秸稈水解液發酵生產乙醇的方法
2023-05-01 20:51:36
專利名稱：秸稈水解液發酵生產乙醇的方法
技術領域：
本發明涉及一種提高發酵乙醇效率的方法。
背景技術：
隨著乙醇消耗的快速增長，基於穀物基/糖質基的第一代乙醇已經無法滿足市場需求，因此全世界掀起了開發第二代乙醇——纖維素乙醇的熱潮。但是由於纖維素乙醇的成本過高，到現在為止，還遲遲未實現產業化。造成纖維素乙醇成本過高的原因之一是發酵微生物對纖維素水解液的發酵效率不高，最終導致發酵液中乙醇濃度過低，需要在蒸餾工藝段消耗大量的能量。現有纖維素乙醇生產中，纖維素水解液中的六碳糖乙醇發酵工藝，幾乎完全照搬穀物基乙醇發酵工藝。然而纖維素水解液的環境條件和穀物基發酵液的環境條件有很大差別，如木質纖維素預處理時會產生的甲酸、乙酸、糠醛、羥甲基糠醛、無機金屬離 子等副產物；不同的纖維素乙醇生產工藝有時需要適當的提高溫度和降低P H值，如同時糖化發酵工藝(SSF)的溫度一般是37°C 40°C，p H值是5.0左右，而釀酒酵母發酵的最適溫度是32°C,最適宜p H值是5. 5這些條件的差別會嚴重影響釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)等發酵微生物的發酵效能。而酵母的活性是可以受到微量營養元素等某些物質的促進的，這些物質可以幫助酵母抵抗惡劣環境，提高酵母的活性，進而提高發酵效率。
發明內容
本發明是為了解決秸杆糖化發酵工藝影響發酵微生物的發酵效能的技術問題，提供了一種秸杆水解液發酵生產乙醇的方法。秸杆水解液發酵生產乙醇的方法按以下步驟進行一、將秸杆在180°C 210°C蒸汽爆破處理4min 8min，然後加水至固含量為18% 23%，調節p H值為4. 6 5. 5，然後在121°C滅菌20min，加入纖維素酶、生物解毒菌劑FYL，纖維素酶與經過蒸汽爆破的秸杆的質量比為0.1 I，生物解毒菌劑FYL與經過蒸汽爆破的秸杆的質量比為0. I 1，在溫度為50°C、攪拌速度為150rpm的條件下，糖化48小時，得到秸杆水解液；二、向秸杆水解液中加入四水氯化錳、七水硫酸鋅、六水氯化鎳、八水氯化鈷、泛酸、肌醇和維生素B1，然後調節p H值為5. 0 5. 5，得到混合溶液，混合溶液中四水氯化錳的濃度為I 25mg/L,七水硫酸鋅的濃度為2 10mg/L,六水氯化鎳的濃度為10 90 y m/L,八水氯化鈷的濃度為I 30 ii m/L,泛酸的濃度為I 10ml/L,肌醇的濃度為50 150mg/L，維生素B1的濃度為50 150mg/L ；三、向混合溶液中加入釀酒酵母至酵母的濃度為I. 5g/L,然後在溫度為32°C 40°C、攪拌速度為150rpm的條件下發酵48 72小時，即得乙醇。採用本發明方法在40°C、p H值為5. 0 5. 5發酵所得乙醇，是不添加微量元素(四水氯化錳、七水硫酸鋅、六水氯化鎳、八水氯化鈷、泛酸、肌醇和維生素B1)直接發酵所得乙醇產率的2 3倍。
具體實施例方式本發明技術方案不局限於以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式秸杆水解液發酵生產乙醇的方法按以下步驟進行一、將秸杆在180°C 210°C蒸汽爆破處理4min 8min，然後加水至固含量為18% 23%，調節p H值為4. 6 5. 5，然後在121°C滅菌20min，加入纖維素酶、生物解毒菌劑FYL，纖維素酶與經過蒸汽爆破的秸杆的質量比為0.1 I，生物解毒菌劑FYL與經過蒸汽爆破的秸杆的質量比為0. I 1，在溫度為50°C、攪拌速度為150rpm的條件下，糖化48小時，得到秸杆水解液；二、向秸杆水解液中加入四水氯化錳、七水硫酸鋅、六水氯化鎳、八水氯化鈷、泛酸、肌醇和維生素B1，然後調節p H值為5. 0 5. 