[发明专利]一种杨木酶解发酵生产乙醇的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种杨木酶解发酵生产乙醇的方法，采用金属氯化物和乙醇水溶液先对杨木进行预处理，然后将预处理后的杨木进行同步糖化发酵生产乙醇；所述金属氯化物为氯化铝和/或氯化铬。利用本发明所述方法预处理杨木后进行同步糖化发酵，在杨木的底物浓度为30％时，杨木酶解生产葡萄糖的产量可以达到62.28g/L；杨木底物浓度为32％时，杨木酶解生产葡萄糖的产量可以达到64.85g/L。本发明所述方法在有效去除木质素的情况下，还能提高纤维素酶的反应活性，有效提高杨木酶解发酵的效率，提高乙醇的产量。

技术领域

本发明涉及乙醇制备技术领域，具体地，涉及一种杨木酶解发酵生产乙醇的方法及其应用。

背景技术

化石资源的日益枯竭和环境污染等问题是开发木质纤维素生物质资源转化的强大动力。木质纤维素生物质作为一种具有前途的丰富资源，已被开发用于从其主要成分中生产可持续的替代品(生物燃料、化学品和材料)，为缓解长期的能源安全需求提供了一条可持续的道路。

杨木资源丰富，是生产生物能源和生物质化学品的重要原料，生物转化杨木制备生物能源与化学品具有较大潜力。但由于杨木中的纤维素、半纤维素和木素紧密连接在一起，结构稳定，不易被纤维素酶破坏。一般，生产生物乙醇的过程中，首先需要通过纤维素酶水解纤维素将葡萄糖从木质纤维素中释放出来，然后通过酵母发酵单糖(葡萄糖)来获得生物乙醇。然而，生物质的难降解结构仍然限制了纤维素转化成葡萄糖的效率。

因此在进行生物质资源转化时需要对其进行预处理。目前所使用的预处理方法有酸法预处理、碱法预处理、有机溶剂预处理以及离子液体预处理。

有机溶剂法因其能充分溶解木质素，产生具有较强反应活性的固体物料，并且溶剂容易实现回收利用而受到人们的关注。向有机溶剂中添加酸性或碱性催化剂能够进一步裂解多糖之间的杂环醚键，释放单糖，生成可消化的富含纤维素的底物。然而，高浓度无机酸会使木质素中的木糖降解产生糠醛等发酵植物，同时破坏部分纤维素，不利于原料(木头)的全组分生物炼制。

因此，目前亟需一种能够有效提高杨木酶解发酵效率的方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的上述不足，提供一种杨木酶解发酵生产乙醇的方法及其应用。

本发明的第一目的是提供一种杨木酶解发酵生产乙醇的方法。

本发明的第二目的是提供上述方法在提高杨木酶解生产乙醇的效率中的应用。

为了实现上述目的，本发明是通过以下方案予以实现的：

一种杨木酶解发酵生产乙醇的方法，包括以下步骤：

S1.杨木预处理：将粉碎的杨木、金属氯化物和乙醇水溶液混合得到混合液，在160～200℃下反应10～35min，固液分离收集滤渣；

所述粉碎的杨木和乙醇水溶液的质量体积比为1g：8～15mL；所述乙醇水溶液的体积浓度为30％～80％；所述金属氯化物在混合液中的终浓度为0.01～0.03mol/L；所述金属氯化物为氯化铝和/或氯化铬；

S2.将步骤S1得到的滤渣、纤维素酶、酵母菌活化液和营养液混合得到发酵液，将发酵液进行糖化发酵，得到乙醇；

所述营养液由质量体积比为1～3g：0.5～1.5g：0.5～1.5g：0.1～0.5g：1L的酵母提取物、氯化铵、磷酸二氢钾、硫酸镁和水组成；所述糖化发酵的温度为30～38℃；所述步骤S1得到的滤渣和发酵液的质量体积比为10～32g：100mL；所述步骤S1得到的滤渣和纤维素酶的用量比为1g：10～30FPU；所述发酵液中酵母菌的浓度为1～5g/L。

优选地，步骤S1中所述将粉碎的杨木为20～60目的杨木。

优选地，步骤S1中所述粉碎的杨木和乙醇水溶液的质量体积比为1g：10mL。