一種來源于楓樹半纖維素的乙醇及其製備方法
2023-06-09 15:01:06
專利名稱：一種來源于楓樹半纖維素的乙醇及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種來源于楓樹半纖維素的乙醇及其製備方法，屬於生物質能源與燃料乙醇發酵技術領域。
背景技術：
燃料乙醇，一般是指體積濃度達到99.5%以上的無水乙醇，可在專用的乙醇發動機中使用；又可按一定的比例與汽油混合，在不對原汽油發動機做任何改動的前提下直接使用。一方面可以作為汽油的替代物以減少汽油消耗量，另一方面可以減少汽車尾氣汙染物的排放，改善城市大氣環境。傳統的乙醇發酵以糖或澱粉為原料。但糖和澱粉的主要來源是食物，以糧食為原料生產燃料乙醇已經對世界糧食安全構成了威脅，迫切需要找到其他原料代替糧食。所以以木質纖維素為原料的燃料乙醇生產成為各國競相研究的熱點。在木質纖維素中，半纖維素作為第二豐富的碳水化合物排在纖維素之後，其含量高達35%以上。到目前為止，生物質燃料乙醇的生產主要以纖維素為原材料，首先進行預處理，然後必須纖過酶解，才能釋放出葡萄糖進而進行乙醇發酵。但半纖維素預處理後，即可得可溶性單糖而直接由微生物發酵。由於這些原因，半纖維素生物轉化是不應該被忽視的。利用半纖維素生產乙醇，最終能提高木質材料的整體利用效率。本發明採用有機酸預處理結合發酵過程補允氮源的燃料乙醇生產技術手段，對提高我國燃料乙醇生產水平，促進生物質能源產業的發展，有重要的實際意義。
發明內容
本發明提供了一種來源于楓樹半纖維素的乙醇及其製備方法。該方法可在預處理過程中顯著降低單糖的 損失，縮短發酵時間，提高乙醇產量。本發明技術方案如下:(I)對楓樹材料進行研磨，過0.5毫米篩。並對原始材料進行成分分析，包括纖維素含量、半纖維素含量和灰分；(2)有機酸預處理方法降解楓樹木質纖維材料:以0.5% v/v草酸為液相，固體濃度10% W/V，25°C下預先浸泡12小時後，160°C預處理35分鐘。預處理後，降溫至25°C，真空抽濾，取上清；(3)對預處理後的半纖維素水解液進行成分分析，所需要分析的成分包括木糖含
量，葡萄糖含量，糠醛和羥甲基糠醛。(4)用2mol/LK0H調整半纖維素水解液pH至7.5，添加酵母提取物10g/L和蛋白腖20g/L，接入大腸桿菌K011，37°C進行半纖維乙醇發酵。(5)檢測發酵液中木糖含量，葡萄糖含量和乙醇含量。
具體實施方式
本發明為一種提高生物質燃料乙醇產量的新方法，主要由預處理和發酵兩大步驟組成。下面通過具體實施例對本發明進一步詳細描述。製備方法如下:I材料預處理:(I)楓樹材料進行研磨，過0.5mm篩，進行成分分析:準確稱取樣品0.5g，至於IOml小燒杯，加入72%硫酸3.00ml，攪拌均勻，30°C水浴lh。濃酸水解液轉移至IOOml玻璃瓶中，並稀釋酸的濃度至4%。同時以糖回收標準液為內參，同樣稀酸濃度於玻璃瓶中密封。同時置於高壓滅菌鍋內，121°C下，保溫45min。砂芯漏鬥拙濾。取5.0Oml濾液，加入過量CaCO3調節pH值，過濾取上清。由HPLC測定上清液中單糖含量。根據糖回收率折算後，葡萄糖含量乘以係數0.90得纖維素含量，木糖和阿拉伯糖含量之和乘以係數0.88得半纖維素含量。濾後殘渣，蒸餾水洗滌至中性，105°C烘乾，在550°C下4h灰化，得灰分含量；(2)以研磨的楓樹為材料，以0.5% v/v草酸為液相，固體濃度10% W/V，25°C下預先浸泡12小時，160°C預處理35分鐘。預處理後，降溫至25°C，真空抽濾，得楓樹預處理液；(3)對所得楓樹預處理液加4%的硫酸。同時以糖回收材準液為內參，同樣稀酸濃度，於玻璃瓶中，密封。置於高壓滅菌鍋內，121°C下，保溫45min。取5.0Oml液體，加入過量CaCO3調節pH值，過濾取上清。由HPLC測定上清液中單糖含量。比較原始成分中的木糖含量與預處理液中所測得的木糖含量，可知預處理果效。2預處理液的發酵:首先用2mol/L KOH調整半纖維素水解液pH至7.5，添加酵母提取物10g/L和蛋白腖20g/L，按濃度5g菌株溼重/L接入大腸桿菌K011，37°C進行半纖維乙醇發酵。用HPLC檢測發酵液中木糖含 量，葡萄糖含量和乙醇含量，可知半纖維素水解液發酵效率。本發明在上述操作下，24小時內可得最大乙醇產量，達到理論產值的93.9%，乙醇終濃度為9.0g/L。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上的實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
權利要求
1.一種半纖維素乙醇發酵技術，其特徵在于楓樹有機酸預處理後所得的半纖維水解液，不需脫毒處理，直接調整pH值，添加生長因子刺激物，接入可發酵五碳糖的菌株，370C進行乙醇發酵。
2.按權利要求1所述的半纖維素乙醇發酵技術，其楓樹材料特徵為研磨後，過0.5毫米篩。
3.按權利要求1所述的半纖維素乙醇發酵技術，有機酸為0.5% v/v草酸。
4.按權利要求1所述的半纖維素乙醇發酵技術，半纖維水解液的製備方法及步驟為:以0.5% v/v草酸為液相，固體濃度10% W/V，25°C下預先浸泡12小時，160°C預處理35分鐘。預處理後，降溫至25°C，真空抽濾，得半纖維素水解液。
5.按權利要求1所述的半纖維素乙醇發酵技術，生長因子刺激物的製備方法及步驟為:鹼性蛋白酶在PH2.2，溫度60 V，水解2.0 %的乳清蛋白，酶與底物比7.0 %，獲得200D-1500D短膚混合物。
6.按權利要求1所述的半纖維素乙醇發酵技術，其發酵方法為:首先用2mol/LKOH調整pH至7.5，氮源水解物，添加生長因子刺激物，接入大腸桿菌K011，37°C進行半纖維乙醇發酵。
7.根據權利要求1或6所述的發酵技術，發酵半纖維素水解液的菌株為轉基因大腸桿菌 K011(ATCC5512 4)。
全文摘要
本發明提供一種來源于楓樹半纖維素的乙醇及其製備方法，涉及燃料乙醇與發酵技術領域。本發明包括原料的預處理和乙醇發酵兩個過程。以研磨過0.5毫米篩的楓樹為原料，以0.5％v/v草酸為液相，固體濃度10％W/V，160℃下預處理35分鐘。預處理後，降溫至25℃，過濾，取上清液，用2mol/L KOH調整pH至7.5，添加酵母提取物10g/L和蛋白腖20g/L，接入大腸桿菌K011，37℃進行半纖維乙醇發酵。在該工藝參數下發酵得到的乙醇產量達到理論產值的94％左右。採用本發明的生產技術，能顯著降低半纖維的損失，提高乙醇產量，具有很高的經濟效益和社會效益。
文檔編號C12P7/10GK103146765SQ201310057740
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月25日 優先權日2013年2月25日
發明者孫曉琦, 張柏林, 張寅 , 劉嘯, 王曉 申請人:北京林業大學