本发明专利技术涉及一种提高秸秆高固体酶解产糖及发酵产乙醇的方法，所述方法以水替代缓冲液对球磨秸秆进行高固体酶解生产还原糖以及同步糖化发酵生产纤维素乙醇。同时，将超微粉碎技术与碱处理相结合，利用机械力化学催化提高秸秆等木质纤维原料酶解和发酵效率。本发明专利技术提高了酶解和发酵效率，解决目前秸秆类木质纤维酶解效率低的问题。此外，用水替代缓冲液减少了秸秆在酶解/发酵过程中化学品的使用，有利于后期产物分离，降低了纤维素乙醇的生产成本，提高了整体工艺的经济性，具备一定的工业应用价值。应用价值。
【技术实现步骤摘要】
一种提高秸秆高固体酶解产糖及发酵产乙醇的方法
[0001]本专利技术涉及生物质能源领域，具体是涉及一种提高秸秆高固体酶解产糖及发酵产乙醇的方法。
技术介绍
[0002]随着人类赖以生存和发展所需的化石资源的日益枯竭，寻找新的替代资源迫在眉睫。生物质因其分部广、产量大、无污染，同时也是唯一一种可循环再生的碳资源，因此被认为是最有可能取代化石资源的的新型能源。所以目前，利用生物质生产生物化学品受到了越来越多的关注。
[0003]生物乙醇是最基本的化学中间体，可广泛用于食品、医药、化工、纺织、电子、交通等诸多行业领域，既是直接产品，也可作为基本原料。生物乙醇是世界第三大单一化学品，2021年全球年产量达到9444万吨，市场容量利于战略纵深。用秸秆生产生物乙醇需经过酶解和发酵过程，pH对于酶解和发酵来说是一个非常重要的影响因素。酶解过程中pH的改变会对酶的结构及功能产生影响。发酵过程中微生物的活性随pH的变化而出现不同程度的变化(积极的或者消极的)。因此，酶解和发酵过程中均需控制反应体系的pH稳定在一定范围内。目前，大多数研究采用柠檬酸钠、乙酸钠或者磷酸钠缓冲溶液，使酶解/发酵体系在反应过程中维持pH稳定，然而化学品的加入不仅增加了生产成本而且加大了后期产物分离的难度，限制了工业化应用。此外，由于秸秆等木质纤维是一种高致密、顽固的结构，是阻碍其酶解和发酵的主要屏障。通过机械粉碎如球磨可有效降低秸秆粒径，提高酶解效率，然而机械处理的提升效果仍有效，且较长的球磨时间不利用整体能量利用。将机械粉碎与化学催化相结合可减少球磨时间和化学品的消耗，同时有效提高秸秆的酶解和发酵效果，然而机械粉碎和化学催化的不同组合方式对酶解效果影响仍有待探索。
[0004]专利申请CN115058467A公开了一种提高秸秆葡萄糖和木糖产率的复合预处理及转化方法，该方法对经过球磨和水热复合预处理的秸秆进行酶解，实现了高葡萄糖产率、木糖产率和总糖产率，然而，该方法在酶解过程中加入了柠檬酸纳缓冲液，增加了化学品的使用。
[0005]专利申请CN106520845公开了一种木质纤维素同步糖化发酵过程表面活性剂回收技术，该技术以酸解、蒸汽爆破预处理的木质纤维素为原料，缓冲液预酶解后进行乙醇发酵。但此方法存在使用化学品进行pH调节，具体指缓冲液为醋酸
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醋酸钠、柠檬酸
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柠檬酸钠或磷酸磷酸钠。
[0006]总的来说，现有工艺酶解产糖以及生产生物乙醇过程中均使用化学品充当缓冲介质调节pH，这给规模化生产增加了不必要的成本和后期产物分离的难度。
技术实现思路
[0007]鉴于上述，本专利技术在于提供一种提高秸秆高固体酶解产糖及发酵产乙醇的方法，可以克服现有技术的缺陷。
[0008]本专利技术的一种提高秸秆高固体酶解产糖及发酵产乙醇的方法，包括如下步骤：
[0009](1)秸秆预处理，由下述方法之一制备：
[0010]单一球磨预处理：对秸秆原料进行球磨，获得预处理原料；
[0011]碱水煮复合球磨预处理：碱水煮处理秸秆原料，反应结束后将秸秆样品烘干；将上述样品进行球磨处理，获得预处理原料；
[0012]球磨复合碱水煮预处理：对秸秆原料进行球磨预处理获得预处理原料；将上述预处理玉米秸秆与氢氧化钠溶液混合置于反应容器中进行水煮，反应结束后将秸秆样品烘干备用；
[0013]碱辅助球磨预处理：将氢氧化钠与秸秆原料混合进行球磨预处理，将预处理秸秆原料进行水洗烘干备用；
[0014]碱性过氧化氢辅助球磨预处理：配置氢氧化钠和过氧化氢混合物，与秸秆原料混合进行球磨预处理，将预处理秸秆原料进行水洗后烘干备用；
[0015](2)在反应容器内加入步骤(1)预处理秸秆原料、纤维素酶和缓冲介质进行酶解反应，控制固体含量为20％～30％(w/w)；或者在反应容器内加入步骤(1)预处理秸秆原料、纤维素酶、酿酒酵母细胞和缓冲介质进行酶解同步发酵，控制固体含量为20％～30％(w/w)。
[0016]具体情况下，上述步骤(1)中所述秸秆原料为玉米秸秆、棉花秸秆、小麦秸秆或水稻秸秆中的至少一种；
[0017]优选情况下，所述碱水煮复合球磨预处理具体操作为：碱水煮处理：将粗粉玉米秸秆与氢氧化钠溶液混合置于反应容器中进行水煮，氢氧化钠浓度为5％，固液比为1：10，反应温度为80℃，反应时间2h，反应结束后将秸秆样品水洗至pH中性，置于60℃烘箱烘干；超微粉碎处理：将上述样品进行球磨60min处理，获得预处理原料。
[0018]优选情况下，所述球磨复合碱水煮预处理具体操作为：超微粉碎处理：对秸秆原料进行球磨预处理(优选为45
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75min)，获得预处理原料；碱水煮处理：将上述预处理玉米秸秆与氢氧化钠溶液混合置于反应容器中进行水煮，氢氧化钠浓度为5％，固液比为1：10，反应温度为80℃，反应时间2h，反应结束后将秸秆样品水洗至pH中性，置于60℃烘箱烘干。
[0019]优选情况下，所述碱性过氧化氢辅助球磨预处理具体操作为：配置氢氧化钠(0.15g/g固体)和过氧化氢(0.05g/g固体)混合物，将混合物与玉米秸秆混合进行球磨60min预处理，将超微粉秸秆原料进行水洗后(水洗至pH中性)烘干备用。
[0020]优选情况下，上述步骤中缓冲介质为水。
