酸酶雙解稻草紙漿制備燃料乙醇的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了酸酶雙解稻草紙漿制備燃料乙醇的方法，涉及燃料乙醇的制備方法。步驟為：將稻草紙漿溶于稀硫酸溶液中，其中原料質(zhì)量與稀硫酸體積比為1g：18-22mL，在170-190℃酸解2-4h，離心分離；濾渣中按照0.01/mL的底物質(zhì)量濃度加入水和酶，50℃的恒溫?fù)u床中反應(yīng)30h，然后在沸水浴中滅酶，離心分離：將酸解液和酶解糖液混合、中和、濃縮后，加入(NH4)2SO4、KH2PO4、MgSO47H2O、酵母膏，混勻后調(diào)PH至5.5，制成水解液發(fā)酵培養(yǎng)基，接入休哈塔假絲酵母，在28℃，100r/min的搖床中發(fā)酵48h。本發(fā)明利用生物質(zhì)廢棄物制備燃料乙醇，生產(chǎn)成本低，節(jié)約能源，環(huán)保，實(shí)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】酸酶雙解稻草紙漿制備燃料乙醇的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃料乙醇的制備方法，具體涉及酸酶雙解稻草紙漿制備燃料乙醇的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源和環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重，各國(guó)對(duì)生物質(zhì)能源的研究與開(kāi)發(fā)越來(lái)越重視。而利用生物質(zhì)原料生產(chǎn)燃料乙醇被認(rèn)為是一種有效的替代能源。
[0003]由于我國(guó)人口眾多，為確保國(guó)家的糧食安全，現(xiàn)已出臺(tái)多項(xiàng)限制利用糧食作物生產(chǎn)燃料乙醇的法規(guī)，因此，需要利用非糧作物生產(chǎn)燃料乙醇。
[0004]現(xiàn)有的利用生物質(zhì)原料生產(chǎn)燃料乙醇的方法有酸法和酶法。如Nguyen和Kim在對(duì)生物質(zhì)原料蒸汽爆破的基礎(chǔ)上，分兩步進(jìn)行了解酸:第一步在190°C下，第二步從215°C逐漸降到210°C，還原糖得率達(dá)到70%;Sanjeev K S則以向日葵秸桿為原料研究了酶解，在
1.05kg/c m2壓力下對(duì)原料蒸汽爆破處理后酶解72h，還原糖得率57.9%。
[0005]現(xiàn)有的上述兩種方法均采用了高壓蒸汽爆破，能耗高，對(duì)設(shè)備要求嚴(yán)格；而單純的酶法降解纖維素不完全，耗時(shí)長(zhǎng)，這是因?yàn)樵现欣w維素分子間和纖維素微絲間盡管空隙極小，但常伴有生物質(zhì)填充，且纖維素被木質(zhì)素包裹，這種天然結(jié)構(gòu)不利于H離子和纖維素進(jìn)行有效的接觸，導(dǎo)致纖維素降解困難。
[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本發(fā)明結(jié)合酸解和酶解兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，研發(fā)了一套酶酸雙解生產(chǎn)燃料乙醇的新工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種酸酶雙解稻草紙漿制備燃料乙醇的方法。
[0008]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
酸酶雙解稻草紙漿制備燃料乙醇的方法，步驟為:
(1)酸解:將稻草紙漿原料溶于稀硫酸溶液中，其中稻草紙漿原料質(zhì)量與稀硫酸體積比為Ig:18-22mL,在170_190°C下進(jìn)行酸解反應(yīng)2_4h,經(jīng)離心分離,上清液為酸解液；
(2)酶解:在濾渣中按照0.01/mL的底物質(zhì)量濃度加入水和60-100u/g的酶，在50°C的恒溫?fù)u床中反應(yīng)30h，然后在沸水浴中滅酶，經(jīng)離心分離，上清液為酶解糖液；
(3)發(fā)酵:將酸解液和酶解糖液混合、中和、濃縮后，加入(NH4)2S04、KH2PO4,MgS047H20、酵母膏，混勻后調(diào)PH至5.5，制成水解液發(fā)酵培養(yǎng)基，按接入酵母體積:水解液發(fā)酵培養(yǎng)基體積=1:10,接入休哈塔假絲酵母Candida shehatae,在28°C, 100r/min的搖床中發(fā)酵48h。
[0009]進(jìn)一步地，所述的稻草紙漿為造紙廠堿法預(yù)處理，經(jīng)烘干粉碎后的稻草紙漿。
