一種植物纖維原料纖維素酶解發酵製取乙醇的方法

2023-12-02 09:15:51

專利名稱：一種植物纖維原料纖維素酶解發酵製取乙醇的方法
技術領域：
本發明屬生物化工技術領域，具體涉及一種將植物纖維原料經纖維素酶水解和酵
母發酵後製取乙醇的技術。
二背景技術：
乙醇俗稱酒精，是一種重要的化學品，廣泛應用於化工、能源、飲料、食品、輕工、農 業等領域。乙醇的生產方法主要包括化學合成法和微生物發酵法，並以微生物發酵法為主。 微生物發酵法製取乙醇的原料主要包括三類澱粉質原料、糖質原料和植物纖維原料。目 前，大規模商業化生產乙醇主要以澱粉質、糖質為原料，其工藝已經較為成熟，而以植物纖 維原料製取乙醇的技術尚處於研究階段。 隨著工業文明進步的加快和社會經濟的發展，對以石油為代表的化石資源的過度 開採和使用，使人類社會不可避免地面臨資源危機、能源危機和環境汙染等問題，其中的能 源短缺問題尤為突出。人類社會急需尋找清潔、可再生的替代能源，來源於生物質材料(包 括澱粉質、糖質和植物纖維原料)的生物乙醇是良好的汽油替代品。儘管以澱粉質、糖質等 糧食為原料生產乙醇的技術體系已經較為成熟，但從全球範圍看，人類社會的糧食生產形 勢依然嚴峻，糧食基乙醇的生產不可能滿足迅猛發展的汽車工業對燃料乙醇的大量需求。 另一方面，地球上具有豐富的植物纖維資源，假如可以實現以可再生的植物纖維資源大規 模生產乙醇作為汽油替代燃料，不僅可以達到節糧代糧的目的，而且可以實現資源的永續 利用，符合循環經濟的發展要求。 植物纖維原料生物法製取乙醇的關鍵技術主要包括原料預處理、纖維素酶製備、 纖維素水解、糖液發酵4個關鍵技術，其中纖維素水解、發酵工藝是影響乙醇生產成本的關 鍵因素之一。從降低乙醇生產成本的角度出發，植物纖維原料製取乙醇對水解、發酵工藝的 要求，除了有較高的纖維素水解得率和較高的乙醇發酵糖利用率和乙醇得率外，還要求在 生產過程中噸乙醇消耗的水、能耗儘可能低。
目前研究較多的纖維素水解、發酵技術主要包括以下三種 1.低底物濃度纖維素水解、清液乙醇發酵。該法是國內外目前研究較多的方 法之一，具體過程為預處理的植物纖維原料在較低的底物濃度下水解，一般在底物濃度
10-15% (固液重量比1 : 10-1 : 6.67)之間，水解結束後固液分離，並用一定量的水將固
液分離後固體酶解渣中的糖分洗出，與前面糖液合併後直接發酵或濃縮到一定糖濃度後發
酵成乙醇。該法的理由是纖維素酶是一種屬於反饋抑制的水解酶類，在纖維素水解過程中
纖維素酶活性受到纖維素水解產物葡萄糖的反饋抑制，因此，高底物濃度導致的水解糖液 中高糖濃度對纖維素酶的活性產生較高的抑制作用，降低了纖維素酶水解得率。所以在較
低底物濃度下水解有利於提高水解得率。但該法存在以下缺點(l)水解結束固液分離後， 仍有一部分糖分存留於酶解渣中，需耗用大量水來洗滌，洗滌得到的糖液與前面固液分離 得到的糖液合併後糖液濃度降低，如果不濃縮直接清液發酵，則得到的發酵醪液中乙醇濃 度也較低，從而使後續的乙醇蒸餾消耗大量的蒸汽；如果將合併後的糖液濃縮後再發酵，因為洗滌額外增加的水分，糖液濃縮過程同樣要消耗大量的蒸汽。(2)纖維素酶水解結束後採 用固液分離、洗滌的工藝，不可能將酶水解渣中的糖分完全洗出，導致一部分糖分的損失。
