專(zhuān)利名稱(chēng)：混合菌群降解發(fā)酵木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)酒精的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種降解發(fā)酵木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)酒精的方法。
背景技術(shù)：
隨著能源的日益緊缺和可持續(xù)發(fā)展的需要，尋求新的可再生能源形式和利用途徑，已成為全世界迫切和現(xiàn)實(shí)的研究課題。作為化石燃料的替代品，燃料乙醇便于儲(chǔ)存、輸送，并且可以在不改變現(xiàn)有加油站設(shè)施和發(fā)動(dòng)機(jī)形式的情況下作為車(chē)用動(dòng)力燃料使用。此外，酒精用作發(fā)動(dòng)機(jī)燃料具有優(yōu)良的環(huán)境效益，可以顯著減少排入大氣中的溫室氣體量。所以乙醇的應(yīng)用量和應(yīng)用范圍正逐漸擴(kuò)大。
目前，工業(yè)上主要是通過(guò)釀酒酵母利用己糖進(jìn)行燃料酒精的生產(chǎn)，主要以糖蜜和谷物為生產(chǎn)原料，此方法生產(chǎn)成本高，污染環(huán)境，并受到人口增加和耕地減少的困擾。木質(zhì)纖維素是地球上最豐富、最廉價(jià)的可再生資源。據(jù)資料表明，植物每年通過(guò)光合作用能產(chǎn)生高達(dá)1550億噸纖維素類(lèi)物質(zhì)，其中纖維素、半纖維素的總量為600億噸，而每年纖維素的利用率卻僅為2％左右。目前利用纖維素類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)酒精的方法是通過(guò)纖維素酶或纖維素酶曲降解纖維素原料后再進(jìn)行釀酒酵母發(fā)酵生產(chǎn)酒精，但存在生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，用酶量大等問(wèn)題，導(dǎo)致纖維素酒精的價(jià)格無(wú)法與糧食酒精相競(jìng)爭(zhēng)，限制了纖維素酒精的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決目前利用纖維素類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)酒精存在生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、用酶量大等問(wèn)題，而提供的一種混合菌群降解發(fā)酵木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)酒精的方法。木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)酒精按以下步驟進(jìn)行(一)木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)粉碎后用濃度為0.5～1.5％的H2SO4浸泡11～13h，然后在1.6～2.0MPa、180～200℃的條件下蒸汽爆破6～10min；(二)固液分離，再向固相物中加入固相物重量8～12倍、pH值為5.5～6.5的營(yíng)養(yǎng)液，然后高溫滅菌制成糖化發(fā)酵底物；(三)按1∶1的體積比將處于生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期、培養(yǎng)液中菌落濃度都為1×107～9×108cfu/mL的釀酒酵母菌和能在釀酒酵母菌發(fā)酵條件下產(chǎn)纖維素酶的纖維素降解菌一同加入到糖化發(fā)酵底物中，釀酒酵母菌培養(yǎng)液和纖維素降解菌培養(yǎng)液的總體積為糖化發(fā)酵底物體積的8％～12％；(四)在38～42℃的條件下同步降解糖化—發(fā)酵34～38h，然后再經(jīng)蒸餾、精餾即得到成品酒精。本發(fā)明纖維素的降解糖化和發(fā)酵同步進(jìn)行，降解糖化和發(fā)酵周期縮短了40％，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，提高了設(shè)備的利用率；而且由于降解糖化和發(fā)酵的耦合，消除了單糖對(duì)纖維素水解的反饋抑制作用，提高了原料的利用率和酒精產(chǎn)量。本發(fā)明用纖維素降解菌替代了纖維素酶和纖維素酶曲，使生產(chǎn)成本降低了15％以上，產(chǎn)品價(jià)格低于糧食酒精。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式按以下步驟降解發(fā)酵木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)酒精(一)木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)粉碎后用濃度為0.5～1.5％的H2SO4浸泡11～13h，然后在1.6～2.0MPa、180～200℃的條件下蒸汽爆破6～10min；(二)固液分離，再向固相物中加入固相物重量8～12倍、pH值為5.5～6.5的營(yíng)養(yǎng)液，然后高溫滅菌制成糖化發(fā)酵底物；(三)按1∶1的體積比將處于生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期、培養(yǎng)液中菌落濃度都為1×107～9×108cfu/mL的釀酒酵母菌和能在釀酒酵母菌發(fā)酵條件下產(chǎn)纖維素酶的纖維素降解菌一同加入到糖化發(fā)酵底物中，釀酒酵母菌培養(yǎng)液和纖維素降解菌培養(yǎng)液的總體積為糖化發(fā)酵底物體積的8％～12％；(四)在38～42℃的條件下同步降解糖化—發(fā)酵34～38h，然后再經(jīng)蒸餾、精餾即得到成品酒精。
