一种提高利用玉米秸秆生产燃料乙醇产量的水解发酵工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种提高利用玉米秸秆生产燃料乙醇产量的水解发酵工艺，属于新能源技术领域，一种提高利用玉米秸秆生产燃料乙醇产量的水解发酵工艺，包括以下步骤：制备预处理秸秆混合物、制备YPD种子培养基和发酵培养基、第一次循环水解发酵、第二次循环水解发酵、第三次循环水解发酵、第四次循环水解发酵、第五次循环水解发酵、收集酵母菌后得到含乙醇的发酵液，完成发酵。本发明专利技术将长时间的水解和发酵阶段拆解成多轮循环水解和发酵阶段，使得每轮的循环水解和发酵具有快速高效的水解和发酵效率，能够有效降低副产物对水解酶和发酵微生物酿酒酵母的抑制作用，从而提高整体工艺的产量和效率，具有极高的市场经济价值，值得推广。

A hydrolytic fermentation process for increasing the production of fuel ethanol from corn straw

【技术实现步骤摘要】
一种提高利用玉米秸秆生产燃料乙醇产量的水解发酵工艺
本专利技术涉及新能源
，更具体地说，涉及一种提高利用玉米秸秆生产燃料乙醇产量的水解发酵工艺。
技术介绍
燃料乙醇，一般是指体积浓度达到99.5％以上的无水乙醇。燃料乙醇是燃烧清洁的高辛烷值燃料，是国家大力推行的新型可再生能源。目前的二代燃料乙醇多数采用木质纤维素为原料进行发酵，包括玉米秸秆在内。传统的生物炼制工艺一般为分步水解发酵法，首先将原料预处理后，采用纤维素复合酶水解得到可发酵的降解糖，然后采用发酵剂(微生物培养)使单糖并进一步转化为燃料乙醇。传统的分步水解发酵工艺中，水解和发酵效率都较低，且在长时间的发酵过程中，会产生副产物对水解酶和发酵微生物造成抑制作用，影响了整体工艺的产量和效率。本专利旨在通过工艺改良，提高过程效率和乙醇产量，并降低工艺成本，扩大推广应用范围。
技术实现思路
1.要解决的技术问题针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种提高利用玉米秸秆生产燃料乙醇产量的水解发酵工艺，本专利技术将长时间的水解和发酵阶段拆解成多轮循环水解和发酵阶段，使得每轮的循环水解和发酵具有快速高效的水解和发酵效率，能够有效降低副产物对水解酶和发酵微生物酿酒酵母的抑制作用，从而提高整体工艺的产量和效率，具有极高的市场经济价值，值得推广。2.技术方案为解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案。一种提高利用玉米秸秆生产燃料乙醇产量的水解发酵工艺，具体包括以下步骤：S1、制备预处理秸秆混合物：采用高温稀酸对玉米秸秆干物进行预处理得到一定量的预处理秸秆混合物，其中预处理秸秆混合物的质量计为A；S2、制备YPD种子培养基和发酵培养基，备用；S3、第一次循环水解发酵：取A/5的预处理秸秆混合物置入水解罐中，引入复合水解酶进行水解，离心得到上清液和沉淀物，取上清液置于发酵罐中，无菌条件下引入1-5％v/v的YPD种子培养基，进行发酵，发酵结束后离心回收得到回收酵母和含乙醇的发酵液；S4、第二次循环水解发酵：取A/5的预处理秸秆混合物置入水解罐中，引入复合水解酶和S3中得到的沉淀物进行水解，离心得到上清液和沉淀物，取上清液置于发酵罐中，无菌条件下引入发酵培养基和S3得到的全部回收酵母，进行发酵，发酵结束后离心回收得到酵母和含乙醇的发酵液；S5、第三次循环水解发酵：取A/5的预处理秸秆混合物置入水解罐中，引入复合水解酶和S4中得到的70-90％的沉淀物进行水解，离心得到上清液和沉淀物，取上清液置于发酵罐中，无菌条件下引入发酵培养基和S4得到的70-90％回收酵母，进行发酵，发酵结束后离心回收得到回收酵母和乙醇，S4中剩余的10-30％沉淀物转入分支水解罐中进行分支水解，分支水解结束后转入分支发酵罐中，并加入S4中剩余的10-30％回收酵母进行发酵，离心得到含乙醇的发酵液；S6、第四次循环水解发酵：取A/5的预处理秸秆混合物置入水解罐中，引入复合水解酶和S5中得到的70-90％的沉淀物进行水解，离心得到上清液和沉淀物，取上清液置于发酵罐中，无菌条件下引入发酵培养基和S5得到的70-90％回收酵母，进行发酵，发酵结束后离心回收得到回收酵母和乙醇，S5中剩余的10-30％沉淀物转入分支水解罐中进行分支水解，分支水解结束后转入分支发酵罐中，并加入S5中剩余的10-30％回收酵母进行发酵，离心得到含乙醇的发酵液；S7、第五次循环水解发酵：取A/5的预处理秸秆混合物置入水解罐中，引入复合水解酶和S6中得到的70-90％的沉淀物进行水解，离心得到上清液和沉淀物，取上清液置于发酵罐中，无菌条件下引入发酵培养基和S6得到的70-90％回收酵母，进行发酵，发酵结束后离心回收得到回收酵母和乙醇，S6中剩余的10-30％沉淀物转入分支水解罐中进行分支水解，分支水解结束后转入分支发酵罐中，并加入S6中剩余的10-30％回收酵母进行发酵，离心得到含乙醇的发酵液；S8、收集S3-37中得到的含乙醇的发酵液，完成发酵。