[发明专利]一种利用柠檬酸处理玉米纤维发酵生产乙醇的方法及玉米纤维基乙醇产品

说明书

本发明涉及一种利用柠檬酸作为催化剂处理玉米纤维发酵生产纤维素乙醇的方法，包括：将固体玉米纤维与少量低浓度柠檬酸溶液在螺带式搅拌反应器中有效混合，在高温高压条件下进行预处理，利用柠檬酸对玉米纤维进行低强度结构破坏，使其半纤维素水解、纤维素适合于酶解糖化，同时产生较低水平的抑制物；生物炼制工艺顺序调整为预处理‑糖化‑脱毒‑发酵工艺，将预处理后的玉米纤维物料进行酶促糖化、生物脱毒和乙醇发酵；通过二次酶解糖化同时完成生物脱毒菌株灭活。本发明的糖化、脱毒、灭活、发酵可在同一反应器内进行，获得高发酵指标的同时大幅度降低了物料损失、废水排放、操作成本和染菌风险，节省了反应器空间和工艺步骤。

技术领域

本发明涉及生物炼制领域，特别涉及一种利用柠檬酸作为催化剂对玉米纤维进行预处理并进行纤维素基乙醇生产的方法。

背景技术

玉米纤维作为包裹玉米粒的外层果皮，是玉米湿磨法生产玉米淀粉过程中的副产物。它是由玉米种皮及附着在内部的少量淀粉所组成的，其中含有更高含量的半纤维素，其阿拉伯木聚糖通常可达到干重的30-50％(w/w)。与其他农业生物质来源的原料相比，玉米纤维不需要从农田里收集，而是直接从生产玉米淀粉的工厂里得到，且从湿磨设备中产出后，不需要进行清洗等任何额外加工过程，因此是更加方便易得且来源广泛的木质纤维素原材料。

目前，以玉米纤维为原料生产乙醇的过程主要存在以下阻碍：玉米纤维半纤维素含量很高，仅能在预处理步骤实现部分降解，而其完全降解必须在后续酶解糖化步骤完成。半纤维素中固有的乙酰基在其降解过程中产生的乙酸，必须通过生物脱毒的方式降低至低水平才能实现高得率的酶解和乙醇发酵。由于通常生物炼制的脱毒步骤在预处理之后、酶解糖化之前，导致玉米纤维中的半纤维素在酶解糖化过程产生的乙酸无法通过脱毒方式脱除，从而导致乙酸大量积累和乙醇发酵失败。

以玉米纤维为原料生产纤维素基乙醇的方法大都存在技术指标和转化率低、污染排放高等缺点，因此，建立一种实现玉米纤维高效转化的方法十分必要。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

鉴于上述玉米纤维转化生产纤维素乙醇存在的技术难题，本发明提供一种柠檬酸作为酸催化剂对玉米纤维进行预处理，并利用其进行乙醇生产的方法，该方法对预处理后的玉米纤维先酶解糖化，使其半纤维素基本全部水解，然后对水解液中的高浓度乙酸和其它抑制物进行在位液态生物脱毒过程，同时在脱毒过程中可发酵单糖得以完整的保留。之后进行乙醇发酵。整个在位糖化、液态生物脱毒及发酵过程仅需在同一发酵罐内进行，周期可以降低至144h。

本发明主要通过以下技术方案来实现上述目的，提供一种利用柠檬酸处理玉米纤维发酵生产乙醇的方法，包括：

稀酸预处理：将玉米纤维与柠檬酸溶液混合，控制温度为150～180℃进行反应，然后调节pH至4.8～5.0，进行预糖化、生物脱毒、二次糖化和乙醇发酵。

根据本发明的一些实施方案，所述方法包括下述步骤：

(1)稀酸预处理：将玉米纤维与柠檬酸溶液混合，控制温度为150～180℃进行反应；然后调节pH至4.8～5.0，；

(2)预糖化：将步骤(1)的玉米纤维在纤维素酶的作用下在水相环境中进行酶解；

(3)生物脱毒：向步骤(2)预糖化后得到的混合物中接入脱毒菌株进行生物脱毒处理；

(4)二次糖化：将步骤(3)生物脱毒后的混合物升温至45～55℃，保温12h以上，然后降温，得到玉米纤维水解液；

(5)乙醇发酵：向玉米纤维水解液中接种发酵菌株，进行乙醇发酵。