本實(shí)施方式中釀酒酵母菌在麥芽汁培養(yǎng)基中培養(yǎng)至生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期，纖維素降解菌在阿氏培養(yǎng)基中培養(yǎng)至生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期。本實(shí)施方式中每1000g木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)原料生產(chǎn)乙醇(酒精)76.8～160g。
具體實(shí)施例方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟(一)中粉碎后的木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)用濃度為1％的H2SO4浸泡12h，然后在1.8MPa、185～195℃的條件下蒸汽爆破8min。其它步驟與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施例方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二的不同點(diǎn)是步驟(一)中木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)為甘蔗殘?jiān)?、稻殼或秸稈，粉碎后顆粒粒徑為40～60目。其它步驟與實(shí)施方式一或二相同。
本實(shí)施方式采用的木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)原料為工業(yè)、農(nóng)業(yè)或食品加工業(yè)廢棄物，變廢為寶，提高了物質(zhì)可再生利用率，節(jié)約了谷類(lèi)、甘蔗、玉米等農(nóng)作物，降低了生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施例方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟(二)中向固相物中加入固相物重量10倍、pH值為6.0的營(yíng)養(yǎng)液，然后在110～130℃的條件下滅菌15～25min。其它步驟與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施例方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或四的不同點(diǎn)是步驟(二)中營(yíng)養(yǎng)液按重量百分比由1％的硫酸銨、0.05％的硫酸鈣、0.5％的磷酸鈣和98.45％的水組成。其它步驟與實(shí)施方式一或四相同。
具體實(shí)施例方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟(三)中釀酒酵母菌和纖維素降解菌的菌落濃度都為2×107～9×108cfu/mL，釀酒酵母菌培養(yǎng)液和纖維素降解菌培養(yǎng)液的總體積為糖化發(fā)酵底物體積的10％。其它步驟與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施例方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或六的不同點(diǎn)是步驟(三)中的纖維素降解菌為芽孢桿菌、纖維桿菌、瘤胃球菌、鏈霉菌、木霉、曲霉中的一種或幾種組成。其它步驟與實(shí)施方式一或六相同。
具體實(shí)施例方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
七的不同點(diǎn)是步驟(三)中的纖維素降解菌為芽孢桿菌、纖維桿菌、瘤胃球菌、鏈霉菌、木霉或曲霉。其它步驟與實(shí)施方式七相同。
具體實(shí)施例方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
七的不同點(diǎn)是步驟(三)中的纖維素降解菌為芽孢桿菌和鏈霉菌。其它步驟與實(shí)施方式七相同。
具體實(shí)施例方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟(四)在40℃的條件下同步降解糖化—發(fā)酵36h。其它步驟與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施例方式
十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟(三)中釀酒酵母菌和纖維素降解菌的菌落濃度都為5×107～5×108cfu/mL。其它步驟與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施例方式
十二本實(shí)施方式按以下步驟降解發(fā)酵木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)酒精(一)秸稈粉碎成粒徑為40目的顆粒后用濃度為1％的H2SO4浸泡12h，然后在1.8MPa、180～200℃的條件下蒸汽爆破8min；(二)固液分離，再向固相物中加入固相物重量10倍、pH值為6.0、按重量百分比由1％的硫酸銨、0.05％的硫酸鈣、0.5％的磷酸鈣和98.45％的水組成的營(yíng)養(yǎng)液，然后在120℃的條件下滅菌20min制成糖化發(fā)酵底物；(三)按1∶1的體積比將處于生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期、培養(yǎng)液中菌落濃度都為3×107～8×108cfu/mL的釀酒酵母菌和芽孢桿菌一同加入到糖化發(fā)酵底物中，釀酒酵母菌培養(yǎng)液和芽孢桿菌培養(yǎng)液的總體積為糖化發(fā)酵底物體積的10％；(四)在40℃的條件下同步降解糖化—發(fā)酵36h，然后再經(jīng)蒸餾、精餾即得到成品酒精。
