專利名稱：由木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)乙醇的方法。
背景技術(shù)：
21世紀(jì)所面臨的能源、資源、環(huán)境等危機(jī)，已成為人類文明發(fā)展的主要障礙。人們正在努力尋找替代化石燃料的新能源，以降低對不可再生能源的依賴、控制二氧化碳的排放、保護(hù)生態(tài)環(huán)境。木質(zhì)纖維原料是地球上產(chǎn)量最大的可再生資源，包括林木、農(nóng)作物秸桿、農(nóng)副產(chǎn)品加工下腳料等。目前這些資源中，除少數(shù)用于紙漿造紙、建筑、紡織、飼料等行業(yè)夕卜，大部分被白白地浪費掉。因此，開發(fā)木質(zhì)纖維素原料制備乙醇的工藝是未來乙醇生產(chǎn)的發(fā)展方向。木質(zhì)纖維素原料制備乙醇的工藝主要包括四個步驟預(yù)處理、酶水解、微生物發(fā)酵和乙醇分離。其中，預(yù)處理技術(shù)作為木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化為能源的關(guān)鍵步驟，已成為科研工作者關(guān)注的焦點。木質(zhì)纖維素原料含有纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，當(dāng)采用纖維素酶水解木質(zhì)生物資源制備乙醇時，纖維素酶必須接觸吸附到纖維素底物上才能使反應(yīng)進(jìn)行，因此，纖維素對纖維素酶的可及性是決定水解速度的關(guān)鍵因素。纖維素的結(jié)晶區(qū)、木質(zhì)生物資源的表面狀態(tài)、木質(zhì)生物資源的多組分結(jié)構(gòu)、木質(zhì)素對纖維素的保護(hù)作用以及纖維素被半纖維素覆蓋等結(jié)構(gòu)與化學(xué)成分的因素致使木質(zhì)生物資源難以降解?？偟膩碇v，未經(jīng)預(yù)處理的天然狀態(tài)的木質(zhì)生物資源的酶解率小于20%。因此，必須對原料進(jìn)行預(yù)處理，將纖維素、半纖維素和木質(zhì)素進(jìn)行分離，打破纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，提高纖維素對酶的可及性，使纖維素酶滲透進(jìn)入纖維素，從而有效地酶解纖維素。木質(zhì)纖維原料的預(yù)處理有多種方法，較常用的是酸處理法。CN101705255A公開了一種利用作物秸桿發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的方法，在120 150°C，絕對壓力為0.2 0.6MPa的條件下，用0.5% 1%稀酸對秸桿進(jìn)行預(yù)處理反應(yīng)I 3小時，然后通過60°C的溫水洗滌后經(jīng)酶解發(fā)酵得到乙醇。CN101696419A將植物或植物廢棄物于160 300°C的溫度下用0.1 3%的酸溶液進(jìn)行浸泡處理，分解得到木質(zhì)素，并分離出纖維素、D-木糖和L-阿拉伯糖；再應(yīng)用所構(gòu)建的釀酒酵母工程菌于28 30°C進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。這種酸處理方法雖然可以水解半纖維素，但產(chǎn)生的副產(chǎn)物多，總糖的損失大，而且部分副產(chǎn)物對發(fā)酵產(chǎn)生抑制作用，造成后續(xù)的總糖利用率較低。目前文獻(xiàn)報道的最有工業(yè)應(yīng)用前景的是物理化學(xué)法-蒸汽爆破法。蒸汽爆破法主要是在中性或堿性條件下，利用高溫高壓水蒸氣處理的纖維原料，并通過瞬間泄壓過程實現(xiàn)原料的組分分離和結(jié)構(gòu)變化。