專利名稱：一種酸水解植物纖維制備生物燃料過程中抑制劑的降解方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種酸水解植物纖維制備生物燃料過程中抑制劑的降解方法。
背景技術(shù)：
由于陸地石油資源的逐漸枯竭和海洋石油的開采困難，人們致力于開發(fā)新能源。天然生物質(zhì)廢棄物資源豐富，具有價廉、可降解和減少生態(tài)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，因此利用天然的纖維素材料制備生物能源受到國家和社會的高度重視。天然的生物質(zhì)廢棄物主要包括農(nóng)林生產(chǎn)的廢棄物和剩余物，例如水稻、小麥等的秸桿、麩皮、甘蔗洛、木材邊角料、芒草等，是地球上最豐富的可再生資源。我國的天然生物質(zhì)資源十分豐富，可以大力發(fā)展生物能源。生物質(zhì)廢棄物的主要成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三種成分，纖維素經(jīng)過酸處理和酶解生成葡萄糖等可發(fā)酵糖。 秸桿等天然生物質(zhì)材料的稀酸處理水解工藝被認(rèn)為是目前最容易實現(xiàn)商業(yè)化的生產(chǎn)工藝，國內(nèi)外在該領(lǐng)域進(jìn)行了大量和深入的研究。但到目前為止，國內(nèi)外在用稀酸水解木質(zhì)纖維素生產(chǎn)燃料方面還存在著一些問題未能解決，其中一個重要問題是稀酸水解木質(zhì)纖維素時會產(chǎn)生糠醛及其衍生物，這些物質(zhì)會抑制能源微生物發(fā)酵產(chǎn)生生物燃料。木質(zhì)纖維素由纖維素、半纖維素與木質(zhì)素構(gòu)成，天然植物秸桿中半纖維素占14-30%的比例，半纖維素經(jīng)過酸水解工藝生成木糖為主的五碳糖。酸水解過程中水解溫度在100°C以上的高溫高壓狀態(tài)進(jìn)行，水解過程中部分五碳糖在酸催化下轉(zhuǎn)化成糠醛和糠醛的衍生物，酸水解液成分復(fù)雜，包括糠醛、羥甲級糠醛、葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖等10余種成分，其中糠醛含量較低，約占水解液的3-9%，因此對于糠醛等抑制劑的回收成本較高、回收利用的價值較低。目前降解糠醛及其衍生物的方法很多，主要有TiO2催化超聲降解糠醛、微電解-UASB組合工藝、微波氧化降解糠醛。這些工藝都存在成本高的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的酸水解植物纖維制備生物燃料過程中抑制劑的降解方法，可以加速生物質(zhì)燃料工業(yè)化進(jìn)程，同時避免了酸處理法制備生物燃料含糠醛等廢水的處理費(fèi)用。技術(shù)方案本發(fā)明所述酸水解植物纖維制備生物燃料過程中抑制劑的降解方法，包括如下步驟
(1)將植物纖維用稀酸進(jìn)行預(yù)處理，處理后溶液中含有糠醛及其衍生物的溶液，用堿調(diào)節(jié)PH值；
(2)將斜面培養(yǎng)的漆酶產(chǎn)生菌、纖維素酶產(chǎn)生菌同時接入液體發(fā)酵培養(yǎng)基中，進(jìn)行混合發(fā)酵，發(fā)酵時加入甘蔗渣滓或秸桿作為誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)產(chǎn)生纖維素酶和漆酶，離心收集發(fā)酵液，采用鹽析和透析法獲得漆酶-纖維素酶混合酶；(3)將步驟(2)制得的漆酶-纖維素酶混合酶加入到步驟(I)的溶液中進(jìn)行酶解，混合酶中的纖維素酶將植物纖維降解成可發(fā)酵的糖，混合酶中的漆酶將糠醛及其衍生物降解成無毒的物質(zhì)。