酸酶雙解稻草紙漿製備燃料乙醇的方法
2023-06-21 11:17:41
酸酶雙解稻草紙漿製備燃料乙醇的方法
【專利摘要】本發明公開了酸酶雙解稻草紙漿製備燃料乙醇的方法，涉及燃料乙醇的製備方法。步驟為：將稻草紙漿溶於稀硫酸溶液中，其中原料質量與稀硫酸體積比為1g：18-22mL，在170-190℃酸解2-4h，離心分離；濾渣中按照0.01/mL的底物質量濃度加入水和酶，50℃的恆溫搖床中反應30h，然後在沸水浴中滅酶，離心分離：將酸解液和酶解糖液混合、中和、濃縮後，加入(NH4)2SO4、KH2PO4、MgSO47H2O、酵母膏，混勻後調PH至5.5，製成水解液發酵培養基，接入休哈塔假絲酵母，在28℃，100r/min的搖床中發酵48h。本發明利用生物質廢棄物製備燃料乙醇，生產成本低，節約能源，環保，實用。
【專利說明】酸酶雙解稻草紙漿製備燃料乙醇的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及燃料乙醇的製備方法，具體涉及酸酶雙解稻草紙漿製備燃料乙醇的方法。
【背景技術】
[0002]隨著能源和環境問題的日益嚴重，各國對生物質能源的研究與開發越來越重視。而利用生物質原料生產燃料乙醇被認為是一種有效的替代能源。
[0003]由於我國人口眾多，為確保國家的糧食安全，現已出臺多項限制利用糧食作物生產燃料乙醇的法規，因此，需要利用非糧作物生產燃料乙醇。
[0004]現有的利用生物質原料生產燃料乙醇的方法有酸法和酶法。如Nguyen和Kim在對生物質原料蒸汽爆破的基礎上，分兩步進行了解酸:第一步在190°C下，第二步從215°C逐漸降到210°C，還原糖得率達到70%;Sanjeev K S則以向日葵秸杆為原料研究了酶解，在
1.05kg/c m2壓力下對原料蒸汽爆破處理後酶解72h，還原糖得率57.9%。
[0005]現有的上述兩種方法均採用了高壓蒸汽爆破，能耗高，對設備要求嚴格；而單純的酶法降解纖維素不完全，耗時長，這是因為原料中纖維素分子間和纖維素微絲間儘管空隙極小，但常伴有生物質填充，且纖維素被木質素包裹，這種天然結構不利於H離子和纖維素進行有效的接觸，導致纖維素降解困難。
[0006]為了解決現有技術存在的上述缺陷，本發明結合酸解和酶解兩種方法的優點，研發了一套酶酸雙解生產燃料乙醇的新工藝。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提供一種酸酶雙解稻草紙漿製備燃料乙醇的方法。
[0008]本發明是通過以下技術方案實現的:
酸酶雙解稻草紙漿製備燃料乙醇的方法，步驟為:
(1)酸解:將稻草紙漿原料溶於稀硫酸溶液中，其中稻草紙漿原料質量與稀硫酸體積比為Ig:18-22mL,在170_190°C下進行酸解反應2_4h,經離心分離,上清液為酸解液；
(2)酶解:在濾渣中按照0.01/mL的底物質量濃度加入水和60-100u/g的酶，在50°C的恆溫搖床中反應30h，然後在沸水浴中滅酶，經離心分離，上清液為酶解糖液；
(3)發酵:將酸解液和酶解糖液混合、中和、濃縮後，加入(NH4)2S04、KH2PO4,MgS047H20、酵母膏，混勻後調PH至5.5，製成水解液發酵培養基，按接入酵母體積:水解液發酵培養基體積=1:10,接入休哈塔假絲酵母Candida shehatae,在28°C, 100r/min的搖床中發酵48h。
[0009]進一步地，所述的稻草紙漿為造紙廠鹼法預處理，經烘乾粉碎後的稻草紙漿。
[0010]所述稻草紙眾的成分為:纖維素含量709.8g/Kg、半纖維素含量140.6 g/Kg、克拉森木素含量85.9 g/Kg、水分含量74.3 g/Kg、灰分含量131.5 g/Kg、抽出物含量34.7 g/Kg。
[0011]所述稀硫酸溶液的質量濃度為0.9-2.9%，優選為2.4% ;當硫酸的質量分數為0.9%時，總還原糖得率為17.2% ;當硫酸的質量分數為1.4%時，總還原糖得率為18.6% ;當硫酸的質量分數為2.4%時，總還原糖得率為24.8% ;當硫酸的質量分數為2.9%時，總還原糖得率為23.2%ο
[0012]所述的稻草紙眾原料質量與稀硫酸體積比為lg: 10_30mL,優選為lg:20mL;當比例為1:10時，總還原糖得率為18.9% ;當比例為1:15時，總還原糖得率為21.6% ;當比例為1:20時，總還原糖得率為28.9% ；當比例為1:25時，總還原糖得率為27.5% ；當比例為1:30時，總還原糖得率為26.8%。
