[发明专利]采用木质纤维原料生产乙醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用木质纤维原料生产乙醇的方法。 

背景技术

21世纪所面临的能源、资源、环境等危机，已成为人类文明发展的主要障碍。人们正在努力寻找替代化石燃料的新能源，以降低对不可再生能源的依赖、控制二氧化碳的排放、保护生态环境。木质纤维原料是地球上产量最大的可再生资源，包括林木、农作物秸秆、农副产品加工下脚料等。目前这些资源中，除少数用于纸浆造纸、建筑、纺织、饲料等行业外，大部分被白白地浪费掉。因此，开发木质纤维素原料制备乙醇的工艺是未来乙醇生产的发展方向。 

木质纤维素原料制备乙醇的工艺主要包括四个步骤：预处理、酶水解、微生物发酵和乙醇分离。其中，预处理技术作为木质纤维素转化为能源的关键步骤，已成为科研工作者关注的焦点。木质纤维素原料含有纤维素、半纤维素和木质素，当采用纤维素酶水解木质生物资源制备乙醇时，纤维素酶必须接触吸附到纤维素底物上才能使反应进行，因此，纤维素对纤维素酶的可及性是决定水解速度的关键因素。纤维素的结晶区、木质生物资源的表面状态、木质生物资源的多组分结构、木质素对纤维素的保护作用以及纤维素被半纤维素覆盖等结构与化学成分的因素致使木质生物资源难以降解。总的来讲，未经预处理的天然状态的木质生物资源的酶解率小于20％。因此，必须对原料进行预处理，将纤维素、半纤维素和木质素进行分离，打破纤维素的结晶结构，提高纤维素对酶的可及性，使纤维素酶渗透进入纤维素，从而有效地酶解纤维素。 

木质纤维原料的预处理有多种方法，较常用的是酸处理法。CN101705255A公开了一种利用作物秸秆发酵生产乙醇的方法，在120～150℃，绝对压力为0.2～0.6MPa的条件下，用0.5％～1％稀酸对秸秆进行预处理反应1～3小时，然后通过60℃的温水洗涤后经酶解发酵得到乙醇。CN101696419A将植物或植物废弃物于160～300℃的温度下用0.1～3％的酸溶液进行浸泡处理，分解得到木质素，并分离出纤维素、D-木糖和L-阿拉伯糖；再应用所构建的酿酒酵母工程菌于28～30℃进行发酵生产乙醇。这种酸处理方法虽然可以水解半纤维 素，但产生的副产物多，总糖的损失大，而且部分副产物对发酵产生抑制作用，造成后续的总糖利用率较低。 

目前文献报道的最有工业应用前景的是物理化学法-蒸汽爆破法。蒸汽爆破法主要是在中性或碱性条件下，利用高温高压水蒸气处理的纤维原料，并通过瞬间泄压过程实现原料的组分分离和结构变化。文献CN101693905A公开了将成熟的玉米秸秆切段，然后在温度为220～240℃、压力为1.6～1.8MPa的条件下蒸汽爆破预处理4～6分钟，得汽爆秸秆。文献CN1786340A公开了以秸秆为原料，经粗切后进行蒸汽爆破，按秸秆原料的绝干重量的0.5～2％加入烧碱，在145～180℃汽相蒸煮温度、0.9～2.0MPa压力下处理12～18分钟，瞬间减压释放得到汽爆秸秆。中性或碱性条件下蒸汽爆破虽然具有处理时间短、化学药品用量少、无污染的优点，但是一方面由于半纤维素、纤维素和木质素三者缠绕结构未被充分打开，纤维素对纤维素酶的可及性低，造成后续纤维素水解效率较低；另一方面，由于中性条件下，半纤维素无法被有效降解成戊糖，戊糖未能充分利用；这都使得总糖得率较低。此外，由于是把原料装在汽爆罐中，只能一罐一罐地间歇处理，不能连续化操作，生产效率低。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术存在总糖得率低的问题，提供一种新的采用木质纤维原料生产乙醇的方法。该方法具有总糖得率高的特点。 

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种采用木质纤维原料生产乙醇的方法，包括以下步骤： 

1)将木质纤维原料粉碎，在20～80℃条件下用稀酸有效连续浸渍，停留时间1～15分钟，然后脱水； 

2)脱水后的物料在温度80～200℃、压力0.4～10MPa条件下处理1～35分钟； 

3)步骤2)处理后的物料经瞬间减压爆破，得到的含戊糖的多孔蓬松湿物料； 

4)含戊糖的多孔蓬松湿物料在10～100℃经水洗得到戊糖溶液，以及含纤维素和木质素的物料； 

5)步骤4)得到的含纤维素和木质素的物料中加入水，配成所需的干物浓度，在30～70℃、pH＝1～7的条件下经纤维素酶水解8～120小时，得到含己糖的酶解液； 

6)步骤5)得到的酶解液分离出木质素，得到己糖溶液； 

7)步骤6)得到的己糖溶液与步骤4)得到的戊糖溶液通过浓缩的方式共同进行提浓；