[发明专利]一种生物质ABE发酵糖液的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物化工领域，尤其涉及生物质ABE发酵糖液的制备方法。

背景技术

丙酮、丁醇是重要的有机溶剂和化工原料，被广泛地用于有机合成、塑料、树脂、油漆、医药和国防工业。随着世界石油资源、煤炭资源的枯竭和环境问题的突显，丁醇作为新型的可再生生物能源，越来越受到各国的关注，其发展前景和市场潜力巨大。

发酵法生产丙酮、丁醇始于20世纪初，以中国和前苏联为主要生产国，原料用含淀粉的农作物为主，如：玉米、大米、山芋干等，也有少数工厂使用糖蜜。使用的菌种根据各自的生产实践，有所不同，有的以发酵淀粉为主、有的以发酵糖蜜为主。但在微生物分类上均属于裂殖菌纲、真细菌目、真亚细菌亚目、芽孢杆菌科、梭状属的细菌。丙丁菌是有鞭毛、厌气性的杆状菌，在生芽孢时会呈纺锤体或鼓槌状体。能使碳水化合物降解成CO₂、H₂、CH₃(CH₂)₂COOH、CH₃COOH，当酸度升高到一定的峰值后，丙丁菌能分泌一种酶可以将酸还原成丙酮、丁醇、乙醇等中性产物。

后来，随着石油化工的发展，合成法生产丙酮、丁醇发展迅速，逐步取代了发酵法。丙酮合成大都采用异丙苯法；丁醇的合成多采取羰基合成法、醇醛缩合法。即由丙烯或乙醛出发，混合CO、H₂，在催化剂的作用下，加压反应合成正丁醇、异丁醇、辛醇的工艺路线。

但在进入21世纪后，随着世界石油资源、煤炭资源的枯竭和越来越严重的环境问题，迫使各国的科学家开始寻找新的能源替代品，而生物质能作为一种可再生，低碳环保的能源被各国科学家看好，生物质乙醇、生物质丁醇、生物柴油等一些产业应运而生，掀起了一场生物质新能源研发、利用高潮。

发酵法生产ABE工艺，目前原料多是以含淀粉质的玉米、大米、山芋干等为主，高温糊化、液化，淀粉水解成可发酵的葡萄糖，被丙丁菌利用，发酵生成丙酮、丁醇、乙醇等产品。但在耕地日益减少，粮食危机加剧的今天，以谷物为原料生产化工产品的工艺，受到各国政府的限制。而开发以农业废弃物为原料，加工生产化工产品的工艺，成为未来的发展趋势。

现有的农业废弃物利用，也有用于制糖方面的，如：木糖生产、纤维乙醇的生产。但这两种工艺，目前仍存在很多问题。木糖工艺，只是利用了生物质原料里半纤维部分，而纤维和木素部分没能很好利用。纤维乙醇工艺，目前多采用汽爆加酶解的工艺，也存在糖分损失大，糖收率低，糖的酒精转化率低的问题。

本发明所用原料为农业废弃物玉米芯、玉米秸秆，经过水解、酶解两步法制糖，生物质中的半纤维、纤维水解成具有还原性单糖和低聚糖，以木糖、葡萄糖、阿拉伯糖、低聚糖为主，糖的收率超过55％，糖液经过丙丁菌的降解，发酵产生丙酮、丁醇、乙醇(即ABE溶剂)，糖的溶剂得转化率可达30％以上，基本和淀粉质糖的溶剂转化率持平，经济效益显著。成熟的发酵醪液采取七塔差压蒸馏，进行分馏和纯化，可以生产出质量合格的丙酮、丁醇、乙醇产品。生物质中难以被降解利用的非糖物质木素，在糖分离过程中被截留在渣料里，通过烘干、制粒设备做成燃料棒，可用于采暖和生物质锅炉的燃料。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种以农作物废料为原料，利用水解、酶解法充分降解原料中的纤维和半纤维，制成发酵糖液；剩余的渣料通过烘干、制粒设备，做成燃料棒，用于采暖和生物质锅炉的燃料。该方法能够较为彻底的利用农作物废料，制成生物质ABE发酵糖液，从而生产出可再生的生物能源物质，本发明方法适用于大规模生产生物质ABE糖液，具有良好社会效益和经济效益。

本发明的一种生物质ABE发酵糖液的制备方法，其特征包括以下步骤：

从农作物废料中获取水解糖液和酶解糖液；

将所述水解糖液、酶解糖液、玉米浆和营养盐进行混合处理，得到发酵糖液。

其中，所述的从农作物废料中获取水解糖液包括：

将所述玉米芯和玉米秸秆粉碎后，加入稀酸水，搅拌混合后得生物质溶液；

加热所述生物质溶液，通过水解罐水解后，得到水解物料；

将所述水解物料进行闪蒸冷却处理，送至挤干机中分离，再经板框过滤后，得到水解渣料、细小纤维和过滤糖液；

对所述过滤糖液进行脱毒处理，得水解糖液。

特别是，所述玉米芯和玉米秸秆的质量比为6-9:1-4。

其中，所述的将玉米芯和玉米秸秆粉碎包括：