[发明专利]一种稻壳生产生物丁醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种稻壳生产生物丁醇的方法。

背景技术

稻壳（干重）中纤维素约为40%，木质素大约占20%，五碳糖聚合物（其中主要为半纤维素）有20%左右，还有少量粗蛋白、粗脂肪等有机化合物及一些灰分（大部分是作为骨架结构的二氧化硅）约占20%[Lin L,Ying D,Chaitep S，et al.Biodiesel production from crude rice bran oil and properties as fuel.Applied Energy，2009,86，(5),681-688]。稻壳是碾米工业的主要副产品之一，约占稻谷质量的20%。全世界每年产稻谷约为4亿吨，产生稻壳超过8000万吨。我国稻谷的产量为1.8亿吨，副产的稻壳近3800万吨[田娟娟，王哲，王丹.稻壳综合利用研究进展与经济效益对比分析.粮油加工，2011,(12),147-149]。有效利用稻壳等大米加工副产品，对我国农副产品深加工、将农业纤维废弃物变废为宝、减少环境污染等问题都有着深远的意义。

丁醇是一种重要的平台化学品，主要用于制造增塑剂或用作溶剂、萃取剂等；近年来，研究人员发现丁醇的热值、辛烷值与汽油相当；其含氧量与汽油中常用的甲基叔丁基醚相近；不会腐蚀管道、不易吸水，便于管道输送；蒸汽压低，安全性高，且能与汽油以任意比混合。所以，丁醇已成为被世界各国企业和研究机构强烈关注的一种极具潜力的新型生物燃料[Durre,P.,Biobutanol：an attractive biofuel.Biotechnol.J.2007,2,(12),1525-34.]。

发酵法生产丙酮丁醇曾经是仅次于乙醇的全球第二大发酵工业。近年来随着石油价格的不断上涨，丁醇发酵工业已迎来复苏产业的大好时机。第一代生物燃料主要以玉米、小麦等粮食作物作为生产原料，日趋严峻的世界粮食安全形势让其渐失优势，而以非粮作物燃料和纤维素燃料等为代表的第二代生物燃料，遵循“不与粮争地、不与人争食”的路线，成为未来生物质能源产业发展的方向。

目前，已经有国内外研究者报道了利用各种生物质来生产丁醇的尝试，报道的生物质大多是农业废弃物，如大麦秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、玉米皮、玉米芯等。然而，利用稻米加工副产物稻壳来生产生物丁醇未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稻壳生产生物丁醇的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种稻壳生产生物丁醇的方法，包括以下步骤：

（1）稻壳收集和预处理：将稻壳收集后，晒干或烘干，经粉碎机粉碎后，过100目筛，得过筛物稻壳粉末；

（2）稻壳水解：按过筛物稻壳粉末质量(Kg):稀硫酸体积(L)=1:5-10的比例向过筛物稻壳粉末中加入质量浓度为1-15%的稀硫酸，100-180℃水解1-5小时，得稻壳水解液，控制稻壳水解液中总糖浓度为30-40g/L；

（3）稻壳水解液发酵培养基的配制：将稻壳水解液冷却至室温，过滤，去除固形物，然后加入乙酸钠直至乙酸钠浓度为4.0-6.0g/L，加入磷酸二氢钾直至磷酸二氢钾浓度为1.0-1.4g/L，加入磷酸氢二钾直至磷酸氢二钾浓度为1.0-1.4g/L，加入硫酸镁直至硫酸镁浓度为0.20-0.40g/L，加入硫酸锰直至硫酸锰浓度为0.01-0.04g/L，加入硫酸铁直至硫酸铁浓度为0.01-0.04g/L，用氨水调节pH值为6.5-7.0，在110-121℃灭菌15-25分钟；

（4）稻壳水解液发酵：将步骤(3)中配制好的培养基转入发酵罐中，培养基的装量为发酵罐体积的55-65%；然后接种预先培养好的菌种种子液，接种量为发酵培养基体积的6%-12%，在35-40℃厌氧发酵72-120小时；

发酵所用菌种为丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum DSM 1731）、拜氏梭菌（Clostridium beijerinckii NCIMB 8052），或丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum DSM 1731）和拜氏梭菌（Clostridium beijerinckii NCIMB 8052）的等体积混合物。

步骤（1）中稻壳晒干或烘干至含水量不超过5%。

步骤（2）中优选按过筛物稻壳粉末质量:稀硫酸体积=1:7的比例向过筛物稻壳粉末中加入质量浓度为10%的稀硫酸。

步骤（3）中发酵培养基的优选配制：