[发明专利]一种以稀硝酸预处理麦壳类物质制备乙醇的方法

说明书

技术领域

本发明是一种以稀硝酸预处理麦壳类物质制备乙醇的方法，具体涉及以稀硝酸浸泡作为预处理的方式，发酵制备乙醇。

背景技术

随着全球社会和经济的高速发展，能源的消耗日益增加，CO₂的排放量也随之快速增加。因此，环境和资源的压力使人类将目光转向可再生能源，而在众多可再生能源中，生物质能因其资源巨大、使用独特等优势成为发展的热点。当前生物质能源的主要形式有燃料乙醇、生物柴油、沼气以及生物制氢等，其中燃料乙醇是当今用于生产和使用最为广泛的生物质能源。

乙醇的生产原料主要有含糖作物、淀粉质作物、纤维素原料三类，前两类原料受到耕地和成本的限制，使得生产乙醇的利润已大大低于先前预期。秉承“不与民争粮，不与粮争地”的基本原则，结合我国是农业大国亦是林业大国的资源优势，开发利用以燕麦壳、小麦麸、农作物秸秆等纤维素原料制备液体乙醇燃料，对于缓解国家能源紧张具有重要的现实意义。以燕麦壳为例，它是一种独特的可再生原料，具有诸多优点。第一，燕麦壳占颗粒总重量的28％，在谷物加工场以工业规模形式生产积累。第二，天然燕麦壳的尺寸和厚度较为均匀，是一种均质材料，加工时无需另外研磨。第三，燕麦壳化学组成稳定，保证了其在加工过程中的可操控性，具体表现为含纤维素35-45％，半纤维素32-35％，酸不溶性木质素17-20％。纤维素、半纤维素和木质素三种聚合物的相互作用形成了坚韧的抗物理化学作用的物质，故天然纤维素的酶水解过程较为困难。

为了使酶能够高效的切割各个组分并分解复合物，天然的纤维素原料必须经过物理或者化学方法的预处理。常见的物理法包括机械破碎法、微波法和高温热水法等，物理法一般对环境的污染较小，且过程较为简单，但物理法处理需要较高的能量和动力，因此会增加生产成本。化学处理中的碱处理，例如氢氧化钠预处理方法，虽有较强的脱木质素和降低结晶度的能力，但在脱木质素的同时，半纤维素也被分解，致使损失太多，同时还存在试剂的回收、中和、洗涤等问题。而酸处理使半纤维素水解的同时，其产出的单糖保持了可发酵的还原糖状态，利用半纤维素生产酒精提高了酒精的产率。而硝酸预处理在概念上不同于其它酸预处理，除了破坏纤维素、半纤维素和木质素之间的化学键，使半纤维素被水解以形成可溶性木糖及其可溶性前体外，随着木质素的氧化硝化，纤维素可被部分水解，将糖类被转化成简单的有机酸和二氧化碳。

公开号为CN 101343647 A的中国专利提供了一种用甜高粱秸秆制备乙醇的方法，其所述的液体燃料是使用甜高粱秸秆的穗和根，洗净去除杂质后送入打浆机进行打浆，后得到制备乙醇的原浆。该工艺前处理过程复杂，耗时耗力耗电，且设计较为繁琐，生产效率不高。公开号为CN102660589 A的中国专利提供了一种生物乙醇制备方法，其所述的方法中，需将植物纤维与纤维素酶产生的菌种子液于发酵培养基中恒温震荡培养，0-5天后接入乙醇生产菌种子液，继续恒温震荡培养3-7天。该生产过程培养条件较为严苛，耗时较长，且外界条件一旦发生突变，其乙醇的产率以及纯度均可能受到影响，不能保证最终的乙醇产量。申请号为200510076833.7的中国专利公开了一种甜高粱秸秆汁液生产乙醇的方法，该方法并没有充分利用甜高粱秸秆原浆中的纤维素和淀粉，降低了单位重量的甜高粱秸秆生产出的乙醇量。

综合考虑以上几点，寻找一种更简单、成本更低的制备乙醇的方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足，而提供一种以稀硝酸预处理麦壳类物质制备乙醇的方法，提高天然原材料的利用率和纤维素制备乙醇的生产效率，从而推动农业产品向工业品转化，提高农民经济利益。

本发明以稀硝酸预处理麦壳类物质为原料制备乙醇，将麦壳类物质用稀硝酸浸泡预处理，经真空过滤器挤压，用水不断冲洗至洗涤水无色且呈中性pH，辅以添加一定量的纤维素酶和糖化酶制成浆料，利用浆料糖化、发酵制备乙醇，包括如下步骤：

(1)制备接种物：将灭菌后的麦壳类提取物作为接种媒介进行微生物的细胞接种；

(2)预处理原材料：将麦壳类物质在大气压下用稀硝酸浸泡进行前期预处理操作；

(3)制备浆料：真空过滤器挤压预处理后的麦壳类物质，并用水不断冲洗至洗涤水无色且呈中性pH，辅以添加纤维素酶和糖化酶；

(4)糖化发酵：利用分离水解发酵法(SHF)或者同步糖化共发酵法(dSSF)制备乙醇。

优选地，步骤(1)中，接种的麦壳类提取物的温度控制在25-30℃，连续培养45-50小时。