2.高底物濃度纖維素水解、帶渣乙醇發酵。該法也是國內外目前研究較多的方法 之一，具體過程為預處理的植物纖維原料在較高的底物濃度下水解，一般在20-30% (固 液重量比l : 5-1 : 3.33)之間，水解結束後水解物不固液分離直接用於發酵。該法的理 由是鑑於低底物濃度纖維素水解儘管纖維素水解得率高，但固液分離、渣中糖分洗滌後的 糖液濃度變稀，直接發酵導致所需發酵罐體積增加，濃縮後發酵濃縮則所需能耗大的問題， 採取高底物濃度批式酶水解可獲得較高濃度的糖液；同時酶水解結束後水解物直接發酵， 避免了酶水解渣中糖分洗滌和洗滌導致糖分損失的問題；另外，酶水解後水解物直接發酵， 在酶解過程中沒有失活的部分纖維素酶，在發酵時仍然可以降解纖維素成葡萄糖，只是發 酵溫度(28-35°C )與酶水解溫度(45-50°C )不統一，此時的酶水解效率較低。該法存在以 下缺點(l)由於高底物濃度水解，高底物濃度水解過程中生成的高濃度水解產物葡萄糖 嚴重抑制了纖維素酶的活性，降低了纖維素酶水解的得率。(2)儘管是高底物濃度酶解，但 研究表明，纖維素水解過程中底物濃度仍然存在一定限制， 一般不能超過30% ，底物濃度超 過30%不僅纖維素水解得率大幅度下降，更重要的是工業過程植物纖維原料預處理後較難 直接獲得固形物濃度在30%以上的物料。而就是在底物濃度30%的物料水解， 一般水解糖 液中葡萄糖的濃度也只有在70-120g/L之間，由於水解物中含大量固體殘渣，很難進行水 解物的帶渣濃縮，從而無法實現高糖濃度(180-250g/L)下的乙醇發酵，而對於乙醇生產而 言，對發酵醪液中乙醇濃度的要求是越高越好。含葡萄糖濃度70-120g/L的糖液發酵，乙醇 理論得率(lg葡萄糖經釀酒酵母發酵乙醇理論得率為O. 51g)為35. 7-61. 2g/L，而含葡萄糖 濃度180-250g/L的糖液發酵，乙醇理論得率可達91. 8-127. 5g/L，含高濃度乙醇的發酵醪 液可以大幅度降低後續乙醇蒸餾所耗能量(蒸汽)。因此，本法雖然採用高底物濃度水解獲 得較高濃度的糖液，但水解物中葡萄糖濃度仍然受到限制，發酵後醪液中乙醇濃度仍然較 低，不利於後續的乙醇蒸餾。(3)工業生產上傳統的清液發酵過程無需攪拌，而高底物濃度 纖維素經過酶水解後直接發酵，需要在攪拌條件下進行，耗能高。(4)清液發酵可實現酵母 的循環利用，而帶渣發酵由於酵母和酶水解渣不能有效分離而不能循環利用。
3.纖維素同步糖化發酵。具體過程為纖維素的酶水解和乙醇發酵在同一反應 器中進行。該法的理由是鑑於纖維素的酶水解產物葡萄糖對纖維素酶能產生抑制作用， 採用纖維素的酶水解和乙醇發酵在同一反應器中進行，目的是纖維素經纖維素酶水解的產 物葡萄糖及時被酵母發酵成乙醇，從而解除酶水解產物對纖維素酶的抑制作用。但該法存 在的缺點是纖維素的酶水解和酵母乙醇發酵的溫度不一致。纖維素的酶水解一般要求在
45-5(TC，而酵母乙醇發酵則要求溫度在28-35t:，酶反應和乙醇發酵最適溫度的差異嚴重
影響了纖維素的酶水解過程和乙醇發酵過程，從而限制了該法在工業上的應用。 綜上所述，從生產成本角度出發，目前研究的主要幾種植物纖維原料纖維素酶水
解、發酵工藝均存在著一些問題，有待於進一步優化。

發明內容
本發明的目的是針對植物纖維原料的纖維素酶水解、發酵工藝存在水解得率低、 水耗高、能耗高等的不足，提出一種更為高效、低成本的植物纖維原料酶水解、發酵生產乙醇的工藝方法。 本發明提出將植物纖維原料在較低底物濃度下進行高效水解，水解結束固液分離 後，將清液濃縮到較高糖濃度進行清液發酵，固液分離後的酶解渣不洗滌直接固態發酵的 酶解發酵工藝。該法既避免了低底物濃度酶解、發酵分開進行工藝中酶解渣洗滌耗用大量 水和能耗高的問題；又避免了高底物濃度酶解、水解物直接發酵工藝中酶水解得率低、能耗 高、不能實現高糖發酵和酵母回收循環利用的問題；同時酶解渣的固態發酵也具有同步糖 化發酵的作用，可以進一步提高乙醇得率。 