[发明专利]一种木质纤维素连续酶解发酵产乙醇的方法

说明书

本发明涉及一种木质纤维素连续酶解发酵产乙醇的方法，包括：（1）将预处理木质纤维素原料与酶液按比例加入到带螺杆装置的酶解反应器中进行连续酶解；（2）酶解后物料进入发酵罐Ⅰ，接入酵母菌在30℃～38℃进行同步糖化发酵；（3）发酵罐Ⅰ的物料进入发酵罐Ⅱ，在39℃～44℃继续同步糖化发酵；（4）发酵后物料进行减压蒸馏；（5）蒸馏后物料进行固液分离，含酶的液相回用于步骤（1）中。本发明采用螺杆装置实现原料的连续供给和连续酶解，提高了酶解的效率；并在不同温度下进行同步糖化发酵，进一步提高了酶解的效率，进而提高乙醇得率；最后得到的酶液可直接回用于酶解过程，降低了生产成本。

技术领域

本发明属于生物质能源领域，具体涉及一种木质纤维素连续酶解发酵产乙醇的方法。

背景技术

当前经济过分依赖于石油、煤炭等化石燃料，其不可再生性正导致资源逐渐枯竭，燃烧产生的二氧化碳已造成气候环境的日益恶化。寻找可再生的清洁能源成为科研人员关注的焦点。其中生物质能源因具有来源广泛、价格低廉、再生性强、二氧化碳可循环利用等优点，而成为最具潜力的能源物质。燃料乙醇是源于可再生生物质的重要能源之一，为避免与人争粮，木质纤维素将成为燃料乙醇生产最具潜力的原料。

木质纤维素炼制燃料乙醇过程通常包括预处理、水解、发酵、蒸馏等单元操作。其中纤维素水解为可发酵糖是纤维素乙醇炼制过程中至关重要的环节。目前，木质纤维素的降解主要有化学法水解和酶法水解。但是目前采用生物资源酶解纤维素的方法存在纤维素转化效率不高等缺点。

纤维素的酶解过程是纤维素制备乙醇工艺的一个重要过程。纤维素酶解的成本是纤维素乙醇制造成本的重要组成部分之一，占总生产成本的40%～55%。解决此问题，可以从两方面着手：（1）降低酶的生产成本，只有在酶的成本降低至1/10，投资成本降低30%，纤维素乙醇才能与石油相竞争；（2）充分利用参与酶解反应的酶， 使酶与纤维素充分接触，从而间接降低酶解成本。

当前，纤维素酶解的反应主要是在搅拌反应釜内进行。由于反应釜的形体尺寸以及搅拌桨的结构形式、组合不同，各种反应釜的反应时间和效果上也存在着差异。通过优化搅拌桨的组合形式，可以使酶与纤维素的接触更加充分，大大缩短酶解时间，提高酶解效率。但是，搅拌反应釜也存在以下几点不足：（1）酶解反应是在一定温度下进行的，因此反应釜需设置夹套对物料进行传热、保温，传热效率及传热均匀性存在一定问题；（2）反应釜酶解的操作过程是周期性、间歇性的，即：加料→搅拌酶解反应→出料，此过程反复进行就存在间歇操作的麻烦，降低了工业生产的效率；（3）反应釜的巨大形体尺寸要求与之配合的机电设备必须具有足够的大功率，能耗很大，不符合现在绿色节能理念。

燃料乙醇工业生产中固体底物浓度是影响过程经济性和能量平衡的重要因素之一。乙醇蒸馏要实现经济性，其浓度必须大于4%，提高反应的固液比可增大酶解后糖浓度及发酵后乙醇浓度，从而降低蒸馏过程的能耗，减小装置尺寸，降低投资和产品成本。目前以淀粉为原料，干物浓度已高于30%，而纤维素干料浓度仍很低，这是因为当木质纤维素固体含量高于10%时将使初始黏度增大，原料难以混合并加大搅拌能耗。

CN200810189465.0 公开了一种纤维素乙醇的生产方法，其中包括如下步骤：（1）将含有纤维素和/或半纤维素原料的培养基加入到发酵反应釜中；（2）向发酵反应釜中加入纤维素酶，并接种葡萄牙假丝酵母；（3）在纤维素酶和葡萄牙假丝酵母的共同作用下进行同步糖化发酵，分离得到纤维素乙醇。CN200810101314.5 公开了一种含纤维素的原料制备乙醇的方法，该方法包括蒸汽爆破含纤维素的原料；将得到的蒸汽爆破的产物与酶混合、酶解；发酵酶解得到的产物。采用上述方法均可实现由含木质纤维素原料制备乙醇的目的，但是酶解效率不高，乙醇产率较低。

综上可知，木质纤维素制备燃料乙醇方法中存在酶解纤维素效率不高、酶的利用率不高、操作繁琐，糖转化率较低，乙醇产率较低等问题。

发明内容