本发明专利技术涉及生物能源领域，具体涉及一种利用竹子中的纤维素发酵生产丁醇的方法，具体步骤为：1）预处理；2）固液分离；3）酶解；4）发酵培养基制备；5）厌氧发酵；6）发酵产物精馏获得丁醇。本发明专利技术利用竹子中含量丰富的纤维素，将其水解得到的葡萄糖作为碳源，用于生物丁醇菌株的生长和发酵，不仅为竹子资源利用开发了新的途径，还可以实现竹子加工废弃物的再利用，同时为丁醇发酵提供了一种更廉价的原料。
【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。
技术介绍
丁醇本是具有多种用途的大宗基础原料，近年来的研究表明，丁醇也是一种优质燃料和燃料添加剂，其高沸点(118°C)和低蒸汽压有助于汽车的冷启动；由于丁醇的疏水性比乙醇更强，因此更易于与汽、柴油烃类燃料相混溶；丁醇的完全燃烧性，可大大降低尾气中的CO2排放，且不发生残留烃污染，对净化空气十分有利。上述优点可使丁醇成为未来发动机新型绿色燃料，替代矿化燃料的可持续发展的再生能源之一。据统计，2012年 全球丁醇表观消费量预计在350万吨，我国的丁醇消费量约120万吨，自给率不足50%。随着石油价格的不断上涨及其对经济发展的冲击，加快生物质能源和不依赖石油基化学品生产方法的研究开发已成为日益紧迫的课题。因此，发酵法生产丁醇技术作为一种重要的技术储备重新引起了广泛的关注。过去发酵法生产丁醇是以粮食原料(如玉米、小麦等)为底物的，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，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年底暂停了玉米深加工项目的备案及核准。因此，以木质纤维素为原料生物转化制造丁醇是今后发展的必然趋势。我国是世界上最主要的产竹国，无论是竹子的种类、面积、蓄积量及竹材、竹笋的产量都雄居世界首位。竹子种类已知有39属500余种，竹林总面积约500万公顷，其中毛竹林有300万公顷，每年竹材总产量达12亿根。我国竹林资源主要分布于四川、浙江、江西、安徽、湖南、湖北、福建、广东、广西、贵州、重庆、云南等地，其中以福建(100万公顷)、江西(70万公顷)、湖南(70万公顷)和浙江(64万公顷)4省最多，占全国竹林总面积的60%以上。我国每年可砍竹材1000余万立方米，相当于年木材采伐量的1/5左右，此外在竹材加工过程中还会产生大量的竹枝、竹节、竹簧、竹屑等废弃物，其数量至少占原竹重量的60%以上，竹子木质纤维素含量丰富，其中纤维素占35% (w/w)，半纤维素含量占20% (w/w)，水解之后可以得到含有葡萄糖和木糖混合物的水解液，且完全可以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。利用竹子发酵生产丁醇，不仅为竹子资源利用开发了新的途径，还可以实现竹子加工废弃物的再利用，同时为丁醇发酵提供了一种更廉价的原料。目前利用竹子生产燃料乙醇已见报道，但未见利用竹子生产丁醇的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供，利用我国丰富的竹子资源为原料生产生物燃料丁醇，实现竹子加工废弃物的再利用，并且降低丁醇的生产成本。本专利技术首先公开了，具体步骤如下I)预处理竹子原料粉碎获得竹粉后，将竹粉与水或稀硫酸混合，在170 200°C温度下反应10 30min，获得预处理产物；2)固液分离将步骤I)预处理产物固液分离,取预处理产物中的固体残渣进行多次水洗；3)酶解将步骤2)水洗后的固体残渣与水按一定的固液比混合，获得酶解混合物，调节酶解混合物的PH值为4. 5 5. 5后，加入纤维素酶和β -葡萄糖苷酶进行酶解反应，获得酶解产物；4)发酵培养基制备将步骤3)的酶解产物固液分离，取酶解液添加氮源配制发酵培养基；5)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)所述竹粉的粒径为10 2000目；更优的，步骤I)所述竹粉的粒径为1500 2000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。更优的，步骤I)预处理反应温度条件为170 180°C。较优的，步骤2)和步骤4)所述固液分离的方法可以为离心或过滤。