一种纤维素乙醇的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纤维素乙醇的制备方法，其中，该方法包含以下步骤：（1）将纤维素原料进行爆破预处理，得到初步降解并适于生物质转化的物料；（2）将糖蜜与步骤（1）得到的物料混合，调节pH至3.5‑4.5，然后进行酶解处理，得到醪液；（3）将步骤（2）得到的醪液调节pH至4‑5，然后加入能够利用木糖发酵出乙醇的酵母菌进行发酵，发酵到第6‑10小时，加入里氏木霉，发酵到第10‑16小时，加入酿酒酵母，再继续发酵30~48小时，获得含纤维素乙醇的物料，从中分离得到乙醇。本发明专利技术提供的纤维素乙醇的生产方法能有效资源化利用纤维素和糖蜜生产乙醇，提高五碳糖利用程度，降低原料的用量，且能显著降低生产成本和环境污染。

Method for preparing cellulosic ethanol

The invention discloses a method for preparing a cellulose ethanol, wherein the method comprises the following steps: (1) the cellulose material blasting pretreatment, the initial degradation and is suitable for conversion of biomass materials; (2) to (1) get molasses and steps of material mixing, adjusting pH to 3.5 4.5. Then by enzymatic treatment, get mash; (3) the step (2) mash get adjusted to pH 4 5, then add to use xylose fermentation ethanol yeast fermentation, fermentation to sixth 10 hours, adding Trichoderma reesei fermentation to tenth 16 hours, adding yeast then, continue to ferment for 30~48 hours, containing cellulose ethanol material obtained from ethanol separation. The invention provides a method for the production of cellulosic ethanol can effectively utilization of cellulose and molasses ethanol production, improve five carbon sugar utilization, reduce the amount of raw materials, and can significantly reduce the production cost and environmental pollution.

【技术实现步骤摘要】
一种纤维素乙醇的制备方法
本专利技术涉及生物化工、发酵工程与生物质能源领域，具体地说是一种纤维素乙醇的制备方法。
技术介绍
随着能源危机和情况污染问题日益突出，世界能源成长正步进一个崭新的时期，即世界能源结构正在履历由化石能源为主向可再生能源为主的变化。纤维素乙醇因被看成最好液体替换燃料并具有生态效益而成为工业生物技术的研究热门。在中国，燃料乙醇的主要原料是玉米、小麦等农作物。随着燃料乙醇的快速成长，原料问题日益突出，成为制约燃料乙醇成长的瓶颈；另外，以食粮作物为原料的燃料乙醇工业还可能引发国家食粮安全问题。我国政府提倡生物乙醇坚持非粮之路，即“不与人争粮，不与粮争地”。木质纤维素是地球上最丰硕的可再生资本，中国木质纤维素每年产量在7亿吨左右。广西种植的甘蔗、木薯、香蕉秆就含有丰富的纤维素，这些农作物加工后剩余的纤维素部分，除少量能用于造纸外，绝大部分被烧掉或废弃，这不仅造成资源浪费，还严重污染环境。因此，如果能将这些纤维素通过生物质转化、通过工程技术充分进行综合利用，将显著提高其经济价值和环保价值。