[发明专利]一种利用纤维素类原料发酵生产乙醇和丁二酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种乙醇和丁二酸的生产方法，特别涉及一种利用纤维素类原料发酵法生产乙醇和丁二酸的方法。

背景技术

丁二酸又称为琥珀酸，是一种二元有机酸，它是一种重要的C₄平台化合物，可作为合成复杂有机化合物的中间体，广泛应用于制药、食品加工、合成塑料、橡胶、防护涂料、染料和其它工业中。目前，已有超过250种以苯为原料的化工产品可以通过丁二酸转化获得，因此丁二酸的市场需求不断增加。

生产丁二酸的方法主要有两种：化学合成法和微生物发酵法。传统的化学合成法因使用化石原料、环境污染等原因使丁二酸的生产规模和应用受到较大限制。微生物发酵法生产丁二酸由于效率高、污染小等众多优点，正在被广泛深入地研究。但由于目前微生物发酵法生产丁二酸均利用粮食作物中淀粉为原料，丁二酸的生产需要消耗大量的粮食，形成与人争粮的局面，对人类的生存构成一定威胁。

乙醇俗称酒精，不仅是一种非常重要的有机化工原料和溶剂，而且因其可再生和对环境无污染，被认为是可替代石油类不可再生资源的最有发展前景的液体燃料。但目前发酵生产乙醇的原料仍以谷物类粮食为主，存在与人争粮的矛盾。

纤维素是天然高分子化合物，是由D-吡喃葡萄糖以1，4糖苷键连接而成，其化学式为(C₆H₁₀O₅)n，聚合度n为3500-10000。纤维素经水解可生成葡萄糖，能够作为微生物发酵的原料。纤维素是植物细胞壁的主要结构成分，是植物体中含量最丰富的物质，在作物秸秆中的含量达40-50％。农林业生产中会产生大量农作物秸秆、林木枝丫、林木加工边角料、锯末刨花等纤维素类农林业废弃物，我国每年总的秸秆量每年约在6-7亿吨，仅玉米秸秆即达约1.23亿吨，每年林木采伐和木材加工过程中产生的枝丫、锯末、木屑、截头等约达3930多万立方米，这些都是具有巨大潜力的再生资源，但目前除一部分用作反刍动物的饲料外，大部分未被利用。因此，将作物秸秆等纤维素类农林业废弃物转化为人类可利用的生物能源、生物化学品具有重大的意义和广泛的前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用纤维素类原料发酵生产乙醇和丁二酸的方法。

根据化学计量式可知，每生产1mol丁二酸需要固定1mol二氧化碳，即每生产1吨丁二酸至少需要消耗0.37吨二氧化碳。目前丁二酸发酵过程中二氧化碳的补给主要有两种方法：一是直接通入二氧化碳，二是利用碳酸盐(如碳酸钠、碳酸钙或碳酸镁等)。两种方法都需要增加额外的生产成本。而在发酵生产乙醇的过程中，会产生大量的废气，废气中95％以上为温室气体CO₂，其对大气环境造成的影响不容忽视。目前主要通过回收CO₂生产液态CO₂、轻质碳酸钙、全降解塑料——聚碳酸亚丙酯树脂，但其回收利用的成本较高。本发明经过研究和不断的方法改良发现，能够将发酵乙醇产生的CO₂气体直接应用与丁二酸发酵中，这样能够同时降低乙醇生产的尾气治理成本和丁二酸生产的辅料成本，实现碳源的循环利用和节能减排。

因此，本发明提供一种利用纤维素类原料发酵生产乙醇和丁二酸的方法，其将纤维素类原料水解后获得浓缩糖液，然后分别在乙醇发酵体系中利用浓缩糖液发酵生产乙醇、在丁二酸发酵体系中利用浓缩糖液发酵生产丁二酸，并将发酵乙醇过程中产生的气体通入发酵生产丁二酸的体系中。

所述发酵乙醇过程中产生的气体95％以上为CO₂，再经洗涤、过滤除菌和冷冻压缩后，得含99.9％以上的CO₂气体通入发酵生产丁二酸的体系中。

所述纤维素类原料为作物秸秆、果壳、林木枝丫、林木茎干、林木加工的边角料、锯末、木屑、甘蔗渣或废纸浆等。

所述水解为碱解和酶解。

所述碱解为将纤维素类原料粉碎后，加入稀碱溶液，115～120℃碱解1～2小时后冷却，碱解后的固相用水配成质量百分比浓度为10％的浆状物料，并调整其pH值到4.4-5.5。

所述稀碱溶液为质量百分比浓度为1.6～2.0％的氢氧化钠溶液，其质量为为粉碎的纤维素类原料的5～7倍。

所述酶解为用纤维素酶和木聚糖酶酶解。

所述发酵生产乙醇的微生物可为酵母菌或细菌。

所述的发酵生产丁二酸的微生物可为放线杆菌、丁二酸厌氧螺菌和重组大肠杆菌等。

所述发酵乙醇过程中产生的气体经过滤除菌和洗涤后通入发酵生产丁二酸的体系中。