟的高速發展，能源的消耗日益增加，CO₂的排放量也隨之快速增加。因此，環境和資源的壓力使人類將目光轉向可再生能源，而在眾多可再生能源中，生物質能因其資源巨大、使用獨特等優勢成為發展的熱點。當前生物質能源的主要形式有燃料乙醇、生物柴油、沼氣以及生物制氫等，其中燃料乙醇是當今用于生產和使用最為廣泛的生物質能源。

乙醇的生產原料主要有含糖作物、淀粉質作物、纖維素原料三類，前兩類原料受到耕地和成本的限制，使得生產乙醇的利潤已大大低于先前預期。秉承“不與民爭糧，不與糧爭地”的基本原則，結合我國是農業大國亦是林業大國的資源優勢，開發利用以燕麥殼、小麥麩、農作物秸稈等纖維素原料制備液體乙醇燃料，對于緩解國家能源緊張具有重要的現實意義。以燕麥殼為例，它是一種獨特的可再生原料，具有諸多優點。第一，燕麥殼占顆粒總重量的28％，在谷物加工場以工業規模形式生產積累。第二，天然燕麥殼的尺寸和厚度較為均勻，是一種均質材料，加工時無需另外研磨。第三，燕麥殼化學組成穩定，保證了其在加工過程中的可操控性，具體表現為含纖維素35-45％，半纖維素32-35％，酸不溶性木質素17-20％。纖維素、半纖維素和木質素三種聚合物的相互作用形成了堅韌的抗物理化學作用的物質，故天然纖維素的酶水解過程較為困難。

為了使酶能夠高效的切割各個組分并分解復合物，天然的纖維素原料必須經過物理或者化學方法的預處理。常見的物理法包括機械破碎法、微波法和高溫熱水法等，物理法一般對環境的污染較小，且過程較為簡單，但物理法處理需要較高的能量和動力，因此會增加生產成本。化學處理中的堿處理，例如氫氧化鈉預處理方法，雖有較強的脫木質素和降低結晶度的能力，但在脫木質素的同時，半纖維素也被分解，致使損失太多，同時還存在試劑的回收、中和、洗滌等問題。而酸處理使半纖維素水解的同時，其產出的單糖保持了可發酵的還原糖狀態，利用半纖維素生產酒精提高了酒精的產率。而硝酸預處理在概念上不同于其它酸預處理，除了破壞纖維素、半纖維素和木質素之間的化學鍵，使半纖維素被水解以形成可溶性木糖及其可溶性前體外，隨著木質素的氧化硝化，纖維素可被部分水解，將糖類被轉化成簡單的有機酸和二氧化碳。

公開號為CN 101343647 A的中國專利提供了一種用甜高粱秸稈制備乙醇的方法，其所述的液體燃料是使用甜高粱秸稈的穗和根，洗凈去除雜質后送入打漿機進行打漿，后得到制備乙醇的原漿。該工藝前處理過程復雜，耗時耗力耗電，且設計較為繁瑣，生產效率不高。公開號為CN102660589 A的中國專利提供了一種生物乙醇制備方法，其所述的方法中，需將植物纖維與纖維素酶產生的菌種子液于發酵培養基中恒溫震蕩培養，0-5天后接入乙醇生產菌種子液，繼續恒溫震蕩培養3-7天。該生產過程培養條件較為嚴苛，耗時較長，且外界條件一旦發生突變，其乙醇的產率以及純度均可能受到影響，不能保證最終的乙醇產量。申請號為200510076833.7的中國專利公開了一種甜高粱秸稈汁液生產乙醇的方法，該方法并沒有充分利用甜高粱秸稈原漿中的纖維素和淀粉，降低了單位重量的甜高粱秸稈生產出的乙醇量。

綜合考慮以上幾點，尋找一種更簡單、成本更低的制備乙醇的方法具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于避免上述現有技術中的不足，而提供一種以稀硝酸預處理麥殼類物質制備乙醇的方法，提高天然原材料的利用率和纖維素制備乙醇的生產效率，從而推動農業產品向工業品轉化，提高農民經濟利益。

本發明以稀硝酸預處理麥殼類物質為原料制備乙醇，將麥殼類物質用稀硝酸浸泡預處理，經真空過濾器擠壓，用水不斷沖洗至洗滌水無色且呈中性pH，輔以添加一定量的纖維素酶和糖化酶制成漿料，利用漿料糖化、發酵制備乙醇，包括如下步驟：

(1)制備接種物：將滅菌后的麥殼類提取物作為接種媒介進行微生物的細胞接種；

(2)預處理原材料：將麥殼類物質在大氣壓下用稀硝酸浸泡進行前期預處理操作；

(3)制備漿料：真空過濾器擠壓預處理后的麥殼類物質，并用水不斷沖洗至洗滌水無色且呈中性pH，輔以添加纖維素酶和糖化酶；

(4)糖化發酵：利用分離水解發酵法(SHF)或者同步糖化共發酵法(dSSF)制備乙醇。

優選地，步驟(1)中，接種的麥殼類提取物的溫度控制在25-30℃，連續培養45-50小時。