一种表面活性剂改进的木质纤维素的连续糖化共发酵法制造技术

本发明专利技术一种表面活性剂改进的木质纤维素的连续糖化共发酵法，涉及生物质原料降解通过发酵工艺生产燃料乙醇领域。本发明专利技术的技术方案为，通过添加表面活性剂对预处理的纤维素底物不经过脱毒处理直接进行连续酶解糖化共发酵；所述表面活性剂可选择在预酶解前加入或者预酶解后加入。本发明专利技术通过添加表面活性剂，对预处理的纤维素底物可不经过脱毒处理直接进行连续酶解糖化共发酵，对于降低葡萄糖的损失、简化生产工艺、降低设备投资、减少水消耗、提高乙醇产量等方面有经济、有效、可行的应用前景。本发明专利技术首次利用添加表面活性剂对未脱毒速生杨进行连续糖化共发酵生产乙醇，乙醇浓度及收率获得大幅度提高，有效降低了木质纤维素乙醇生产过程的总成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物质原料降解通过发酵工艺生产燃料乙醇领域，具体涉及一种表面活性剂改进的木质纤维素的连续糖化共发酵法。
技术介绍
随着化石能源的日益枯竭和环境污染的日益加剧，可再生清洁能源燃料乙醇的开发和利用受到了人们的广泛关注。传统的乙醇发酵以糖或淀粉为原料，二者都是食物的主要来源，以粮食为原料生产燃料乙醇已经对世界粮食安全构成了威胁，寻找其它原料替代粮食势在必行。木质纤维素作为自然界最为丰富且廉价的可再生资源，其主要成分纤维素半纤维素是潜在的燃料乙醇的生产原料，利用木质纤维素生产燃料乙醇成为世界各国研究的热点。由木质纤维素生产燃料乙醇要经历预处理、酶解、发酵三个步骤，可是在生物质预处理过程中会产生弱酸、糠醛和5-羟甲基糠醛(HMF)以及酚类化合物等毒性物质：这些化合物对酿酒酵母发酵产生强烈抑制作用，从而影响酵母菌的正常生长和随后的发酵过程。因此，对预处理的木质纤维素水解液进行脱毒处理显得尤其重要。目前文献报道的脱毒方法主要包括水洗脱毒、物理脱毒(真空浓缩气提法、膜分离法)、化学脱毒(是石灰中和、活性炭吸附、离子交换、溶剂萃取)、生物脱毒。例如文献BioprocessBiosystEng(2013)36:659–666采用活性炭吸附法讨论了糠醛、HMF、乙酰丙酸等发酵抑制剂对酵母细胞生长速度的影响；专利CA102226204B公开了一种木质纤维素乙醇发酵液的脱毒方法，通过在待处理糖液中添加可溶性电解质盐后加热得到恒温原料液通过膜组件进行膜蒸馏去除糖液中对后续发酵产生抑制作用的物质。可是，水洗、物理、化学脱毒等方式消耗大量水资源、设备投资成本高且工艺复杂，而且脱毒效果差、糖分损失严重；YanlingYu报道了一种生物脱毒法(BioresourceTechnology,2011,102(8):5123-5128),通过利用构巢曲霉(FLZ10)对玉米秸秆蒸汽爆破液进行生物脱毒处理，然后利用酿酒酵母进行同步糖化发酵，乙醇浓度达到34g/L。该方法需要增加构巢曲霉的设备投资、培养基化学试剂及能量消耗。因此，开发一种工艺简单、成本低廉、效果好的脱毒的方法是木质纤维素乙醇工业的必经之路。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的生物质预处理过程中产生的毒性物质对后续发酵过程的抑制作用，提供了一种表面活性剂改进的木质纤维素为原料的连续糖化共发酵法。为了实现本专利技术目的，本专利技术的一种表面活性剂改进的木质纤维素的连续糖化共发酵法(SSCF),对预处理的纤维素底物不经过脱毒处理直接进行连续酶解糖化共发酵；所述表面活性剂可选择在预酶解前加入或者预酶解后加入。表面活性剂选择在预酶解前加入的具体步骤为：以预处理的纤维素为原料作为底物，首先添加纤维素酶、水溶性表面活性剂、PH缓冲液在高温条件下进行预酶解一段时间，然后降低温度添加酿酒酵母进行同步糖化和乙醇发酵生产。表面活性剂选择在预酶解后加入的具体步骤为：以预处理的纤维素作为底物，首先添加纤维素酶、PH缓冲液在高温条件下进行预酶解一段时间，然后降低温度添表面活性剂、加酿酒酵母进行同步糖化和乙醇发酵生产。所述的发酵体系中：预处理的纤维素与缓冲液的固液比为0.1-0.3g/mL；所述水溶性表面活性剂的浓度为0-0.4g/mL；纤维素酶的添加量为10-30FPU/g原料；酿酒酵母的细胞浓度为：0.5*108亿-1.8*108个/mL；所述的预酶解温度为50℃，预酶解时间为2-24小时；同步糖化和乙醇发酵生产的温度为30-39℃；同步糖化和乙醇发酵时间为16-96小时，150～300rpm。所述表面活性剂为聚乙二醇、聚乙二醇单甲醚、聚乙二醇二甲醚、聚二甲基硅氧烷、吐温中的至少一种。所述水溶性表面活性剂优选为聚乙二醇,分子量为200～8000，优选为200-2000。所述表pH缓冲溶液为：醋酸-醋酸钠、柠檬酸-柠檬酸钠、磷酸-磷酸钠缓冲液或硫酸溶液，pH缓冲溶液pH为4.0～5.5。所述表pH缓冲溶液pH优选为4.8。所述水溶性表面活性剂的浓度优选为0.125g～0.18g/mL。