5，得到混合溶液，混合溶液中四水氯化錳的濃度為I 25mg/L,七水硫酸鋅的濃度為2 10mg/L,六水氯化鎳的濃度為10 90 y m/L,八水氯化鈷的濃度為I 30 ii m/L,泛酸的濃度為I 10ml/L,肌醇的濃度為50 150mg/L，維生素B1的濃度為50 150mg/L ；三、向混合溶液中加入釀酒酵母至酵母的濃度為I. 5g/L,然後在溫度為32°C 40°C、攪拌速度為150rpm的條件下發酵48 72小時，即得乙醇。本實施方式步驟二中所述的纖維素酶為混合纖維素酶(購自於黑龍江省肇東市日成酶製劑有限公司)。本實施方式步驟二中所述的生物解毒菌劑FYL的製備方法如下將濃度為IO8個/ mL的康寧木黴孢子懸浮液、濃度為IO8AAiL的米麴黴孢子懸浮液和濃度為IO8AAiL的角毛殼菌孢子懸浮液按照I : I : I的體積比混合得到混合孢子液；在無菌的條件下，混合孢子液接入培養基中，在30 40°C條件下靜止培養48 72h，即製作得到生物解毒菌劑FYL.其中培養基由麩皮、結晶纖維素和無機鹽溶液(KH2PO4的質量濃度為0. 7%、(NH4)2SO4的質量濃度為3. 3%, K2HPO4的質量濃度為0. 7%和MgSO4的質量濃度為0. I %的水溶液，pH值為5 7)組成，混合比例為4 : 6 : 7. 5。混合孢子液和培養基的體積比為2 3 25。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中調節p H值為5. I 5. 4。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是步驟二中調節p H值為5. 3。其它與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟二中所述混合溶液中四水氯化錳的濃度為13mg/L。其它與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是步驟二中所述混合溶液中七水硫酸鋅的濃度為6mg/L。其它與具體實施方式
一至四之一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同的是步驟二中所述混合溶液中六水氯化鎳的濃度為50 y m/L。其它與具體實施方式
一至五之一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同的是步驟二中所述混合溶液中八水氯化鈷的濃度為15 y m/L。其它與具體實施方式
一至六之一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一至七之一不同的是步驟二中所述混合溶液中泛酸的濃度為5ml/L。其它與具體實施方式
一至七之一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一至八之一不同的是步驟二中所述混合溶液中肌醇的濃度為100mg/L。其它與具體實施方式
一至八之一相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一至九之一不同的是步驟二中所述混合溶液中維生素B1的濃度為100mg/L。其它與具體實施方式
一至九之一相同。採用下述實驗驗證本發明效果
實驗一秸杆水解液發酵生產乙醇的方法按以下步驟進行一、將秸杆在200°C蒸汽爆破處理6min，然後加水至固含量為20%，調節p H值為5，然後在121°C滅菌20min，加入纖維素酶、生物解毒菌劑FYL，纖維素酶與經過蒸汽爆破的秸杆的質量比為0.1 1，生物解毒菌劑FYL與經過蒸汽爆破的秸杆的質量比為0. I 1，在溫度為50°C、攪拌速度為150rpm的條件下，糖化48小時，得到秸杆水解液；二、向秸杆水解液中加入四水氯化錳、七水硫酸鋅、六水氯化鎳、八水氯化鈷、泛酸、肌醇和維生素B1，然後調節p H值為5.0，得到混合溶液，混合溶液中四水氯化錳的濃度為25mg/L，七水硫酸鋅的濃度為10mg/L，六水氯化鎳的濃度為10 y m/L，八水氯化鈷的濃度為30 ii m/L,泛酸的濃度為10ml/L,肌醇的濃度為150mg/L,維生素B1的濃度為150mg/L ；三、向混合溶液中加入酵母至酵母的濃度為I. 