一种大型红藻生物质降解液的脱毒发酵方法技术

本发明专利技术提供了一种大型红藻生物质降解液的脱毒发酵方法。该方法为：大型红藻生物质经过降解后，在降解液中添加适量具有吸附性能的分子筛或非分子筛类吸附剂作为脱毒剂，对降解液进行双重脱毒或多重脱毒，以脱除降解液中的抑制微生物活性的物质，最后去除脱毒剂，利用相应发酵微生物发酵生产生物燃料或化工中间体。实验验证，与已有的藻类发酵方法相比，本发明专利技术的降解液处理过程简单、耗时短；脱毒剂成本低、来源广、可回收利用；微生物发酵启动速度快、时间短、产量高、副产物少、易分离提纯。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物能源
，尤其涉及一种大型红藻生物质降解液的脱毒发酵 新方法。
技术介绍
随着人类工业化社会的发展，化石燃料能源面临的坏境污染和不可再生的问题日 趋严重。生物质能源作为可再生能源具有环境友好、数量庞大等特性，有望逐步替代化石能 源成为新兴的能源物质。目前，大部分生物质能源的生产以陆生植物为原料，特别是粮食作 物如玉米、甘蔗等由于其碳水化合物含量高而被广泛利用。但是陆生植物的种植占用了人 类生存所须的土地和淡水资源，长期发展必然会对人类生活造成影响。 目前，已有研究利用海洋藻类为原料生产生物质柴油、生物质乙醇、沼气、氢能源 等。与陆地生物质相比，海洋藻类生物质储量大，例如在亚洲国家，单位面积的红藻和褐藻 产量最高可达70?80吨/公顷/年，是陆地植物产量的2?4倍；并且，海洋藻类生长速 度快、无需淡水和多余的土地、产液体燃料能力强、光合作用效率高，因此是我国发展生物 质能源的首选材料，其中红藻占到海藻总产量的一半，具有良好的研发前景。 研究表明，在海洋藻类的降解过程中往往伴随对生物具有毒性的化合物生成，从 而抑制了降解液的发酵。该化合物主要包括三类物质，一类是脂肪酸，例如乙酸、甲酸、乙酰 丙酸等；一类是呋喃类衍生物，例如糠醛、5-羟甲基糠醛（HMF)等；另一类是酚醛类化合物。 另外，在海洋藻体中包含少量重金属离子、腐黑质、无机盐等，也将影响菌种的活力。这些在 海洋藻类的降解发酵过程中抑制降解液发酵或者影响菌种活力的物质被称为抑制物。 传统的去除抑制物的技术包括将降解液真空蒸馏、氢氧化钙过中和、离子交换树 脂吸附、过氧化酶处理等。但是，利用这些方法所能去除的抑制物种类单一，而且去除效率 较低。另外，也有相关研究是通过优化预处理过程以减少发酵液中的抑制物，或者改良菌种 以增强对抑制物的耐受性，但是这些方法将会大幅度增加额外成本，并且尚处于研发阶段。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供了一种大型红藻生物质降解液的脱毒发酵新方 法，能够有效减少或去除抑制物，提高大型红藻生物质发酵生产生物燃料或化工中间体的 产率。 本专利技术采用的技术方案是：，该方法 为： (1)大型红藻生物质经过降解后得到降解液； (2)将降解液的pH值调至4. 0?10. 0,在降解液中添加 0· 5?5% (w/v)的脱毒 齐U，在温度为15°C?50°C、震动或连续搅拌的条件下对降解液进行两次或两次以上的脱毒 处理，以脱除降解液中的抑制微生物活性的物质，然后过滤或沉淀去除脱毒剂，得到脱毒处 理后的降解液； (3)重复步骤（2) -次或者两次以上，然后对脱毒处理后的降解液进行发酵处理， 得到生物燃料或化工中间体； 所述的脱毒剂是具有吸附性能的分子筛或非分子筛类吸附物质，包括但不限于活 性炭、硅藻土、膨润土、-分子筛、ZSM-5分子筛、NaY分子筛、13A分子筛、壳聚糖等中的任 意一种或者两种以上的组合；所述的各次脱毒中所采用的脱毒剂不同。 所述的大型红藻生物质是含有以半乳糖基为主要多糖的大型藻类，包括 紫菜属（Porphyra)、鸡毛菜属（Pterocladia)、蜈蚁藻属（Grateloupia)、江蓠科 (Gracilariaceae)、石花菜属（Gelidiales)、麒麟菜属（Eucheuma)的大型海藻。 作为优选，所述的步骤（1)中，大型红藻生物质的降解方法不限，包括矿物质酸酸 水解、水热二氧化硫水解法、酸性气爆法、酶解法中的一种或者几种的组合。 作为优选，所述的步骤（2)中，脱毒剂的质量与降解液体积之比为0. 5?5%克/毫 升。 作为优选，所述的步骤（2)中，脱毒处理时间为10分钟?24小时。 作为优选，所述的步骤（3)中，发酵处理具体包括接入酵母菌等菌种后进行厌氧发 酵。其中，作为优选，所述的菌种与发酵醪液的体积比为1:10?1:1 ;所述的厌氧发酵在 25?35°C下进行；所述的厌氧发酵时间优选为12小时?168小时；所述的厌氧发酵包括但 不限于间歇式厌氧发酵、连续厌氧发酵或半连续厌氧发酵。 