一种含纤维素原料的同步糖化发酵工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种含纤维素原料的同步糖化发酵工艺，其中，该工艺包括：将含纤维素原料与酶混合进行液化，液化的条件使得到的液化产物中可溶性寡糖以最终降解为单糖的含量计为10-150g/L，单糖的含量为10-100g/L，液化产物的粘度为200-500cp，液化产物的平均粒径为20-100μm；将液化产物与酶和酵母混合，进行同步糖化发酵。本发明专利技术的上述技术方案实现了含纤维素原料的高效的同步糖化发酵工艺，即实现了含纤维素原料的酶解与液体深层发酵的同步进行，从而有效缩短了酶解周期以及发酵周期，进而提高了酶解效率与纤维素转化为乙醇的效率并保证了较高的乙醇产率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种含纤维素原料的同步糖化发酵工艺。
技术介绍
同步糖化发酵工艺是指将酶水解和乙醇发酵结合起来，在同一发酵罐中进行，而且因发酵罐内的纤维素水解速度远低于葡萄糖消耗速度，因此，为将糖转化成乙醇创造了有利条件。此外，同步糖化发酵工艺的优点还包括发酵时间短、减少了外部微生物污染等。但是，在现有技术的同步糖化发酵工艺中，存在纤维素酶解温度条件与发酵温度条件不匹配、酶解时间长且适于乙醇液体深层发酵的酵母/微生物无法进行高效的代谢活动的问题，从而导致酶解效率和纤维素转化为乙醇的效率不高。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的同步糖化发酵工艺存在纤维素酶解温度条件与发酵温度条件不匹配、酶解时间长且适于乙醇液体深层发酵的酵母/微生物不能实现其正常、高效代谢活动而导致酶解效率和纤维素转化为乙醇的效率不高的缺陷，而提供一种实现了含纤维素原料的酶解与液体深层发酵同步进行的、提高了酶解效率以及纤维素转化为乙醇的效率并保证了较高的乙醇产率的含纤维素原料的同步糖化发酵工艺。本专利技术的专利技术人发现，在采用批次式操作或者连续式操作的方式将含纤维素原料与酶和酵母/微生物接触以后，由于含纤维原料干料或者高粘性物料的黏度较高，其转运过程与酶解效率都受到极大影响，因而无法进行酵母
/微生物的液体深层发酵，从而导致酶解效率和纤维素转化为乙醇的效率不高。因为黏度偏高，酶与物料难以均匀混合，酵母也无法与底物充分接触，导致酶解与发酵效率都很低。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种含纤维素原料的同步糖化发酵工艺，其中，该工艺包括：将含纤维素原料与酶混合进行液化，液化的条件使得到的液化产物中可溶性寡糖以最终降解为单糖的含量计为10-150g/L，单糖的含量为10-100g/L，液化产物的粘度为200-500cp，液化产物的平均粒径为20-100μm；将液化产物与酶和酵母混合，进行同步糖化发酵。本专利技术提供的含纤维素原料的同步糖化发酵工艺，包括将含纤维素原料进行液化以及将液化产物进行同步糖化发酵的步骤。先将含纤维素原料与酶混合、液化，优选在本专利技术所述的主酶解装置中进行多阶段的液化，有效地降低物料粘度，然后将液化产物与酶和酵母接触，进行同步糖化发酵，该工艺方法有利于酵母/微生物的液体深层发酵而提高单糖转化为乙醇的效率以及保证较高的乙醇产率，同时解决了降粘段与同步糖化发酵温度不匹配的问题。相对于现有技术的发酵工艺以及同步糖化发酵工艺来说，本专利技术的上述技术方案，首先实现了含纤维素原料高效的同步糖化发酵工艺，即实现了含纤维素原料的酶解与液体深层发酵的同步进行，从而有效缩短了酶解周期以及发酵周期，进而提高了酶解效率与发酵效率，提高了纤维素转化为乙醇的效率并保证了较高的乙醇产率。同时，由于同步糖化发酵工艺的实现，有效提高了底物的浓度，可以再进一步降低生产成本和能耗。按照本专利技术的一个优选的实施方式，在本专利技术所述的主酶解装置中进行连续的多阶段液化过程能够进一步利于物料粘度的有效降低，为后续的同步糖化发酵阶段酵母/微生物的深层液体发酵创造良好的条件，因此，对连续液