本實(shí)施方式中每1000g秸稈生產(chǎn)乙醇(酒精)82.1g。
具體實(shí)施例方式
十三本實(shí)施方式按以下步驟降解發(fā)酵木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)酒精(一)稻殼粉碎成粒徑為50目的顆粒后用濃度為1％的H2SO4浸泡12h，然后在1.8MPa、180～200℃的條件下蒸汽爆破8min；(二)固液分離，再向固相物中加入固相物重量10倍、pH值為6.0、按重量百分比由1％的硫酸銨、0.05％的硫酸鈣、0.5％的磷酸鈣和98.45％的水組成的營(yíng)養(yǎng)液，然后在120℃的條件下滅菌20min制成糖化發(fā)酵底物；(三)按1∶1的體積比將處于生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期、培養(yǎng)液中菌落濃度都為4×107～7×108cfu/mL的釀酒酵母菌和木霉一同加入到糖化發(fā)酵底物中，釀酒酵母菌培養(yǎng)液和木霉培養(yǎng)液的總體積為糖化發(fā)酵底物體積的10％；(四)在40℃的條件下同步降解糖化—發(fā)酵36h，然后再經(jīng)蒸餾、精餾即得到成品酒精。
本實(shí)施方式中每1000g稻殼生產(chǎn)乙醇(酒精)80.9g。
具體實(shí)施例方式
十四本實(shí)施方式按以下步驟降解發(fā)酵木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)酒精(一)秸稈粉碎成粒徑為60目的顆粒后用濃度為1％的H2SO4浸泡12h，然后在1.8MPa、180～200℃的條件下蒸汽爆破8min；(二)固液分離，再向固相物中加入固相物重量10倍、pH值為6.0、按重量百分比由1％的硫酸銨、0.05％的硫酸鈣、0.5％的磷酸鈣和98.45％的水組成的營(yíng)養(yǎng)液，然后在120℃的條件下滅菌20min制成糖化發(fā)酵底物；(三)按1∶1的體積比將處于生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期、培養(yǎng)液中菌落濃度都為6×107～4×108cfu/mL的釀酒酵母菌和能在釀酒酵母菌發(fā)酵條件下產(chǎn)纖維素酶的纖維素降解菌一同加入到糖化發(fā)酵底物中，釀酒酵母菌培養(yǎng)液和纖維素降解菌培養(yǎng)液的總體積為糖化發(fā)酵底物體積的10％；(四)在40℃的條件下同步降解糖化—發(fā)酵36h，然后再經(jīng)蒸餾、精餾即得到成品酒精。
本實(shí)施方式中纖維素降解菌由芽孢桿菌和鏈霉菌按1∶1的體積比組成。本實(shí)施方式中每1000g秸稈生產(chǎn)乙醇(酒精)160g。
具體實(shí)施例方式
十五本實(shí)施方式按以下步驟降解發(fā)酵木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)酒精(一)甘蔗殘?jiān)鬯槌闪綖?0目的顆粒后用濃度為1％的H2SO4浸泡12h，然后在1.8MPa、180～200℃的條件下蒸汽爆破8min；(二)固液分離，再向固相物中加入固相物重量10倍、pH值為6.0、按重量百分比由1％的硫酸銨、0.05％的硫酸鈣、0.5％的磷酸鈣和98.45％的水組成的營(yíng)養(yǎng)液，然后在120℃的條件下滅菌20min制成糖化發(fā)酵底物；(三)按1∶1的體積比將處于生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期、培養(yǎng)液中菌落濃度都為7×107～3×108cfu/mL的釀酒酵母菌和能在釀酒酵母菌發(fā)酵條件下產(chǎn)纖維素酶的纖維素降解菌一同加入到糖化發(fā)酵底物中，釀酒酵母菌培養(yǎng)液和纖維素降解菌培養(yǎng)液的總體積為糖化發(fā)酵底物體積的10％；(四)在40℃的條件下同步降解糖化—發(fā)酵36h，然后再經(jīng)蒸餾、精餾即得到成品酒精。
本實(shí)施方式中纖維素降解菌由纖維桿菌、瘤胃球菌和曲霉按1∶1∶1的體積比組成。本實(shí)施方式中每1000g甘蔗殘?jiān)a(chǎn)乙醇(酒精)152g。
權(quán)利要求
1.混合菌群降解發(fā)酵木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)酒精的方法，其特征在于按以下步驟降解發(fā)酵木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)酒精(一)木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)粉碎后用濃度為0.5～1.5％的H2SO4浸泡11～13h，然后在1.6～2.0MPa、180～200℃的條件下蒸汽爆破6～10min；(二)固液分離，再向固相物中加入固相物重量8～12倍、pH值為5.5～6.5的營(yíng)養(yǎng)液，然后高溫滅菌制成糖化發(fā)酵底物；(三)按1∶1的體積比將處于生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期、培養(yǎng)液中菌落濃度都為1×107～9×108cfu/mL的釀酒酵母菌和能在釀酒酵母菌發(fā)酵條件下產(chǎn)纖維素酶的纖維素降解菌一同加入到糖化發(fā)酵底物中，釀酒酵母菌培養(yǎng)液和纖維素降解菌培養(yǎng)液的總體積為糖化發(fā)酵底物體積的8％～12％；(四)在38～42℃的條件下同步降解糖化一發(fā)酵34～38h，然后再經(jīng)蒸餾、精餾即得到成品酒精。