[发明专利]一种利用竹子中的纤维素和半纤维素发酵生产丁醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物能源领域，具体涉及一种利用竹子中的纤维素和半纤维素发酵生产丁醇的方法。

背景技术

我国是世界上竹资源最为丰富的国家，全国第六次森林资源清查统计显示，我国现有竹林面积突破480万hm²，主要分布在长江流域沿岸，种类多达500余种。根据2010-2015年中国竹产业发展前景分析报告，竹产品年销售收入达亿元的企业可达9家，5000万元以上的企业将达25家，产业涉及人造板、制浆造纸、医药、竹炭、旅游等行业。

丁醇既是大宗化工基础原料，又是一种优质燃料和燃料添加剂，易于与汽、柴油烃类燃料相混溶；丁醇的完全燃烧性，可大大降低尾气中的CO₂排放，且不发生残留烃污染，对净化空气十分有利。这些优点使丁醇成为未来发动机新型绿色燃料，替代矿化燃料的可持续发展的再生能源之一。据统计，2012年全球丁醇表观消费量预计在350万吨，我国的丁醇消费量约120万吨，自给率不足50%。

利用竹子为原料生产生物丁醇，发挥竹资源固持CO₂的巨大潜能，使丁醇燃烧过程中向空气中排放的少量CO₂可重新被竹林资源完全吸收，并不断释放出更多的氧气，建立起“低碳生态循环”的可持续发展模式。传统的丁醇生产主要是以玉米等粮食作物为原料，属于第一代生物燃料生产技术。面对我国耕地减少，粮食紧缺的问题，国家逐渐限制生物燃料的发展不能再继续“与粮争地”和“与人争粮”的发展模式。二代生物燃料的生产就是以大量的农作物剩余原材料，如秸秆、木屑和废纸等，也可以利用速生材或竹子等生长周期短的可再生资源发展生物燃料。二代生物燃料技术进一步延长了纤维原料的生命周期，提高了产品附加值，并且实现了可持续发展。

竹子加工企业利用生产中产生的大量废弃物，如竹枝、竹节、竹簧、竹屑和浆渣等作为生物燃料的直接原材料，实现竹资源的充分利用，不产生污染的二次转移和新增加CO₂排放。竹子水解之后可以得到含有葡萄糖和木糖混合物的水解液，且完全可以用于生物丁醇菌株的生长和发酵，是粮食发酵丁醇的理想替代原料。利用竹子发酵生产丁醇，不仅为竹子资源利用开发了新的途径，还可以实现竹子加工废弃物的再利用，同时为丁醇发酵提供了一种更廉价的原料。目前利用竹子生产燃料乙醇已见报道，但未见利用竹子生产丁醇的研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种利用竹子中的纤维素和半纤维发酵生产丁醇的方法，利用我国丰富的竹子资源为原料生产生物燃料丁醇，实现竹子加工废弃物的再利用，并且降低丁醇的生产成本。

本发明首先公开了一种利用竹子中的纤维素和半纤维素发酵生产丁醇的方法，具体步骤如下：

1）预处理：竹子原料粉碎获得竹粉后，将竹粉与水或稀硫酸混合，在140～170℃温度下处理10～30min，获得预处理产物；

2）酶解：调节预处理产物的pH值为4.5～5.5，向预处理产物中加入木聚糖酶、纤维素酶和β-葡萄糖苷酶进行酶解反应，获得酶解产物；

3）固液分离：将前一步骤的酶解产物固液分离，取酶解产物的酶解液；

4）脱毒：采用活性炭对步骤3）的酶解液进行脱毒，获得脱毒后的酶解液；

5）向脱毒后的酶解液中补充氮源制备发酵培养基，利用灭菌后的发酵培养基厌氧条件下发酵培养丁醇生产菌株，获得发酵产物；

6）发酵产物精馏，收集丁醇。

较优的，步骤1）所述粉碎为研磨粉碎或者超微气流粉碎。

较优的，步骤1）所述竹粉的粒径为10～2000目；更优的，步骤1）所述竹粉的粒径为1500～2000目。

较优的，步骤1）所述稀硫酸的浓度小于等于2wt%。本发明所述稀硫酸为硫酸的水溶液，并且其中硫酸的质量百分比大于0，小于等于2。

较优的，步骤1）所述竹粉与预处理液混合的固液比为1:6～1:12，优为选1:6～1:10。

较优的，步骤1）预处理反应温度条件为150～160℃。

预处理过程中主要为半纤维素发生降解，预处理产物中，液体主要成分为木糖，固体主要成分为纤维素和部分木质素；预处理产物直接用于后续的酶解。

较优的，步骤2）所述酶解反应的条件为：酶解温度45～55℃，酶解时间45～60h，摇床转速120～180rpm。

更优的，步骤2）所述酶解反应的条件为：酶解温度为50℃，时间为48h，转速为150r/min。