[发明专利]一种木质纤维素酶解过程中酶循环利用的方法

说明书

本发明属于纤维乙醇生产的技术领域。一种木质纤维素酶解过程中酶循环利用的方法，具体步骤如下：启动酶解罐，根据设定的底物浓度，将物料、水分批连续均匀投加到酶解罐中，同时分批连续均匀投加木质纤维素水解酶，进行酶解；酶解结束后，将酶解液降温到30~32℃，接种酿酒酵母，进行发酵；所得发酵液导入减压蒸馏塔中进行负压蒸馏；负压蒸馏所得蒸馏残液导入酶解罐中进行酶回用，循环次数为1~2次。本发明通过减压蒸馏，保留了发酵液中残余的纤维素酶活性，通过回用将蒸馏残液加入新的酶解体系中，可以降低20~25%的木质纤维素水解酶用量，大大提高纤维素酶的利用率，从而降低生产成本。

技术领域

本发明属于纤维乙醇生产的技术领域，具体涉及一种木质纤维素酶解过程中酶循环利用的方法。

背景技术

木质纤维原料是地球上最丰富、最廉价的可再生资源。全世界每年通过光合作用产生的木质纤维生物质高达1000亿吨。我国是农业大国，具有丰富的生物质资源，仅农作物秸秆一项每年就有近8×10⁸吨（约合4 亿吨标煤），占全国一次能源消耗总量的10~15%，加上数量巨大的林业纤维废料和工业纤维废渣，每年可利用的木质纤维原料总量可达20亿吨以上。木质纤维原料中纤维素约占干重的35~45％，半纤维素约占20~40％，采用适宜技术将它们水解成可发酵性糖，进一步发酵生产乙醇，充分利用这些生物质资源可缓解我国资源短缺的压力，减轻环境污染，推动农业生态良性循环，对建设节能低碳社会具有重要意义。

通常纤维乙醇的生产过程包括原料的预处理、酶水解、发酵和蒸馏提纯，其中酶解是整个纤维乙醇生产的主要技术和经济瓶颈。目前，纤维素水解糖化最主要的问题是酶解效率低，酶解周期长，酶用量大，转化率不高等方面，这些问题严重制约了木质纤维原料的生物转化和利用。纤维素酶制剂的费用高是影响生物乙醇价格的主要因素之一，降低纤维素酶使用量或费用的技术成为生物乙醇生产重点。

纤维素酶在水解木质纤维素初期是吸附在底物上面的，当反应结束后,由于底物浓度的变化，酶逐渐从底物中脱离出来，成为游离酶的状态，分散于酶解液中,另一部分则吸附于高木质素含量的酶解残渣中。酶解液中的游离酶可通过回收再利用，充分发挥其价值。

实现高效酶解，减少酶解成本，可从以下三处着手：1）预料的预处理；2）尽可能降低水解酶的工业生产成本，酶成本降低到一定范围，纤维乙醇整个投资成本才可与石油具有竞争优势；3）有效纤维素酶的回收重复利用，即使酶水解过程中的酶充分的参与反应，增加酶与纤维素的接触机会，提高酶解效率，实现酶回收重复利用。

专利CN101974570A公开了一种燃料乙醇生产中回收再利用纤维素酶全组份的方法，指在木质纤维素同步糖化发酵工段后利用耦合新鲜底物重吸附和固定化纤维二糖酶工艺回收再利用纤维素酶全组分的方法，该发明涉及到固定化过程，由于固定化酶与纤维素固体颗粒之间存在很大的传质障碍,因此在木质纤维素酶解体系中目前仅限于纤维二糖酶的固定化回收再用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对传统酶解工艺游离纤维素酶未充分利用，提供一种木质纤维素酶解过程中酶循环利用的方法，提高游离纤维素酶的利用率，降低生产成本。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种木质纤维素酶解过程中酶循环利用的方法，采用酶解罐、发酵罐和蒸馏塔串联进行，先按设定的投料比进行酶解，酶解结束后，降温接种进行发酵，再将发酵液导入减压蒸馏塔进行负压蒸馏，除去乙醇，活性酵母失活，留下游离的纤维素酶，最后将蒸馏残液导入酶解体系中进行回用，具体步骤如下：

步骤1）：启动酶解罐，根据设定的底物浓度，将物料、水分批连续均匀投加到酶解罐中，同时分批连续均匀投加木质纤维素水解酶，进行酶解；

步骤2）：酶解结束后，将酶解液降温到30~32℃，接种酿酒酵母，进行发酵；

步骤3）：将步骤2）发酵所得发酵液导入减压蒸馏塔中进行负压蒸馏；