在步驟(3 )之后，將酵母等能源微生物接種至步驟(3 )獲得的糖液中，進(jìn)行發(fā)酵制備生物乙醇和生物油脂等生物燃料。步驟(I)中，所述稀酸的濃度為O. 1_3%。優(yōu)選的，步驟(I)中，PH值為4. 0-4. 5，此時，漆酶-纖維素酶混合酶的酶解效果最佳。本發(fā)明方法中，是采用對峙實驗確定混合發(fā)酵菌株的。采用對峙實驗，確定漆酶產(chǎn)生菌(平菇、秀珍菇、蟹香菇、木耳、雙孢菇、杏鮑菇)與纖維素酶產(chǎn)生菌(里氏木霉、綠色 木霉、康氏木霉、黑曲霉)混菌培養(yǎng)的生長規(guī)律和聯(lián)合產(chǎn)酶規(guī)律,確定黑曲霉-平菇、康氏木霉-平菇組合可以在同一個生境中培養(yǎng)；所以，步驟(2)中，所述漆酶產(chǎn)生菌-纖維素酶產(chǎn)生菌組合為平菇-黑曲霉組合或平菇-康氏木霉組合。步驟(2)中，所述鹽析為采用硫酸銨鹽析；所述透析為采用透析袋透析。優(yōu)選的，步驟(2)中，誘導(dǎo)劑的重量為混合液重量的2%，因為甘蔗渣滓和秸桿誘導(dǎo)纖維素酶和漆酶的效果都較好，因此誘導(dǎo)劑主要是甘蔗渣滓和秸桿。有益效果1、本發(fā)明方法采用生物降解的方法對酸水解法制備生物燃料中產(chǎn)生的抑制劑進(jìn)行降解，生物降解糠醛不會產(chǎn)生新的污染物，具有經(jīng)濟(jì)、簡捷，環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，不必洗滌除去糠醛，同時避免產(chǎn)生糠醛污水處理的費(fèi)用；2、本發(fā)明方法，利用混合酶處理酸處理過的植物纖維，在纖維素酶降解植物纖維制備糖的同時，漆酶降解糠醛等抑制劑，此方法獲得的植物纖維降解糖中無糠醛等抑制劑，有利于能源微生物高效發(fā)酵制備酒精等生物質(zhì)燃料；3、本發(fā)明方法采用漆酶產(chǎn)生菌與纖維素酶產(chǎn)生菌進(jìn)行混菌發(fā)酵，制備漆酶-纖維素酶混合酶，將植物纖維酶解工藝與糠醛等抑制劑降解工藝合并成一個工藝過程，一邊降解糠醛等抑制劑一邊高效酶解植物纖維生產(chǎn)糖液，減少了工藝步驟；4、本發(fā)明提供的糠醛類抑制劑降解的主要終產(chǎn)物為二氧化碳和水等物質(zhì)，具有效率高、經(jīng)濟(jì)、簡捷，環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)適于大規(guī)模應(yīng)用。
具體實施例方式下面對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實施例。實施例I稀硫酸處理甘蔗渣制備生物乙醇過程中抑制劑的去除
(1)稀硫酸預(yù)處理甘蔗渣在121°c條件下，用O.5%稀硫酸進(jìn)行預(yù)處理100g/L的甘蔗渣3h，處理后物料中含有約5% (w/v)的糠醛及其衍生物，處理后用8%的氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至 4. 5 ;
(2)混合發(fā)酵制備漆酶-纖維素酶混合酶將纖維素酶產(chǎn)生菌與木質(zhì)素酶產(chǎn)生菌進(jìn)行混合發(fā)酵。發(fā)酵培養(yǎng)在5L發(fā)酵罐中進(jìn)行，發(fā)酵培養(yǎng)基2. 5L，121°C滅菌20min，冷卻至室溫時按2%的接種量接入黑曲霉和平菇，加入2%的甘蔗渣作為誘導(dǎo)劑，培養(yǎng)基成分為葡萄糖5g，甘蔗渣滓 10g，(NH4)2SO4 6g，磷酸二氫鉀 2g，NaNO3 2g，CaCl2O. 3g，MgSO4O. 3g，微量元素儲液 10ml，蒸餾水定容至 1L，微量元素儲液0. 3 g CaCl2,0. 3g MgSO4,0. 005g FeSO4·7Η20 ；O.0016g MnSCVH2O ;(λ OOl4g ZnS04*H20 ；0. 002g CoCl2,水 1L。發(fā)酵 4d，收集發(fā)酵液，采用