化出料并进行同步糖化发酵含纤维素原料生产乙醇工艺的实现具有重要意义。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术提供的主酶解装置2的结构示意图。附图标记说明2主酶解装置 21罐体 22搅拌轴23隔板 24涡轮式搅拌器25旋桨式搅拌器 26含纤维素原料入口 27酶入口28物料出口 29补充酶入口。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本专利技术中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”、“下”通常是指附图中所示的罐体21的高度方向的上和下；“内”、“外”是指主酶解装置罐体21或者间歇酶解装置的酶罐体的内部和外部；“轴向”指搅拌轴22的方向，“径向”指罐体的直径方向，即垂直于搅拌轴22的方向。按照本专利技术，所述含纤维素原料的同步糖化发酵工艺包括：将含纤维素原料与酶混合进行液化，液化的条件使得到的液化产物中可
溶性寡糖以最终降解为单糖的含量计为10-150g/L，单糖的含量为10-100g/L，液化产物的粘度为200-500cp，液化产物的平均粒径为20-100μm；将液化产物与酶和酵母混合，进行同步糖化发酵。按照本专利技术的一个优选的实施方式，如图1所示，所述液化在主酶解装置2中进行，该主酶解装置2包括罐体21、包覆在罐体21外周的设置有入口和出口的夹套(图中未示出)和设置在所述罐体21内的搅拌轴22以及隔板23，所述隔板23沿着罐体21高度方向上将罐体21分隔成多个液化空间，且隔板23上具有能够使被隔板23分隔的相邻两个液化空间相连通的通孔，在被隔板23分隔的每个液化空间中的搅拌轴22部分的长度方向上均设置有搅拌器，所述酶解装置2还包括与罐体21相通的含纤维素原料入口26、酶入口27和物料出口28。按照本专利技术，优选情况下，所述液化的方法包括：将含纤维素原料间歇或连续地，优选连续地引入罐体21中，以及将酶间歇或连续地，优选连续地引入罐体21中之前、同时或之后启动搅拌轴22，使搅拌轴22带动搅拌器转动，在搅拌下，使得含纤维素原料与酶的混合物沿罐体1的高度方向从上到下依次从被隔板23分隔的每个液化空间经过，经过多阶段的液化之后，将液化产物从罐体21中排出，使得经过该液化阶段得到的液化产物中可溶性寡糖以最终降解为单糖含量计为10-150g/L，单糖的含量为10-100g/L，液化产物的粘度为200-500cp，液化产物的平均粒径为20-100μm。在本专利技术所述的主酶解装置2中进行的多阶段的液化过程能够进一步利于物料粘度的有效降低，为后续的同步糖化发酵阶段酵母/微生物的深层液体发酵创造良好的条件。按照本专利技术，优选情况下，所述含纤维素原料为蒸汽爆破的含纤维素原料，所述含纤维素原料的干物质含量为15-50重量％，液化体系以及同步糖化发酵体系中的水分在反应混合物中的含量保持在50-85重量％。即，在所
述主酶解装置2中的液化能够更好地实现在不额外加水的情况下，优选为连续进行的液化的顺利完成，从而进一步保证酶的利用效率，并提高产糖效率。其中，不额外加水的描述应理解为，含纤维素原料的液化可以直接在将含纤维素原料与酶混合后进行液化过程，保证了含纤维素原料至少在排除另外添加混入水分的情形，如直接添加水、含水的溶液或含水的混合物等。不额外加水是为了尽可能的维持含纤维素原料的干固浓度为15-50重量％，即，液化体系以及同步糖化发酵体系中的水分在反应混合物中的含量保持在50-85重量％，从而维持液化结束时较高的糖浓度。此外，不引入含水的混合物，如干物质浓度相同但可溶性糖含量较高低粘度酶解液，是为了保证酶不会被溶剂稀释而影响总体酶解的效率，从而利于优化酶解周期。