[发明专利]一种以木质纤维素类生物质为原料发酵制备生物丁醇的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物工程技术领域，具体涉及一种以木质纤维素类生物质为原料发酵制 备生物丁醇的方法。

背景技术

丁醇，又称正丁醇，是重要的有机化工原料，可用作油漆和表面涂料的溶剂，也用 于生产邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸丁苄酯(BBP)等增塑剂，2006年全球 的丁醇需求量达300万吨。目前丁醇作为一种极具潜力的新型燃料已经引起国内外的高 度重视，与乙醇相比，丁醇有能量密度大、对水的稳定性高、可直接用于内燃机、运输 方便等优点。丁醇的生产方法主要有丙烯羰基合成法和发酵法，由于发酵法生产丁醇具 有原料可再生、不依赖石油等特点，发酵法制备丁醇逐渐成为生物能源的研究热点之一。 近年来生物丁醇生产装置逐年增加，我国相关企业的生物丁醇总生产能力已超过20万吨 /年，但目前大规模生产生物丁醇的原料仍然依赖于来自粮食作物的淀粉及来自糖料作 物的糖蜜，2008年以来世界粮食价格迅速上涨，导致原料成本居高不下，生物丁醇生产 成本与石化丁醇缺乏显著的优势。因此以生物丁醇生产必须选择廉价非粮生物质作为原 料才能从根本上降低原料成本。

近年来已有相关专利涉及生物丁醇制备的原料替代技术。专利200710046661.8公开 了一种利用面粉加工产生的副产物尾淀粉替代玉米用于发酵丁醇的方法，专利 200810035792.0公开了一种提高薯类原料发酵生产丁醇产率的方法，专利 200810043763.9公开了一种利用玉米皮原料发酵生产丁醇的方法。这些方法所采用的生 物质虽然一般不直接作为口粮，但尾淀粉、薯类与玉米皮均为重要的饲料原料，其价格 与粮食挂钩，近年来价格迅速攀升，已不属于廉价生物质。专利200810046776.1公开了 一种利用从富含糖份的甜高粱或甜玉米的新鲜秸秆中榨取糖汁发酵生产丙酮丁醇的方 法，但大面积种植甜高粱或甜玉米必然占用粮食耕地。因此上述方法的原料更替并未真 正摆脱生物燃料生产存在的“与人争粮，与粮争地”问题。纤维素由己糖构成，是秸秆等 廉价生物质中的主要成分，近年来已有利用纤维素制备丁醇的专利报道：如专利 200610114241.4公开了一种利用膜反应器进行汽爆秸秆循环酶解并耦合丙酮丁醇连续 发酵的方法，专利200810141424.4提供了一种利用秸秆生产糠醛耦合联产丙酮和丁醇的 方法，专利200810141418.9公开了一种利用秸秆生产木糖联产丙酮、丁醇和乙醇的方法。 以上方法均采用纤维素酶水解纤维素制备糖液，但目前高效纤维素酶的售价极高，且实 际的酶解效率受到诸多因素限制，如采用以上方法，其原料制备成本将不具备竞争力。 传统的浓酸水解法虽然可以降解纤维素，但由于浓酸回收困难、污染严重而不能得到工 业应用。

半纤维素是秸秆等廉价生物质中另一主要成分，约占其干重的20-35％，是由两种 或两种以上单糖组成的带有支链的高分子共聚物，其主要组成单糖有木糖、阿拉伯糖、 甘露糖和半乳糖等，可被丁醇生产菌所利用。稀酸水解半纤维素制备多组分糖液，具 有不必回收废酸、污染较少、工艺简单、成本低、可实施性强等优点，但该法在水解过 程中会产生大量发酵抑制物(包括糠醛类、单酚、多酚类化合物、可溶性木质素)，导 致其难于被微生物利用。尽管有文献及专利报道采用吸附、萃取等手段对稀酸水解获得 的多组分糖液进行脱毒处理，但在实际应用中发现：经过脱毒处理的多组分糖液所含的 低聚糖及可溶性木质素在高温灭菌过程中仍会分解产生新的有害物质(如严重毒害丁醇 生产菌的酚类化合物，其含量在高温灭菌后提高了十至二十倍)，实现多组分糖液可靠 的低成本脱毒处理，是开发木质纤维素类生物质为原料发酵制备生物丁醇的关键技术。 膜分离技术可实现对菌体细胞的拦截，因此将膜过滤除菌替代高温蒸汽灭菌高温灭菌中 重新产生新的糠醛类及酚类等发酵抑制物，可实现木质纤维素类生物质为原料发酵制备 生物丁醇，并可降低丁醇发酵的能耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种以木质纤维素类生物质为原料发酵制备生 物丁醇的方法，以解决稀酸水解半纤维素法制备生物丁醇易产生发酵抑制物不利于发酵 的难题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种以木质纤维素类生物质为原料发酵制备生物丁醇的方法，包括如下步骤：

(1)采用稀酸水解木质纤维素类生物质制备多组分糖液；

(2)通过膜分离和吸附分离方法对多组分糖液进行脱毒处理；