[发明专利]一种以木薯渣为原料协同糖化发酵制备乙醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以木薯渣为原料协同糖化发酵制备乙醇的新方法，属生物质化学化工领域。

背景技术

当今世界人类社会正面临着能源枯竭的危机，世界各国纷纷投入大量资金进行可再生能源的开发。作为可再生能源的一种，燃料乙醇是目前应用最广泛的可再生机动燃料，不同地域采用不同原料进行燃料乙醇的生产，比如美国使用玉米，巴西则使用甘蔗。中国是一个人口大国，使用玉米、小麦等粮食作为原料生产燃料乙醇会引发粮食安全等问题，因此政府鼓励使用非粮食原料进行燃料乙醇的生产。

木质纤维原料是目前替代粮食原料的潜在原料，使用木质纤维原料生产燃料乙醇也是目前研究开发的热点。在木质纤维原料生产燃料的过程中，需要对原料进行一定的预处理，即对不利于酶水解的组分，比如半纤维素、木质素等进行一定分离，再利用纤维素酶进行酶水解，水解下来的单糖经过微生物发酵生产乙醇。木质纤维原料生产乙醇的过程主要包括原料成本、预处理成本、纤维素酶成本及产品分离纯化成本。由于成本较高，目前还不具备商业生产的可行性。而采用一些农业废弃物及工业废弃物等木质纤维作为原料，能降低木质纤维生产乙醇过程中原料成本和预处理成本。

木薯渣是木薯淀粉工业的残渣，中国广西等省份每年具有可观的废弃量，仅少量用于饲料。从木薯渣的成分来看，其淀粉和蛋白含量低于玉米，纤维素含量高于玉米。木薯渣是一种潜在的燃料乙醇生产原料，使用木薯渣生产燃料乙醇不会与人争地，符合国家政策导向。近年来已有采用糠醛渣及木薯渣等工业废弃物生产乙醇的专利，比如CN201110053096.4和CN2008102233123。然而使用这些工业废弃物生产乙醇，发酵液中最大乙醇浓度仅接近5%，分离提纯这一浓度的乙醇要求较高的能量输入，产品分离和纯化的高成本也是限制工业废弃物发酵乙醇工业化的一个重要原因。

发明内容

本发明的目的是提供一种以木薯渣为原料协同糖化发酵制备乙醇的方法。

为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案。

一种以木薯渣为原料协同糖化发酵制备乙醇的方法，以木薯渣为原料，经液化、纤维素酶和淀粉糖化酶共同糖化发酵制备乙醇。

上述方法具体步骤如下：

1）木薯渣经淀粉液化酶液化后，得到木薯渣淀粉液；

2）木薯渣淀粉液经淀粉糖化酶和木质纤维酶共同糖化得到糖化液；

3）糖化液经乙醇酵母发酵制备乙醇；

4）发酵液经蒸馏分离乙醇，剩余残渣制成饲料。

在上述步骤1）中，将木薯渣加入到40-60℃水中，保温20-50min，再加入淀粉液化酶，搅拌条件下，85-90℃液化1.5-3h，得到木薯渣淀粉液；

其中，木薯渣与水的重量体积百分比为15-25w/v%；淀粉液化酶加入量为6-10U/每克木薯渣；

在步骤2）中，将木薯渣淀粉液用10%稀硫酸调节pH值4.2-5.0，加入淀粉糖化酶、纤维素酶、无患子皂素，44-50℃糖化2-12h，得到糖化液；

其中，淀粉糖化酶加入量为50-70U/每克木薯渣；纤维素酶加入量为1.0-4.0FPU/每克木薯渣；无患子皂素与木薯渣淀粉液的重量体积百分比为0.005-0.125w/v%；

在步骤3）中，将木薯渣糖化液用10%氢氧化钠调节pH值至5.0-6.0后，将糖化液装至发酵罐体积的1/3-2/3处，加入无患子皂素，接种酒精酵母，发酵温度34-38℃，发酵时间24-72h；

其中，无患子皂素与木薯渣糖化液的重量体积百分比为0.005-0.125w/v%；酒精酵母为耐高温型高浓度酒精酵母，接种浓度为5.5-7.5g/L。

本发明提供的由木薯渣制备乙醇方法，具备以下有益技术效果：

1）选用广西区域特色的工业废料木薯渣生产燃料乙醇，工业木薯废渣资源量大、价格低廉，木薯渣含有丰富的淀粉和纤维素，只含有少量酸不溶物，不会大量吸附纤维素酶，纤维素的转化只需要少量纤维素酶，是制备纤维乙醇的优选原料之一。并且木薯渣中含有3.72%的蛋白，这部分蛋白在淀粉糖化过程被释放出来，在后续发酵过程中不需要添加其它营养物质。

2）淀粉糖化酶和纤维素酶的加入能有效水解淀粉多糖和纤维素，二者协同糖化有利于提高淀粉糖化酶和纤维素酶的水解效率；糖化酶的加入能降低木薯渣中酸不溶物对纤维素酶的吸附；纤维素的水解降低体系黏度，有利于传质从而提高糖化酶糖化效果；