[0013]所述的酸解反應時間為a ;當反應a時，總還原糖得率為22.6% ;當反應3h時，總還原糖得率為20% ;當反應4h時，總還原糖得率為18.5%。
[0014]所述的酶為纖維素酶。
[0015]所述的每升酸解液和酶解糖液的濃縮液中，加入(MM)2SO4為0.53g，KH2PO4為
2.5g，MgS047H20 為 0.5g、酵母膏為 3g。
[0016]本發明方法，在酸解後，還原糖得率為28.9%，酶解後還原糖得率為67.1%，酸酶解總還原糖得率為62.6%，稻草紙漿降解液經發酵製得的乙醇質量濃度26.63g/L,，乙醇得率為49%，能達到理論得率的96%，轉化率可達到0.28g/g(乙醇/稻草紙漿)。
[0017]本發明方法先酸解後酶解，使半纖維素降解的同時破壞纖維素的晶體結構，增加纖維素酶和纖維素接觸的表面積，提高纖維素酶的水解效率，減少酶用量，實現高效、節能、低成本的對生物廢棄物預處理的目的；同時利用生物質廢棄物製備燃料乙醇，作為替代能源，生產成本低，節約能源 ，環保，實用。
【具體實施方式】
[0018]以下結合具體實施例對本發明作進一步說明。
[0019]實施例1
酸酶雙解稻草紙漿製備燃料乙醇的方法，步驟為:
(1)酸解:將稻草紙漿原料溶於稀硫酸溶液中，其中稻草紙漿原料質量與質量濃度為
1.9%的稀硫酸體積比為Ig:18mL，在180°C下進行酸解反應4h，經離心分離，上清液為酸解液；
(2)酶解:在濾渣中按照0.01/mL的底物質量濃度加入水和80u/g的纖維素酶，在50°C的恆溫搖床中反應30h，然後在沸水浴中滅酶，經離心分離，上清液為酶解糖液；
(3)發酵:將酸解液和酶解糖液混合、中和、濃縮後，加入(NH4)2S04、KH2PO4,MgS047H20、酵母膏，混勻後調PH至5.5，製成水解液發酵培養基，按接入酵母體積:水解液發酵培養基體積=1:10,接入休哈塔假絲酵母Candida shehatae,在28°C, 100r/min的搖床中發酵48h。
[0020]實施例2
酸酶雙解稻草紙漿製備燃料乙醇的方法，步驟為:
(1)酸解:將稻草紙漿原料溶於稀硫酸溶液中，其中稻草紙漿原料質量與質量濃度為
0.9%的稀硫酸體積比為Ig:20mL，在170°C下進行酸解反應2h，經離心分離，上清液為酸解液；
其中稻草紙漿為造紙廠鹼法預處理，經烘乾粉碎後的稻草紙漿；
(2)酶解:在濾渣中按照0.01/mL的底物質量濃度加入水和60u/g的纖維素酶，在50°C的恆溫搖床中反應30h，然後在沸水浴中滅酶，經離心分離，上清液為酶解糖液；(3)發酵:將酸解液和酶解糖液混合、中和、濃縮後，加入(NH4)2S04、KH2PO4, MgS047H20、酵母膏，混勻後調PH至5.5，製成水解液發酵培養基，按接入酵母體積:水解液發酵培養基體積=1:10,接入休哈塔假絲酵母Candida shehatae,在28°C, 100r/min的搖床中發酵48h。
[0021]每升酸解液和酶解糖液的濃縮液中，加入(MM)2SO4為0.53g，KH2PO4為2.5g，MgS047H20 為 0.5g、酵母膏為 3g。
[0022]實施例3
酸酶雙解稻草紙漿製備燃料乙醇的方法，步驟為:
(1)酸解:將稻草紙漿原料溶於稀硫酸溶液中，其中稻草紙漿原料質量和質量濃度為2.9%的稀硫酸體積比為Ig:22mL，在190°C下進行酸解反應3h，經離心分離，上清液為酸解液；
其中稻草紙漿為造紙廠鹼法預處理，經烘乾粉碎後的稻草紙漿，稻草紙漿的成分為:纖維素含量709.8g/Kg、半纖維素含量140.6 g/Kg、克拉森木素含量85.9 g/Kg、水分含量74.3g/Kg、灰分含量131.5 g/Kg、抽出物含量34.7 g/Kg ；
(2)酶解:在濾渣中按照0.01/mL的底物質量濃度加入水和100u/g的纖維素酶，在500C的恆溫搖床中反應30h，然後在沸水浴中滅酶，經離心分離，上清液為酶解糖液；
(3)發酵:將酸解液和酶解糖液混合、中和、濃縮後，加入(NH4)2S04、KH2PO4,MgS047H20、酵母膏，混勻後調PH至5.5，製成水解液發酵培養基，按接入酵母體積:水解液發酵培養基體積=1:10,接入休哈塔假絲酵母Candida shehatae,在28°C, 100r/min的搖床中發酵48h。；` 每升酸解液和酶解糖液的濃縮液中，加入(MM)2SO4為0.53g, KH2PO4為2.5g，MgSOJH2O為0.5g、酵母膏為3g。