文獻(xiàn)CN101693905A公開了將成熟的玉米秸桿切段，然后在溫度為220 240°C、壓力為1.6 1.8MPa的條件下蒸汽爆破預(yù)處理4 6分鐘，得汽爆秸桿。文獻(xiàn)CN1786340A公開了以秸桿為原料，經(jīng)粗切后進(jìn)行蒸汽爆破，按秸桿原料的絕干重量的0.5 2 %加入燒堿，在145 180°C汽相蒸煮溫度、0.9 2.0MPa壓力下處理12 18分鐘，瞬間減壓釋放得到汽爆秸桿。中性或堿性條件下蒸汽爆破雖然具有處理時間短、化學(xué)藥品用量少、無污染的優(yōu)點，但是一方面由于半纖維素、纖維素和木質(zhì)素三者纏繞結(jié)構(gòu)未被充分打開，纖維素對纖維素酶的可及性低，造成后續(xù)纖維素水解效率較低；另一方面，由于中性條件下，半纖維素?zé)o法被有效降解成戊糖，戊糖未能充分利用；這都使得總糖得率較低。此外，由于是把原料裝在汽爆罐中，只能一罐一罐地間歇處理，不能連續(xù)化操作，生產(chǎn)效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)存在總糖得率低的問題，提供一種新的由木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)乙醇的方法。該方法具有總糖得率高的特點。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種由木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)乙醇的方法，包括以下步驟I)將木質(zhì)纖維原料粉碎，在20 80°C條件下用稀酸有效連續(xù)浸潰，停留時間I 15分鐘，然后脫水；2)脫水后的物料在溫度80 200°C、壓力O. 4 IOMPa條件下處理I 35分鐘；3)步驟2)處理后的物料經(jīng)瞬間減壓爆破，得到的含戊糖的多孔蓬松濕物料；4)含戊糖的多孔蓬松濕物料在10 100°C經(jīng)水洗得到戊糖溶液，以及含纖維素和木質(zhì)素的物料； 5)步驟4)得到的含纖維素和木質(zhì)素的物料中加入水，配成所需的干物濃度，在30 70°C、pH = I 7的條件下經(jīng)纖維素酶水解8 120小時，得到含己糖的酶解液；6)步驟5)得到的含己糖的酶解液在20 45°C、pH = 3 8的厭氧條件下進(jìn)行發(fā)酵菌發(fā)酵12 144小時，得到含乙醇的發(fā)酵醪液A ;7)步驟4)得到的戊糖溶液在20 45°C、pH = 3 8、通氣比為O.1 I的好氧條件下進(jìn)行發(fā)酵菌發(fā)酵12 144小時，得到含乙醇的發(fā)酵醪液B ;8)發(fā)酵醪液A和發(fā)酵醪液B混合后經(jīng)提濃得到純度為95 %的乙醇。上述技術(shù)方案中，步驟I)稀酸浸潰溫度優(yōu)選范圍為30°C 70°C，浸潰停留時間優(yōu)選范圍為3 11分鐘。步驟2)處理溫度優(yōu)選范圍為120 190°C，處理壓力優(yōu)選范圍為O. 5 2MPa，處理時間優(yōu)選范圍為8 30分鐘。步驟4)水洗溫度優(yōu)選范圍為20 80°C。步驟5)酶解溫度優(yōu)選范圍為40 60°C，pH值優(yōu)選范圍為3 6，酶解時間優(yōu)選范圍為12 96小時。步驟6)己糖發(fā)酵溫度優(yōu)選范圍為25 40°C，pH值優(yōu)選范圍為4 7，發(fā)酵時間優(yōu)選范圍為24 120小時。步驟7)戊糖發(fā)酵溫度優(yōu)選范圍為25 40°C，pH值優(yōu)選范圍為4 7，通氣比優(yōu)選范圍為O. 3 O. 5，發(fā)酵時間優(yōu)選范圍為24 120小時。步驟I)中所述稀酸選自硫酸、草酸或磷酸中的至少一種，其重量百分比濃度為0.3 3%。