按照本专利技术，所述可溶性寡糖包括可溶性木寡糖和可溶性葡寡糖，可溶性木寡糖以最终降解为木糖含量计可以为10-50g/L，可溶性葡寡糖以最终降本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含纤维素原料的同步糖化发酵工艺，其特征在于，该工艺包括：将含纤维素原料与酶混合进行液化，液化的条件使得到的液化产物中可溶性寡糖以最终降解为单糖的含量计为10‑150g/L，单糖的含量为10‑100g/L，液化产物的粘度为200‑500cp，液化产物的平均粒径为20‑100μm；将液化产物与酶和酵母混合，进行同步糖化发酵。

【技术特征摘要】
1.一种含纤维素原料的同步糖化发酵工艺，其特征在于，该工艺包括：将含纤维素原料与酶混合进行液化，液化的条件使得到的液化产物中可溶性寡糖以最终降解为单糖的含量计为10-150g/L，单糖的含量为10-100g/L，液化产物的粘度为200-500cp，液化产物的平均粒径为20-100μm；将液化产物与酶和酵母混合，进行同步糖化发酵。2.根据权利要求1所述的工艺，其中，所述液化在主酶解装置(2)中进行，该主酶解装置(2)包括罐体(21)、包覆在罐体(21)外周的设置有入口和出口的夹套和设置在所述罐体(21)内的搅拌轴(22)以及隔板(23)，所述隔板(23)沿着罐体(21)高度方向上将罐体(21)分隔成多个液化空间，且隔板(23)上具有能够使被隔板(23)分隔的相邻两个液化空间相连通的通孔，在被隔板(23)分隔的每个液化空间中的搅拌轴(22)部分的长度方向上均设置有搅拌器，所述主酶解装置(2)还包括与罐体(21)相通的含纤维素原料入口(26)、酶入口(27)和物料出口(28)；将含纤维素原料间歇或连续地，优选连续地引入罐体(21)中，以及将酶间歇或连续地，优选连续地引入罐体(21)中之前、同时或之后启动搅拌轴(22)，使搅拌轴(22)带动搅拌器转动，在搅拌下，使得含纤维素原料与酶的混合物沿罐体(1)的高度方向从上到下依次从被隔板(23)分隔的每个液化空间经过，经过多阶段的液化之后，将液化产物从罐体(21)中排出，使得经过该液化阶段得到的液化产物中可溶性寡糖以最终降解为单糖的含量计为10-150g/L，单糖的含量为10-100g/L，液化产物的粘度为200-500cp，液化产物的平均粒径为20-100μm。3.根据权利要求2所述的工艺，其中，所述隔板(23)的数量为2-5个，且被隔板(23)分隔的相邻两个液化空间的容积比为0.5-2.5，优选相邻
\t两个液化空间的容积比为1.3-1.8。4.根据权利要求2或3所述的工艺，其中，所述隔板(23)为平板或者倒置的锥板，优选为倒置的锥板，该锥板的锥角为大于或等于60°至小于180°，优选为60-150°。5.根据权利要求2或3所述的工艺，其中，同一隔板上分布的通孔大小相同，且沿着罐体(21)的高度方向由上向下分布的隔板(23)上的通孔孔径依次减小，隔板(23)上的通孔的孔隙率为10-90％，优选为10-50％，孔直径大小为0.1-10毫米，优选为0.1-2毫米。6.根据权利要求2所述的工艺，其中，所述含纤维素原料入口(26)和酶入口(27)设置在罐体(21)的顶部，所述物料出口(28)设置在罐体(21)的底部。7.根据权利要求2所述的工艺，其中，设置在搅拌轴(22)下端的搅拌器为涡轮式搅拌器(24)，设置在该涡轮式搅拌器上方的其它搅拌器为旋桨式搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳国君，武国庆，熊强，林鑫，林海龙，李凡，沈乃东，许克家，高尚，杜伟彦，袁敬伟，李春玲，刘文信，
申请(专利权)人：中粮营养健康研究院有限公司，中粮生化能源肇东有限公司，中粮集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11