一种同步糖化发酵制备纤维素乙醇的方法技术

本发明专利技术涉及一种同步糖化发酵制备纤维素乙醇的方法，包括如下步骤：在容器中事先用纳滤膜或超滤膜分隔成第一容腔和第二容腔的两个容腔，其中，在第一容腔内盛有酶解发酵溶剂的第一溶剂体系，第二容腔内盛有发酵溶剂的第二溶剂体系，将预处理后的木质纤维素加入第一容腔的第一溶剂体系内，同时搅拌第一溶剂体系和第二溶剂体系各12h～60h后，在两个容腔内分别同时得到发酵糖化后的纤维素乙醇。本发明专利技术以木质纤维素为原料，通过使用羧酸盐两性离子液体与水作为混合溶剂，加入纤维素酶，同时通过纳滤膜连接以非离子表面活性剂和C5与C6共发酵酵母形成的溶剂体系，达到高糖化﹑高发酵的目的。

A Method for the Production of Cellulosic Ethanol by Synchronized Saccharification and Fermentation

The present invention relates to a method for preparing cellulosic ethanol by synchronous saccharification and fermentation, which includes the following steps: separating the first and second chambers with nanofiltration or ultrafiltration membranes in advance, in which the first chamber contains the first solvent system of enzymatic fermentation solvents, and the second chamber contains the second solvent system of fermentation solvents. The pretreated lignocellulosic fibers are separated into two chambers. Vitamin was added into the first solvent system of the first chamber, and cellulosic ethanol was fermented and saccharified in both chambers after stirring the first solvent system and the second solvent system for 12h to 60h, respectively. The invention takes lignocellulose as raw material, uses carboxylate amphoteric ionic liquid and water as mixed solvent, adds cellulase, and connects the solvent system formed by co-fermentation yeast of non-ionic surfactant and C5 and C6 through nanofiltration membrane to achieve the goal of high saccharification and high fermentation.

【技术实现步骤摘要】
一种同步糖化发酵制备纤维素乙醇的方法
本专利技术属于生物质纤维素乙醇制备
，特别涉及一种同步糖化发酵制备纤维素乙醇的方法。
技术介绍
