一种利用玉米皮发酵丁醇并联产膳食纤维的方法技术

本发明专利技术涉及生物能源领域，具体涉及一种利用玉米皮发酵丁醇并联产膳食纤维的方法。具体步骤如下：1）预处理；2）酶解；3）固液分离，获得膳食纤维和酶解液；4）酶解液脱毒；5）向脱毒后的酶解液中补充氮源制备发酵培养基，利用灭菌后的发酵培养基厌氧条件下发酵培养丁醇生产菌株，获得发酵产物；6）发酵产物精馏，收集丁醇。本发明专利技术因地制宜利用玉米加工副产物玉米皮为原料发酵丁醇，既可实现废物利用，有利于环保，也为玉米深加工提高产品附加值，开辟了企业增加经济效益的途径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物能源领域，具体涉及一种利用玉米皮发酵生产丁醇并联产膳食纤维的方法。
技术介绍
丁醇是一种重要的C4平台化合物，主要用于邻苯二甲酸正丁酯、磷酸丁酯、丙烯酸丁酯及醋酸丁酯等的合成，还可用作油脂、医药和香料的提取溶剂以及醇酸树脂的添加剂等领域。随着生物质能源的多元化发展，由于丁醇具有能量密度高、亲水性低、蒸汽压低、 辛烷值高等特点，因此被认为是最有发展潜力的新型液体燃料之一。传统的发酵法生产丁醇是以粮食原料(如玉米、小麦等)为底物，较高的粮食价格致使原料费用占溶剂生产总成本的比例偏高(60%以上)，这不仅限制了丁醇产品的市场竞争力，制约了生物丁醇作为燃料的推广使用，也有悖于我国的粮食安全战略。也正是基于上述原因，国家发改委已于2007年底暂停了利用粮食来生产生物能源项目的备案及核准，鼓励发展非粮生物质能源。因此，以木质纤维素原料生物转化生产丁醇是今后发展的必然趋势。玉米皮是玉米淀粉加工的副产物，产量一般占玉米总量的14-20%。含有10-20%的淀粉、30-50%的半纤维素、10-20%的纤维素以及少量的蛋白质，几乎不含木质素。目前我国玉米皮利用率较低，只有部分被用作饲料，是一种潜在的廉价生物质资源。目前一些产丁醇的菌株，可以利用葡萄糖、木糖等作为碳源。因此，利用玉米皮水解生成的葡萄糖、木糖、阿拉伯糖的混合糖液作为碳源，用于厌氧发酵制备丁醇，将有效减少丁醇发酵碳源对淀粉类原料的依赖性，并可降低原料成本。采用稀酸水解玉米皮中的淀粉和 半纤维素成单糖，再将单糖发酵生产丁醇。如将剩余的纤维素也降解成单糖再用于发酵，则需要很高成本。因此，剩余的纤维素制造膳食纤维等高附加值产品，既充分利用了这些原料组分，又降低了成本。企业因地制宜利用玉米加工淀粉的副产品玉米皮为原料发酵丁醇，既可实现废物利用，有利于环保，也为玉米深加工提高产品附加值，增加企业经济效益开辟一条新的途径。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用玉米皮中的淀粉和半纤维素发酵丁醇并联产膳食纤维的方法，利用我国玉米加工中大量的副产品玉米皮生产丁醇和膳食纤维，使玉米皮得到综合利用，不仅降低丁醇生产的原料成本，还可以获得高附加值的膳食纤维产品，极具市场前景。本专利技术的技术方案为一种利用玉米皮中的淀粉和半纤维素发酵丁醇并联产膳食纤维的方法，具体步骤如下I)预处理玉米皮粉碎获得玉米皮粉后，将玉米皮粉与水或稀硫酸混合，在120 160°C温度下预处理10 30min，获得预处理产物；2)酶解调节前一步预处理产物的pH值为4. 5 5. 5，然后向预处理产物中加入糖化酶和木聚糖酶进行酶解反应，获得酶解产物；3)固液分离将前一步骤的酶解产物固液分离，固液分离后得到的固体为膳食纤维；固液分离后得到的液体为酶解液；4)脱毒采用活性炭对步骤3)的酶解液进行脱毒，获得脱毒后的酶解液；5)向脱毒后的酶解液中补充氮源制备发酵培养基,利用灭菌后的发酵培养基厌氧条件下发酵培养丁醇生产菌株，获得发酵产物；6)发酵产物精馏，收集丁醇。较优的，步骤I)所述粉碎为研磨粉碎或者超微气流粉碎。较优的，步骤I)所述玉米皮粉的粒径为10 200目。较优的，步骤I)所述稀硫酸的浓度小于等于2wt%。本专利技术所述稀硫酸为硫酸的水溶液，并且其中硫酸的质量百分比大于0，小于等于2。较优的，步骤I)所述竹粉与预处理液混合的固液比为1:6 1:12，优为选1:6 1:10。较优的，步骤I)所述预处理的温度条件为130 150°C。较优的，步骤2)所述糖化酶用量为糖化酶100-300IU/g底物，木聚糖酶用量为O.l-1.0IU/g底物。本专利技术所述底物为用于反应的玉米粉的质量。较优的，步骤2)所述酶解反应的条件为45 55°C，酶解36 60h，转速为120 180rpmo更优的，步骤2)所述酶解反应的条件为50°C，酶解48h，转速为150rpm。较优的，步骤3)所述固液分离的方法为离心法或过滤。步骤3)固液分离后，固体成分为膳食纤维；液体为酶解液，其主要成分为淀粉和半纤维素的降解产物葡萄糖、木糖和阿拉伯糖。酶解液用于进一步的丁醇发酵；本专利技术得到的膳食纤维为粗膳食纤维，既可以通过水洗、烘干步骤直接获得膳食纤维产品用于食品等的工业生产；或者根据实际需要进一步除杂，例如除去其中的蛋白、木质素等，经水洗、 脱色、干燥、粉碎等步骤后获得不同等级及标准的膳食纤维，用于饲料、食品、保健品及药物坐寸ο较优的,步骤4)所述脱毒反应中，活性炭的用量为O. 