步驟I)木質(zhì)纖維原料經(jīng)稀酸浸潰后，干物含量為10 80%，優(yōu)選范圍為20 75%。步驟3)中所述含戊糖的多孔蓬松濕物料中干物含量為20 45%，其中戊糖含量占干物總量的8 20%。步驟4)中所述水洗的液固比為(1:1) (20 :1)。步驟5)中所述所需的干物濃度為10 35 %。生產(chǎn)纖維素酶的菌種選自里氏木霉或黑曲霉中的至少一種，優(yōu)選方案為選自里氏木霉；纖維素酶的用量為O. 02 O. 20克/克纖維素。所述己糖發(fā)酵菌選自運動發(fā)酵單孢菌或釀酒酵母中的至少一種，優(yōu)選方案為選自釀酒酵母，其用量為O.1 10克/升。所述戊糖發(fā)酵菌選自樹干畢赤酵母或假絲酵母中的至少一種，優(yōu)選方案為選自樹干畢赤酵母，其用量為O. 2 20克/升。步驟7)中所述戊糖溶液發(fā)酵前先提濃至含戊糖40 120克/升。木質(zhì)纖維原料優(yōu)選方案為選自玉米秸桿、稻秸桿、麥秸桿、植物草或豆秸。本發(fā)明方法中，步驟I)中脫除的含酸溶液可以循環(huán)使用。步驟5)纖維素酶解、步驟6)含己糖的酶解液發(fā)酵和步驟7)戊糖溶液發(fā)酵時，可以加入抗生素，抗生素選自青霉素或氨芐青霉素中的至少一種，其用量為IX 10_4 IOX 10_4克/升。步驟6)含己糖的酶解液發(fā)酵和步驟7)戊糖溶液發(fā)酵時，還可以加入可發(fā)酵的氮源，可發(fā)酵的氮源選自氯化銨、硝酸銨、硫酸銨、磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、尿素、玉米漿或大豆餅粉中的至少一種，其用量為O. 02 I克/升。發(fā)酵醪液A和B混合后經(jīng)精餾提濃，塔頂?shù)玫郊兌葹?5%的乙醇，塔底分離得到木質(zhì)素。木質(zhì)素可綜合利用，用于制備水泥減水劑、無醛人造板、木塑復(fù)合材料及調(diào)制浙青、裂解制芳烴或燃料燃燒調(diào)制浙青、燃燒的燃料或裂解制芳烴，使得固體廢棄物幾乎為零。其中制備無醛人造板方法是木質(zhì)素作為膠黏劑可以合成不含甲醛的環(huán)保型復(fù)合材料。本發(fā)明方法中，步驟6)中發(fā)酵前，所述己糖含量為40 120克/升。發(fā)酵后得到的乙醇溶液中乙醇濃度為20 100克/升。己糖發(fā)酵得到的發(fā)酵醪液A中乙醇濃度為20 60克/升。戊糖發(fā)酵得到的發(fā)酵醪液B中乙醇濃度為20 60克/升。本發(fā)明方法中，步驟I)、步驟2)和步驟3)，這三個對木質(zhì)纖維原料進(jìn)行預(yù)處理的步驟可以在三段式螺桿擠壓機(jī)內(nèi)進(jìn)行。即使用三段式螺桿擠壓機(jī)對木質(zhì)纖維原料進(jìn)行預(yù)處理，其中，a)在三段式螺桿擠壓機(jī)的第一段內(nèi)，木質(zhì)纖維原料被粉碎，并在20 80°C條件下經(jīng)稀酸有效連續(xù)浸潰，停留時間I 15分鐘，擠壓、脫水和初步膨化；b)在三段式螺桿擠壓機(jī)的第二段內(nèi)，脫水后的物料 在溫度80 200°C、壓力O. 4 IOMPa條件下蒸煮I 20分鐘；c)在三段式螺桿擠壓機(jī)的第三段內(nèi)，蒸煮后的物料瞬間減壓爆破得到含戊糖的多孔蓬松濕物料。經(jīng)此預(yù)處理后得到的多孔蓬松濕物料再經(jīng)酶解、發(fā)酵、提濃，得到純度為95%的乙醇?，F(xiàn)有技術(shù)中的酸處理僅是在高溫下對原料進(jìn)行處理，以直接降解半纖維素得到戊糖為目的，并不能使剩余的半纖維素、纖維素和木質(zhì)素之間的緊密結(jié)合松散，無法提高后續(xù)酶解過程中纖維素酶對纖維素的可及度，從而使得總糖得率較低。而本發(fā)明方法，首先采用稀酸在低溫下對木質(zhì)纖維原料進(jìn)行浸潰。