[发明专利]一种木质纤维素高温酶解发酵产丁醇的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物质能源领域，具体涉及一种木质纤维素高温酶解与发酵产丁醇的方法。

背景技术

丁醇是一种重要的有机化工原料，在化工、医药和石油等工业部门有广泛的用途。而且由于比乙醇多两个亚甲基，丁醇具有更高的疏水性，较低的挥发性，可与汽油以任意比例混合，并具有与汽油相当的热值。作为一种有潜力的可以替代汽油的可再生生物能源，丁醇越来越受到世界各国的关注。

随着石油资源的日益枯竭，降低矿物能源的使用比重，加强可再生能源开发已成为人类今后能源利用的重要趋势。而且采用以石油为原料的丙烯羰基合成法生产丁醇由于技术落后，装置偏小导致产能不够，致使中国丁醇市场长期供应不足，不能满足国内市场的需求。生物发酵法制备丁醇有其独到的优势，发展生物丁醇将极大地缓解丁醇供应不足的现状。

由于我国人口众多，用传统的原料（玉米和甘蔗）发酵生产丁醇势必会造成与人争粮的问题，造成粮食短缺，因此开展以可再生的生物质材料为原料生物转化生产生物丁醇是符合国情的研究方向。木质纤维素类农业副产物，蕴含大量的纤维素和半纤维素，例如玉米秸秆干物质中纤维素占34-42%，半纤维素占22-28%（岳国君，纤维素丁醇工程概论[M].北京：化学工业出版社，2014）。纤维素的水解产物为葡萄糖，而半纤维素的水解产物主要为木糖，还有少量甘露糖、半乳糖和阿拉伯糖，木质纤维素原料水解产生的混合糖中，半纤维素糖（主要为木糖）占30%-40%，因此半纤维素糖的发酵显得至关重要。我国政府十分重视能源多元化和环境污染问题，采取财政补贴和税收减免等鼓励措施，大力推进多元化替代石油能源的技术和产业开发。《可再生能源法》和《国家中长期科学和技术发展规划纲要》的出台，极大地推进了生物柴油和燃料丁醇等生物液体燃料的开发进程。我国规划到2020年，生物燃料消费量占到全部交通燃料的15%左右，建立起具有国际竞争力的生物燃料产业，这给我国燃料丁醇产业带来了良好的发展机遇。

纤维素水解过程中纤维素酶的成本和丁醇分离能耗等一直是纤维丁醇工业化的制约因素。中国专利CN200910098877.8公开了一种纤维素酶产生菌及其制备和应用，该菌株具有耐高温的能力，其分泌的纤维素酶具有耐高温的特点。中国专利CN201110025776.5公开了一种高温酸性纤维素酶EgG5及其基因和应用，该发明的纤维素酶具有以下性质：最适pH3.5～5.0，最适温度70℃，比活为60.3U/mg；良好的稳定性，在极端酸性范围内依然保持较高酶活。

传统的纤维素酶工艺采用的纤维素酶较优化的酶解温度为45-50℃，研究表明更高的温度酶解可以提高酶解效率，减少纤维素酶的使用量，现有耐高温纤维素酶可以用于高温酶解制糖，然后发酵产丁醇，但耐温纤维素酶产业还不成熟，远未到工业化的程度。开发一种能够使常规市售纤维素酶提高酶解温度的方法对纤维素丁醇工业的发展具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种木质纤维素高温酶解发酵产丁醇的方法。本发明方法可以提高酶的活性和利用率，增加发酵产物得率，可降低了酶解和发酵成本。

本发明木质纤维素高温酶解与发酵产丁醇方法，包括如下内容：

（2）将预处理原料、纤维素酶、水和黄原胶加入到酶解罐中进行预酶解，控制酶解体系的干物质浓度为5wt%-15wt%；控制酶解时间为8-48h；预酶解的pH为4.5-5.5；预酶解的温度为54-62℃；

（3）预酶解后料液打入到发酵罐中，加入丁醇发酵菌株进行同步糖化发酵；

（4）发酵液打入到精馏装置分离丁醇，及丙酮和乙醇副产物。

步骤（1）中，木质纤维素原料优选为玉米秸秆；所述预处理方式优选采用稀酸蒸汽爆破组合预处理。

步骤（2）中，黄原胶加入量为0.02-0.20g/L。

步骤（2）中，控制酶解时间优选为12-24h；预酶解的pH优选为4.8-5.2；预酶解的温度优选为56-60℃。

步骤（2）中，所述的纤维素酶的加入量使得纤维素酶与预处理原料中纤维素的比例为5-25IU/g纤维素。

步骤（3）中，同步糖化发酵是指预酶解后残余纤维素在发酵葡萄糖产丁醇的同时继续被水解的过程。