本發明的技術解決方案為經過適當預處理的植物纖維原料在底物濃度10-15% (固液重量比l : 10-1 : 6.67)下用纖維素酶批式水解36-72h，水解結束後水解物固液分 離，固液分離獲得的清液濃縮至糖液中葡萄糖濃度180-250g/L，濃縮糖液由釀酒酵母發酵 成乙醇，固液分離得到的酶解渣不洗滌分離糖分、直接用釀酒酵母固態發酵成乙醇，具體工 藝路線和主要工藝參數如下 a.將預處理的植物纖維原料與纖維素酶混合，加入水，pH緩衝液或酸、鹼，混合至 底物濃度10-15% (固液重量比l : 10-1 : 6. 67)，控制pH值在4. 80，反應體系中每克纖 維素的纖維素酶用量為10-25FPIU，於5(TC條件下酶解反應36h以上；
b.酶水解反應結束後，將水解物固液分離； c.將步驟b中固液分離後的清液，經減壓蒸發至糖液中葡萄糖濃度為180-250g/ L，用釀酒酵母於3(TC條件下發酵18-24h ; d.將步驟b中固液分離後獲得的酶解渣，用釀酒酵母於酵母用量1 3X 107g酶 解渣、28-38 t:條件下固態發酵24h ; 在上述方法中，原料的預處理可以是以提高纖維質原料中纖維素對纖維素酶的可 及度所採用的物理、化學、生物或以上幾種方法聯合應用的方法； 所用的纖維素酶可以是以木黴(Trichoderma)、麴黴(Aspergillus)或其它細菌 產生的能降解纖維素成葡萄糖的纖維素酶的一種或多種酶的複合物。 本發明的有益效果纖維素在低底物濃度下(10-15% )水解，可以獲得較高的水 解得率，水解後糖液和水解渣分離，可以實現清液濃縮後的高糖(180-250g/L)發酵且工業 規模上無需攪拌，高糖發酵獲得的高乙醇濃度的醪液可降低後續乙醇蒸餾的蒸汽消耗，固 液分離後的水解渣直接固態發酵可以避免從水解渣中洗滌糖分過程，降低了水耗和後續糖 液濃縮的能耗，並避免了由洗滌造成的糖分損失，同時酶解渣的固態發酵還具有同步糖化 發酵的作用，可以進一步提高乙醇得率。
四

附圖1為植物纖維原料纖維素酶解發酵製取乙醇的流程簡圖；
附圖2為10%底物濃度下預處理玉米秸稈纖維素酶水解歷程；
附圖3為濃縮水解糖液乙醇發酵歷程；
附圖4為30%底物濃度酶水解後帶渣乙醇發酵歷程。
五具體實施例方式典型實施例如下
1.玉米秸稈的預處理 玉米秸稈粉碎至l-2cm，裝入蒸汽爆破裝置中於1. 6-2. 2MPa、停留時間2-6min條 件下蒸汽爆破預處理，蒸汽爆破物料用l : 7.5-10的水洗滌，擠乾物料，作為後續酶水解的 底物。分析底物的水分、纖維素含量。結果表明，玉米秸稈經蒸汽爆破預處理、洗滌、擠幹後， 物料中水分含量60. 68%，纖維素含量47. 60% (幹基)。 也可採用常用的稀酸預處理等其它現有的物理、化學、生物或多種方法聯用的原 料預處理方法。 2.底物濃度對玉米秸稈纖維素酶水解的影響 a.分別以固液重量比為7. 5 % 、 10. 0 % 、 12. 5 % 、 15. 0 % 、 17. 5 %和20. 0 %的