综上所述，本专利技术提供了一种以半乳糖基为主要多糖的大型红藻生物质降解液的 脱毒发酵新方法，该方法以具有吸附性能的分子筛或非分子筛类吸附物质为脱毒剂进行双 重脱毒或多重脱毒，利用该脱毒剂较大的颗粒孔径和比表面积吸附发酵液中的各种有机 物、小分子酸、金属离子等抑制物，从而高效发酵生产包括乙醇、丁醇、异丁醇、丙醇、1，3-丙 二醇、1，4-丙二醇等醇类有机物质和烷烃类有机物质的生物燃料或化工中间体。试验验证， 与已有的藻类发酵方法相比，本专利技术的降解液处理过程简单、耗时短；脱毒剂成本低、来源 广、可回收利用；微生物发酵启动速度快、时间短、产量高、副产物少、易分离提纯。 【附图说明】 图1是实施例1与对比实施例1中石花菜酸解产物经厌氧发酵所得产物中产乙醇 浓度随时间变化曲线； 图2是实施例1与对比实施例1中石花菜酸解产物经厌氧发酵所得产物中产5-羟 甲基糠醛浓度随时间变化曲线； 图3是实施例2与对比实施例2中蜈蚣藻酶解产物经厌氧发酵所得产物中产乙醇 浓度随时间变化曲线； 图4是实施例2与对比实施例2中蜈蚣藻酶解产物经厌氧发酵所得产物中产5-羟 甲基糠醛浓度随时间变化曲线； 图5是实施例3与对比实施例3中紫菜酸性气爆产物经厌氧发酵所得产物中产丁 醇浓度随时间变化曲线。 【具体实施方式】 下面结合附图与实施例，进一步阐明本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本发 明，而不用于限制本专利技术的范围。 实施例1 : 本实施例中，藻类生物质为石花菜（Gelidiales)，该藻类生物质的液态酸水解产 物经厌氧发酵后得到乙醇。脱毒剂为活性炭和膨润土。具体过程如下。 (1)取干石花菜200克，粉碎后加入1升2%的硫酸溶液，充分拌勻。在125摄氏度 的环境下酸解2小时，压滤后得到石花菜降解液。在降解液中加入氢氧化钠将pH调至6. 0。 (2)量取降解液50毫升，加入1克活性炭，在摇床内脱毒30分钟，摇床转速为150 转每分钟，脱毒后抽滤去除活性炭。然后，称取钙基膨润土 1克，加入经活性炭脱毒的降解 液中，进行双重脱毒，脱毒条件为：摇床转速为150转每分钟,脱毒30分钟,脱毒后抽滤去除 膨润土，得到的降解液用于乙醇发酵。 经测试，脱毒前后降解液中糖源和主要抑制物5-羟甲基糠醛的含量变化如下表1 所示。 表1 :石花菜降解液脱毒过程中糖份和抑制物含量 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大型红藻生物质降解液的脱毒发酵方法，其特征是：包括如下步骤：（1）大型红藻生物质经过降解后得到降解液；（2）将降解液的pH值调至4.0～10.0，在降解液中添加0.5～5%（w/v）的脱毒剂，在温度为15℃～50℃、震动或连续搅拌的条件下对降解液进行脱毒处理，以脱除降解液中的抑制微生物活性的物质，然后过滤或沉淀去除脱毒剂，得到脱毒处理后的降解液；（3）重复步骤（2）一次或者两次以上，然后对脱毒处理后的降解液进行发酵处理，得到生物燃料或化工中间体；所述的脱毒剂是具有吸附性能的分子筛或非分子筛类吸附物质，包括但不限于活性炭、硅藻土、膨润土、β‑分子筛、ZSM‑5分子筛、NaY分子筛、分子筛、壳聚糖中的任意一种或者两种以上的组合；所述的各次脱毒中所采用的脱毒剂不同。

【技术特征摘要】
1. 一种大型红藻生物质降解液的脱毒发酵方法，其特征是：包括如下步骤： (1) 大型红藻生物质经过降解后得到降解液； (2) 将降解液的抑值调至4. 0?10. 0,在降解液中添加0. 5?5% (w/v)的脱毒剂，在 温度为15C?5(TC、震动或连续揽拌的条件下对降解液进行脱毒处理，W脱除降解液中的 抑制微生物活性的物质，然后过滤或沉淀去除脱毒剂，得到脱毒处理后的降解液； (3) 重复步骤（2) -次或者两次W上，然后对脱毒处理后的降解液进行发酵处理，得到 生物燃料或化工中间体； 所述的脱毒剂是具有吸附性能的分子筛或非分子筛类吸附物质，包括但不限于活性 炭、娃藻±、膨润±、目-分子筛、ZSM-5分子筛、NaY分子筛、13A分子筛、壳聚糖中的任意一 种或者两种W上的组合；所述的各次脱毒中所采用的脱毒剂不同。2. 如权利要求1所述的大型红藻生物质降解液的脱毒发酵方法，其特征是；所述的大 型红藻为紫菜属（Po巧hyra)、鸡毛菜属（Pterocladia)、娱蚁藻属（Grateloupia)、江萬科 (Gracilariaceae)、石花菜属（Gelidiales)、牒麟菜属（Eucheuma)。3. 如权利要求1所述的大型红藻生物质降解液的脱毒发酵方法，其特征是；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨池，张亚杰，马中森，吕学兰，陆贻超，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33