這一過程中，雖然木質(zhì)纖維原料被酸浸潰，但因溫度較低，半纖維素尚未降解，半纖維素、纖維素、木質(zhì)素三者仍以固體形態(tài)存在，只是讓酸滲透到秸桿結(jié)構(gòu)中，然后通過擠壓、脫水分離酸溶液循環(huán)使用。經(jīng)低溫浸潰后的原料，再通過高溫高壓蒸煮，并維持適當(dāng)停留時間，讓剩余的酸徹底滲透到木質(zhì)纖維原料結(jié)構(gòu)中，使得半纖維素、纖維素和木質(zhì)素三者纏繞結(jié)構(gòu)中的大多數(shù)半纖維素在酸性條件下率先從纏繞結(jié)構(gòu)中脫出，生成戊糖，最重要的是使得剩余的半纖維素、纖維素和木質(zhì)素之間的緊密結(jié)合得到初步的打破。經(jīng)稀酸低溫浸潰、高溫蒸煮后的物料，再經(jīng)瞬間減壓爆破。以瞬間泄壓方式處理木質(zhì)纖維原料，可以形成無數(shù)多孔蓬松體，使木質(zhì)纖維原料的形態(tài)被破碎細(xì)化，內(nèi)在的晶體結(jié)構(gòu)得到破壞，使得半纖維素、纖維素和木質(zhì)素三者的纏繞結(jié)構(gòu)被充分打開，降低了纖維素的聚合度、結(jié)晶度，破壞了木質(zhì)素、半纖維素的結(jié)合層，分出木質(zhì)素，增加了有效比表面積，增加了纖維素的可及度，使纖維素酶滲透進(jìn)入纖維素有效地酶解纖維素，從而進(jìn)一步提高了總糖利用率。與現(xiàn)有技術(shù)中的酸處理相比，最終的總糖得率可以提高15%以上，取得了較好的技術(shù)效果。
此外，本發(fā)明方法可以在三段式螺桿擠壓設(shè)備內(nèi)實現(xiàn)粉碎、稀酸浸潰、擠壓、初步膨化、高溫高壓蒸煮、瞬間泄壓，由于物料瞬間被噴出，停留時間短，所以可實現(xiàn)連續(xù)化操作。戊糖糖液先經(jīng)提濃后再發(fā)酵，特別優(yōu)選用膜提濃，提高了戊糖發(fā)酵后的乙醇濃度，減輕了后序乙醇提濃工序的能耗負(fù)擔(dān)。下面通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
具體實施例方式實施例1在三段式螺桿擠壓機(jī)的第一段內(nèi)，500克玉米秸桿被粉碎，然后在60V經(jīng)1. 5%的稀硫酸連續(xù)浸潰，停留時間7分鐘，擠壓、脫水和初步膨化。在三段式螺桿擠壓機(jī)的第二段內(nèi)，脫水后的玉米秸桿在160°C、0. 7MPa·條件下維持20分鐘。在三段式螺桿擠壓機(jī)的第三段內(nèi)，蒸煮后的物料經(jīng)螺桿擠壓蒸爆，瞬間減壓膨化得到多孔蓬松濕物料。得到的多孔蓬松濕物料在60°C的條件下，液固比為5 I經(jīng)水洗得到戊糖溶液和含纖維素與木質(zhì)素的物料，戊糖溶液提濃得到戊糖濃度為40. 69克/升；濃縮戊糖溶液轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐中，加入尿素濃度為O. 3克/升，青霉素濃度為3 X IO-4克/升；發(fā)酵菌選自樹干畢赤酵母，其用量為12克/升；發(fā)酵過程中溫度為55°C，pH = 6. O ;最終期戊糖發(fā)酵后得到的發(fā)酵醪B中乙醇濃度為15. 59克/升。分離戊糖之后含纖維素與木質(zhì)素的物料，在加水后將干物濃度配比為18%，加入青霉素的濃度為3X 10_4克/升，溫度控制在55°C，pH = 4. 5條件下按O. 10克/克纖維素的用量加入纖維素酶，酶解得到含己糖的酶解液。將得到酶解液轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐中，加入抗生素與發(fā)酵氮源；接種前各成分含量分別為己糖濃度為86. 43克/升；尿素濃度為O. 