5g/L，然後在溫度為40°C、攪拌速度為150rpm的條件下發酵48小時，即得乙醇。發酵結束後，乙醇濃度為50g/L，是不進行步驟二直接向秸杆水解液中加入酵母至酵母的濃度為I. 5g/L，然後在溫度為40°C、攪拌速度為150rpm的條件下發酵48小時所得乙醇產量的2. 94倍。實驗二秸杆水解液發酵生產乙醇的方法按以下步驟進行一、將秸杆在200°C蒸汽爆破處理6min，然後加水至固含量為20%，調節p H值為5，然後在121°C滅菌20min，加入纖維素酶、生物解毒菌劑FYL，纖維素酶與經過蒸汽爆破的秸杆的質量比為0.1 1，生物解毒菌劑FYL與經過蒸汽爆破的秸杆的質量比為0. I 1，在溫度為50°C、攪拌速度為150rpm的條件下，糖化發酵48小時，得到秸杆水解液；二、向秸杆水解液中加入四水氯化錳、七水硫酸鋅、六水氯化鎳、八水氯化鈷、泛酸、肌醇和維生素B1，然後調節p H值為5.0，得到混合溶液，混合溶液中四水氯化錳的濃度為lmg/L，七水硫酸鋅的濃度為2mg/L，六水氯化鎳的濃度為50 y m/L，八水氯化鈷的濃度為15 ii m/L,泛酸的濃度為10ml/L,肌醇的濃度為100mg/L,維生素B1的濃度為150mg/L ；三、向混合溶液中加入酵母至酵母的濃度為I. 5g/L，然後在溫度為40°C、攪拌速度為150rpm的條件下發酵48小時，即得乙醇。發酵結束後，乙醇產量為34. 5g/L，是不進行步驟二直接向秸杆水解液中加入酵母至酵母的濃度為I. 5g/L，然後在溫度為40°C、攪拌速度為150rpm的條件下發酵48小時所得乙醇產率的2. 06倍。實驗三秸杆水解液發酵生產乙醇的方法按以下步驟進行一、將秸杆在200°C蒸汽爆破處理6min，然後加水至固含量為20%，調節p H值為5，然後在121°C滅菌20min，加入纖維素酶、生物解毒菌劑FYL，纖維素酶與經過蒸汽爆破的秸杆的質量比為0.1 1，生物解毒菌劑FYL與經過蒸汽爆破的秸杆的質量比為0. I 1，在溫度為50°C、攪拌速度為150rpm的條件下，糖化發酵48小時，得到秸杆水解液；二、向秸杆水解液中加入四水氯化錳、七水硫酸鋅、六水氯化鎳、八水氯化鈷、泛酸、肌醇和維生素B1，然後調節p H值為5.0，得到混合溶液，混合溶液中四水氯化錳的濃度為13mg/L，七水硫酸鋅的濃度為6mg/L，六水氯化鎳的濃度為10 y m/L，八水氯化鈷的濃度為15 ii m/L,泛酸的濃度為5ml/L,肌醇的濃度為100mg/L,維生素B1的濃度為100mg/L ；三、向混合溶液中加入酵母至酵母的濃度為I. 5g/L，然後在溫度為40°C、攪拌速度為150rpm的條件下發酵48小時，即得乙醇。發酵結束後，乙醇產量為41. 5g/L，是不進行步驟二直接向秸杆水解液中加入酵母 至酵母的濃度為I. 5g/L，然後在溫度為40°C、攪拌速度為150rpm的條件下發酵48小時所得乙醇產率的2. 44倍。實驗四秸杆水解液發酵生產乙醇的方法按以下步驟進行一、將秸杆在200°C蒸汽爆破處理6min，然後加水至固含量為20%，調節p H值為5，然後在121°C滅菌20min，加入纖維素酶、生物解毒菌劑FYL，纖維素酶與經過蒸汽爆破的秸杆的質量比為0.1 1，生物解毒菌劑FYL與經過蒸汽爆破的秸杆的質量比為0. I 1，在溫度為50°C、攪拌速度為150rpm的條件下，糖化發酵48小時，得到秸杆水解液；二、向秸杆水解液中加入四水氯化錳、七水硫酸鋅、六水氯化鎳、八水氯化鈷、泛酸、肌醇和維生素B1，然後調節p H值為5.0，得到混合溶液，混合溶液中四水氯化錳的濃度為13mg/L，七水硫酸鋅的濃度為2mg/L，六水氯化鎳的濃度為90 y m/L，八水氯化鈷的濃度為30 ii m/L,泛酸的濃度為5ml/L,肌醇的濃度為50mg/L,維生素B1的濃度為150mg/L ；三、向混合溶液中加入酵母至酵母的濃度為I. 5g/L，然後在溫度為40°C、攪拌速度為150rpm的條件下發酵48小時，即得乙醇。發酵結束後，乙醇產量為37. 5g/L，是不進行步驟二直接向秸杆水解液中加入酵母至酵母的濃度為I. 5g/L，然後在溫度為40°C、攪拌速度為150rpm的條件下發酵48小時所得乙醇產率的2. 21倍。
