[发明专利]一种木质纤维素类物质联产生物乙醇和普鲁兰糖的方法

说明书

技术领域：

本发明属于纤维物质生物转化技术领域，具体涉及一种利用木质纤维素类物质联产生物乙醇和普鲁兰糖的方法。 

背景技术：

木质纤维素类物质由纤维素、半纤维素、木质素等三部分构成，它是地球上储存量最大、分布最为广泛的可再生资源。近年来，随着矿物质燃料的日益枯竭，木质纤维素类物质的利用受到人们的普遍重视。我国是一个传统农业大国，纤维素类物质的含量相当丰富。但是长久以来，这些资源未被合理利用，秸秆、甘蔗渣、玉米芯、稻草等富含纤维素类物质的农业废料一般直接焚烧或丢弃处理，这种原始的处理方式不仅造成了巨大的资源浪费，而且会给环境带来极大的污染。采用微生物转化的方式能够提高木质纤维素类物质的利用率。 

生物乙醇生产是国际上最普遍的木质纤维素生物炼制方式。传统的生物乙醇生产技术不能将木质纤维素类物质中的半纤维素和纤维素有效分离，得到的水解液是五碳糖和六碳糖的混合液，受葡萄糖阻遏效应，木糖乙醇发酵效率低等因素的影响，水解液中的木糖部分通常不能被有效利用。将木质纤维素类物质中的半纤维素和纤维素先分离，然后分别进行发酵生产已经成为一个发展方向。已有分别利用木质纤维素组分中的纤维素和半纤维素发酵生产乙醇和2,3-丁二醇的报道。但是，这两种产物的附加值均不高，且2,3-丁二醇的分离纯化工艺较为复杂，纯化过程需要消耗大量能量。 

出芽短梗霉，一种类酵母菌，能够利用木糖生产价值很高的普鲁兰糖。普鲁兰糖是一种呈白色粉末状的胞外同聚多糖。普鲁兰糖是由α-（1,4）和α-（1,6）糖苷键构成的麦芽三糖不断聚合而成的。规整的化学结构赋予普鲁兰糖特殊的性质，它在化工、食品、医药等行业都有着广泛的应用。出芽短梗霉可利用碳源较广，除了木糖以外，葡萄糖、乳糖、半乳糖、阿拉伯糖等都能被它利用。因而，将出芽短梗霉用于半纤维素水解液的生物转化具有天然的优势，能够最大限度的将半纤维素水解液中的糖类物质加以转化。普鲁兰糖的纯化工艺也相对简便，但是在纯化过程中需要消耗大量的乙醇，这就使得普鲁兰糖的生产成本过于高昂。 

发明内容：

本发明的目的是解决现行纤维素类物质生物转化过程中木糖无法有效利用，普鲁兰糖生产成本过高等问题，提供了一种木质纤维素类物质联产生物乙醇和普鲁兰糖的方法。 

本发明技术方案包括如下步骤：纤维素类物质经碱法预处理、木聚糖酶酶解，固液分离后分别得到低毒的半纤维素水解液（木糖液）和纤维素残渣。半纤维素水解液直接用于普鲁兰糖发酵生产，纤维素残渣进行同步糖化发酵生产燃料乙醇。含普鲁兰糖发酵液使用纤维残渣发酵蒸馏所得乙醇进行醇沉，提取精制得普鲁兰糖产品，纯化过程中产生的含乙醇废液与纤维素残渣乙醇发酵液合并，经蒸馏实现乙醇的回收利用。 

具体步骤如下： 

第一、半纤维素水解液制备： 

纤维物质原料除杂、粉碎至20-30目后，按固液比为1:12-1:15（g/mL）的量加入0.5-0.8%的NaOH溶液，40℃条件下预处理1-3h。将预处理后的纤维素类物质洗至中性，按固液比1:15-1:18（g/mL）将原料投入pH4.5-5.5的酶解缓冲水溶液中，按100-200IU/g原料加入市售木聚糖酶，同时添加表面活性剂RH（鼠李糖脂）0.005-0.01%、Tween-800.15-0.35%、PEG60000.2-0.35%、Triton X-100（曲拉通X-100）0.1-0.30%、并于38-40℃条件下酶解36-72h，将酶解体系进行固液分离，得半纤维素水解液和固相残渣。 

纤维物质为甘蔗渣、玉米芯、玉米秸秆、稻草、麦秆中至少一种。 

第二、木质素的提取与纤维素残渣制备： 

将第一步所得固相残渣按照固液比为1:12-1:18（g/mL）的比例加入木质素提取混合液，混合液的组分为甲酸：乙醇为9:1(v/v)，温度为80-90℃，反应时间为2-4h。木质素提取之后的残渣即为纤维素残渣。 

第三、半纤维素水解液普鲁兰糖发酵：