3克/升，青霉素濃度為3X 10_4克/升；發(fā)酵菌選自釀酒酵母，其用量為12克/升；發(fā)酵過程中溫度為55°C，pH = 6. O ;最終期己糖發(fā)酵后得到的發(fā)酵醪A中乙醇濃度為39. 31克/升。最后發(fā)酵得到的乙醇溶液A和B精餾提濃后得到純度為95 %的乙醇。結(jié)果為總糖得率77. 01%，糖醇轉(zhuǎn)化率43. 19%。實施例2在三段式螺桿擠壓機(jī)的第一段內(nèi)，500克麥秸桿被粉碎，然后在60V經(jīng)1. 5%的稀硫酸連續(xù)浸潰，停留時間9分鐘后，擠壓、脫水和初步膨化。在三段式螺桿擠壓機(jī)的第二段內(nèi)，脫水后的麥秸桿在170°C、0. 8MPa條件下維持18分鐘。在三段式螺桿擠壓機(jī)的第三段內(nèi)，蒸煮后的物料經(jīng)螺桿擠壓蒸爆，瞬間減壓膨化得到多孔蓬松濕物料。得到的多孔蓬松濕物料在60°C的條件下，液固比為5 I經(jīng)水洗得到戊糖溶液和含纖維素與木質(zhì)素的物料；戊糖溶液提濃得到戊糖濃度為37. 57克/升；濃縮戊糖溶液轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐中，加入尿素濃度為
O.3克/升，青霉素濃度為3 X IO-4克/升；發(fā)酵菌選自樹干畢赤酵母，其用量為12克/升；發(fā)酵過程中溫度為55°C，pH = 6. O ;最終期戊糖發(fā)酵后得到的發(fā)酵醪B中乙醇濃度為14. 21克/升。分離戊糖之后含纖維素與木質(zhì)素的物料，在加水后將干物濃度配比為15%，加入青霉素的濃度為3X 10_4克/升，溫度控制在55°C，pH = 4. 5條件下按O. 12克/克纖維素的用量加入纖維素酶，酶解得到含己糖的酶解液。將得到酶解液轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐中，加入抗生素與發(fā)酵氮源；接種前各成分含量分別為己糖濃度為84. 25克/升；尿素濃度為O. 3克/升，青霉素濃度為3X 10_4克/升；發(fā)酵菌選自釀酒酵母，其用量為12克/升；發(fā)酵過程中溫度為55°C，pH = 6. O ;最終期己糖發(fā)酵后得到的發(fā)酵醪A中乙醇濃度為37. 9克/升。最后發(fā)酵得到的乙醇溶液A和B精餾提濃后得到純度為95 %的乙醇。結(jié)果為總糖得率76. 68%，糖醇轉(zhuǎn)化率42. 77%。實施例3在三段式螺桿擠壓機(jī)的第一段內(nèi)，500克稻秸桿被粉碎，然后在60V經(jīng)1. 5%的稀硫酸連續(xù)浸潰，停留時間8分鐘后，擠壓、脫水和初步膨化。在三段式螺桿擠壓機(jī)的第二段內(nèi)脫水后的稻秸桿在170°C、0. 8MPa條件下維持25分鐘。在三段式螺桿擠壓機(jī)的第三段內(nèi)，蒸煮后的物料經(jīng)螺桿擠壓蒸爆，瞬間減壓膨化得到多孔蓬松濕物料。得到的多孔蓬松濕物料在60°C的條件下，液固比為5 I經(jīng)水洗得到戊糖溶液和含纖維素與木質(zhì)素的物料；戊糖溶液提濃得到戊糖濃度為34. 91克/升；濃縮戊糖溶液轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐中，加入尿素濃度為