木质纤维原料是自然界中极为丰富的可再生资源，其主要成分为纤维素、半纤维素和木质素。木质纤维素中的糖类聚合物生产生物燃料或生物基化学品是木质纤维素综合利用的一个有效途径。利用木质纤维原料转化燃料乙醇用来部分替代日趋枯竭的化石能源，可以缓解能源危机、环境污染等问题。如果木质纤维素能被很好的利用，将很大程度上降低化工原料及汽车燃料的成本。然而迄今为止，人们对木质纤维原料的利用却很不充分。这是因为木质纤维原料中不仅含有纤维素和半纤维素，还含有一定量的木质素及少量的果胶质、淀粉、树脂、萜烯类化合物等，这些成分紧密结合在一起，对外界环境具有很强的抵抗力，阻碍糖苷酶接近纤维，限制了纤维素成分的水解糖化过程。木质纤维素生物转化过程包括预处理、酶水解、微生物发酵和产物分离四个步骤，其中酶水解﹑发酵是两个很重要的步骤。现有对木质纤维素糖化、发酵可以分步进行，也可以同步进行的案例较多。目前，已有诸多专利公开了糖化与发酵的生产工艺技术，如公告号CN105624208A专利公开了一种木质纤维素高温酶解发酵产乙醇的方法，通过分步糖化发酵制备燃料乙醇，这种方法的缺点是纤维素水解时产生的葡萄糖将抑制纤维素酶的酶活，使纤维素酶用量增大，酶解效率降低，同时需要水解时基质浓度比较低，导致较低的乙醇产量，从而增加了发酵成本和乙醇回收成本。如公告号CN106701863A的专利公开了一种以木质纤维素为原料同步酶解发酵制备乙醇的方法，对木质纤维素进行同步糖化发酵，其缺点是：纤维素酶和酵母不能同时在各自适宜的温度下工作，糖化发酵需要的时间延长，随着酶解反应的进行，还原糖浓度逐渐增加，酶解产物的抑制作用增强，从而影响还原糖的得率，发酵效率同时降低。同时针对木质纤维素前期预处理的副产物，如有机酸类、呋喃类和酚类等化合物未能够得到有效清除，使得这些化合物对酵母菌的生长和发酵都有明显的抑制作用，从而使得乙醇产量降低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种同步糖化发酵制备纤维素乙醇的方法，以木质纤维素为原料，通过使用羧酸盐两性离子液体与水作为混合溶剂，加入纤维素酶，同时通过纳滤膜连接以非离子表面活性剂和C5与C6共发酵酵母形成的溶剂体系，达到高糖化﹑高发酵的目的。本专利技术是这样实现的，提供一种同步糖化发酵制备纤维素乙醇的方法，包括如下步骤：在容器中事先用纳滤膜或超滤膜分隔成第一容腔和第二容腔的两个容腔，其中，在第一容腔内盛有酶解发酵溶剂的第一溶剂体系，第二容腔内盛有发酵溶剂的第二溶剂体系，将预处理后的木质纤维素加入第一容腔的第一溶剂体系内，同时搅拌第一溶剂体系和第二溶剂体系各12h～60h后，在两个容腔内分别同时得到发酵糖化后的纤维素乙醇。其中，在所述酶解发酵溶剂中包含有羧酸盐两性离子液体、水以及纤维素酶，或者包含有聚乙二醇、水以及纤维素酶。在所述发酵溶剂中包含有非离子表面活性剂或活性炭和C5与C6共发酵酵母。本专利技术方法对木质纤维素进行糖化﹑发酵的原理是：羧酸盐两性离子液体可以使得纤维素及半纤维素快速溶解，从而使得纤维素酶与物料的充分接触，达到高效糖化的目的；纳滤膜或超滤膜可以使得小分子（如：糖分，水，乙醇）类物质通过，木质纤维素不能透过纳滤膜或超滤膜进入第二溶剂体系的，只能在第一溶剂体系内被酶解和发酵糖化，部分酶解成分在浓度差的作用下通过纳滤膜或超滤膜渗透进入到第二溶剂体系内同时在第二溶剂体系内也进行发酵糖化，减少第一溶剂体系中酶解液的糖浓度，从而阻止因糖浓度及乙醇浓度过高引起纤维素酶﹑酵母活性的降低，提高糖化率和乙醇收率；非离子表面活性剂主要是针对木质纤维素前期预处理带来的副产物进行清除，以防止副产物对酵母发酵生抑制作用。进一步地，预处理后的木质纤维素是指将木质纤维素原料通过蒸汽预处理、稀酸预处理、湿氧化预处理、用有机溶剂的湿爆炸预处理、生物预处理、超临界CO2预处理、超临界H2O预处理、臭氧预处理、离子液体预处理、超声预处理、微波预处理、γ辐射预处理中任意一种方式进行预处理后得到的木质纤维素生物质原料，然后对该生物质原料进行干燥筛分后得到的木质纤维素。所述木质纤维素原料是指玉米秸秆，玉米芯，农林废弃物，甘蔗，小麦，甜高粱中的至少一种。进一步地，所述羧酸盐两性离子液体为烷基二甲基甜菜碱溶液，所述C5与C6共发酵酵母为树干毕赤酵母、假丝酵母和重组酿酒酵母的混合物，其中，树干毕赤酵母：假丝酵母：重组酿酒酵母的混合质量比为：1：1：3~1：3：3。