[0021]优选情况下，上述步骤(2)中酶解反应温度为50℃，搅拌速度为100～200rpm，反应时间10～72h。
[0022]优选情况下，上述步骤(2)中酶解同步发酵，反应温度为30～40℃，搅拌速度为100～200rpm，反应时间10～72h。
[0023]在一个实施方式中，在步骤(2)中酶解发酵方式为分步糖化共发酵，具体步骤为向锥形瓶中加入15
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25％固体含量的步骤(1)预处理秸秆原料、10～20FPU/g秸秆重理的纤维素酶，设定反应温度为45
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55℃，转速为150
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250rpm，反应64
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96h，取样离心得到糖液，过滤膜(优选0.22μm)灭菌后加入锥形瓶，加入8
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12g/L蛋白胨、3
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8g/L酵母提取物，接种酵母细胞进行发酵。
[0024]在另一个实施方式中，在步骤(2)中酶解发酵方式为同步糖化共发酵，具体步骤为
向锥形瓶中加入15
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25％固体含量的步骤(1)预处理秸秆原料、10～20FPU/g秸秆重量纤维素酶，8
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12g/L蛋白胨、3
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8g/L酵母提取物，接种酵母细胞进行发酵。
[0025]还一个实施方式中，在步骤(2)中酶解发酵方式为预糖化共发酵，具体步骤为向锥形瓶中加入15
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25％固体含量的步骤(1)预处理秸秆原料、10～20FPU/g秸秆重量的纤维素酶，150
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250rpm，45
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55℃酶解10
‑<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种提高秸秆高固体酶解产糖及发酵产乙醇的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）秸秆预处理，由下述方法之一制备：单一球磨预处理：对秸秆原料进行球磨，获得预处理原料；碱水煮复合球磨预处理：碱水煮处理秸秆原料，反应结束后将秸秆样品烘干；将上述样品进行球磨处理，获得预处理原料；球磨复合碱水煮预处理：对秸秆原料进行球磨预处理获得预处理原料；将上述预处理玉米秸秆与氢氧化钠溶液混合置于反应容器中进行水煮，反应结束后将秸秆样品烘干备用；碱辅助球磨预处理：将氢氧化钠与秸秆原料混合进行球磨预处理，将预处理秸秆原料进行水洗烘干备用；碱性过氧化氢辅助球磨预处理：配置氢氧化钠和过氧化氢混合物，与秸秆原料混合进行球磨预处理，将预处理秸秆原料进行水洗后烘干备用；（2）在反应容器内加入步骤（1）预处理秸秆原料、纤维素酶和缓冲介质进行酶解反应，控制固体含量为20%~30%（w/w）；或者在反应容器内加入步骤（1）预处理秸秆原料、纤维素酶、蛋白胨、酵母提取物、酿酒酵母细胞和缓冲介质进行酶解发酵，控制固体含量为20%~30%（w/w）。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（1）中所述秸秆原料为玉米秸秆、棉花秸秆、小麦秸秆或水稻秸秆中的至少一种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱水煮复合球磨预处理具体操作为：碱水煮处理：将粗粉玉米秸秆与氢氧化钠溶液混合置于反应容器中进行水煮，氢氧化钠浓度为1%~5%，固液比为1：10，反应温度为80 ℃，反应时间2 h，反应结束后将秸秆样品水洗至pH中性，置于60 ℃烘箱烘干；超微粉碎处理：将上述样品进行球磨60 min处理，获得预处理原料。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述球磨复合碱水煮预处理具体操作为：超微粉碎处理：对秸秆原料进行球磨预处理（优选45
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75 min），获得预处理原料；碱水煮处理：将上述预处理玉米秸秆与氢氧化钠溶液混合置于反应容器中进行水煮，氢氧化钠浓度为1%~5%，固液比为1：10，反应温度为80 ℃，反应时间2 h，反应结束后将秸秆样品水洗至pH中性，置于60 ℃烘箱烘干。5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱性过氧化氢辅助球磨预处理具体操作为：配置氢氧化钠（0.08~0.15 g/g固体）和过氧化氢（0.05~0.15 g/g固体）混合物，将混合物与玉米秸秆混合进行球磨6...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖卫华，贾惜文，韩鲁佳，林昊，谭玉凤，刘烙阳，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：
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