[0010]所述稻草紙衆(zhòng)的成分為:纖維素含量709.8g/Kg、半纖維素含量140.6 g/Kg、克拉森木素含量85.9 g/Kg、水分含量74.3 g/Kg、灰分含量131.5 g/Kg、抽出物含量34.7 g/Kg。
[0011]所述稀硫酸溶液的質(zhì)量濃度為0.9-2.9%，優(yōu)選為2.4% ;當(dāng)硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%時(shí)，總還原糖得率為17.2% ;當(dāng)硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.4%時(shí)，總還原糖得率為18.6% ;當(dāng)硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.4%時(shí)，總還原糖得率為24.8% ;當(dāng)硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.9%時(shí)，總還原糖得率為23.2%ο
[0012]所述的稻草紙衆(zhòng)原料質(zhì)量與稀硫酸體積比為lg: 10_30mL,優(yōu)選為lg:20mL;當(dāng)比例為1:10時(shí)，總還原糖得率為18.9% ;當(dāng)比例為1:15時(shí)，總還原糖得率為21.6% ;當(dāng)比例為1:20時(shí)，總還原糖得率為28.9% ；當(dāng)比例為1:25時(shí)，總還原糖得率為27.5% ；當(dāng)比例為1:30時(shí)，總還原糖得率為26.8%。
[0013]所述的酸解反應(yīng)時(shí)間為a ;當(dāng)反應(yīng)a時(shí)，總還原糖得率為22.6% ;當(dāng)反應(yīng)3h時(shí)，總還原糖得率為20% ;當(dāng)反應(yīng)4h時(shí)，總還原糖得率為18.5%。
[0014]所述的酶為纖維素酶。
[0015]所述的每升酸解液和酶解糖液的濃縮液中，加入(MM)2SO4為0.53g，KH2PO4為
2.5g，MgS047H20 為 0.5g、酵母膏為 3g。
[0016]本發(fā)明方法，在酸解后，還原糖得率為28.9%，酶解后還原糖得率為67.1%，酸酶解總還原糖得率為62.6%，稻草紙漿降解液經(jīng)發(fā)酵制得的乙醇質(zhì)量濃度26.63g/L,，乙醇得率為49%，能達(dá)到理論得率的96%，轉(zhuǎn)化率可達(dá)到0.28g/g(乙醇/稻草紙漿)。
[0017]本發(fā)明方法先酸解后酶解，使半纖維素降解的同時(shí)破壞纖維素的晶體結(jié)構(gòu)，增加纖維素酶和纖維素接觸的表面積，提高纖維素酶的水解效率，減少酶用量，實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、低成本的對(duì)生物廢棄物預(yù)處理的目的；同時(shí)利用生物質(zhì)廢棄物制備燃料乙醇，作為替代能源，生產(chǎn)成本低，節(jié)約能源 ，環(huán)保，實(shí)用。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0019]實(shí)施例1
酸酶雙解稻草紙漿制備燃料乙醇的方法，步驟為:
(1)酸解:將稻草紙漿原料溶于稀硫酸溶液中，其中稻草紙漿原料質(zhì)量與質(zhì)量濃度為
1.9%的稀硫酸體積比為Ig:18mL，在180°C下進(jìn)行酸解反應(yīng)4h，經(jīng)離心分離，上清液為酸解液；
(2)酶解:在濾渣中按照0.01/mL的底物質(zhì)量濃度加入水和80u/g的纖維素酶，在50°C的恒溫?fù)u床中反應(yīng)30h，然后在沸水浴中滅酶，經(jīng)離心分離，上清液為酶解糖液；
(3)發(fā)酵:將酸解液和酶解糖液混合、中和、濃縮后，加入(NH4)2S04、KH2PO4,MgS047H20、酵母膏，混勻后調(diào)PH至5.5，制成水解液發(fā)酵培養(yǎng)基，按接入酵母體積:水解液發(fā)酵培養(yǎng)基體積=1:10,接入休哈塔假絲酵母Candida shehatae,在28°C, 100r/min的搖床中發(fā)酵48h。
[0020]實(shí)施例2
酸酶雙解稻草紙漿制備燃料乙醇的方法，步驟為:
(1)酸解:將稻草紙漿原料溶于稀硫酸溶液中，其中稻草紙漿原料質(zhì)量與質(zhì)量濃度為
0.9%的稀硫酸體積比為Ig:20mL，在170°C下進(jìn)行酸解反應(yīng)2h，經(jīng)離心分離，上清液為酸解液；
其中稻草紙漿為造紙廠堿法預(yù)處理，經(jīng)烘干粉碎后的稻草紙漿；