底物濃度進行酶水解，按20FPIU/g纖維素的酶加量分別加入相應的纖維素酶，調整pH 值在4. 80，在低速攪拌、50 °C的條件下酶解36h以上；所用的纖維素酶可以是以木黴 (Trichoderma)、麴黴(Aspergillus)或其它細菌產生的能降解纖維素成葡萄糖的纖維素 酶的一種或多種酶的複合物。 b.水解結束後，分別將上述水解物用離心機於4000轉/分條件下離心10min，取 上清液適當稀釋後測定其中的葡萄糖濃度和纖維二糖濃度，並計算酶水解得率。底物濃度 對玉米秸稈纖維素酶水解得率的影響作用如表1。 葡萄糖和纖維二糖濃度採用高效液相色譜法(HPLC)測定。色譜條件如下色譜 儀:Agilentl IOO高效液相色譜儀；色譜柱:Bio-Rad Aminex HPX-87H ;流動相0. 005mo1/ L硫酸，流速0. 6ml/min ;柱溫55°C ;檢測器示差折光檢測器；進樣量10 il L。外標法測定。
纖維素酶水解得率計算如下








纖維素酶水解得率(％)=
C1XD1X0.9XV1
WX 0.476
式中
Cl-水解液稀釋後葡萄糖和纖維二糖濃度，g/L ;
Dl-稀釋倍數；
VI-水解體系中液體體積，L ;
W-底物絕乾重，g;
0. 9_葡萄糖、纖維二糖與纖維素的轉換係數；
0. 476-原料中纖維素含量，％。
表1底物濃度對玉米秸稈纖維素酶水解得率的影響
xioo
底物濃度(％)7. 510. 012. 515. 017. 520. 0
酶水解得率(％)81. 6180. 9878. 2276. 5671. 5068. 99 結果表明，底物濃度對蒸汽爆破預處理玉米秸稈的纖維素酶水解影響較大，在每 克纖維素的酶用量相同的條件下，當底物濃度低於15. 0%時可以獲得較高的酶水解得率。
3. 10%底物濃度(固液重量比1 : 10)下預處理玉米秸稈的纖維素酶水解
a.將蒸餾水於12rC滅菌15min，冷卻後加入已空罐滅菌的生化反應器中；
b.取1中所得的玉米秸稈蒸汽爆破洗滌物料，在攪拌的情況下加入上述生化反應 器中，充分攪拌後用少量固體氫氧化鈉中和至PH值為4. 80 ; c.將反應體系升溫至50°C ，按20FPIU/g纖維素的酶加量加入纖維素酶，於低速攪 拌、5(TC條件下水解36h以上。水解過程中前12h每隔4h取樣一次、12h後每隔12h取樣， 樣品於4000轉/分條件下離心10min後取上清液用HPLC測定水解液中葡萄糖和纖維二糖 濃度、並計算酶水解得率。水解歷程如附圖2。 d.水解結束後，將水解物於4000轉/分條件下離心10min，上清液用於後續水解 糖液的濃縮發酵，離心固體渣用於後續酶解渣的固態發酵。 結果表明，蒸汽爆破預處理的玉米秸稈，在底物濃度10%、酶用量20FPIU/g纖維 素、pH值4. 80、5(TC的條件下經纖維素酶水解48h，水解糖液中葡萄糖濃度為35. 28g/L，纖 維二糖濃度為4. 11g/L，纖維素水解得率為74. 48%。
4.水解糖液的濃縮、濃縮糖液的發酵 a.將3中蒸汽爆破預處理玉米秸稈經纖維素酶水解後的離心上清液，在旋轉蒸 發器中於7(TC、160mbar下真空濃縮約5. 5倍，用HPLC分析濃縮糖液中的葡萄糖，濃度為 189.5g/L ; b.在上述濃縮糖液中加入O. 24g/L尿素、0. 08g/L硫酸鎂、0. 08g/L氯化鋅、0. 20g/ L氯化鈣和活性釀酒酵母乾粉使酵母OD值為15，在低速攪拌、3(TC的條件下發酵16h以上， 每隔4h取樣於4000轉/分條件下離心10min，取上清液適當稀釋後用HPLC法測定葡萄糖 和乙醇濃度，並計算糖利用率和乙醇得率。濃縮水解糖液發酵結果如附圖3。
葡萄糖和乙醇濃度採用高效液相色譜法(HPLC)測定，色譜條件如下色譜儀 Agilentl IOO高效液相色譜儀；色譜柱Bio-Rad Aminex HPX-87H ;流動相0. 005mol/L硫 酸，流速0. 6ml/min ;柱溫55°C ;檢測器示差折光檢測器；進樣量10il L。外標法測定。