[0023]纖維素酶由夏盛公司提供,酶活力為68.5U !Candida shehatae(休哈塔假絲酵母)CICC1766，購自中國工業微生物菌種保藏管理中心。
[0024]實施例4
酸酶雙解稻草紙漿製備燃料乙醇的方法，步驟為:
(1)酸解:將稻草紙漿原料溶於稀硫酸溶液中，其中稻草紙漿原料質量與質量濃度為2.4%稀硫酸體積比為Ig:20mL，在170°C下進行酸解反應2h，經離心分離，上清液為酸解液；
其中稻草紙漿為造紙廠鹼法預處理，經烘乾粉碎後的稻草紙漿，稻草紙漿的成分為:纖維素含量709.8g/Kg、半纖維素含量140.6 g/Kg、克拉森木素含量85.9 g/Kg、水分含量74.3g/Kg、灰分含量131.5 g/Kg、抽出物含量34.7 g/Kg ；
(2)酶解:在濾渣中按照0.01/mL的底物質量濃度加入水和80u/g的纖維素酶，在50°C的恆溫搖床中反應30h，然後在沸水浴中滅酶，經離心分離，上清液為酶解糖液；
(3)發酵:將酸解液和酶解糖液混合、中和、濃縮後，加入(NH4)2S04、KH2PO4,MgS047H20、酵母膏，混勻後調PH至5.5，製成水解液發酵培養基，按接入酵母體積:水解液發酵培養基體積=1:10,接入休哈塔假絲酵母Candida shehatae,在28°C, 100r/min的搖床中發酵48h ；
每升酸解液和酶解糖液的濃縮液中，加入(MM)2SO4為0.53g, KH2PO4為2.5g，MgSOJH2O為0.5g、酵母膏為3g。[0025] 纖維素酶由夏盛公司提供，酶活力為68.5U ；Candida shehatae(休哈塔假絲酵母)CICC1766，購自中國工業微生物菌種保藏管理中心。
【權利要求】
1.一種酸酶雙解稻草紙漿製備燃料乙醇的方法，其特徵在於，步驟為: (1)酸解:將稻草紙漿原料溶於稀硫酸溶液中，其中稻草紙漿原料質量與稀硫酸體積比為Ig:18-22mL,在170_190°C下進行酸解反應2_4h,經離心分離,上清液為酸解液； (2)酶解:在濾渣中按照0.01/mL的底物質量濃度加入水和60-100u/g的酶，在50°C的恆溫搖床中反應30h，然後在沸水浴中滅酶，經離心分離，上清液為酶解糖液； (3)發酵:將酸解液和酶解糖液混合、中和、濃縮後，加入(NH4)2S04、KH2PO4,MgS047H20、酵母膏，混勻後調PH至5.5，製成水解液發酵培養基，按接入酵母體積:水解液發酵培養基體積=1:10,接入休哈塔假絲酵母Candida shehatae,在28°C, 100r/min的搖床中發酵48h,即得。
2.根據權利要求1所述的酸酶雙解稻草紙漿製備燃料乙醇的方法，其特徵在於，所述的稻草紙漿為造紙廠鹼法預處理，經烘乾粉碎後的稻草紙漿。
3.根據權利要求1或2所述的酸酶雙解稻草紙漿製備燃料乙醇的方法，其特徵在於，所述稻草紙漿的成分為:纖維素含量709.8g/Kg、半纖維素含量140.6 g/Kg、克拉森木素含量85.9 g/Kg、水分含量74.3 g/Kg、灰分含量131.5 g/Kg、抽出物含量34.7 g/Kg。
4.根據權利要求1或2所述的酸酶雙解稻草紙漿製備燃料乙醇的方法，其特徵在於，所述稀硫酸溶液的質量濃度為0.9-2.9%，優選為2.4%。
5.根據權利要求1或2所述的酸酶雙解稻草紙漿製備燃料乙醇的方法，其特徵在於，所述的稻草紙眾原料質量與稀硫酸體積比為lg: 10-30mL,優選為Ig:20mL。
6.根據權利要求1或2所述的酸酶雙解稻草紙漿製備燃料乙醇的方法，其特徵在於，所述的酸解反應時間為2h。
7.根據權利要 求1或2所述的酸酶雙解稻草紙漿製備燃料乙醇的方法，其特徵在於，所述的酶為纖維素酶。
8.根據權利要求1或2所述的酸酶雙解稻草紙漿製備燃料乙醇的方法，其特徵在於，所述的每升酸解液和酶解糖液的濃縮液中，加入(MM)2SO4為0.53g, KH2PO4為2.5g，MgSOJH2O為0.5g、酵母膏為3g。
【文檔編號】C12P7/10GK103740770SQ201310691774
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月17日 優先權日:2013年12月17日
【發明者】舒夢陽, 邊建紅, 常永龍, 吳躍曲, 郭芬, 李君懿 申請人:山西華頓實業有限公司