糖蜜是制糖工程的主要副产物之一，其总糖含量达45%-50%。由于价格低廉，糖蜜在化工、轻工、食品、医药和建材行业中有很大的开发价值。目前，国内外对糖蜜的利用主要分两类：一是直接利用，也就是糖蜜经过简单处理或不处理，直接作为原料或辅料加以利用，例如作饲料添加剂或混凝土外加剂。此利用方式虽然工艺简单，但糖蜜的价值难以被完全发掘。二是深度利用，即从中提取有效成分，或作为发酵原料生产高附加值的发酵制品和生物制品，如焦糖色、酒精、乳酸等。目前国内糖蜜主要用于生产酒精，但存在成品酒精不适于远距离运输销售等问题，这限制了糖蜜在酒精厂的消化量。纤维素制备乙醇是世界范围内的研究热点，以大量廉价的纤维素为底物制备乙醇是未来发展的趋势。但目前该领域还有诸多尚未能够很好解决的关键技术瓶颈，致使纤维素乙醇的成本较高，无法与淀粉质原料乙醇相媲美。因此，如何有效开发利用纤维素制备乙醇和糖蜜资源化利用技术是研究的重点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制备成本低，乙醇得率高的利用纤维素和糖蜜制备高浓度乙醇的方法，实现纤维素和糖蜜资源的综合利用，本专利技术能够显著提高企业的综合经济效益，实现环境效益和经济效益双赢。该技术与现有技术相比，采用的原料来源广，可大大提高乙醇的得率，降低原料的用量，制备成本低，还可大大降低副产物甘油浓度，提高五碳糖利用程度。本专利技术是这样实现的：一种纤维素乙醇的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：（1）将纤维素原料进行爆破预处理，得到初步降解并适于生物质转化的物料。（2）将糖蜜与步骤（1）得到的物料混合，调节pH至3.5-4.5，然后进行酶解处理，得到醪液；所使用的酶包括：纤维素酶、半纤维素酶、普鲁兰酶、果胶酶一种或一种以上的混合酶，所述糖蜜的锤度为35°Bx-65°Bxx，温度40-60℃；酶解时间为50-90小时，酶的添加量为物料重量的0.1‰~0.5‰；纤维素酶、半纤维素酶、普鲁兰酶、果胶酶可以从微生物中心直接买来就可以使用。（3）将步骤（2）得到的醪液调节pH至4-5，然后加入能够利用木糖发酵出乙醇的酵母菌进行发酵，发酵到第6-10小时，加入里氏木霉，发酵到第10-16小时，加入酿酒酵母，再继续发酵30~48小时，获得含纤维素乙醇的物料，从中分离得到乙醇。酵母菌、里氏木霉可以从微生物中心直接买来就可以使用。所述方法还包括：通过添加碱剂使酶解过程中的pH与初始pH保持一致。上述在步骤（3）中，所述碱剂为固体氢氧化钠或氢氧化钾。上述在步骤（3）中，将所述醪液调节pH至4-5。上述在步骤（3）中，所述能够利用木糖发酵出乙醇的酵母菌、里氏木霉、酿酒酵母的添加量分别为醪液底物质量的5%~12%，发酵温度为26-34℃，时间为24-72小时。所述纤维素原料包括高粱、香蕉秆、树枝、木屑、林业作业边角料、秸秆、树叶中的至少一种。所述纤维素原料爆破预处理条件包括：将纤维素原料破碎成5~25mm长短后与酸液混合均匀，自然pH，在190~250℃下爆破3~10min，得到初步降解并适于生物质转化的物料。在传统的纤维素乙醇制备过程中，通过爆破对原料进行预处理时，首先需要将原料pH调至1-2，该过程通常使用的酸化物质为盐酸或硫酸，预处理后的原料还需使用NaOH等碱剂调节pH。然而由于酶水解过程中会消耗大量的碱，一方面导致酶水解过程中pH波动幅度较大，从而加大了酶水解过程稳定性的控制难度，另一方面，过多使用酸碱会引发制备成本上升、后续处理环保压力变大等问题。在本专利技术所述的方法中，爆破后的原料与糖蜜混合，糖蜜除了能调节pH外还能为利用木糖发酵的酵母提供生长必须的生长因子、营养元素、微量元素等物质，为纤维素乙醇发酵提供更快的发酵速度。糖蜜中含有多元弱酸性物质，这些物质为发酵过程中pH的稳定提供有利条件，从而使酶解过程中pH不会大幅波动，降低酶解过程稳定性的控制难度。而且糖蜜还能够为后续里氏木霉、酿酒酵母菌提供氮源，省去添加氮源辅料的工序，既简化了加工工序，又节约了制备成本。此外，在本专利技术所述的方法中，加入里氏木霉能够进一步将未完全降解的纤维素降解成木糖等物质。之所以先加入能够利用木糖发酵出乙醇的酵母菌是因为这类酵母菌利用碳源的启动速度较慢，如果先加入里氏木霉或酿酒酵母，则能够利用木糖发酵出乙醇的酵母菌的生长繁殖受到显著抑制，极端条件下甚至可能出现经过连续多代培养后能够利用木糖发酵出乙醇的酵母菌消亡的现象，这不利于纤维素乙醇的制备，将导致纤维素乙醇产量显著下降。