[发明专利]一种纤维素乙醇的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物化工、发酵工程与生物质能源领域，具体地说是一种纤维素乙醇的制备方法。

背景技术

随着能源危机和情况污染问题日益突出，世界能源成长正步进一个崭新的时期，即世界能源结构正在履历由化石能源为主向可再生能源为主的变化。纤维素乙醇因被看成最好液体替换燃料并具有生态效益而成为工业生物技术的研究热门。

在中国，燃料乙醇的主要原料是玉米、小麦等农作物。随着燃料乙醇的快速成长，原料问题日益突出，成为制约燃料乙醇成长的瓶颈；另外，以食粮作物为原料的燃料乙醇工业还可能引发国家食粮安全问题。我国政府提倡生物乙醇坚持非粮之路，即“不与人争粮，不与粮争地”。木质纤维素是地球上最丰硕的可再生资本，中国木质纤维素每年产量在7亿吨左右。广西种植的甘蔗、木薯、香蕉秆就含有丰富的纤维素，这些农作物加工后剩余的纤维素部分，除少量能用于造纸外，绝大部分被烧掉或废弃，这不仅造成资源浪费，还严重污染环境。因此，如果能将这些纤维素通过生物质转化、通过工程技术充分进行综合利用，将显著提高其经济价值和环保价值。

糖蜜是制糖工程的主要副产物之一，其总糖含量达45%-50%。由于价格低廉，糖蜜在化工、轻工、食品、医药和建材行业中有很大的开发价值。目前，国内外对糖蜜的利用主要分两类：一是直接利用，也就是糖蜜经过简单处理或不处理，直接作为原料或辅料加以利用，例如作饲料添加剂或混凝土外加剂。此利用方式虽然工艺简单，但糖蜜的价值难以被完全发掘。二是深度利用，即从中提取有效成分，或作为发酵原料生产高附加值的发酵制品和生物制品，如焦糖色、酒精、乳酸等。目前国内糖蜜主要用于生产酒精，但存在成品酒精不适于远距离运输销售等问题，这限制了糖蜜在酒精厂的消化量。

纤维素制备乙醇是世界范围内的研究热点，以大量廉价的纤维素为底物制备乙醇是未来发展的趋势。但目前该领域还有诸多尚未能够很好解决的关键技术瓶颈，致使纤维素乙醇的成本较高，无法与淀粉质原料乙醇相媲美。因此，如何有效开发利用纤维素制备乙醇和糖蜜资源化利用技术是研究的重点。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备成本低，乙醇得率高的利用纤维素和糖蜜制备高浓度乙醇的方法，实现纤维素和糖蜜资源的综合利用，本发明能够显著提高企业的综合经济效益，实现环境效益和经济效益双赢。该技术与现有技术相比，采用的原料来源广，可大大提高乙醇的得率，降低原料的用量，制备成本低，还可大大降低副产物甘油浓度，提高五碳糖利用程度。

本发明是这样实现的：

一种纤维素乙醇的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：

（1）将纤维素原料进行爆破预处理，得到初步降解并适于生物质转化的物料。

（2）将糖蜜与步骤（1）得到的物料混合，调节pH至3.5-4.5，然后进行酶解处理，得到醪液；所使用的酶包括：纤维素酶、半纤维素酶、普鲁兰酶、果胶酶一种或一种以上的混合酶，所述糖蜜的锤度为35°Bx-65°Bxx，温度40-60℃；酶解时间为50-90小时，酶的添加量为物料重量的0.1‰~0.5‰；

纤维素酶、半纤维素酶、普鲁兰酶、果胶酶可以从微生物中心直接买来就可以使用。

（3）将步骤（2）得到的醪液调节pH至4-5，然后加入能够利用木糖发酵出乙醇的酵母菌进行发酵，发酵到第6-10小时，加入里氏木霉，发酵到第10-16小时，加入酿酒酵母，再继续发酵30~48小时，获得含纤维素乙醇的物料，从中分离得到乙醇。

酵母菌、里氏木霉可以从微生物中心直接买来就可以使用。

所述方法还包括：通过添加碱剂使酶解过程中的pH与初始pH保持一致。

上述在步骤（3）中，所述碱剂为固体氢氧化钠或氢氧化钾。

上述在步骤（3）中，将所述醪液调节pH至4-5。

上述在步骤（3）中，所述能够利用木糖发酵出乙醇的酵母菌、里氏木霉、酿酒酵母的添加量分别为醪液底物质量的5%~12%，发酵温度为26-34℃，时间为24-72小时。

所述纤维素原料包括高粱、香蕉秆、树枝、木屑、林业作业边角料、秸秆、树叶中的至少一种。

所述纤维素原料爆破预处理条件包括：将纤维素原料破碎成5~25mm长短后与酸液混合均匀，自然pH，在190~250℃下爆破3~10min，得到初步降解并适于生物质转化的物料。