通过预处理条件的控制，使竹子中的半纤维素降解，预处理得到的固液混合物经离心或过滤进行固液分离，液体主要成分为半纤维素的降解产物木糖，可用于发酵沼气；固体主要成分为纤维素和木质素，水洗后用于后续的酶解。较优的，步骤3)酶解步骤，所述固体残渣与水的固液比为1:6 1:10。较优的，步骤3)中所述纤维素酶的用量为10_30FPU/g底物；β -葡萄糖苷酶的用量为l-10CBU/g底物。较优的，步骤3)所述酶解反应的条件为酶解温度为45 55°C，酶解时间为45 60h，摇床转速为120 180rpm。更优的，步骤3)所述酶解反应的条件为酶解温度为50°C，时间为48h，转速为150r/mino酶解得到的固液混合物经离心或过滤进行固液分离，液体主要成分为纤维素的降解产物葡萄糖，用于下一步发酵丁醇；固体主要成分为木质素，可用于生产木塑复合材料坐寸ο较优的，步骤4)所述氮源为玉米浆、硫酸铵、醋酸铵或氯化铵一。更优的，步骤4)所述氮源的添加量为O.1 lw/v%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)所述丁醇生产菌株选自CICC8016、CICC8008、NCIMB8052或ATCC55025。较优的，步骤5)所述厌氧发酵的条件为35 38°C，发酵时间为40 50h。本专利技术利用竹子中含量丰富的纤维素，将其水解之后得到葡萄糖为碳源，且完全可以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，不仅为竹子资源利用开发了新的途径，还可以实现竹子加工废弃物的再利用，同时为丁醇发酵提供了一种更廉价的原料。附图说明 图1 :利用竹子中的纤维素发酵生产丁醇的生产流程图具体实施例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。须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；此外应理解，本专利技术中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本专利技术可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更
技术实现思路
的情况下，当亦视为本专利技术可实施的范畴。实施例1对竹子(江西毛竹，Ph. pubescens)进行超微气流粉碎,称取经超微气流粉碎至粒径为2000目的竹粉5g，加入50mL、0. 5% (w/w)的硫酸溶液(固液比为1:10)，180°C反应20min，预处理水解液抽滤，水洗后的固体残渣加30mL水混合(固液比为1:6)，调节酶解体系PH值为4. 8，加入纤维素酶(购自诺维信公司)20FPU/g底物、β -葡萄糖苷酶(购自诺维信公司)8CBU/g底物，50°C酶解48h，摇床转速为150r/min。酶解液抽滤，取酶解后的滤液加入1. 0%(w/v)玉米浆粉，接CICC8016菌株，37°C厌氧培养48h获得发酵产物。发酵产物中，丁醇 11.98g/L，总溶剂 20. 13g/L。实施例2称取经超微气流粉碎至粒径为1500目的竹粉5g，加入40mL、1% (w/w)的硫酸溶液(固液比为1:8)，170°C反应20mi本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用竹子中的纤维素发酵生产丁醇的方法，具体步骤如下：1）预处理：竹子原料粉碎获得竹粉后，将竹粉与水或稀硫酸混合，在170～200℃温度下反应10～30min，获得预处理产物；2）固液分离：将步骤1）预处理产物固液分离，取预处理产物中的固体残渣进行多次水洗；3）酶解：将步骤2）水洗后的固体残渣与水按一定的固液比混合，获得酶解混合物，调节酶解混合物的pH值为4.5～5.5后，加入纤维素酶和β?葡萄糖苷酶进行酶解反应，获得酶解产物；4）发酵培养基制备：将步骤3）的酶解产物固液分离，取酶解液添加氮源配制发酵培养基；5）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】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘莉，沈兆兵，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：
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