5 3w/v%。较优的，步骤4)所述脱毒反应的条件为40 60°C，转速120 180rpm，脱毒O. 5 3h。较优的，步骤5)所述氮源选自玉米浆、硫酸铵、醋酸铵或氯化铵。氮源可以选择现有的任意有机氮源或无机氮源，包括但不限于玉米浆、硫酸铵、醋酸铵和氯化铵。较优的，步骤5)所述氮源的添加量为O. I lw/v%，即每IOOml培养基内添加O.I Ig氮源。较优的，步骤5)所述丁醇生产菌株为能同时利用五碳糖和六碳糖作为碳源的菌株。优选的，所述丁醇生产菌株为NCMB8052或ATCC55025。制备的培养基105°C灭菌15min后接入丁醇生产菌株。 较优的，步骤5)所述厌氧条件的发酵温度为35 38°C，发酵时间为40 50h。本专利技术利用玉米加工中的副产品玉米皮加工生产生物燃料丁醇和膳食纤维，利用玉米皮中含量丰富的淀粉和半纤维素，将其水解之后可以得到含有葡萄糖、木糖和阿拉伯糖等单糖的混合碳源，用于生物丁醇菌株的生长和发酵，是过去粮食发酵丁醇的理想替代原料，有效减少丁醇发酵碳源对淀粉类原料的依赖性；另一方法，本专利技术方法获得的纤维素可用于制造膳食纤维，获得高附加值的膳食纤维产品。总之，本专利技术从降低生产成本和简化工艺布置出发，得到了原料来源广、成本低、 制备工艺简单，转化效率高的非粮生物质能源丁醇的制备方法。本专利技术因地制宜利用玉米皮为原料发酵丁醇，既可实现废物利用，有利于环保，也为玉米深加工提高产品附加值，开辟了企业增加经济效益的途径。附图说明图I :利用利用玉米皮中的淀粉和半纤维素发酵丁醇并联产膳食纤维的生产流程图具体实施方式下面结合具体实施例进一步阐述本专利技术，应理解，实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的保护范围。实施例I称取经超微气流粉碎至粒径为200目的玉米皮5g,加入50mL>0. 5% (w/w)的硫酸溶液(玉米皮粉与稀硫酸的固液比为 1:10)，140°C反应20min，调节水解液pH值为4. 8，加入糖化酶200IU/g底物，木聚糖酶1.0IU/g底物，50°C酶解48h，摇床转速为150r/min。酶解液过滤，固体残渣即为膳食纤维，干重为I. 75g，溶胀性为I. 83g/mL，持水力为195. 7% ;取酶解液加入l%(w/v)活性炭50°C脱毒lh，滤去活性炭后清液加入O. 5%(w/v)玉米浆粉，接 NCIMB8052菌株，37°C厌氧培养48h。气相色谱法分析发酵产物成分，为丁醇10. 03g/L,总溶剂 12. 35g/L。实施例2称取经超微气流粉碎至粒径为100目的玉米皮5g,加入40mL、l% (w/w)的硫酸溶液，150°C反应20min (玉米皮粉与稀硫酸的固液比为1:8)，调节水解液pH值为5.0，加入糖化酶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用玉米皮发酵丁醇并联产膳食纤维的方法，具体步骤如下：1）预处理：玉米皮粉碎获得玉米皮粉后，将玉米皮粉与水或稀硫酸混合，在120～160℃温度下预处理10～30min，获得预处理产物；2）酶解：调节前一步预处理产物的pH值为4.5～5.5，然后向预处理产物中加入糖化酶和木聚糖酶进行酶解反应，获得酶解产物；3）固液分离：将前一步骤的酶解产物固液分离，固液分离后得到的固体为膳食纤维；固液分离后得到的液体为酶解液；4）脱毒：采用活性炭对步骤3）的酶解液进行脱毒，获得脱毒后的酶解液；5）向脱毒后的酶解液中补充氮源制备发酵培养基，利用灭菌后的发酵培养基厌氧条件下发酵培养丁醇生产菌株，获得发酵产物；6）发酵产物精馏，收集丁醇。

【技术特征摘要】
1.一种利用玉米皮发酵丁醇并联产膳食纤维的方法，具体步骤如下 1)预处理玉米皮粉碎获得玉米皮粉后，将玉米皮粉与水或稀硫酸混合，在120 160°C温度下预处理10 30min，获得预处理产物； 2)酶解调节前一步预处理产物的pH值为4.5 5. 5，然后向预处理产物中加入糖化酶和木聚糖酶进行酶解反应，获得酶解产物； 3)固液分离将前一步骤的酶解产物固液分离，固液分离后得到的固体为膳食纤维；固液分离后得到的液体为酶解液； 4)脱毒采用活性炭对步骤3)的酶解液进行脱毒，获得脱毒后的酶解液； 5)向脱毒后的酶解液中补充氮源制备发酵培养基，利用灭菌后的发酵培养基厌氧条件下发酵培养丁醇生产菌株，获得发酵产物； 6)发酵产物精馏，收集丁醇。2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤I)所述稀硫酸的浓度小于等于2wt%。3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤I)所述竹粉与预处理液混合的固液比为 1:6 1:12。4.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘莉，史吉平，林增祥，张丽丽，姜标，
申请(专利权)人：上海中科高等研究院，
类型：发明
国别省市：