葡萄糖利用率計算如下 葡萄糖利用率(% )=[(跳5-C2XD2)/跳5] X100
式中 C2-發酵液稀釋後葡萄糖濃度，g/L ;
D2-測定葡萄糖濃度時的稀釋倍數；
189. 5-初始葡萄糖濃度，g/L。
乙醇得率計算如下
乙醇得率(％)=-"出-X100
(189.5-C2XD2) X0.51 式中 C2-發酵液稀釋後葡萄糖濃度，g/L ;
D2-測定葡萄糖濃度時的稀釋倍數；
C3-發酵液稀釋後乙醇濃度，g/L ;
D3-測定乙醇濃度時的稀釋倍數；
189. 5-初始葡萄糖濃度，g/L ;
0. 51-葡萄糖和乙醇的理論糖醇轉化率。 結果表明，葡萄糖濃度為189. 50g/L的濃縮水解糖液經釀酒酵母20h發酵，發酵醪 液中葡萄糖濃度為0. 99g/L、乙醇濃度為91. 31g/L，糖利用率和乙醇得率分別為99. 48%和 94. 98%。 5.酶解渣的固態發酵 5. 1酵母用量對酶解渣固態發酵的影響 a.取步驟3中蒸汽爆破預處理玉米秸稈經纖維素酶水解、水解物離心得到的沉 澱酶解渣，測定水分含量為74. 01% ;取少量渣經水洗、離心分離後取上清液用HPLC測定 其中葡萄糖濃度，並換算成每克渣所含的葡萄糖量。結果表明，每克渣所含葡萄糖的量為 26. 3mg ; b.分別取步驟3中蒸汽爆破預處理玉米秸稈經纖維素酶水解、水解物離心得到的
酶解渣，每克酶解渣加入尿素1. 78X 10—4克、硫酸鎂5. 92X 10—5克、氯化鋅5. 92X 10—5克和
氯化鈣1.48X10—4克，加入活性釀酒酵母懸浮液，控制酵母含量分別為1X106、1.5X106、
2X 106、2. 5X 106、3X 106個/g酶解渣。在30°C 、低速攪拌的條件下發酵24h ; c.發酵24h後，分別將發酵曲取出，加入蒸餾水充分攪拌後於4000轉/分條件下
離心10min，取上清液測定乙醇濃度和葡萄糖濃度，並計算糖利用率和乙醇得率。酵母濃度
對酶解渣固態發酵的影響作用見表2。 表2酵母濃度對酶解渣固態發酵的影響
酵母濃度(個/g酶解渣)1X1061. 5X1062X1062. 5X1063X106
初始葡萄糖(g)1. 971. 971. 971. 971. 97
發酵曲殘糖(g)0. 120. 070. 020. 070. 05
發酵曲乙醇(g)1. 141. 221. 231. 161. 16
糖醇轉化率0. 5790. 6190. 6240. 5890. 589 備註(1)發酵規模酶解渣75g ; (2)糖醇轉化率以初始葡萄糖1. 97g為計算基準， 即糖醇轉化率=發酵曲乙醇質量/1.97。 結果表明，酶解渣經釀酒酵母固態發酵，可將其中的葡萄糖轉化為乙醇。當酵母 濃度為2X 106個/g酶解渣時，酶解渣固態發酵24h，酶解渣中殘糖最低，乙醇量達到最大。 75g酶解渣固體發酵24h，酶解渣中殘糖和乙醇分別為0. 02g和1. 23g，糖醇轉化率達到最大 0.624。糖醇轉化率高於理論轉化率0.51，是由於在固態發酵過程中，酶解渣中殘餘的纖維 素酶在固態發酵過程中，部分水解酶解渣中殘留的纖維素成葡萄糖並被酵母發酵成乙醇， 即起到了同步糖化發酵(SSF)的作用。
