[发明专利]一种利用木质纤维素原料生产乙醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种乙醇的生产方法，特别涉及一种利用木质纤维素原料生产乙醇的方法。

背景技术

木质纤维素生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素构成，由于其具有产量大、成本低、可再生等优点，以木质纤维素生物质为原料，采用微生物法生产乙醇受到了世界各国的广泛关注。

利用木质纤维素原料生产乙醇的传统工艺主要有四种：分步糖化和发酵、同时糖化发酵(SSF)、同时糖化和共发酵以及联合生物加工【李江等，木质纤维素生产燃料乙醇的糖化发酵工艺研究进展，化工进展，2011(30)：284-291】。但是，这四种传统方法发酵制备乙醇时，得到的发酵液中的乙醇浓度过低，导致乙醇产率低，而且更为重要的是，会导致蒸馏提纯的成本过高。

根据Huang等报道，乙醇浓度低于4％w/w时，蒸馏成本非常高，而浓度大于等于4％w/w时，则蒸馏成本大大降低【Wei-DongHuangetal，Analysisofbiofuelsproductionfromsugarbasedonthreecriteria:Thermodynamics,bioenergetics,andproductseparation,EnergyEnviron.Sci.,2011,4,784–792；见图5】。然而，前述四种传统方法发酵制备乙醇时，SSF法作为最常用的工艺，制得的发酵液中乙醇浓度相对较高，但也很难达到前述临界值，蒸馏提纯成本高。

公告号为CN103074385B的专利公开了一种改进的SSF法，将乙醇浓度提高到了3.45％w/w(即39.4g/L)，该方法在一定程度上提高了发酵液中的乙醇浓度，但是得到的发酵液的乙醇浓度仍然显著低于4％w/w，蒸馏提纯成本仍然很高。

因此，为实现高效地、经济地利用木质纤维素原料生产乙醇，急需对现有方法进行改进，以提高发酵液中的乙醇浓度，降低蒸馏提纯成本，提高产率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用木质纤维素原料生产乙醇的方法。

本发明提供了一种利用木质纤维素原料生产乙醇的方法，它包括如下步骤：

a、预处理：对木质纤维素原料进行稀酸预处理，得预处理原料；

b、预糖化：对步骤a得到的预处理原料进行糖化，得预糖化物料；

c、批次补料同步糖化发酵：

待步骤b得到的预糖化物料降温至35℃后，接种酵母，在pH值为4.8-5.0、150rpm、35℃条件下发酵，发酵过程中添加补料物料；最后一次补料24小时后，停止发酵，即可；

其中，补料物料由下述方法制备：

取步骤a得到的预处理原料，加纤维素酶，再加水，调pH至4.8-5.0，然后在150rpm、50℃条件下保持24小时，得补料物料；其中，预处理原料的固体浓度为20％(g/ml)，纤维素酶的加入量为15FPU/g固体。

木质纤维素原料是生物质的一大种类，主要由木质素、纤维素以及半纤维素组成，可用于生产乙醇的木质纤维素原料包括秸秆等农业废弃物，工业废弃物如造纸厂的纤维渣等，林业废弃物和城市废弃物如废纸、包装纸等。

FPU：滤纸酶活力单位(Filterpaperunit)，是用来描述纤维素酶活力的常用单位。

15FPU/g固体：酶添加量，指每g预处理原料干重(干重即预处理原料中的固体重量)需要添加的酶活力量为15FPU。

糖化时，若采用15％(g/ml)的固体浓度，则所需的总酶活力量为15FPU/g固体×15g＝225FPU。纤维素酶的酶活力为140FPU/mL，则纤维素酶的添加量为225/140＝1.6mL。

其中，步骤a中，所述预处理的方法为：

1)取木质纤维素原料，按固体浓度10％(g/ml)和硫酸终浓度1％(g/ml)添加硫酸和水，然后于140-150℃保持10-20min；

2)分离得到固体残渣；

3)清洗；

其中，所述木质纤维素原料为玉米芯、玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆、甘蔗渣和/或芦苇。

清洗是指：用水清洗固体残渣，至固体残渣的pH值与水的pH值相同。

其中，步骤a中，所述预处理的方法为：

1)取木质纤维素原料，调节固体浓度为15％(g/ml)；

2)在5000rpm下粉碎，调节pH至4.8-5.0；

其中，所述木质纤维素原料为纸。

其中，步骤b中，所述预糖化的方法为：