一种木质纤维素生物质综合利用的方法技术

本发明专利技术公开一种木质纤维素生物质综合利用的方法，（1）将原料木质纤维素材料粉碎，加水，形成混合液，加碱调节，然后加入亚硫酸盐进行蒸煮得到混合物；（2）将步骤（1）中得到的混合物固液分离，固体冲洗降温，冲洗出的液体与固液分离的液体混合后循环利用到步骤（1）中，待液体中干物质含量一定时，将液体干燥得磺化木质素；（3）将步骤（2）中冲洗后的固体调节pH，加纤维素酶液，进行高浓物料糖化；（4）将步骤（3）中糖化液加入酵母发酵，发酵后混合物经处理后得无水乙醇；（5）将步骤（4）废醪接入拜氏梭菌进行发酵，发酵后蒸馏生产乙醇、丙酮和丁醇。本发明专利技术实现木质纤维素生物质中木质素、纤维素和半纤维素主要成分的高效利用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及一种将木质纤维素生物质中的纤维素、半纤维素和木质素充分利用的 方法，具体设及。
技术介绍
随着化石燃料日益枯竭，全球变暖、雾霸天气等，环境问题加剧，寻找清洁、可再生 能源成为热口议题。燃料己醇已被证实可W代替汽油作为汽车燃料，利用微生物发酵法生 产己醇技术成熟，W木质纤维素生物质（杂草、林木、农业废弃物等）转化己醇具有原料分 布广、不与人畜争粮等优势。 木质纤维素生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，将其中的纤维素和半 纤维素水解得到还原糖可W用来发酵生产己醇，但=种组分相互连接、结构复杂导致聚糖 不容易水解，为提高纤维素和半纤维素酶解转化效率需要将原料中的木质素除去，最大程 度的保留纤维素与半纤维素，用于制备木质纤维素水解糖，然后通过生物转化技术转化为 能源产品或生物基化学品。 中国专利CN201110308471，同样公开了一种木质纤维素生物质的综合利用方法， 采用对木质纤维素生物质进行N级酸水解，其中，第一级酸水解的温度为100-150°C，后续 每级逐级降低5~25°C，N为大于等于2的整数；酸处理后的渣进行酶解，然后用碱提取酶 解渣中的木质素，剩余的渣再酶解，循环反复，此工艺复杂，并且大量使用酸碱，容易产生大 量废液造成环境污染，纤维素酶的反复添加增加了生产成本，不具有经济性，同时该工艺中 戊糖经过多次酸处理后会分解产生发酵抑制物，不利于后续利用。中国专利201110306624， 公开了一种木质纤维素生物质的综合利用方法，方法与专利CN201110308471相类似，只不 过采用一步磯酸酸解，由于磯酸价格高昂，同时用磯酸预处理得到的戊糖未做高值化转化， 因此该综合利用方式同样不具有经济性和产业化价值。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了提供。 本专利技术是通过W下技术方案实现的： ，包括W下步骤：[000引 （1)将原料木质纤维素材料粉碎，W液固质量比4~10 : 1置于水中，形成混合 液，加碱调节pH为9~11，然后加入亚硫酸盐进行蒸煮得到混合物，亚硫酸盐添加量为原料 中木质素质量的5%~20%。 (2)将步骤（1)中得到的混合物进行固液分离，固体采用热水进行冲洗降温，冲洗 出的液体与固液分离的液体混合后循环利用到步骤（1)中，通过补加碱或亚硫酸盐满足步 骤（1)中混合液抑为9~11、亚硫酸盐的质量为原料中木质素质量的5%~20%，液体循 环使用，待液体中的干物质含量在10~20% (w/w)时，将液体干燥得到横化木质素。 做将步骤似中冲洗后的固体部分加磯酸调节抑为4. 0~6. 0,待混合均匀抑 稳定在4. 0~6. 0,按照固体中每克纤维素质量添加5~12FPU纤维素酶液，加水调节液固 质量比为7~8: 1，50~55°C条件下进行高浓物料糖化。 (4)待步骤（3)中糖化液的糖浓度达20~30g/L时，将糖化液累入发酵罐，加入活 化好的酵母进行厌氧发酵，按照糖化液体积的2~10%接种，34~40°C发酵48~12化，发 酵完成后，混合物经减压蒸馈得到粗己醇、粗己醇通过精馈和脱水得到无水己醇。 (5)将步骤（4)中蒸馈剩余的蒸馈膠液直接转入厌氧发酵罐，接入扩大培养后的 拜氏梭菌进行厌氧发酵，接种量为步骤（4)蒸馈膠液体积的3%~10%，36~38°C发酵 72~12化，发酵后蒸馈生产己醇、丙酬和了醇，蒸馈后的该步骤产生的废膠直接进入污水 处理进行厌氧好氧处理装置进行沼气发电。 上述步骤（1)中，所述的木质纤维素材料为一年生草本植物，包括农业废弃物玉 米巧、玉米枯杆、稻壳、麦杆的一种、两种或两种W上的混合物。 上述步骤（1)中，所述的木质纤维素材料粉粹至小于10cm。优选的，将木质纤维素 材料粉粹至3~10cm。上述步骤（1)中，蒸煮时温度为155~210°C，保温时间为20~ISOmin。 上述步骤（1)中，所述的亚硫酸蒸煮所用的设备，其承受压力大于等于2MPa，材质 为双相钢或不诱钢31化材质，其进料口通过进料螺旋在压力作用下将物料形成塞状，简称 物料塞，且形成的物料塞固含量大于等于35 %，小于等于60%。