專利名稱：發(fā)酵用秸稈五碳糖水解液預處理方法
技術領域：
本發(fā)明屬于發(fā)酵工程領域，特別涉及發(fā)酵用秸稈五碳糖水解液預處理方法。
背景技術：
農作物的秸稈是一種重要的木質纖維素資源。每年我國秸稈的產量達到7億噸 以上。遺憾的是到目前為止，這些資源卻沒有得到很好的利用。秸稈的主要成分包括纖維 素、半纖維素和木質素。將這些組分適當分離，并加以充分利用的研究目前正積極進行著 (ffillke, et al, Applied Microbiology and Biotechnology，2004. 66 131-142)。秸稈半纖維素的結構單元中，以五碳糖單元含量最高。因此，如前所述，其水解液 中的主要成分以五碳糖為主。在自然界中的單糖中，五碳糖(包括五碳糖單元)的量僅次于 葡萄糖。如果能夠把它們用作微生物發(fā)酵的碳源，將給發(fā)酵工業(yè)開辟儲量豐富且可以再生 的的資源。這些方面已經(jīng)開展了很多研究，比如五碳糖酒精發(fā)酵、乳酸發(fā)酵以及丙酮丁醇發(fā) 酵等等(ffillke, et al, Applied Microbiology and Biotechnology，2004. 66 :131_142)。一般來說，從木質纖維素中專門降解五碳糖的方法主要有兩種。包括酸水解 和經(jīng)適當預處理后的酶水解(Palmqvist, et al, Bioresource Technology, 2000. 74 p.25-33.)。不論哪種方法，在生產五碳糖液的同時，都會同時產生一些副產物。比如糠 醛和一些弱酸，另外酸水解工藝還會引進大量強酸離子。這些副產物對發(fā)酵往往是不利 的。文獻中常見的方法是通過適當方法進行脫毒，比如中和，萃取、酶處理、活性炭吸附等等 (Frazer，et al, Biomass, 1989. 18 :31_42 ；Palmqvist, et al, Bioresource Technology, 2000. 74 17-24)。這些方法大都可以有效的提高五碳糖液的可發(fā)酵性。但不足之處在于這 些方法只關注將這些物質除去，而沒有充分利用這些資源。

發(fā)明內容
本發(fā)明開發(fā)了一種將五碳糖液經(jīng)過減壓蒸餾和離子交換處理分離其中的糠醛和 酸的方法，在提高糖液可發(fā)酵性的同時獲得高附加值的產品(包括糠醛、乙酸和甲酸)，并 回收水解用的硫酸。具體步驟如下1.將以木質纖維素為原料制備的五碳糖液用泵打進減壓蒸餾裝置的加熱釜，保持 溫度70 99°C和真空度0. 02 0. 05MPa,在減壓蒸餾塔中進行減壓蒸餾，并由冷凝器冷凝 得到粗糠醛進入糠醛接收罐。餾出的粗糠醛經(jīng)過脫水和精制得到糠醛產品。2.經(jīng)過脫糠醛的五碳糖液在通過市售DSAV型電滲析裝置中分離糖液和酸根離 子。分離條件溫度20 30°C，電流密度800 1200A/m2。3.電滲析分離出的酸液進入離子交換柱，使用弱堿性陰離子交換樹脂分離酸液中 的不同酸根。通過不同酸根離子跟樹脂作用強弱的不同分別得到硫酸、甲酸和乙酸。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖，其中1加熱釜；2減壓蒸餾塔；3冷凝器；4糠醛接收 罐；5電滲析裝置；6接收池；7洗脫液儲罐；8離子交換柱
具體實施例方式實施例1將風干的麥草經(jīng)過1 7的固液比與0. 5%的硫酸混合，115°C水解2小時，制的 五碳糖液。制得的五碳糖液先進入糠醛蒸餾塔的加熱釜中，維持溫度99°C，真空度0. 02MPa 減壓蒸餾，得到粗糠醛，粗糠醛通過精餾和脫水得到糠醛產品。減壓蒸餾過的五碳糖液在通 過電滲析裝置分離液體中的酸根離子，分離條件溫度30°C，電流密度800A/m2。最后通過 離子交換法分離純化得到硫酸、甲酸和乙酸。處理過的五碳糖液用作乙醇、丙酮丁醇等化工 產品的發(fā)酵培養(yǎng)基。實施例2將風干的稻草經(jīng)過1 7的固液比與0. 3%的硫酸混合，125°C水解5小時，制的 五碳糖液。制得的五碳糖液先進入糠醛蒸餾塔的加熱釜中，維持溫度70°C，真空度0. 05MPa 減壓蒸餾，得到粗糠醛，粗糠醛通過精餾和脫水得到糠醛產品。減壓蒸餾過的五碳糖液在通 過電滲析裝置分離液體中的酸根離子，分離條件溫度20°C，電流密度1200A/m2。最后通過 離子交換法分離純化得到硫酸、甲酸和乙酸。處理過的五碳糖液用作乙醇、丙酮丁醇等化工 產品的發(fā)酵培養(yǎng)基。實施例3將風干的玉米秸經(jīng)過1 6的固液比與0.5%的硫酸混合，130°C水解3小時，制的 五碳糖液。制得的五碳糖液先進入糠醛蒸餾塔的加熱釜中，維持溫度85°C，真空度0. 04MPa 減壓蒸餾，得到粗糠醛，粗糠醛通過精餾和脫水得到糠醛產品。減壓蒸餾過的五碳糖液在通 過電滲析裝置分離液體中的酸根離子，分離條件溫度30°C，電流密度800A/m2。最后通過 離子交換法分離純化得到硫酸、甲酸和乙酸。處理過的五碳糖液用作乙醇、丙酮丁醇等化工 產品的發(fā)酵培養(yǎng)基。
權利要求
發(fā)酵用秸稈五碳糖水解液預處理方法，其特征在于包含以下步驟，1)將秸稈五碳糖水解液通過裝有活性炭的糠醛蒸餾塔，并通過減壓蒸餾和脫水獲得糠醛產品；2)五碳糖水解液經(jīng)過糠醛蒸餾塔后，通過電滲析裝置分離其中的酸根離子；3)電滲析分離得到的酸液通過離子交換法分離出甲酸、乙酸和硫酸。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所用的五碳糖液為秸稈稀酸水解得到的 糖液。
3.根據(jù)權利要求1，步驟1)所述的方法，其特征在于使用減壓蒸餾，溫度70 99°C，真 空度 0. 02 0. 05MPa。
4.根據(jù)權利要求1，步驟2)所述的方法，其特征在于使用電滲析裝置分離液體中的酸 根離子，分離條件為溫度20 30°C，電流密度800 1200A/m2。
5.根據(jù)權利要求1，步驟3)所述的方法，其特征為使用弱堿性陰離子交換樹脂作為分 離介質。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種秸稈五碳糖水解液用于發(fā)酵的預處理方法。主要步驟包括將五碳糖液先通過減壓蒸餾分離得到其中的糠醛，再經(jīng)過電滲析和離子交換分離其中的弱酸和強酸。其優(yōu)點在于在提高五碳糖液可發(fā)酵性的同時分離得到高附加值的產品。
文檔編號C12P7/36GK101942530SQ20091008810
公開日2011年1月12日 申請日期2009年7月6日 優(yōu)先權日2009年7月6日
發(fā)明者張志國, 生曉東, 陳洪章, 馬保華 申請人:中國科學院過程工程研究所;香港來禾生物科技有限公司