[发明专利]一种利用酶法糖化玉米芯发酵生产乙醇的方法

说明书

技术领域

本发明属于发酵技术领域，具体涉及一种利用酶法糖化玉米芯发酵生产乙醇的方法。

背景技术

乙醇是来自可再生资源的最有发展前景的液态燃料，具有清洁、安全和支持汽油充分燃烧的特点。目前国内燃料乙醇的生产主要以玉米、小麦等粮食淀粉为原料，而中国地少人多的现状限制了基于粮食为原料的乙醇大规模生产。我国拥有丰富且廉价的植物纤维资源，尤其是农林废弃物，采用生物技术将纤维原料降解成可发酵的葡萄糖，进一步发酵生产乙醇，对开发新能源和环境保护等方面具有重要意义。利用纤维素酶将天然纤维素降解成葡萄糖的过程中，必须依靠纤维素酶3种组分的协同作用完成，即纤维素大分子首先在内切型-β-葡聚糖酶(C_x酶)和外切型-β-葡聚糖酶(C₁酶)的作用下降解成纤维二糖，再进一步在纤维二糖酶(也称β-葡萄糖苷酶)作用下生成葡萄糖。目前广泛使用的里氏木霉纤维素酶制剂中，内切型及外切型-β-葡聚糖酶活力较高，但由于纤维二糖酶的活力很低，在纤维素酶解过程中易造成纤维二糖的累积，从而对内切型及外切型-β-葡聚糖酶的催化作用形成强烈的反馈抑制。

玉米芯是一类量大而集中的农业纤维废弃物，利用这种纤维废料代替粮食发酵生产乙醇具有重要的经济效益和社会效益。本专利以玉米芯为原料，利用纤维素酶对玉米芯进行酶法糖化，对糖化过程中影响酶解效率的主要因子进行了研究，并进一步探究了利用酶解液进行乙醇发酵的可行性。

发明内容

本发明提供了一种利用酶法糖化玉米芯发酵生产乙醇的方法。

1.      一种利用酶法糖化玉米芯发酵生产乙醇的方法，其特征在于，酶解液的乙醇发酵过程：分批补料酶解得到的酶解液，添加酵母膏至3 g/L，(NH₄)₂HPO₄至0.25 g/L，将50 mL液量装入100 mL三角瓶中，灭菌后接入0.5 mL培养24 h的酿酒酵母细胞浓缩液(离心后收集的细胞沉淀悬浮于无菌水中)，于38℃厌氧发酵30 h，定时取样检测。

2.      步骤1所述的分批补料酶解的过程：在2 L自制酶解反应器中进行，初始底物质量浓度为100 g/L，加入一定量的纤维素酶和纤维二糖酶，Tween-80添加量为1％(v/v)，pH值4.8、50℃条件下水解。在酶解开始后12和24 h分两次补料，使底物最终质量浓度达到200 g/L，补料的同时添加相应的纤维素酶和纤维二糖酶，酶解时问控制为60 h。

3.      步骤2所述的批式酶解的过程：在2 L自制酶解反应器中进行，底物质量浓度为100 g/L，加入一定量的酶制剂，在pH值4.8、50℃条件下水解。

4.      步骤3所述的纤维素酶的最佳用量为25 FPIU。

5.      步骤3所述的批式酶解的最佳时间为54 h。

6.      步骤3所述的补加纤维二糖酶起到协同作用。

7.      步骤3所述的非离子型表面活性剂Tween-80的最佳用量为1.5%。

8.      步骤2所述的分批补料酶解工艺大大缩短了反应时间，提高了生产效率。

9.      步骤1所述的分批补料酶解液的乙醇发酵18 h后的乙醇浓度达到45.8 g/L。

本发明的有益效果在于：本发明以玉米芯为原料，利用纤维素酶对玉米芯进行酶法糖化，对糖化过程中影响酶解效率的主要因子进行了研究，并进一步探究了利用酶解液进行乙醇发酵的可行性。

附图说明

图1纤维素酶作用下的酶解时间进程。

图2补加纤维二糖酶后的协同酶解。

图3分批补料协同酶解时间进程。

图4酶解液的乙醇发酵。

具体实施方式

下面的实施例对本发明作详细说明，但对本发明没有限制。

本专利所用的菌株为酿酒酵母( Saccharomyces cerevisiae) CICC 1027，保藏于中国工业微生物菌种保藏管理中心。

实施例1

本实施案例说明不同纤维素酶用量对批式酶解的影响，有效降低纤维素酶的成本是纤维素酶法糖化工艺中的关键环节之一。本实施案例研究了不同纤维素酶用量对玉米芯酶解效率的影响，结果见表l。