[发明专利]以木质纤维素为原料联合生产乙醇和聚羟基脂肪酸酯的工艺

说明书

本发明公开了一种以木质纤维素为原料联合生产乙醇和聚羟基脂肪酸酯的工艺。所述工艺先将木质纤维素原料预处理得到纤维素、半纤维素和木质素，然后将纤维素和半纤维素酶水解，再以酶解液为培养基，接种乙醇发酵菌株生产乙醇，然后直接以预处理后得到的木质素和乙醇发酵产生的含木质素残渣为培养基，或将预处理后得到的木质素和乙醇发酵产生的含木质素残渣经过裂解后得到的裂解液为培养基，接种恶臭假单胞菌Pseudomonas putida NX‑1生产聚羟基脂肪酸酯。本发明将以木质素为原料生产聚羟基脂肪酸酯的工艺和纤维素生产乙醇工艺进行集成，实现木质纤维素三种主要组分的充分利用，同时降低了炼制过程中废弃物的产生，提高整个木质纤维素炼制过程的经济性。

技术领域

本发明属于生物炼制技术领域，涉及一种以木质纤维素为原料联合生产乙醇和聚羟基脂肪酸酯的工艺。

背景技术

木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源，其主要成分为纤维素、半纤维素和木质素。随着预处理、酶水解及发酵菌株开发等技术的不断进步，木质纤维素生物炼制水平得到了较大提升。目前生物乙醇是木质纤维素炼制的代表性产品，世界上许多国家近些年都在大力推进木质纤维素炼制生物乙醇的技术研发及产业化(Nature ReviewsMicrobiology,2016,14(5):288；中国科技成果,2015,21:38-39)。但几乎所有木质纤维素生物炼制过程都会产生大量富含木质素的废液或固体废弃物。

木质素是自然界中最丰富的芳香族化合物，不同物种来源的木质纤维素中木质素含量可达其总质量的10％-35％。随着木质纤维素炼制乙醇等大宗能源及化学品技术的快速发展，木质纤维素中的纤维素和半纤维素被转化为燃料乙醇或化学品，木质素则被作为残渣剩余。根据原料不同，生产一升纤维素乙醇将伴随0.5-1.5千克木质素残渣的生成(Green Chemistry,2015,17(11):4860-4861)。在当前木质纤维素生物炼制理念中，生产的木质素多被用来焚烧供热、供能，同时储存在木质素中的碳原子以二氧化碳的形式排放到大气中，这种粗暴的焚烧供能策略在一定意义上会造成“碳原子流失”。将木质素转化为附加值更高的化学品对其价值提升及资源利用均具有重要意义。

聚羟基脂肪酸酯是可生物降解且具有生物相容性的天然聚酯，许多微生物在营养限制但存在过量碳源的情况下将其作为碳源和能量存储在细胞内。由于其通用的材料特性，聚羟基脂肪酸酯被认为是石油化学衍生塑料的潜在替代品之一。虽然聚羟基脂肪酸酯的微生物合成、规模化生产与在不同行业中的应用均得到了快速发展，但微生物生产聚羟基脂肪酸酯的工业化仍面临生产成本过高的问题，其中原料成本是聚羟基脂肪酸酯生产成本的重要组成部分。目前最主要的聚羟基脂肪酸酯生产原料为淀粉、葡萄糖及甘油(International BiodeteriorationBiodegradation,2018,126:45-56)。为降低聚羟基脂肪酸酯的原料成本，许多研究人员也尝试使用廉价原料来生产聚羟基脂肪酸酯，包括市政废水、造纸废水、活性污泥、食品生产废弃物等。近年来，研究人员发现一些木质素降解菌自身除了含有丰富的木质素解聚和降解途径，还含有一些产物合成途径，其中就包括聚羟基脂肪酸酯的合成途径(Renewable and Sustainable Energy Reviews,2017,73:610-621)。完备的木质素降解-聚羟基脂肪酸酯合成途径使得以木质素为原料生产聚羟基脂肪酸酯成为了可能。

发明内容

针对木质纤维素炼制生产乙醇的过程中产生的大量木质素无法利用的问题，本发明提供一种以木质纤维素为原料联合生产乙醇和聚羟基脂肪酸酯的工艺。该工艺将以木质素为原料生产聚羟基脂肪酸酯的工艺和纤维素生产乙醇的工艺进行集成，分别将“纤维素+半纤维素组分和木质素组分转化为生物乙醇和聚羟基脂肪酸酯，实现木质纤维素三种主要组分的充分利用。

本发明的技术方案如下：

以木质纤维素为原料联合生产乙醇和聚羟基脂肪酸酯的工艺，包括以下步骤：

步骤1，将木质纤维素原料进行预处理得到纤维素、半纤维素和木质素；