所述的发酵体系中预处理的纤维素与缓冲液的固液比优选为0.125g/mL。所述的发酵体系中纤维素酶的添加量优选为20FPU/g原料。所述的发酵体系中酿酒酵母的细胞浓度为优选为0.6*108～0.96*108个/mL。所述的预酶解时间优选为8-12小时；同步糖化和乙醇发酵生产的温度优选为33℃，同步糖化和乙醇发酵时间优选为72小时。具体SSCF的过程可见附图1，附图2和附图3。现有技术以预处理的纤维素为原料，首先添加纤维素酶、PH缓冲液在高温条件下进行预酶解一段时间，然后降低温度添加酿酒酵母进行同步糖化和乙醇发酵生产如图1所示；本专利技术一种表面活性剂改进的木质纤维素的连续糖化共发酵法SSCF的过程如图2和图3所示。相对现有技术，本专利技术的优点在于：本专利技术通过添加表面活性剂，对预处理的纤维素底物可不经过脱毒处理直接进行连续酶解糖化共发酵，对于降低葡萄糖的损失、简化生产工艺、降低设备投资、减少水消耗、提高乙醇产量等方面有经济、有效、可行的应用前景。本专利技术首次利用添加表面活性剂对未脱毒速生杨进行连续糖化共发酵生产乙醇，乙醇浓度及收率获得大幅度提高，有效降低了木质纤维素乙醇生产过程的总成本。例如：在蒸汽爆破预处理的速生杨的浓度为15％，同步糖化和发酵时间为96小时，未添加表面活性剂时的乙醇收率浓度分别为22％和7.0g.L-1,而添加1.5g.mL-1的表面活性剂后乙醇收率和浓度分别可达到75％和24.0g.L-1，附图说明图1纯水中SSCF的操作过程；图2表面活性剂改进的SSCF的操作过程1；图3表面活性剂改进的SSCF的操作过程2；图4不同浓度PEG-1000对未脱毒汽爆速生杨SSCF过程酶解效率的影响；图5不同浓度PEG-1000对未脱毒汽爆速生杨SSCF过程乙醇收率的影响；图6不同浓度PEG-1000对未脱毒汽爆速生杨SSCF过程乙醇浓度的影响；具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行进一步描述，但本专利技术的保护范围不受实施例的限制，下述实施例和说明书中描述的内容只是说明本专利技术的原理，在不脱离本专利技术精神和范围的前提下，本专利技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本专利技术的范围内。本专利技术要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。另外，值得说明的是，以下各实施例中发酵液中各组分的含量测定采用高效液相色谱仪(Agilent1260)，依据木质纤维素底物的投料量计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面活性剂改进的木质纤维素的连续糖化共发酵法,其特征在于通过添加表面活性剂，对预处理的纤维素底物不经过脱毒处理直接进行连续酶解糖化共发酵；所述表面活性剂可选择在预酶解前加入或者预酶解后加入。

【技术特征摘要】
1.一种表面活性剂改进的木质纤维素的连续糖化共发酵法,其特征在于通过添加表面活性剂，
对预处理的纤维素底物不经过脱毒处理直接进行连续酶解糖化共发酵；所述表面活性剂可选
择在预酶解前加入或者预酶解后加入。
2.根据权利要求1所述的一种表面活性剂改进的木质纤维素的连续糖化共发酵法,其特征在
于表面活性剂选择在预酶解前加入的具体步骤为：以预处理的纤维素作为底物，首先添加纤
维素酶、水溶性表面活性剂、PH缓冲液在高温条件下进行预酶解一段时间，然后降低温度添
加酿酒酵母进行同步糖化和乙醇发酵生产。
3.根据权利要求1所述的一种表面活性剂改进的木质纤维素的连续糖化共发酵法,其特征在
于表面活性剂选择在预酶解后加入的具体步骤为：以预处理的纤维素作为底物，首先添加纤
维素酶、PH缓冲液在高温条件下进行预酶解一段时间，然后降低温度添表面活性剂、酿酒酵
母进行同步糖化和乙醇发酵生产。
4.根据权利要求2或3所述的一种表面活性剂改进的木质纤维素的连续糖化共发酵法,其特
征在于所述的发酵体系中：所述纤维素与缓冲液的固液比为0.1-0.3g/mL；所述水溶性表面
活性剂的浓度为0-0.4g/mL；纤维素酶的添加量为10-30FPU/g原料；酿酒酵母的细胞浓度为：
0.5*108亿-1.8*108个/mL；
所述的预酶解温度为50℃，预酶解时间为2-24小时；同步糖化和乙醇发酵生产的温度为
30-39℃；同步糖化和乙醇发酵时间为16-96小时，150～300rpm。
5.按照权利要求1～3中任意权利要求所述的一种表面活性剂改进的木质纤维素的连续糖化共
发酵法，其特征在于所述表面活性剂为聚乙二醇、聚乙二醇单甲醚、聚乙二醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宗超，刘秀梅，毛燎原，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21