O.3克/升，青霉素濃度為3 X IO-4克/升；發(fā)酵菌選自樹干畢赤酵母，其用量為12克/升；發(fā)酵過程中溫度為55°C，pH = 6. O ;最終期戊糖發(fā)酵后得到的發(fā)酵醪B中乙醇濃度為12. 67克/升。分離戊糖之后含纖維素與木質(zhì)素的物料，在加水后將干物濃度配比為19%，加入青霉素的濃度為3X 10_4克/升，溫度控制在55°C，pH = 4. 5條件下按O. 12克/克纖維素的用量加入纖維素酶，酶解得到含己糖的酶解液。將得到酶解液轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐中，加入抗生素與發(fā)酵氮源；接種前各成分含量分別為己糖濃度為79. 27克/升；尿素濃度為O. 3克/升，青霉素濃度為3X 10_4克/升；發(fā)酵菌選自釀酒酵母，其用量為12克/升；發(fā)酵過程中溫度為55°C，pH = 6. O ;最終期己糖發(fā)酵后得到的發(fā)酵醪A中乙醇濃度為35. 24克/升。最后發(fā)酵得到的乙醇溶液A和B精餾提濃后得到純度為95 %的乙醇。結(jié)果為總糖得率75. 55%，糖醇轉(zhuǎn)化率41. 97%。

實施例4在三段式螺桿擠壓機(jī)的第一段內(nèi)，500克植物草被粉碎，然后在65°C經(jīng)1. 5%的稀硫酸連續(xù)浸潰，停留時間6分鐘后，擠壓、脫水和初步膨化。在三段式螺桿擠壓機(jī)的第二段內(nèi)，脫水后的蘆葦在180°C、1.1MPa條件下維持20分鐘。在三段式螺桿擠壓機(jī)的第三段內(nèi)，蒸煮后的物料經(jīng)螺桿擠壓蒸爆，瞬間減壓膨化得到多孔蓬松濕物料。得到的多孔蓬松濕物料在60°C的條件下，液固比為5 I經(jīng)水洗得到戊糖溶液和含纖維素與木質(zhì)素的物料，戊糖溶液提濃得到戊糖濃度為14. 71克/升；濃縮戊糖溶液轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐中，加入尿素濃度為O. 3克/升，青霉素濃度為3 X IO-4克/升；發(fā)酵菌選自樹干畢赤酵母，其用量為12克/升；發(fā)酵過程中溫度為55°C，pH = 6. O ;最終期戊糖發(fā)酵后得到的發(fā)酵醪B中乙醇濃度為5. 56克/升。分離戊糖之后含纖維素與木質(zhì)素的物料，在加水后將干物濃度配比為17%，加入青霉素的濃度為3X 10_4克/升，溫度控制在55°C，pH = 4. 5條件下按O. 14克/克纖維素的用量加入纖維素酶，酶解得到含己糖的酶解液。將得到酶解液轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐中，加入抗生素與發(fā)酵氮源；接種前各成分含量分別為己糖濃度為94. 89/升；尿素濃度為O. 3克/升，青霉素濃度為3 X10-4克/升；發(fā)酵菌選自釀酒酵母，其用量為12克/升；發(fā)酵過程中溫度為55°C，pH = 6. O ;最終期己糖發(fā)酵后得到的發(fā)酵醪A中乙醇濃度為43. 16克/升。最后發(fā)酵得到的乙醇溶液A和B精餾提濃后得到純度為95%的乙醇。結(jié)果為總糖得率78. 35%，糖醇轉(zhuǎn)化率44. 45%。比較例I500克玉米秸桿在160°C、0. 7MPa條件下直接經(jīng)濃度為1. 3%的稀硫酸進(jìn)行水解20分鐘，分離出的物料加入青霉素的濃度為3X 10_4克/升，溫度控制在55°C，pH = 5. O條件下按O. 12克/克纖維素的用量加入纖維素酶，酶解得到含戊糖與己糖的酶解液。將得到含戊糖與己糖的酶解液轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐中，加入抗生素與發(fā)酵氮源；接種前各成分含量分別為戊糖濃度為31. 23克/升，己糖濃度為15. 02克/升；尿素濃度為O. 3克/升，青霉素濃度為3 X10-4克/升；厭氧條件下經(jīng)10克/升釀酒酵母發(fā)酵后得到乙醇溶液，其濃度為18. 81克/升。最后發(fā)酵得到的乙醇溶液精餾提濃后得到純度為95%的乙醇。結(jié)果為總糖得率36. 91%，糖醇轉(zhuǎn)化率33. 19%。比較例2在500克玉米秸桿中加入濃度為2%的NaOH溶液，在150°C溫度、1. 5MPa壓力下處理20分鐘，瞬間減壓釋放得到汽爆秸桿。