5. 2溫度對酶解渣固態發酵的影響 a.取步驟3中蒸汽爆破預處理玉米秸稈經纖維素酶水解、水解物離心得到的沉澱 酶解渣，測定水分含量為74. 01% ;取少量渣經水洗、離心分離後取上清液用HPLC測定其中 葡萄糖濃度，並換算成每克渣所含的葡萄糖量。結果表明，每克渣所含葡萄糖的量為26. 3mg左右； b.分別取步驟3中蒸汽爆破預處理玉米秸稈經纖維素酶水解、水解物離心得到的 酶解渣，每克酶解渣加入尿素1. 78X 10—4克、硫酸鎂5. 92X 10—5克、氯化鋅5. 92X 10—5克和 氯化鈣1. 48 X 10—4克，加入活性釀酒酵母懸浮液，控制酵母含量為2 X 106個/g酶解渣。分 別在28、30、32、34、36、38、40°C ，低速攪拌的條件下發酵24h ; c.發酵24h後，分別將發酵曲取出，加入蒸餾水充分攪拌後於4000轉/分條件下
離心10min，取上清液測定乙醇濃度和葡萄糖濃度，並計算糖利用率和乙醇得率。溫度對酶
解渣固態發酵的影響作用見表3。 表3溫度對酶解渣固態發酵的影響
溫度(°c)28303234363840
初始葡萄糖(g)1. 971. 971. 971. 971. 971. 971. 97
發酵曲殘糖(g)0. 090. 030. 030. 070. 050. 242. 09
發酵曲乙醇(g)1. 191. 201. 241. 281. 281. 280. 40
糖醇轉化率0. 6040. 6090. 6290. 6500. 6500. 6500. 203 備註(1)發酵規模酶解渣75g ; (2)糖醇轉化率以初始葡萄糖1. 97g為計算基準， 即糖醇轉化率=發酵曲乙醇質量/1.97。 結果表明，溫度對酶解渣固態發酵影響較大。當酵母濃度為2X 106個/g酶解渣、 溫度36t:時酶解渣固態發酵24h，酶解渣中殘糖最低，乙醇量達到最大。75g酶解渣固體發 酵24h，酶解渣中殘糖和乙醇分別為0. 05g和1. 28g，糖醇轉化率達到最大0. 650。造成上 述的原因是酶截渣固態發酵中存在同步糖化發酵的作用，而同步糖化發酵中酶最適反應溫 度和酵母乙醇發酵溫度不一致，酶反應最適溫度在5(TC左右，乙醇發酵最適溫度在3(TC左 右。因此酶解渣固態發酵存在一個溫度平衡點，其最佳值可定為36°C。
比較例1 :蒸汽爆破預處理玉米秸稈低底物濃度酶解、洗滌 a.取典型實施例步驟1中的玉米秸稈蒸汽爆破洗滌物料，以固液重量比為10%的 底物濃度、20FPIU/g纖維素的酶用量，調整pH值為4. 80，在低速攪拌、5(TC的條件下酶解 48h ; b.上述酶解結束後，將水解物於4000轉/分條件下離心10min，得上清液1 ;在離 心沉澱(酶解渣)中加入蒸餾水並充分攪拌後，於4000轉/分條件下離心10min，得上清 液2 ;在第二次離心沉澱中加入蒸餾水並充分攪拌後，於4000轉/分條件下離心10min，得 上清液3。用HPLC法分別測定上清液1、上清液2和上清液3中葡萄糖濃度，並計算洗滌過 程葡萄糖回收率。合併上清液，用HPLC測定合併上清液中葡萄糖濃度。實驗結果如表3。
表3洗滌過程對酶水解物中葡萄糖回收率的影響
酶水解物上清液1上清液2上清液3
體積(ml)200157107104
葡萄糖濃度g/U36. 0236. 027. 762. 02
葡萄糖(g)7. 205. 660. 830. 21
葡萄糖回收率％)78. 6190. 1493. 06 結果表明，蒸汽爆破預處理玉米秸稈在底物濃度10% (固液重量比1 : 10)條件 下酶解48h，水解糖液中葡萄糖濃度為36. 02g/L，水解結束後離心固液分離糖液後，用相當 於原底物固液比l : 10的水分二次洗滌，葡萄糖回收率為93.06%，合併三次固液分離的糖 液，糖液中葡萄糖濃度為18.21g/L。因此，採用低底物濃度纖維素酶水解、酶解渣洗滌後糖 液發酵工藝，儘管可得到較高的纖維素水解得率，但洗滌工藝一方面使糖液濃度稀釋近一 半，不僅增加了水耗，而且後續糖液的濃縮又增加了能耗，另一方面，採用本工藝僅能回收 93%左右的葡萄糖。 比較例2 :蒸汽爆破預處理玉米秸稈高底物濃度酶解、帶渣發酵