进一步的，所述S1的具体过程为：取玉米秸秆干物和稀硫酸，其中稀硫酸的质量浓度为0.5-1.5％，将玉米秸秆加入稀硫酸中，120-180℃、0.1-0.35MPa条件下处理10-45min，得到预处理秸秆混合物；其中，玉米秸秆和稀硫酸的总质量为A，玉米秸秆的质量为A/10-A/4，余量为稀硫酸。进一步的，所述复合水解酶包括液体纤维素酶和木聚糖酶，酶活分别为8500-10000U/mL和80000-100000U/mL，投放量分别为160-220mL/kg玉米秸秆干物料和175-250mL/kg玉米秸秆干物。进一步的，所述S2中，YPD种子培养基中包括蛋白胨10-20.0g/L、酵母粉5-10.0g/L和葡萄糖10-20.0g/L，在pH5.5-6.8、121℃条件下高压蒸汽灭菌20min，其中葡萄糖单独进行灭菌，灭菌方式为：115℃高压蒸汽灭菌15min。进一步的，所述S2中，发酵培养基中包括蛋白胨2.5-7.5g/L、酵母粉1-5.0g/L和葡萄糖2-10.0g/L，在pH5.5-6.8、121℃条件下高压蒸汽灭菌20min，其中葡萄糖单独进行灭菌，灭菌方式为：115℃高压蒸汽灭菌15min。进一步的，所述S3-S7中，水解过程具体为：调节pH为4.8-6.8，温度为40-55℃，转速为80-150rpm，水解处理12-24h；离心过程具体为：转速为3000-5000rpm，离心1-10min；发酵过程具体为：调节pH为5.0-6.5，温度降为28-32℃，转速为100-250rpm，初始OD600为1-5，发酵处理15-45h。进一步的，所述S5-S7中，分支水解过程具体为：调节pH为4.8-6.8，温度为40-55℃，转速为80-150rpm，水解处理12-24h；分支发酵过程具体为：调节pH为5.0-6.5，温度降为28-32℃，转速为100-250rpm，初始OD600为1-5，发酵处理15-45h。进一步的，所述S4-S7中复合水解酶的引入量为所述S3中复合水解酶引入量的30-50％，所述S4-S7中发酵培养基的引入量为S1中YPD种子培养基引入量的30-50％。进一步的，所述S5-S7中，分支水解过程中引入复合水解酶，复合水解酶的引入量为S1中复合水解酶引入量的15-17％。3.有益效果相比于现有技术，本专利技术的优点在于：本专利技术将长时间的水解和发酵阶段拆解成多轮循环水解和发酵阶段，使得每轮的循环水解和发酵具有快速高效的水解和发酵效率，能够有效降低副产物对水解酶和发酵微生物酿酒酵母的抑制作用，从而提高整体工艺的产量和效率，具有极高的市场经济价值，值得推广。附图说明图1为本专利技术的水解发酵工艺流程图；图2为本专利技术中实验例的水解发酵工艺流程图；图3为本专利技术中对比例的水解发酵工艺流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高利用玉米秸秆生产燃料乙醇产量的水解发酵工艺，其特征在于：具体包括以下步骤：/nS1、制备预处理秸秆混合物：采用高温稀酸对玉米秸秆干物进行预处理得到一定量的预处理秸秆混合物，其中预处理秸秆混合物的质量计为A；/nS2、制备YPD种子培养基和发酵培养基，备用；/nS3、第一次循环水解发酵：取A/5的预处理秸秆混合物置入水解罐中，引入复合水解酶进行水解，离心得到上清液和沉淀物，取上清液置于发酵罐中，无菌条件下引入1-5％v/v的YPD种子培养基，进行发酵，发酵结束后离心回收得到回收酵母和含乙醇的发酵液；/nS4、第二次循环水解发酵：取A/5的预处理秸秆混合物置入水解罐中，引入复合水解酶和S3中得到的沉淀物进行水解，离心得到上清液和沉淀物，取上清液置于发酵罐中，无菌条件下引入发酵培养基和S3得到的全部回收酵母，进行发酵，发酵结束后离心回收得到酵母和含乙醇的发酵液；/nS5、第三次循环水解发酵：取A/5的预处理秸秆混合物置入水解罐中，引入复合水解酶和S4中得到的70-90％的沉淀物进行水解，离心得到上清液和沉淀物，取上清液置于发酵罐中，无菌条件下引入发酵培养基和S4得到的70-90％回收酵母，进行发酵，发酵结束后离心回收得到