进一步地，所述同步糖化发酵制备纤维素乙醇的方法，包括如下步骤：（1）.木质纤维素的预处理：将木质纤维素原料进行预处理后得到木质纤维素生物质原料，然后对该生物质原料进行干燥40h~56h，用40目~60目筛子筛分后得到木质纤维素，备用；（2）.羧酸盐两性离子液体与水的混合溶剂配制：将羧酸盐两性离子液体与水按照1：5~1：10进行配制；（3）.纳滤膜将容器分割成两个容腔：使用纳滤膜将容器分割成第一容腔和第二容腔；（4）.配制第一溶剂体系：称取30g~50g步骤（1）制备的木质纤维素，用步骤（2）配制的混合溶剂配制成底物浓度20%~35%的溶液加入到第一容腔中，调节溶液的pH4.0~6.0，调节溶液的温度45℃~60℃，再加入纤维素酶重量比1‰~8‰，配制第一溶剂体系；（5）.配制第二溶剂体系：在第二容腔内加入非表面活性剂与水的配比：1：2~1：5，及C5与C6共发酵酵母0.01%~0.05%混合成溶液，调节溶液的pH3.5~5.5，调节溶液的温度30℃~38℃，配制第二溶剂体系，其中，所述C5与C6共发酵酵母为树干毕赤酵母、假丝酵母和重组酿酒酵母的混合物，树干毕赤酵母：假丝酵母：重组酿酒酵母的混合质量比为：1：1：3~1：3：3；（6）.搅拌酶解得到纤维素乙醇：在转速60r/min~90r/min条件下同时搅拌第一溶剂体系和第二溶剂体系各12h～60h后，让第一容腔内的木质纤维素在第一溶剂体系内发酵酶解，部分发酵成分通过纳滤膜渗透进入到第二溶剂体系内同时在第二溶剂体系内也进行酶解，从而在两个容腔内分别同时得到发酵糖化后的纤维素乙醇。与现有技术相比，本专利技术的同步糖化发酵制备纤维素乙醇的方法具有以下特点：1.木质纤维素糖化底物浓度得到提高，酶制剂的用量减少，酶解时间缩短，糖化效率得到提高；2.糖化所用的羧酸盐两性离子液体，是一种环保产品，对酶制剂无不良影响，减少环保成本的投入；羧酸盐两性离子液体易于分离，可以重复使用，节约成本；3.非离子表面活性剂对木质纤维素预处理副产物的清除，使得乙醇的浓度﹑发酵效率得到较大提高，同时易于回收，重复利用；4.纳滤膜的使用可以使得糖浓度保持稳定，从而使得纤维素酶的活性保持较高的活性，延长纤维素酶使用寿命。具体实施方式为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术同步糖化发酵制备纤维素乙醇的方法的较佳实施例，包括如下步骤：将木质纤维素原料进行预处理得到木质纤维素，在容器中事先用纳滤膜或超滤膜分隔成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同步糖化发酵制备纤维素乙醇的方法，其特征在于，包括如下步骤：在容器中事先用纳滤膜或超滤膜分隔成第一容腔和第二容腔的两个容腔，其中，在第一容腔内盛有酶解发酵溶剂的第一溶剂体系，第二容腔内盛有发酵溶剂的第二溶剂体系，将预处理后的木质纤维素加入第一容腔的第一溶剂体系内，同时搅拌第一溶剂体系和第二溶剂体系各12h～60h后，在两个容腔内分别同时得到发酵糖化后的纤维素乙醇；其中，在所述酶解发酵溶剂中包含有羧酸盐两性离子液体、水以及纤维素酶，或者包含有聚乙二醇、水以及纤维素酶；在所述发酵溶剂中包含有非离子表面活性剂或活性炭和C5与C6共发酵酵母。

【技术特征摘要】
1.一种同步糖化发酵制备纤维素乙醇的方法，其特征在于，包括如下步骤：在容器中事先用纳滤膜或超滤膜分隔成第一容腔和第二容腔的两个容腔，其中，在第一容腔内盛有酶解发酵溶剂的第一溶剂体系，第二容腔内盛有发酵溶剂的第二溶剂体系，将预处理后的木质纤维素加入第一容腔的第一溶剂体系内，同时搅拌第一溶剂体系和第二溶剂体系各12h～60h后，在两个容腔内分别同时得到发酵糖化后的纤维素乙醇；其中，在所述酶解发酵溶剂中包含有羧酸盐两性离子液体、水以及纤维素酶，或者包含有聚乙二醇、水以及纤维素酶；在所述发酵溶剂中包含有非离子表面活性剂或活性炭和C5与C6共发酵酵母。