[发明专利]一种以木质纤维素为原料生产乙醇或丙酮丁醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以木质纤维素为原料生产乙醇或丙酮丁醇的方法。

背景技术

目前利用木质纤维素生物质，例如，秸秆、谷物、芦苇、木材等原料进行可循环能源开发，其中关键问题之一就是纤维素、半纤维素物质不能快速被微生物所降解或利用，即使添加纤维素酶和/或者半纤维素酶进行水解，但其水解效果也相当的差。以往纤维素生物质原料会采取物理、化学或者二者相结合的方法进行预处理。在中国，玉米芯、秸秆富含纤维素和半纤维素物质，作为木质纤维素生物质的植物类品种，秸秆类物质产量可达6.5亿吨，其中玉米芯年产量可达4000万吨，可作为纤维素生物质转化的重要原料。

以往木质纤维素原料预处理的物理方法包括机械磨碎、高压热水处理和蒸汽爆破处理方法，化学方法包括酸处理和碱处理，湿氧化法以及物理化学方法相结合的微波强化酸预处理氨纤维爆破法等，但其各有优缺点。纤维素酶等物质必须接触、吸附到纤维素底物才能使纤维素反应得到充分进行，而纤维素的结晶区、表面状态、组分结构和木质素、以及纤维素被半纤维素所覆盖都不同程度影响了纤维素生物质的水解。

专利CN200810049574(公开号CN101381743A)“秸秆类生物质通过固态酶解预处理产生氢气和乙醇的方法”分析了一系列该类专利的优缺点，而CN200810049574专利采用研碎、酶解、发酵等工艺其中以1∶1值1∶8的固液比混合，然后按照一定比例加入固体酶，酶解时间为3～25天，酶解时间长，存在酶解效率低，生产周期长，占地面积大，投资成本高等不利因素。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种以木质纤维素为原料生产乙醇或丙酮丁醇的方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种以木质纤维素为原料生产乙醇或丙酮丁醇的方法，将木质纤维素进行机械粉碎至直径为2mm以下的颗粒，用水洗涤、烘干后，然后再与水配制成质量比为1-20％的混合液，在厌氧、0-10℃条件下放置12h～84h，使得到的混合液的pH降至3.0～5.5，然后在1-50℃条件下，采用湿磨盘法进行湿浆研磨，研磨至1～180μm的碳纤维长度，将纤维素原料纤维纳米化，然后按1～30U/g添加纤维素酶和/或半纤维素酶进行酶解，得到混合水解液(糖化液)，然后以1％～10％的接种量接入微生物发酵生产乙醇和/或丙酮和/或丁醇。

1-20％混合液放置12h～84h的条件是：0-10℃条件下，不添加任何物质，利用料液自身含有的菌群，进行厌氧发酵，在不添加其他物质，使混合液的pH降至3.0～5.5。按照一定料液比混合后，经过12h～84h的厌氧发酵，其本身产生乳酸、乙酸、丁酸等弱酸，pH呈现弱酸性；在弱酸条件下，更有利于超微粒融碎机对料液进行预处理，更利于打开纤维素结晶区，同时方便于下一步的酶解过程。

所述机械粉碎是将木质纤维素采用切割机或粉碎机进行粉碎。

所述湿磨盘法指的是采用超微粒融碎机，通过调节超微粒融碎机中上下两层无孔磨盘圆盘的间隙至1μm-2cm将纤维素类物质进行研磨，将木质纤维素原料进行纳米化处理。所述磨盘的材料为陶瓷、金属或石材。

湿磨盘法将1～20％的木质纤维素和水的混合液采用超微粒融碎机进行湿浆研磨，而此混合料液即湿浆其经过12h～84h的厌氧发酵，然后通过调节超微粒融碎机中上下两层无孔磨盘圆盘的间隙将纤维素类物质进行研磨，研磨产物颗粒为乳化物，其固体物质粒度直径一般在1～180μm，即纤维原料纳米化，充分的打开了木质纤维素物质结晶区，浆液中含有单糖(木糖、葡萄糖、阿拉伯糖)、低聚糖(二糖、三糖)等多种可溶性糖。研磨机指的是具有上下两层磨盘并利用磨盘进行研磨的机械。

纤维素酶和/或半纤维素酶进行酶解的条件为：在厌氧条件下产生的pH3.0～pH5.5的条件下，在30～60℃范围内进行水解，得到混合水解液。

所述纤维素酶包含内切酶、外切酶、葡萄糖苷酶中的任意一种或两种或三种的混合物以任意比例混合，所述半纤维素酶包含木聚糖酶、木糖苷酶、甘露聚糖酶、甘露糖苷酶、阿拉伯呋喃糖酶、阿魏酸酯酶中的一种或以任意比例混合的多种的混合物。

所述微生物是指酵母、梭菌、运动发酵单胞菌、大肠杆菌以及它们的转基因微生物中的一种或者以任意比例的多种的混合微生物。

木质纤维素为玉米秸秆、玉米芯、稻秆、麦秆、木屑或麦草中的一种或者以任意比例混合的多种的木质纤维素材料。这里的木质纤维素材料还包括以玉米秸秆、玉米芯、稻秆、麦秆、木屑或麦草为原料经过各种常规预处理和各种常规加工处理后产品以及废弃物。