[發明專利]一種利用檸檬酸處理玉米纖維發酵生產乙醇的方法及玉米纖維基乙醇產品

在審

• 申請號: 202110741035.0
• 申請日: 2021-06-30
• 公開（公告）號: CN115537431A
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 鮑杰;展寶睿;張斌;劉修才
• 申請（專利權）人: 上海凱賽生物技術股份有限公司;CIBT美國公司
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C12P19/14;C12P19/02;C12R1/865
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種利用檸檬酸作為催化劑處理玉米纖維發酵生產纖維素乙醇的方法，包括：將固體玉米纖維與少量低濃度檸檬酸溶液在螺帶式攪拌反應器中有效混合，在高溫高壓條件下進行預處理，利用檸檬酸對玉米纖維進行低強度結構破壞，使其半纖維素水解、纖維素適合于酶解糖化，同時產生較低水平的抑制物；生物煉制工藝順序調整為預處理?糖化?脫毒?發酵工藝，將預處理后的玉米纖維物料進行酶促糖化、生物脫毒和乙醇發酵；通過二次酶解糖化同時完成生物脫毒菌株滅活。本發明的糖化、脫毒、滅活、發酵可在同一反應器內進行，獲得高發酵指標的同時大幅度降低了物料損失、廢水排放、操作成本和染菌風險，節省了反應器空間和工藝步驟。

技術領域

本發明涉及生物煉制領域，特別涉及一種利用檸檬酸作為催化劑對玉米纖維進行預處理并進行纖維素基乙醇生產的方法。

背景技術

玉米纖維作為包裹玉米粒的外層果皮，是玉米濕磨法生產玉米淀粉過程中的副產物。它是由玉米種皮及附著在內部的少量淀粉所組成的，其中含有更高含量的半纖維素，其阿拉伯木聚糖通常可達到干重的30-50％(w/w)。與其他農業生物質來源的原料相比，玉米纖維不需要從農田里收集，而是直接從生產玉米淀粉的工廠里得到，且從濕磨設備中產出后，不需要進行清洗等任何額外加工過程，因此是更加方便易得且來源廣泛的木質纖維素原材料。

目前，以玉米纖維為原料生產乙醇的過程主要存在以下阻礙：玉米纖維半纖維素含量很高，僅能在預處理步驟實現部分降解，而其完全降解必須在后續酶解糖化步驟完成。半纖維素中固有的乙酰基在其降解過程中產生的乙酸，必須通過生物脫毒的方式降低至低水平才能實現高得率的酶解和乙醇發酵。由于通常生物煉制的脫毒步驟在預處理之后、酶解糖化之前，導致玉米纖維中的半纖維素在酶解糖化過程產生的乙酸無法通過脫毒方式脫除，從而導致乙酸大量積累和乙醇發酵失敗。

以玉米纖維為原料生產纖維素基乙醇的方法大都存在技術指標和轉化率低、污染排放高等缺點，因此，建立一種實現玉米纖維高效轉化的方法十分必要。

公開于該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

發明內容

鑒于上述玉米纖維轉化生產纖維素乙醇存在的技術難題，本發明提供一種檸檬酸作為酸催化劑對玉米纖維進行預處理，并利用其進行乙醇生產的方法，該方法對預處理后的玉米纖維先酶解糖化，使其半纖維素基本全部水解，然后對水解液中的高濃度乙酸和其它抑制物進行在位液態生物脫毒過程，同時在脫毒過程中可發酵單糖得以完整的保留。之后進行乙醇發酵。整個在位糖化、液態生物脫毒及發酵過程僅需在同一發酵罐內進行，周期可以降低至144h。

本發明主要通過以下技術方案來實現上述目的，提供一種利用檸檬酸處理玉米纖維發酵生產乙醇的方法，包括：

稀酸預處理：將玉米纖維與檸檬酸溶液混合，控制溫度為150～180℃進行反應，然后調節pH至4.8～5.0，進行預糖化、生物脫毒、二次糖化和乙醇發酵。

根據本發明的一些實施方案，所述方法包括下述步驟：

(1)稀酸預處理：將玉米纖維與檸檬酸溶液混合，控制溫度為150～180℃進行反應；然后調節pH至4.8～5.0，；

(2)預糖化：將步驟(1)的玉米纖維在纖維素酶的作用下在水相環境中進行酶解；

(3)生物脫毒：向步驟(2)預糖化后得到的混合物中接入脫毒菌株進行生物脫毒處理；

(4)二次糖化：將步驟(3)生物脫毒后的混合物升溫至45～55℃，保溫12h以上，然后降溫，得到玉米纖維水解液；

(5)乙醇發酵：向玉米纖維水解液中接種發酵菌株，進行乙醇發酵。