分離出的物料加入青霉素的濃度為3 X10-4克/升，溫度控制在55°C，pH = 4. 5條件下按O. 12克/克纖維素的用量加入纖維素酶，酶解得到含戊糖與己糖的酶解液。將得到含戊糖與己糖的酶解液轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐中，加入抗生素與發(fā)酵氮源；接種前各成分含量分別為戊糖濃度為2. 57克/升，己糖濃度為10. 84克/升；尿素濃度為O. 3克/升，青霉素濃度為3 X 10_4克/升；厭氧條件下經(jīng)10克/升釀酒酵母發(fā)酵后得到乙醇溶液，其濃度為5. 19克/升。最后發(fā)酵得到的乙醇溶液精餾提濃后得到純度為95 %的乙醇。結(jié)果為總糖得率14. 67%，糖醇轉(zhuǎn)化率38. 72%。計算公式總糖得率=實際得到的總糖(克)/理論上應(yīng)得到的總糖(克)糖醇轉(zhuǎn)化率=實 際得到的乙醇(克)/實際得到的總糖(克)。
權(quán)利要求
1.一種由木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)乙醇的方法，包括以下步驟1)將木質(zhì)纖維原料粉碎，在20 80°C條件下用稀酸有效連續(xù)浸潰，停留時間I 15分鐘，然后脫水；2)脫水后的物料在溫度80 200°C、壓力O.4 IOMPa條件下處理I 35分鐘；3)步驟2)處理后的物料經(jīng)瞬間減壓爆破，得到的含戊糖的多孔蓬松濕物料；4)含戊糖的多孔蓬松濕物料在10 100°C經(jīng)水洗得到戊糖溶液，以及含纖維素和木質(zhì)素的物料；5)步驟4)得到的含纖維素和木質(zhì)素的物料中加入水，配成所需的干物濃度，在30 70°C、pH = I 7的條件下經(jīng)纖維素酶水解8 120小時，得到含己糖的酶解液；6)步驟5)得到的含己糖的酶解液在20 45°C、pH= 3 8的厭氧條件下進(jìn)行發(fā)酵菌發(fā)酵12 144小時，得到含乙醇的發(fā)酵醪液A ;7)步驟4)得到的戊糖溶液在20 45°C、pH= 3 8、通氣比為O.1 I的好氧條件下進(jìn)行發(fā)酵菌發(fā)酵12 144小時，得到含乙醇的發(fā)酵醪液B ;8)發(fā)酵醪液A和發(fā)酵醪液B混合后經(jīng)提濃得到純度為95%的乙醇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述由木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)乙醇的方法，其特征在于步驟I)稀酸浸潰溫度為30 70°C，連續(xù)浸潰，停留時間3 11分鐘；步驟2)處理溫度為120 190°C，處理壓力為O. 5 2MPa，處理時間為8 30分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述由木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)乙醇的方法，其特征在于步驟4)水洗溫度為20 80°C ;步驟5)酶解溫度為40 60°C，pH = 3 6，酶解時間為12 96小時；步驟6)己糖發(fā)酵溫度為25 40°C，pH = 4 7，發(fā)酵時間為24 120小時；步驟7)戊糖發(fā)酵溫度為25 40°C，pH = 4 7，通氣比為O. 3 O. 5，發(fā)酵時間為24 120小時。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述由木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)乙醇的方法，其特征在于步驟I)中所述稀酸選自硫酸、草酸或磷酸中的至少一種，其重量百分比濃度為O. 