a.取典型實施例步驟1中的玉米秸稈蒸汽爆破洗滌物料，以固液重量比為30%的 底物濃度、20FPIU/g纖維素的酶用量，調整pH值為4. 80，在低速攪拌、5(TC的條件下酶解 48h ;取水解產物0. 5ml於4000轉/分條件下離心10min，上清液稀釋後測定其中的葡萄糖 和纖維二糖濃度，並計算水解得率； b.將上述酶水解體系冷卻到30°C，按水解體系中液體體積加入0. 24g/L尿素、 0. 08g/L硫酸鎂、0. 08g/L氯化鋅、0. 20g/L氯化f丐和活性釀酒酵母乾粉使酵母OD值為15， 於低速攪拌、3(TC的條件下發酵36h。發酵過程中每隔4h取樣lml，於4000轉/分條件下 離心10min，上清液稀釋後測定其中的乙醇和葡萄糖濃度，並計算糖醇轉化率(糖醇轉化率 以發酵初始葡萄糖濃度為基準)。實驗結果如附圖4。 結果表明蒸汽爆破預處理玉米秸稈在底物濃度30X、纖維素酶用量20FPIU/g纖 維素、pH值4. 80、5(TC水解48h，水解液中葡萄糖濃度為69. 47g/L，纖維二糖濃度為4. 07g/ L，纖維素水解得率為46. 35%。該水解物不固液分離直接用釀酒酵母發酵，發酵32h，發酵 醪液中葡萄糖濃度為1. 03g/L，乙醇濃度為36. 82g/L，糖醇轉化率為0. 53。
權利要求
一種植物纖維原料纖維素酶解發酵製取乙醇的方法，以經過預處理的植物纖維作原料，其特徵是在底物濃度10-15％下用纖維素酶水解36h以上，水解結束後水解物固液分離，固液分離獲得的清液濃縮後由釀酒酵母發酵成乙醇，固液分離得到的酶解渣直接用釀酒酵母固態發酵成乙醇，具體工藝路線和條件如下a.將預處理過的植物纖維原料與纖維素酶混合，加入水，pH緩衝液或酸、鹼，混合至底物濃度10-15％，控制pH值在4.80，反應體系中每克纖維素的纖維素酶用量為10-25FPIU，於50℃的條件下酶解反應36h以上；b.酶水解反應結束後，將水解物固液分離；c.將步驟b中固液分離後的清液，經減壓蒸發至糖液中葡萄糖濃度為180-250g/L，用釀酒酵母於30℃條件下發酵18-24h；d.將步驟b中固液分離後獲得的酶解渣，用釀酒酵母於酵母用量1～3×106/g酶解渣、28-38℃條件下固態發酵24h。
2. 如權利要求1所述的植物纖維原料纖維素酶解發酵製取乙醇的方法，其特徵是所用 的纖維素酶是木黴(Trichoderma)、麴黴(Aspergillus)或其它細菌產生的能降解纖維素 成葡萄糖的纖維素酶的一種或多種酶的複合物。
全文摘要
一種植物纖維原料纖維素酶解發酵製取乙醇的方法，以經過預處理的植物纖維作原料，其特徵是在底物濃度10-15％下用纖維素酶水解36h以上，水解結束後水解物固液分離，固液分離獲得的清液濃縮後由釀酒酵母發酵成乙醇，固液分離後的酶解渣直接用釀酒酵母固態發酵成乙醇。本方法可以明顯降低生產水耗和濃縮能耗，避免了由洗滌造成的糖分損失；酶解渣的固態發酵還具有同步糖化發酵的作用，進一步提高了乙醇的得率。
文檔編號C12R1/885GK101736039SQ20101001712
公開日2010年6月16日 申請日期2010年1月7日 優先權日2010年1月7日
發明者餘世袁, 儲秋露, 勇強, 徐勇, 朱均均, 馬斌 申請人:南京林業大學