權利要求
1.秸杆水解液發酵生產乙醇的方法，其特徵在於秸杆水解液發酵生產乙醇的方法按以 下步驟進行一、將秸杆在180°C 210°C蒸汽爆破處理4min 8min，然後加水至固含量為18% 23 %，調節p H值為4. 6 5. 5，然後在121 °C滅菌20min，加入纖維素酶、生物解毒菌劑FYL， 纖維素酶與經過蒸汽爆破的秸杆的質量比為0.1 1，生物解毒菌劑FYL與經過蒸汽爆破的 秸杆的質量比為0. 1 1，在溫度為50°C、攪拌速度為150rpm的條件下，糖化48小時，得到 秸杆水解液；二、向秸杆水解液中加入四水氯化錳、七水硫酸鋅、六水氯化鎳、八水氯化鈷、泛酸、肌 醇和維生素，然後調節p H值為5. 0 5. 5，得到混合溶液，混合溶液中四水氯化錳的濃 度為1 25mg/L,七水硫酸鋅的濃度為2 10mg/L,六水氯化鎳的濃度為10 90 y m/L,八 水氯化鈷的濃度為1 30 y m/L,泛酸的濃度為1 10ml/L,肌醇的濃度為50 150mg/L, 維生素的濃度為50 150mg/L ；三、向混合溶液中加入釀酒酵母至酵母的濃度為1.5g/L，然後在溫度為32°C 40°C、 攪拌速度為150rpm的條件下發酵48 72小時，即得乙醇。
2.根據權利要求1所述秸杆水解液發酵生產乙醇的方法，其特徵在於步驟二中調節pH 值為5. 1 5. 4。
3.根據權利要求1所述秸杆水解液發酵生產乙醇的方法，其特徵在於步驟二中調節pH 值為5.3。
4.根據權利要求1、2或3所述秸杆水解液發酵生產乙醇的方法，其特徵在於步驟二中 所述混合溶液中四水氯化錳的濃度為13mg/L。
5.根據權利要求1、2或3所述秸杆水解液發酵生產乙醇的方法，其特徵在於步驟二中 所述混合溶液中七水硫酸鋅的濃度為6mg/L。
6.根據權利要求1、2或3所述秸杆水解液發酵生產乙醇的方法，其特徵在於步驟二中 所述混合溶液中六水氯化鎳的濃度為50 u m/L。
7.根據權利要求1、2或3所述秸杆水解液發酵生產乙醇的方法，其特徵在於步驟二中 所述混合溶液中八水氯化鈷的濃度為15 y m/L。
8.根據權利要求1、2或3所述秸杆水解液發酵生產乙醇的方法，其特徵在於步驟二中 所述混合溶液中泛酸的濃度為5ml/L。
9.根據權利要求1、2或3所述秸杆水解液發酵生產乙醇的方法，其特徵在於步驟二中 所述混合溶液中肌醇的濃度為100mg/L。
10.根據權利要求1、2或3所述秸杆水解液發酵生產乙醇的方法，其特徵在於步驟二中 所述混合溶液中維生素的濃度為100mg/L。
全文摘要
秸稈水解液發酵生產乙醇的方法，它涉及一種提高發酵乙醇效率的方法。本發明要解決秸稈糖化發酵工藝影響發酵微生物的發酵效能的技術問題。本方法如下向秸稈水解液中加入四水氯化錳、七水硫酸鋅、六水氯化鎳、八水氯化鈷、泛酸、肌醇和維生素B1，然後調節pH值為5.0～5.5，得到混合溶液，向混合溶液中加入酵母至酵母的濃度為1.5g/L，然後在溫度為32℃～40℃、攪拌速度為150rpm的條件下發酵48～72小時，即得乙醇。採用本發明方法在40℃、pH值為5.0～5.5發酵所得乙醇，是不添加微量元素(四水氯化錳、七水硫酸鋅、六水氯化鎳、八水氯化鈷、泛酸、肌醇和維生素B1)直接發酵所得乙醇產率的2～3倍。
文檔編號C12R1/865GK102660588SQ20121017104
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月29日 優先權日2012年5月29日
發明者於豔玲, 馮玉傑, 李梓木 申請人:哈爾濱工業大學