[发明专利]一种通过混合纤维素发酵提升乙醇产率的方法

说明书

本发明公开了一种通过混合纤维素发酵提升乙醇产率的方法。本发明通过混合两种特定化学处理的纤维素发酵，相比于单一化学处理的纤维素发酵，能有效缩短发酵时间，且发酵过程存在协同促进作用，进一步提高乙醇的产率，具有意料之外的效果。

技术领域

本发明属于生物质转化与利用技术领域，更具体地，涉及一种通过混合纤维素发酵提升乙醇产率的方法。

背景技术

木质纤维材料是地球上最丰富的生物质资源，常见的木质纤维材料有各种速生木材，如杨木、桉木等，其他木质纤维材料包括但不限于蔗渣、玉米秸秆、小麦秸秆、玉米芯。发展生物精炼厂将木质纤维素生物质转化为燃料和化学品，能有助于缓解能源安全和全球变暖问题。由于木质纤维素生物质难降解的结构，需要进行预处理来破坏它的结构，增加纤维素的可及性。

通过发酵纤维素生产工业乙醇已经是一种相对成熟的技术，在纤维素的发酵过程中，纤维素的微观结构等对于发酵的速度和乙醇的终浓度有一定的影响。缩短发酵时间、提高发酵产物中乙醇的终浓度，具有非常重要的意义。为了提高木质纤维素的发酵速度等，一般需要对木质纤维素进行预处理。化学预处理效果较好，成本相对较低，是常见的木质纤维素预处理方法。

在化学预处理方面，目前所采用的有酸预处理、碱预处理、离子液体预处理和有机溶剂预处理。利用乙醇溶液的有机溶剂预处理具有低毒易回收等特点，可以通过添加酸催化剂或碱催化剂来增强其反应，脱除木质素和半纤维素。酸性条件可以降解木质纤维素生物质中的半纤维素，使得纤维素的比表面积增大从而增加酶对纤维素的可及性，碱性条件可以打破木质素与半纤维之间的结构从而去除大部分的木质素，增加生物质的孔隙度。

纤维素发酵生产是一个持续的过程，纤维素的降解和乙醇的发酵同时发生，随着发酵的进行，纤维素逐步转化为糖，然后被发酵为乙醇。发酵后期，乙醇又被逐渐消耗，导致产率下降。不同方法处理木质纤维素得到的纤维素在相同的发酵条件下，乙醇浓度的达峰时间并不相同，乙醇的产率也有所差异，纤维素的转化率也不尽相同。如何尽可能多地在发酵过程中利用纤维素，是一项具有挑战性的工作。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的至少一个不足，提供一种通过混合纤维素发酵提升乙醇产率的方法及应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种通过混合纤维素发酵提升乙醇产率的方法，包括如下步骤：

1)NaOH预处理：向木质纤维原料中加入乙醇水溶液和NaOH溶液反应，分离得到NaOH强化乙醇预处理纤维素；

2)AlCl₃预处理：向木质纤维原料中加入乙醇水溶液和AlCl₃溶液反应，分离得到AlCl₃强化乙醇预处理纤维素；

3)混合预处理：将NaOH预处理纤维素和AlCl₃预处理纤维素按(8：2)～(2：8)的质量比混合，向混合的预处理纤维素加水得到预处理纤维素-水混合料；

4)灭菌处理：向步骤3预处理纤维素-水混合料中加入营养盐，灭菌得到灭菌纤维素混合料；

5)糖化发酵：向灭菌纤维素混合料中加入纤维素酶和酵母活化液，然后进行同步糖化发酵。

在一些方法的实例中，所述的步骤1和步骤2中乙醇水溶液加入的体积量与木质纤维原料绝干质量的比例为8～15mL：1g ，乙醇水溶液的体积浓度为50～70%。

在一些方法的实例中，所述的步骤1中加入的NaOH的质量含量为5～15%，反应温度为180～200℃，反应时间为10～35min。

在一些方法的实例中，所述的步骤2中加入的AlCl₃溶液的摩尔浓度为0.01～0.03mol/L，反应温度为190～220℃，反应时间为5～20min。

在一些方法的实例中，所述的步骤3中的加入的水的质量与预处理纤维素-水混合料中纤维素的绝干质量的比例为8～15：1。