回收酵母和乙醇，S4中剩余的10-30％沉淀物转入分支水解罐中进行分支水解，分支水解结束后转入分支发酵罐中，并加入S4中剩余的10-30％回收酵母进行发酵，离心得到含乙醇的发酵液；/nS6、第四次循环水解发酵：取A/5的预处理秸秆混合物置入水解罐中，引入复合水解酶和S5中得到的70-90％的沉淀物进行水解，离心得到上清液和沉淀物，取上清液置于发酵罐中，无菌条件下引入发酵培养基和S5得到的70-90％回收酵母，进行发酵，发酵结束后离心回收得到回收酵母和乙醇，S5中剩余的10-30％沉淀物转入分支水解罐中进行分支水解，分支水解结束后转入分支发酵罐中，并加入S5中剩余的10-30％回收酵母进行发酵，离心得到含乙醇的发酵液；/nS7、第五次循环水解发酵：取A/5的预处理秸秆混合物置入水解罐中，引入复合水解酶和S6中得到的70-90％的沉淀物进行水解，离心得到上清液和沉淀物，取上清液置于发酵罐中，无菌条件下引入发酵培养基和S6得到的70-90％回收酵母，进行发酵，发酵结束后离心回收得到回收酵母和乙醇，S6中剩余的10-30％沉淀物转入分支水解罐中进行分支水解，分支水解结束后转入分支发酵罐中，并加入S6中剩余的10-30％回收酵母进行发酵，离心得到含乙醇的发酵液；/nS8、收集S3-37中得到的含乙醇的发酵液，完成发酵。/n...

【技术特征摘要】
1.一种提高利用玉米秸秆生产燃料乙醇产量的水解发酵工艺，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、制备预处理秸秆混合物：采用高温稀酸对玉米秸秆干物进行预处理得到一定量的预处理秸秆混合物，其中预处理秸秆混合物的质量计为A；
S2、制备YPD种子培养基和发酵培养基，备用；
S3、第一次循环水解发酵：取A/5的预处理秸秆混合物置入水解罐中，引入复合水解酶进行水解，离心得到上清液和沉淀物，取上清液置于发酵罐中，无菌条件下引入1-5％v/v的YPD种子培养基，进行发酵，发酵结束后离心回收得到回收酵母和含乙醇的发酵液；
S4、第二次循环水解发酵：取A/5的预处理秸秆混合物置入水解罐中，引入复合水解酶和S3中得到的沉淀物进行水解，离心得到上清液和沉淀物，取上清液置于发酵罐中，无菌条件下引入发酵培养基和S3得到的全部回收酵母，进行发酵，发酵结束后离心回收得到酵母和含乙醇的发酵液；
S5、第三次循环水解发酵：取A/5的预处理秸秆混合物置入水解罐中，引入复合水解酶和S4中得到的70-90％的沉淀物进行水解，离心得到上清液和沉淀物，取上清液置于发酵罐中，无菌条件下引入发酵培养基和S4得到的70-90％回收酵母，进行发酵，发酵结束后离心回收得到回收酵母和乙醇，S4中剩余的10-30％沉淀物转入分支水解罐中进行分支水解，分支水解结束后转入分支发酵罐中，并加入S4中剩余的10-30％回收酵母进行发酵，离心得到含乙醇的发酵液；
S6、第四次循环水解发酵：取A/5的预处理秸秆混合物置入水解罐中，引入复合水解酶和S5中得到的70-90％的沉淀物进行水解，离心得到上清液和沉淀物，取上清液置于发酵罐中，无菌条件下引入发酵培养基和S5得到的70-90％回收酵母，进行发酵，发酵结束后离心回收得到回收酵母和乙醇，S5中剩余的10-30％沉淀物转入分支水解罐中进行分支水解，分支水解结束后转入分支发酵罐中，并加入S5中剩余的10-30％回收酵母进行发酵，离心得到含乙醇的发酵液；
S7、第五次循环水解发酵：取A/5的预处理秸秆混合物置入水解罐中，引入复合水解酶和S6中得到的70-90％的沉淀物进行水解，离心得到上清液和沉淀物，取上清液置于发酵罐中，无菌条件下引入发酵培养基和S6得到的70-90％回收酵母，进行发酵，发酵结束后离心回收得到回收酵母和乙醇，S6中剩余的10-30％沉淀物转入分支水解罐中进行分支水解，分支水解结束后转入分支发酵罐中，并加入S6中剩余的10-30％回收酵母进行发酵，离心得到含乙醇的发酵液；
S8、收集S3-37中得到的含乙醇的发酵液，完成发酵。


2.根据权利要求1所述的一种提高利用玉米秸秆生产燃料乙醇产量的水解发酵工艺，其特征在于：所述S1的具体过程为：取玉米秸秆干物和稀硫酸，其中稀硫酸的质量浓度为0.5-1.5％，将玉米秸秆加入稀硫酸中，120-180℃、0.1-0.35MPa条件下处理10-45m...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈胜杰，高翔，巫晓冬，
申请(专利权)人：广东怡和科洁科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44