物料塞固含量是指物料塞 中固形物的质量占物料塞总质量的质量百分数。 上述步骤（1)中，所述的亚硫酸盐蒸煮所用的试剂，所有碱和亚硫酸盐均适用于 本专利技术，碱添加量为原料中木质纤维素质量的0.5%~2. 0% ;其中碱优选用化0H和氨水， 亚硫酸盐可W使用Na2S〇3、Na服〇3、畑4服〇3、（畑4)25〇3,优选畑4服〇3、（畑4)25〇3。 上述步骤（2)中，固体采用其1~2倍质量的热水进行冲洗降温，热水温度为50~ 65°C，其目的是将原料蒸煮后的温度降低至糖化温度，同时将碱与亚硫酸盐洗出回收循环 用于原料蒸煮预处理，减少碱和亚硫酸盐的使用。 上述步骤（2)中，所述液体经过五次循环使用。 上述步骤（3)中，酶解特征是，先采用磯酸调节固体抑至4~6,待抑稳定不回升 时通过加纤维素酶粗酶液和水进行液固比调整。其所述的纤维素酶是草酸青酶发酵生产的 复合粗酶液。其中，所述磯酸的质量浓度是30% (w/w)。 上述步骤（3)中，高浓物料糖化的设备采用专利201420441746. 1实施例1所述的 酶解反应器。 上述步骤（3)中，所述的纤维素酶液是由草酸青霉菌株（本本专利技术中草酸青霉保 藏在中国普通微生物保藏管理中屯、，保藏编号CGMCCNO. 5302,记载在中国专利《一种提高 纤维素酶和半纤维素酶酶活性的草酸青霉菌株》中，申请号；201410160118. 0)发酵得来。 其中菌种活化方法；草酸青霉在PDA平板上于30°C条件下，生长7天，然后挑取单菌落划线 于含有PDA琼脂（马铃馨粉；5.Og/L，葡萄糖；20.Og/L，琼脂；15.Og/l，氯霉素；0.Ig/L)的 茄形瓶中，28°C培养7天，然后用无菌水洗出，接入液体活化培养基中培养36h，即得活化后 的草酸青霉，草酸青霉的数量为IX106~10 "CFU/ml，菌丝短、粗壮呈现菊花状。[002引所述PDA平板的配方是；马铃馨300克、葡萄糖20克、琼脂15~20克、自来水1000 毫升、自然pH。所述液体活化培养基的配方是；葡萄糖lOg/l，蛋白腺lOg/l，玉米巧lOg/l， 款皮lOg/L碳酸巧5g/L。 纤维素酶发酵方法；W步骤（1)中蒸煮预处理后的原料经步骤（2)冲洗后为碳源 及诱导物，进行草酸青霉在28~32°C好氧发酵生产纤维素酶，发酵液所需成分为；蒸煮预 处理后的原料：50g/l，款皮；20~40g/l，尿素；1~lOg/l，豆饼粉；3~lOg/l，玉米浆；5g/ L，硫酸锭；1~5g/l，硫酸儀；0. 5g/L和磯酸二氨钟：l-3g/L，调节抑为5. 0~5. 5,活化好 的草酸青霉菌种按照液体发酵培养基体积的5~10% (v/v)接种量转接于液体发酵培养 基，28~32°C发酵72~12化获得纤维素酶酶液。 上述步骤（4)中，使用的酵母为耐高温酿酒高活性干酵母（为常规市售产品，购自 安琪酵母股份有限公司）。酵母活化的方法为；将步骤（2)中的固液分离后的固体部分进行 酶解制备葡萄糖液，酶解时干物含量为40~lOOg/l，混合均匀，加磯酸调节抑为4~6,按 照固体中每克纤维素本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种木质纤维素生物质综合利用的方法，其特征是，包括以下步骤：（1）将原料木质纤维素材料粉碎，以液固质量比4～10∶1置于水中，形成混合液，加碱调节pH为9～11，然后加入亚硫酸盐进行蒸煮得到混合物，亚硫酸盐添加量为原料中木质素质量的5%～20%；（2）将步骤（1）中得到的混合物进行固液分离，固体采用热水进行冲洗降温，冲洗出的液体与固液分离的液体混合后循环利用到步骤（1）中，通过补加碱或亚硫酸盐满足步骤（1）中混合液pH为9～11、亚硫酸盐的质量为原料中木质素质量的5%～20%，液体循环使用，待液体中的干物质含量在10～20%时，将液体干燥得到磺化木质素；（3）将步骤（2）中冲洗后的固体部分加磷酸调节pH为4.0～6.0，待混合均匀pH稳定在4.0～6.0，按照固体中每克纤维素质量添加5～12FPU纤维素酶液，加水调节液固质量比为7～8∶1， 50～55℃条件下进行高浓物料糖化；（4）待步骤（3）中糖化液的糖浓度达20～30g/L时，将糖化液泵入发酵罐，加入活化好的酵母进行厌氧发酵，按照糖化液体积的2～10%接种，34～40℃发酵48～120h，发酵完成后，混合物经减压蒸馏得到粗乙醇，粗乙醇通过精馏和脱水得到无水乙醇；（5）将步骤（4）中蒸馏剩余的蒸馏醪液直接转入厌氧发酵罐，接入扩大培养后的拜氏梭菌进行厌氧发酵，接种量为步骤（4）蒸馏醪液体积的3%～10%， 36～38℃发酵72～120h，发酵后蒸馏生产乙醇、丙酮和丁醇。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程少博，肖林，夏蕊蕊，王新明，覃树林，
申请(专利权)人：山东龙力生物科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37