[发明专利]一种木质纤维素连续酶解提高糖浓度的方法

说明书

本发明属于纤维乙醇生产的技术领域。一种木质纤维素连续酶解提高糖浓度的方法，按一定的投料比同时启动多个酶解罐，投料结束并酶解特定时间后开始分料，向一级酶解罐补加木质纤维素水解酶、物料和水，向二级酶解罐仅补加物料提高其固形物含量到设定值，维持高浓度连续酶解。本发明将传统间歇酶解发酵的方式转变为连续酶解，可充分发挥酶的催化活性，提高底物转化率，单位体积葡萄糖含量提高10~15%。

技术领域

本发明属于纤维乙醇生产的技术领域，具体涉及一种木质纤维素连续酶解提高糖浓度的方法。

背景技术

木质纤维原料是地球上最丰富、最廉价的可再生资源。全世界每年通过光合作用产生的木质纤维生物质高达1000亿吨。我国是农业大国，具有丰富的生物质资源，仅农作物秸秆一项每年就有近8×10⁸吨（约合4 亿吨标煤），占全国一次能源消耗总量的10~15%，加上数量巨大的林业纤维废料和工业纤维废渣，每年可利用的木质纤维原料总量可达20亿吨以上。木质纤维原料中纤维素约占干重的35~45％，半纤维素约占20~40％，采用适宜技术将它们水解成可发酵性糖，进一步发酵生产乙醇，充分利用这些生物质资源对缓解化石能源短缺压力，减轻环境污染，推动农业生态良性循环具有重要意义。

通常纤维乙醇的生产过程包括原料的预处理、酶水解、发酵和蒸馏，其中酶解是整个纤维乙醇生产的主要技术和经济瓶颈。高昂的纤维素酶应用成本是影响生物乙醇价格的主要因素之一，降低纤维素酶应用成本乃为生物乙醇生产的重中之重。为降低酶解成本，可从以下两方面入手：1）降低水解酶的生产成本，2）改进酶解工艺，最大化提高酶解效率。

纤维乙醇生产过程通常采用单罐间歇式酶解工艺，投入的酶难以循环利用，增加了整个生产成本。通过酶的循环利用，进行连续酶解糖化可大大减少酶用量，提高酶解效率，降低工艺成本。专利CN103789374A公开了一种含纤维素原料的酶解方法，在水的存在下，将含纤维素原料与酶混合，将含纤维素原料酶解，得到酶解产物，其特征在于，所述酶解分多阶段进行，所述多阶段包括连续进行的主酶解阶段以及主酶解阶段以后的间歇酶解阶段，在主酶解阶段中，向酶解罐中连续加入含纤维素原料以及酶，含纤维素原料的加入量以及酶的加入量使得经过该主酶解阶段得到的酶解产物中的单糖含量为50~100g/L，并使经过该主酶解阶段得到的酶解产物分别连续流入后续阶段的酶解罐中进行间歇酶解，直至后续阶段的各个酶解罐的酶解终点的酶解产物中单糖的含量为大于或等于105g/L。但是消耗酶量较多，操作过程复杂，整体浓度不高，不便连续化进行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对单罐间歇式酶解工艺的不足，提供一种木质纤维素连续酶解提高糖浓度的方法，在不增加设备投资成本的情况下，大幅提高设备利用率，增加产能，降低酶解成本，稳定产品质量。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种木质纤维素连续酶解提高糖浓度的方法，按一定的投料比同时启动多个酶解罐，投料结束并酶解特定时间后开始分料，向一级酶解罐补加木质纤维素水解酶、物料和水，向二级酶解罐仅补加物料提高其固形物含量到设定值，维持高浓度连续酶解，具体包含以下步骤：

步骤1）：同时启动经空消处理的一级酶解罐和二级酶解罐，根据设定的底物浓度，将物料和水分别分批连续均匀投加进一级酶解罐和二级酶解罐中，同时分批连续均匀投加木质纤维素水解酶，进行酶解；

步骤2）：酶解进行一段时间T1后，开始从一级酶解罐向二级酶解罐中分料，从二级酶解罐向三级酶解罐中分料，分料进行的同时向一级酶解罐中连续均匀投加物料、木质纤维素水解酶和水，向二级酶解罐中连续均匀投加物料，待三级酶解罐中的葡萄糖质量百分数达10~12%，由三级酶解罐向发酵罐分料用于酒精发酵。