[发明专利]一种以木质纤维素为原料发酵联产木糖醇和燃料乙醇的方法

说明书

一种以木质纤维素为原料发酵联产木糖醇和燃料乙醇的方法，将木质纤维素原料预处理后分别得到纤维素的水解糖液和半纤维素水解糖液，分别制成乙醇发酵培养基和木糖醇发酵培养基，分别以乙醇发酵菌和维斯加斯酵母（Candida viswanathii）FE‑T1发酵生产乙醇和木糖醇。维斯加斯酵母（Candida viswanathii）FE‑T1具有抗水解糖液中发酵抑制物的能力，具有较好的发酵效果。本发明对木质纤维素进行分级分离，分别针对纤维素、半纤维素和木质素，及其分解产物进行多种产品开发，利用乙醇发酵酵母和维斯加斯酵母联产木糖醇和乙醇，有利于提高木质纤维素生物炼制工厂的经济性。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体涉及一种木质纤维素原料联产木糖醇和燃料乙醇的方法。

背景技术

燃料乙醇是世界公认最安全并且可大规模市场供应的优质车用燃料，2018年全球产量超过8000万吨。中国规划2020年全面推广乙醇汽油，燃料乙醇需求量将达到1500万吨，2018年中国燃料乙醇产能仅370万，缺口还较大。按照技术和工艺的发展进程，目前业界一般将燃料乙醇分为以下几类：以玉米、小麦等粮食作物为原料的第1代粮食乙醇；以木薯、甘蔗、甜高粱茎秆等经济作物为原料的第1.5代非粮乙醇；以玉米芯、玉米秸秆等木质纤维素为原料的第2代纤维素乙醇。 纤维素乙醇使用纤维素物质为原料，经预处理后通过高转化率的纤维素酶，将原料中的纤维素转化为可发酵的糖类物质，然后经特殊的发酵法制造燃料乙醇，在技术上同粮食乙醇和非粮乙醇存在较大的差别；在原料上也脱离了农作物的范畴，而利用玉米芯、玉米秸秆等农林废弃物，充分发掘生物质资源的价值。中国是人口大国，发展纤维素乙醇是是燃料乙醇可持续发展的新兴研究方向，一方面可以补充粮食乙醇供给不足，另一方面也为秸秆焚烧污染环境的问题提供了解决方案，同时还能改善农村环境、增加农民收入、促进农业发展，意义十分重大。

中国专利201310537902.4公开了一种木质纤维素连续酶解发酵产乙醇的方法，该发明步骤包括：（1）将预处理木质纤维素原料与酶液按比例加入到带螺杆装置的酶解反应器中进行连续酶解；（2）酶解后物料进入发酵罐Ⅰ，接入酵母菌在30℃～38℃进行同步糖化发酵；（3）发酵罐Ⅰ的物料进入发酵罐Ⅱ，在39℃～44℃继续同步糖化发酵；（4）发酵后物料进行减压蒸馏；（5）蒸馏后物料进行固液分离，含酶的液相回用于步骤（1）中。中国专利201310537875.0公开了一种木质纤维素原料制备水解糖的方法，包括如下内容：（1）将木质纤维素原料颗粒装填到柱式反应器中，反应器顶部设有液压活塞式结构，可将原料压实；（2）将稀酸洗脱液加热至60-99℃，从反应器顶部加入进行洗脱，脱除部分抑制物；（3）将稀酸水解液加热至60-99℃，通过循环泵从反应器顶部加入进行循环水解，得到浓缩水解糖液；（4）调节浓缩水解糖液的pH值为4.5-5.5，然后将纤维素酶加入到水解糖液中进行循环酶解，得到含木糖和葡萄糖的浓缩糖液。中国专利201410800928.8公开了一种木质纤维素连续酶解与同步糖化发酵的方法，包括：（1）对木质纤维素原料进行预处理，获得预处理原料；（2）将预处理原料、纤维素酶和水连续加入到酶解罐中进行预酶解，控制酶解体系的干物质浓度为18wt%-36wt%；（3）预酶解后料液连续进入到发酵罐中，加入耐温酿酒酵母进行同步糖化发酵；（4）发酵后的醪液在管道混合器中与无机絮凝剂充分混合，然后进入沉降罐；（5）在沉降罐沉降后的上清液进入产品分离单元，下部浓缩混合液循环回酶解罐中重新参与酶解反应。

但是相较于石油和粮食乙醇，纤维素乙醇目前的市场竞争优势还不强，主要原因是成本过高。这主要包括以下几方面的问题：一是原料收集困难，二是预处理过程能耗、物耗高，三是水解用酶制剂效率低，四是废水处理难度大。根据预测，在国际油价75~80美元/桶时，我国纤维素乙醇企业才具备微利运营条件。