[发明专利]一种木质纤维预水解液中发酵抑制物的脱除方法

说明书

技术领域

本发明属于木质纤维原料化学利用技术领域，具体涉及一种木质纤维预水解液中发酵抑制物的脱除方法。

背景技术

随着全球化石燃料的日趋紧张和环境污染日益严重，能源和环境危机已成为21世纪人类社会可持续发展的主要障碍。利用可再生生物质能作为化石燃料的替代品变得愈加迫切和重要。生物质燃料和生物基产品就是其中重要的研究方向之一。其中以生物质原料中的纤维素和半纤维素制取糖类，并进而制取一系列糖平台化合物(生物乙醇、丁醇等)是有效途径之一。

木质纤维原料中纤维素、半纤维素和木质素紧密交织结合在一起，使得糖化过程并不容易实现。因此在水解糖化之前，往往需要先进行预处理。而木质纤维原料预处理水解液中常含有纤维素和半纤维素的降解产物和一些中和形成的盐类，如糖类物质、甲酸、乙酸、乙酰丙酸、糠醛、5-羟甲基糠醛(HMF)等。其中乙酸、糠醛等对酵母发酵具有较大的抑制作用；乙酸、甲酸等可以通过抑制酵母的呼吸来减弱酵母的发酵能力。因此，为减少环境污染，充分利用糖类物质，需对预水解液进行脱除发酵抑制物等脱毒研究，有利于脱毒后的预水解液中的糖类进行乙醇发酵生成乙醇。

常用的脱毒方法有物理法、化学法和生物法。主要有活性炭吸附、石灰中和、离子交换、真空浓缩汽提，有机溶剂萃取等，但是这些方法存在脱毒效果差、成本高、操作繁琐或在脱除发酵抑制物的同时糖分损失大等缺点。因此，木质纤维素乙醇工业急需一种脱毒效果好的脱毒方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种脱除发酵抑制物的方法，以解决目前木质纤维预处理液脱毒效果差的缺陷。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种木质纤维预水解液中发酵抑制物的脱除方法，先将木质纤维水解液pH值调至2.0-6.0，离心，取上清液，以空气为洗脱剂，经石墨化碳洗脱，再经水系滤膜过滤，即可。

本发明所述脱除方法对预水解液中发酵抑制物去除率高，糖类物质减少率低，脱除后的预水解液还可用于乙醇发酵。

本发明所述方法中，所述的木质纤维为竹材、木材、藤材、农作物秸秆中的一种或多种。

所述的预处理方法包括化学法预处理，物理法预处理，物理化学法预处理，以及生物法预处理。

所述的木质纤维素预水解液中甲酸、乙酸、乙酰丙酸、糠醛和5-羟甲基糠醛的浓度之和为0.1-50g/L，优选25-30g/L。

所述的石墨化碳为粉状或颗粒状，优选粒径为80目-400目。

所述水系滤膜孔径为0.1-1.0微米。

所述石墨化碳用量为5ml洗脱柱中加入100-5000mg，优选500-1000mg。

所述洗脱工艺条件为：温度为25-40℃，pH值为2.0-6.0，流速为0.1-5mL/min，优选0.2-0.5ml/min，进一步优选0.2ml/min。

本发明中还提供一种石墨化碳再生方法，采用酸液与有机溶剂的混合液流经石墨化碳，再用水冲洗至中性，最后自然气干。

其中，所述再生条件为：温度为25-40℃，流速为0.1-10mL/min，优选1mL/min。

所述混合液中酸液质量分数为0.1％-6％。

所述酸液为盐酸、硝酸、硫酸或磷酸中的一种或多种；

所述有机溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、丙酮、乙腈、N’N-二甲基甲酰胺中的一种或多种。

作为本发明优选的实施方式，所述石墨化碳再生方法为：向预水解液脱除后的石墨化碳中加入10mL的3％硫酸乙醇溶液，调节流速1mL/min，可回收吸附到石墨化碳小柱中的发酵抑制物。洗脱后石墨化碳即可再生，仍可用于发酵抑制物的脱除。

所述的脱除发酵抑制物后预水解液的乙醇发酵为浓缩后单独乙醇发酵或加入到其他糖溶液中共同乙醇发酵。

作为本发明优选的实施方式，所述脱除发酵抑制物的预水解液的乙醇发酵方法如下：

1)向脱除发酵抑制物后的预水解液中加入无机盐；

所述无机盐配方(g/L)：蛋白胨，5.0；磷酸二氢钾，2.0；硫酸镁，1.0；氯化钙，0.25；

2)将混合液在120-125℃下灭菌处理20-25min；取出后，用0.6M的氢氧化钠或6％的硫酸调节pH值至5.5±0.1；

3)把活化好的酵母液按接种量为葡萄糖量的1-3％接种到水解液中，置于摇床中，控制温度为37-38℃、转速为150-180rpm，摇床发酵24小时。