3 3%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述由木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)乙醇的方法，其特征在于步驟I)木質(zhì)纖維原料經(jīng)稀酸浸潰后，干物含量為10 80% ;步驟3)中所述含戊糖的多孔蓬松濕物料中干物含量為20 45%，其中戊糖含量占干物總量的8 20% ;步驟4)中所述水洗的液固比為(1:1) (20 :1);步驟5)中所述所需的干物濃度為10 35%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述由木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)乙醇的方法，其特征在于生產(chǎn)纖維素酶的菌種選自里氏木霉或黑曲霉中的至少一種，纖維素酶的用量為O. 02 O. 20克/克纖維素；己糖發(fā)酵菌選自運動發(fā)酵單孢菌或釀酒酵母中的至少一種，其用量為O.1 10克/升；所述戊糖發(fā)酵菌選自樹干畢赤酵母或假絲酵母中的至少一種，其用量為O. 2 20克/升。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述由木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)乙醇的方法，其特征在于步驟7)中所述戊糖溶液發(fā)酵前先提濃至含戊糖40 120克/升。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述由木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)乙醇的方法，其特征在于木質(zhì)纖維原料選自玉米秸桿、稻秸桿、麥秸桿、植物草或豆秸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)乙醇的方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)存在總糖得率低的問題。本發(fā)明通過采用包括以下步驟1)將木質(zhì)纖維原料粉碎，在20～80℃條件下用稀酸有效連續(xù)浸漬，停留時間1～15分鐘，然后脫水；2)脫水后的物料在溫度80～200℃、壓力0.4～10MPa條件下處理1～35分鐘；3)步驟2)處理后的物料經(jīng)瞬間減壓爆破，得到的含戊糖的多孔蓬松濕物料；4)含戊糖的多孔蓬松濕物料經(jīng)水洗得到戊糖溶液，以及含纖維素和木質(zhì)素的物料；5)含纖維素和木質(zhì)素的物料中加入水，配成所需的干物濃度，經(jīng)纖維素酶水解得到含己糖的酶解液；6)含己糖的酶解液發(fā)酵得到含乙醇的發(fā)酵醪液A；7)戊糖溶液發(fā)酵得到含乙醇的發(fā)酵醪液B；8)發(fā)酵醪液A和發(fā)酵醪液B混合后經(jīng)提濃得到純度為95％的乙醇的技術(shù)方案較好地解決了該問題，可用于木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)乙醇的工業(yè)生產(chǎn)中。
文檔編號C12R1/885GK103031339SQ20111030342
公開日2013年4月10日 申請日期2011年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月9日
發(fā)明者陳棟, 繆晡, 丁偉軍, 羅翔明, 杜軍 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中石化上海工程有限公司