專利名稱：以汽爆法處理的木質(zhì)纖維素為原料的同步糖化和乙醇發(fā)酵法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及同步糖化和乙醇發(fā)酵領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種以汽爆法處理的木質(zhì)纖維素為原料的同步糖化和乙醇發(fā)酵法。
背景技術(shù)：
木質(zhì)纖維素是一種廉價(jià)、廣泛存在的可再生資源，利用木質(zhì)纖維素生產(chǎn)燃料乙醇是未來(lái)能源發(fā)展的一個(gè)重要方向，可以緩解能源危機(jī)，同時(shí)保護(hù)環(huán)境。蒸汽爆破法是近幾年發(fā)展起來(lái)的木質(zhì)纖維素預(yù)處理方法之一，但利用汽爆預(yù)處理物料生產(chǎn)燃料乙醇的瓶頸就是在蒸汽汽爆過(guò)程中產(chǎn)生的毒性物質(zhì)如乙酸、糠醛及5-HMF對(duì)酵母生長(zhǎng)及發(fā)酵的抑制作用。因此，在酶解發(fā)酵前須對(duì)蒸汽爆破處理后的物料用水洗、物理、化學(xué)和生物等方法進(jìn)行脫毒。Yanling Yu (2011年)曾報(bào)道利用構(gòu)巢曲霉(FLZlO)對(duì)玉米秸桿蒸汽爆破預(yù)處理未脫毒的酶解液進(jìn)行生物脫毒處理，同時(shí)用釀酒酵母進(jìn)行SSF (simultaneoussaccharification and fermentation,同步糖化和發(fā)酵，簡(jiǎn)稱SSF),乙醇濃度達(dá)到34g/L。但生物脫毒也增加了設(shè)備投資和成本，同時(shí)該SSF體系使用的是1.3L體系發(fā)酵罐進(jìn)行，但實(shí)際有效體積僅為500ml，20%(w/v)底物濃度不高，致使發(fā)酵液的乙醇含量低，工業(yè)生產(chǎn)需要發(fā)酵液中的乙醇基準(zhǔn)濃度為5%以上，才使乙醇的蒸餾具有經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種以汽爆法處理的木質(zhì)纖維素為原料的同步糖化和乙醇發(fā)酵法。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明的一種以汽爆法處理的木質(zhì)纖維素為原料的同步糖化和乙醇發(fā)酵法(SSF)，其是以汽爆法處理的木質(zhì)纖維素為原料，未經(jīng)脫毒處理直接作為底物，添加由纖維素酶和￠-葡萄糖苷酶組成的混合酶，同時(shí)接種保藏號(hào)為CGMCC N0.2660的釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae) Y5,并加入氮源,進(jìn)行乙醇發(fā)酵生產(chǎn)。前述的SSF法，發(fā)酵過(guò)程中按分批補(bǔ)料的方式向發(fā)酵體系中補(bǔ)加底物和混合酶。前述的SSF法，發(fā)酵體系中底物濃度控制在10%-30%(w/v)，乙酸(汽爆預(yù)處理時(shí)產(chǎn)生)濃度為6-20g/L。前述的SSF法，所述混合酶為纖維素酶和P -葡萄糖苷酶按等比例混合，即發(fā)酵體系中混合酶的濃度為:纖維素酶15FPU/g底物，P -葡萄糖苷酶15CBU/g底物。前述的SSF法，所接種的釀酒酵母Y5為培養(yǎng)至對(duì)數(shù)期的菌種，接種量為5%_10%(v/V),優(yōu)選 10% (v/v)o前述的SSF法，使用的氮源為酵母膏和蛋白胨，其在發(fā)酵體系中的濃度分別為10g/L和20g/L ;或氮源使用玉米漿，其在發(fā)酵體系中的濃度為20-40ml/L。

前述的SSF 法，發(fā)酵條件為 30-37°C (優(yōu)選 35°c)，200-300rpm，
發(fā)酵時(shí)間48_96h。前述的SSF法，控制發(fā)酵體系的pH值4.6-5.0 (優(yōu)選pH值4.8)。前述的SSF法，木質(zhì)纖維素的原料為玉米秸桿等。前述的SSF法，利用汽爆法處理玉米秸桿的條件為:將玉米秸桿粉碎為Icm以內(nèi)的小段，蒸汽爆破溫度200-210°C (優(yōu)選205°C)，壓力2MPa，保留時(shí)間5_6min (優(yōu)選5min)。汽爆玉米稻桿含水率50%,未經(jīng)脫毒直接用作反應(yīng)底物。經(jīng)測(cè)定，汽爆玉米秸桿的主要成分及百分比如表I所示:表I汽爆前后玉米稻桿主要成分含量(％，DM)
權(quán)利要求
1.以汽爆法處理的木質(zhì)纖維素為原料的同步糖化和乙醇發(fā)酵法，其特征在于，以汽爆法處理的木質(zhì)纖維素為原料，未經(jīng)脫毒處理直接作為底物，添加由纖維素酶和3 -葡萄糖苷酶組成的混合酶，同時(shí)接種保藏號(hào)為CGMCC N0.2660的釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae) Y5,并加入氮源,進(jìn)行乙醇發(fā)酵生產(chǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，發(fā)酵過(guò)程中按分批補(bǔ)料的方式向發(fā)酵體系中補(bǔ)加底物和混合酶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，發(fā)酵體系中底物濃度為30%(w/v)，乙酸濃度為6-20g/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，發(fā)酵體系中混合酶的濃度為:纖維素酶15FPU/g底物，P -葡萄糖苷酶15CBU/g底物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所接種的釀酒酵母Y5為培養(yǎng)至對(duì)數(shù)期的菌種，接種量為5%-10% (v/v)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用的氮源為酵母膏和蛋白胨，其在發(fā)酵體系中的濃度分別為10g/L和20g/L ;或氮源使用玉米漿,其在發(fā)酵體系中的濃度為20-40ml/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，發(fā)酵條件為30-37°C，200-300rpm,發(fā)酵時(shí)間 48-96h。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，控制發(fā)酵體系的pH值4.6-5.0。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，木質(zhì)纖維素的原料為玉米秸桿。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，利用汽爆法處理玉米秸桿的條件為:將玉米秸桿粉碎為Icm以內(nèi)的小段，蒸汽爆破溫度200-210°C，壓力2MPa，保留時(shí)間5_6min。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種以汽爆法預(yù)處理的木質(zhì)纖維素為原料的同步糖化和乙醇發(fā)酵法，其是以汽爆法處理的木質(zhì)纖維素為原料，未經(jīng)脫毒處理直接作為底物，添加由纖維素酶和β-葡萄糖苷酶組成的混合酶，同時(shí)接種保藏號(hào)為CGMCC No.2660的釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)Y5，并加入氮源，進(jìn)行乙醇發(fā)酵生產(chǎn)。本發(fā)明省去了蒸汽爆破預(yù)處理木質(zhì)纖維素原料(如玉米秸稈)水洗脫毒步驟并得到了高濃度的發(fā)酵終產(chǎn)物乙醇。例如，蒸汽爆破玉米秸稈的濃度30%，同步糖化和發(fā)酵的時(shí)間96h，100ml反應(yīng)器、3000ml反應(yīng)器和5L發(fā)酵罐的乙醇濃度分別達(dá)到50g/L、47.8g/L和47.5g/L。大大簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，降低設(shè)備投資，減少水消耗，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C12R1/865GK103103220SQ201310019819
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者田沈, 楊秀山 申請(qǐng)人:首都師范大學(xué)