2.如权利要求1所述的同步糖化发酵制备纤维素乙醇的方法，其特征在于，预处理后的木质纤维素是指将木质纤维素原料通过蒸汽预处理、稀酸预处理、湿氧化预处理、用有机溶剂的湿爆炸预处理、生物预处理、超临界CO2预处理、超临界H2O预处理、臭氧预处理、离子液体预处理、超声预处理、微波预处理、γ辐射预处理中任意一种方式进行预处理后得到的木质纤维素生物质原料，然后对该生物质原料进行干燥筛分后得到的木质纤维素；所述木质纤维素原料是指玉米秸秆，玉米芯，农林废弃物，甘蔗，小麦，甜高粱中的至少一种。3.如权利要求2所述的同步糖化发酵制备纤维素乙醇的方法，其特征在于，所述羧酸盐两性离子液体为烷基二甲基甜菜碱溶液，所述C5与C6共发酵酵母为树干毕赤酵母、假丝酵母和重组酿酒酵母的混合物，其中，树干毕赤酵母：假丝酵母：重组酿酒酵母的混合质量比为：1：1：3~1：3：3。4.如权利要求3所述的同步糖化发酵制备纤维素乙醇的方法，其特征在于，所述同步糖化发酵制备纤维素乙醇的方法，包括如下步骤：（1）.木质纤维素的预处理：将木质纤维素原料进行预处理后得到木质纤维素生物质原料，然后对该生物质原料进行干燥40h~56h，用40目~60目筛子筛分后得到木质纤维素，备用；（2）.羧酸盐两性离子液体与水的混合溶剂配制：将羧酸盐两性离子液体与水按照1：5~1：10进行配制；（3）.纳滤膜将容器分割成两个容腔：使用纳滤膜将容器分割成第一容腔和第二容腔；（4）.配制第一溶剂体系：称取30g~50g步骤（1）制备的木质纤维素，用步骤（2）配制的混合溶剂配制成底物浓度20%~35%的溶液加入到第一容腔中，调节溶液的pH4.0~6.0，调节溶液的温度45℃~60℃，再加入纤维素酶重量比1‰~8‰，配制第一溶剂体系；（5）.配制第二溶剂体系：在第二容腔内加入非表面活性剂与水的配比：1：2~1：5，及C5与C6共发酵酵母0.01%~0.05%混合成溶液，调节溶液的pH3.5~5.5，调节溶液的温度30℃~38℃，配制第二溶剂体系，其中，所述C5与C6共发酵酵母为树干毕赤酵母、假丝酵母和重组酿酒酵母的混合物，树干毕赤酵母：假丝酵母：重组酿酒酵母的混合质量比为：1：1：3~1：3：3；（6）.搅拌酶解得到纤维素乙醇：在转速60r/min~90r/min条件下同时搅拌第一溶剂体系和第二溶剂体系各12h～60h后，在两个容腔内分别同时得到发酵糖化后的纤维素乙醇。5.如权利要求4所述的同步糖化发酵制备纤维素乙醇的方法，其特征在于，所述同步糖化发酵制备纤维素乙醇的方法，包括如下步骤：（11）.木质纤维素的预处理：将玉米秸秆进行蒸汽预处理后得到玉米秸秆生物质原料，然后对该生物质原料进行干燥40h，用40目筛子筛分后得到木质纤维素，备用；（12）.羧酸盐两性离子液体与水的混合溶剂配制：将羧酸盐两性离子液体与水按照1：5进行配制；（13）.纳滤膜将容器分割成两个容腔：使用纳滤膜将容器分割成第一容腔和第二容腔；（14）.配制第一溶剂体系：称取30g步骤（11）制备的木质纤维素，用步骤（12）配制的混合溶剂配制成底物浓度20%的溶液加入到第一容腔中，调节溶液的pH4.0，调节溶液的温度45℃，再加入纤维素酶重量比1‰，配制第一溶剂体系；（15）.配制第二溶剂体系：在第二容腔内加入非表面活性剂与水的配比：1：2，及C5与C6共发酵酵母0.01%混合成溶液，调节溶液的pH3.5，调节溶液的温度30℃，配制第二溶剂体系，其中，所述C5与C6共发酵酵母为树干毕赤酵母、假丝酵母和重组酿酒酵母的混合物，树干毕赤酵母：假丝酵母：重组酿酒酵母的混合质量比为：1：1：3；（16）.搅拌酶解得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金建，李勉，杨世辉，黄涛，丁士友，李哲，江雪松，郑晓阳，
申请(专利权)人：浙江华康药业股份有限公司，焦作市华康糖醇科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33