本专利技术中先加入能够利用木糖发酵出乙醇的酵母菌，经6~10小时发酵后使之形成菌群优势，此时再加入里氏木霉或酿酒酵母既能够实现有效利用木糖等物质产生乙醇的目的，又能够缩短整个纤维素乙醇的制备周期。本专利技术提供的纤维素乙醇的制备方法在保证纤维素乙醇的产量的同时，能够显著降低制备成本，缩短生产周期，降低环境污染。上述中，所述纤维素原料进行爆破预处理的目的是将纤维素原料转化成纤维素或半纤维素，得到适于生物质转化的物料。因此，本领域常规使用的能够实现上述纤维素原料预处理目的的方法均适用于本专利技术。通常来说，所述纤维素原料爆破预处理方法包括：将纤维素原料破碎成5~25mm长短后与酸液混合均匀，更优选为5~10mm，自然pH，在190~250℃下爆破3~10min，更优选为4~8min，得到初步降解并适于生物质转化的物料。所述酸液可以包括硫酸、盐酸、磷酸、硝酸中的一种或一种以上的混合酸。在本专利技术中，所述混合物料进行酶解处理的目的是将适于生物质转化的物料转化为可发酵性糖。因此，本领域常规使用的能够实现本专利技术酶解处理目的方法均适用于本专利技术。具体地，酶解步骤可以包括：将经预处理得到的含水物料与糖蜜进行混合，待物料混合均匀，pH达到3.5-4.5后再添加酶，进行多阶段酶解，所述多阶段酶解包括连续进行的主酶解阶段以及主酶解阶段后的间歇酶解阶段，在主酶解阶段向酶解容器内连续投入经预处理得到的含水物料以及酶，然后使经过该主酶解阶段得到的酶解产物分别连续流入后续阶段的酶解容器中进行间歇酶解，最终得到醪液。所述的酶解步骤中使用的酶可以包括：纤维素酶、半纤维素酶、普鲁兰酶、果胶酶一种或一种以上的混合酶。本领域技术人员本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维素乙醇的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：（1）将纤维素原料进行爆破预处理，得到初步降解并适于生物质转化的物料；（2）将糖蜜与步骤（1）得到的物料混合，调节pH至3.5‑4.5，然后进行酶解处理，得到醪液；所使用的酶包括：纤维素酶、半纤维素酶、普鲁兰酶、果胶酶一种或一种以上的混合酶，所述糖蜜的锤度为35°Bx‑65°Bxx，温度40‑60℃；酶解时间为50‑90小时，酶的添加量为物料重量的0.1‰~0.5‰；（3）将步骤（2）得到的醪液调节pH至4‑5，然后加入能够利用木糖发酵出乙醇的酵母菌进行发酵，发酵到第6‑10小时，加入里氏木霉，发酵到第10‑16小时，加入酿酒酵母，再继续发酵30~48小时，获得含纤维素乙醇的物料，从中分离得到乙醇。

【技术特征摘要】
1.一种纤维素乙醇的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：（1）将纤维素原料进行爆破预处理，得到初步降解并适于生物质转化的物料；（2）将糖蜜与步骤（1）得到的物料混合，调节pH至3.5-4.5，然后进行酶解处理，得到醪液；所使用的酶包括：纤维素酶、半纤维素酶、普鲁兰酶、果胶酶一种或一种以上的混合酶，所述糖蜜的锤度为35°Bx-65°Bxx，温度40-60℃；酶解时间为50-90小时，酶的添加量为物料重量的0.1‰~0.5‰；（3）将步骤（2）得到的醪液调节pH至4-5，然后加入能够利用木糖发酵出乙醇的酵母菌进行发酵，发酵到第6-10小时，加入里氏木霉，发酵到第10-16小时，加入酿酒酵母，再继续发酵30~48小时，获得含纤维素乙醇的物料，从中分离得到乙醇。2.根据权利要求1所述的纤维素乙醇的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：通过添加碱剂使酶解过程中的pH与初始pH保持一致。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢国伟，谢晓航，卓义敏，盘柳萍，蒋敬全，韩宏明，张家伟，覃红梅，严明奕，罗虎，孙振江，李永恒，李志鹏，许旺发，梁坤国，鲁佰成，宋金凤，
申请(专利权)人：广西轻工业科学技术研究院，广西南宁万宇科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45