硫酸銨鹽析和透析袋透析，獲得漆酶-纖維素酶混合酶。(3)混合酶除糠醛-降解甘蔗渣將纖維素-漆酶混合酶加入稀酸處理的甘蔗渣中，進(jìn)行酶解。酶解過程中采用紫外光譜法檢測糠醛的含量，酶解96h之后糠醛和羥甲基糠醛皆被降解，紫外光譜檢測不到?；旌厦该附?6h后獲得甘蔗渣降解產(chǎn)生的可發(fā)酵糖液。(4)發(fā)酵制備生物乙醇將休哈塔假絲酵母sAeAaiae, ATCC34887)進(jìn)行無菌接種。培養(yǎng)溫度28°C發(fā)酵培養(yǎng)，發(fā)酵期間，培養(yǎng)液利用生物傳感分析儀直接測定乙醇含量。補(bǔ)料時，發(fā)酵罐停止攪拌，培養(yǎng)物靜置沉降，開啟蠕動泵從發(fā)酵罐中泵出上清液，將上清液減壓蒸餾獲得乙醇。發(fā)酵72h獲得的甘蔗渣乙醇產(chǎn)率為35%。實施例2稀硫酸處理玉米秸桿制備生物柴油過程抑制劑的去除
(1)稀硫酸預(yù)處理秸桿在121°C條件下，用O.8%稀硫酸進(jìn)行預(yù)處理100g/L的玉米秸桿2h，處理后物料中含有約8% (w/v)的糠醛及其衍生物，處理后用10%的氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至 4. 5 ;
(2)混合發(fā)酵制備漆酶-纖維素酶混合酶將纖維素酶產(chǎn)生菌與木質(zhì)素酶產(chǎn)生菌進(jìn)行混合發(fā)酵。發(fā)酵培養(yǎng)在5L發(fā)酵罐中進(jìn)行，發(fā)酵培養(yǎng)基2. 5L，121°C滅菌20min，冷卻至室溫時按2%的接種量接入康氏木霉和平菇，加入2%的秸桿作為誘導(dǎo)劑，培養(yǎng)基成分為葡萄糖5g，玉米秸桿 10g，(NH4)2SO4 6g，磷酸二氫鉀 2g，NaNO3 2g，CaCl2O. 3g，MgSO4O. 3g，微量元素儲液 10ml，蒸餾水定容至 1L，微量元素儲液0. 3 g CaCl2,0. 3g MgSO4,0. 005g FeSO4·7Η20 ；
O.0016g MnS04.H20 ;0. 0014g ZnS04*H20 ；0. 002g CoCl2,水 1L。發(fā)酵 4d，收集發(fā)酵液，采用硫酸銨鹽析和透析袋透析，獲得漆酶-纖維素酶混合酶。(3)混合酶除糠醛-降解秸桿將纖維素-漆酶混合酶加入稀酸處理的秸桿，進(jìn)行酶解。酶解過程中采用紫外光譜法檢測糠醛的含量，酶解96h之后糠醛和羥甲基糠醛皆被降解，紫外光譜檢測不到?；旌厦该附?6h后獲得秸桿降解產(chǎn)生的可發(fā)酵糖液。(4)發(fā)酵制備生物乙醇將休哈塔假絲酵母sAeAaiae, ATCC34887)進(jìn)行無菌接種。培養(yǎng)溫度28°C發(fā)酵培養(yǎng)，發(fā)酵期間，培養(yǎng)液利用生物傳感分析儀直接測定乙醇含量。補(bǔ)料時，發(fā)酵罐停止攪拌，培養(yǎng)物靜置沉降，開啟蠕動泵從發(fā)酵罐中泵出上清液，將上清液減壓蒸餾獲得乙醇。發(fā)酵72h獲得的秸桿乙醇產(chǎn)率為33. 6%。如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實施例已經(jīng)表示和表述了本發(fā)明，但其不得解釋為對本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提下，可對其在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變化。