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合菌群降解發(fā)酵木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)酒精的方法，其特征在于步驟(一)中粉碎后的木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)用濃度為1％的H2SO4浸泡12h，然后在1.8MPa、185～195℃的條件下蒸汽爆破8min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混合菌群降解發(fā)酵木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)酒精的方法，其特征在于步驟(一)中木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)為甘蔗殘?jiān)?、稻殼或秸稈，粉碎后顆粒粒徑為40～60目。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合菌群降解發(fā)酵木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)酒精的方法，其特征在于步驟(二)中向固相物中加入固相物重量10倍、pH值為6.0的營(yíng)養(yǎng)液，然后在110～130℃的條件下滅菌15～25min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的混合菌群降解發(fā)酵木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)酒精的方法，其特征在于步驟(二)中營(yíng)養(yǎng)液按重量百分比由1％的硫酸銨、0.05％的硫酸鈣、0.5％的磷酸鈣和98.45％的水組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合菌群降解發(fā)酵木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)酒精的方法，其特征在于步驟(三)中釀酒酵母菌和纖維素降解菌的菌落濃度都為2×107～9×108cfu/mL，釀酒酵母菌培養(yǎng)液和纖維素降解菌培養(yǎng)液的總體積為糖化發(fā)酵底物體積的10％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的混合菌群降解發(fā)酵木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)酒精的方法，其特征在于步驟(三)中的纖維素降解菌為芽孢桿菌、纖維桿菌、瘤胃球菌、鏈霉菌、木霉、曲霉中的一種或幾種組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的混合菌群降解發(fā)酵木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)酒精的方法，其特征在于步驟(三)中的纖維素降解菌為芽孢桿菌、纖維桿菌、瘤胃球菌、鏈霉菌、木霉或曲霉。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的混合菌群降解發(fā)酵木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)酒精的方法，其特征在于步驟(三)中的纖維素降解菌為芽孢桿菌和鏈霉菌。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合菌群降解發(fā)酵木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)酒精的方法，其特征在于步驟(四)在40℃的條件下同步降解糖化—發(fā)酵36h。
全文摘要
混合菌群降解發(fā)酵木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)酒精的方法，它涉及一種降解發(fā)酵木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)酒精的方法。它解決了目前利用纖維素類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)酒精存在生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)的問(wèn)題。酒精生產(chǎn)按以下步驟(一)木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)粉碎后用H
文檔編號(hào)C12R1/865GK1896254SQ20061001018
公開(kāi)日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2006年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月19日
發(fā)明者馮玉杰, 李冬梅 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)