權(quán)利要求
1.一種酸水解植物纖維制備生物燃料過程中抑制劑的降解方法，其特征在于包括如下步驟 (1)將植物纖維用稀酸進(jìn)行預(yù)處理，處理后溶液中含有糠醛及其衍生物，用堿調(diào)節(jié)PH值； (2)將斜面培養(yǎng)的漆酶產(chǎn)生菌、纖維素酶產(chǎn)生菌同時接入液體發(fā)酵培養(yǎng)基中，進(jìn)行混合發(fā)酵，發(fā)酵時加入甘蔗渣滓或秸桿作為誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)產(chǎn)生纖維素酶和漆酶，離心收集發(fā)酵液，采用鹽析和透析法獲得漆酶-纖維素酶混合酶； (3)將步驟(2)制得的漆酶-纖維素酶混合酶加入到步驟(I)的溶液中進(jìn)行酶解，混合酶中的纖維素酶將植物纖維降解成可發(fā)酵的糖，混合酶中的漆酶將糠醛及其衍生物降解成無毒的物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的酸水解植物纖維制備生物燃料過程中抑制劑的降解方法，其特征在于步驟(I)中，所述稀酸的濃度為O. 1-3%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的酸水解植物纖維制備生物燃料過程中抑制劑的降解方法，其特征在于步驟(I)中，PH值為4. 0-4.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的酸水解植物纖維制備生物燃料過程中抑制劑的降解方法，其特征在于步驟(2)中，所述漆酶產(chǎn)生菌-纖維素酶產(chǎn)生菌組合為平菇-黑曲霉組合或平菇-康氏木霉組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的酸水解植物纖維制備生物燃料過程中抑制劑的降解方法，其特征在于步驟(2)中，所述漆酶-纖維素酶混合酶是采用硫酸銨鹽析和透析袋透析獲得的。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的酸水解植物纖維制備生物燃料過程中抑制劑的降解方法，其特征在于步驟(2)中，誘導(dǎo)劑的重量為發(fā)酵液重量的2%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種酸水解植物纖維制備生物燃料過程中抑制劑的降解方法，包括如下步驟(1)將植物纖維用稀酸進(jìn)行預(yù)處理，然后用堿調(diào)節(jié)溶液PH值；(2)將斜面培養(yǎng)的漆酶產(chǎn)生菌和纖維素酶產(chǎn)生菌同時接入液體發(fā)酵培養(yǎng)基中，進(jìn)行混合發(fā)酵，發(fā)酵時加入秸稈作為誘導(dǎo)劑，離心收集發(fā)酵液，采用鹽析和透析法獲得漆酶-纖維素酶混合酶；(3)將步驟(2)制得的漆酶-纖維素酶混合酶加入到步驟(1)的溶液中進(jìn)行酶解，混合酶中的纖維素酶將秸稈降解成可發(fā)酵的糖，混合酶中的漆酶將糠醛及其衍生物降解成無毒的物質(zhì)。本發(fā)明方法將植物纖維酶解工藝與糠醛等抑制劑降解工藝合并成一個工藝過程，一邊降解糠醛等抑制劑一邊高效酶解植物纖維生產(chǎn)糖液，減少了工藝步驟，適于大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。
文檔編號C12P7/64GK102911985SQ20121043536
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者李強(qiáng), 季更生, 費(fèi)娟娟, 馮圓圓, 谷緒頂 申請人:江蘇科技大學(xué)