(2)酶解:在濾渣中按照0.01/mL的底物質(zhì)量濃度加入水和60u/g的纖維素酶，在50°C的恒溫?fù)u床中反應(yīng)30h，然后在沸水浴中滅酶，經(jīng)離心分離，上清液為酶解糖液；(3)發(fā)酵:將酸解液和酶解糖液混合、中和、濃縮后，加入(NH4)2S04、KH2PO4, MgS047H20、酵母膏，混勻后調(diào)PH至5.5，制成水解液發(fā)酵培養(yǎng)基，按接入酵母體積:水解液發(fā)酵培養(yǎng)基體積=1:10,接入休哈塔假絲酵母Candida shehatae,在28°C, 100r/min的搖床中發(fā)酵48h。
[0021]每升酸解液和酶解糖液的濃縮液中，加入(MM)2SO4為0.53g，KH2PO4為2.5g，MgS047H20 為 0.5g、酵母膏為 3g。
[0022]實(shí)施例3
酸酶雙解稻草紙漿制備燃料乙醇的方法，步驟為:
(1)酸解:將稻草紙漿原料溶于稀硫酸溶液中，其中稻草紙漿原料質(zhì)量和質(zhì)量濃度為2.9%的稀硫酸體積比為Ig:22mL，在190°C下進(jìn)行酸解反應(yīng)3h，經(jīng)離心分離，上清液為酸解液；
其中稻草紙漿為造紙廠堿法預(yù)處理，經(jīng)烘干粉碎后的稻草紙漿，稻草紙漿的成分為:纖維素含量709.8g/Kg、半纖維素含量140.6 g/Kg、克拉森木素含量85.9 g/Kg、水分含量74.3g/Kg、灰分含量131.5 g/Kg、抽出物含量34.7 g/Kg ；
(2)酶解:在濾渣中按照0.01/mL的底物質(zhì)量濃度加入水和100u/g的纖維素酶，在500C的恒溫?fù)u床中反應(yīng)30h，然后在沸水浴中滅酶，經(jīng)離心分離，上清液為酶解糖液；
(3)發(fā)酵:將酸解液和酶解糖液混合、中和、濃縮后，加入(NH4)2S04、KH2PO4,MgS047H20、酵母膏，混勻后調(diào)PH至5.5，制成水解液發(fā)酵培養(yǎng)基，按接入酵母體積:水解液發(fā)酵培養(yǎng)基體積=1:10,接入休哈塔假絲酵母Candida shehatae,在28°C, 100r/min的搖床中發(fā)酵48h。；` 每升酸解液和酶解糖液的濃縮液中，加入(MM)2SO4為0.53g, KH2PO4為2.5g，MgSOJH2O為0.5g、酵母膏為3g。
[0023]纖維素酶由夏盛公司提供,酶活力為68.5U !Candida shehatae(休哈塔假絲酵母)CICC1766，購(gòu)自中國(guó)工業(yè)微生物菌種保藏管理中心。
[0024]實(shí)施例4
酸酶雙解稻草紙漿制備燃料乙醇的方法，步驟為:
(1)酸解:將稻草紙漿原料溶于稀硫酸溶液中，其中稻草紙漿原料質(zhì)量與質(zhì)量濃度為2.4%稀硫酸體積比為Ig:20mL，在170°C下進(jìn)行酸解反應(yīng)2h，經(jīng)離心分離，上清液為酸解液；
其中稻草紙漿為造紙廠堿法預(yù)處理，經(jīng)烘干粉碎后的稻草紙漿，稻草紙漿的成分為:纖維素含量709.8g/Kg、半纖維素含量140.6 g/Kg、克拉森木素含量85.9 g/Kg、水分含量74.3g/Kg、灰分含量131.5 g/Kg、抽出物含量34.7 g/Kg ；
(2)酶解:在濾渣中按照0.01/mL的底物質(zhì)量濃度加入水和80u/g的纖維素酶，在50°C的恒溫?fù)u床中反應(yīng)30h，然后在沸水浴中滅酶，經(jīng)離心分離，上清液為酶解糖液；
(3)發(fā)酵:將酸解液和酶解糖液混合、中和、濃縮后，加入(NH4)2S04、KH2PO4,MgS047H20、酵母膏，混勻后調(diào)PH至5.5，制成水解液發(fā)酵培養(yǎng)基，按接入酵母體積:水解液發(fā)酵培養(yǎng)基體積=1:10,接入休哈塔假絲酵母Candida shehatae,在28°C, 100r/min的搖床中發(fā)酵48h ；
每升酸解液和酶解糖液的濃縮液中，加入(MM)2SO4為0.53g, KH2PO4為2.5g，MgSOJH2O為0.5g、酵母膏為3g。[0025] 纖維素酶由夏盛公司提供，酶活力為68.5U ；Candida shehatae(休哈塔假絲酵母)CICC1766，購(gòu)自中國(guó)工業(yè)微生物菌種保藏管理中心。
【權(quán)利要求】
1.一種酸酶雙解稻草紙漿制備燃料乙醇的方法，其特征在于，步驟為: (1)酸解:將稻草紙漿原料溶于稀硫酸溶液中，其中稻草紙漿原料質(zhì)量與稀硫酸體積比為Ig:18-22mL,在170_190°C下進(jìn)行酸解反應(yīng)2_4h,經(jīng)離心分離,上清液為酸解液； (2)酶解:在濾渣中按照0.01/mL的底物質(zhì)量濃度加入水和60-100u/g的酶，在50°C的恒溫?fù)u床中反應(yīng)30h，然后在沸水浴中滅酶，經(jīng)離心分離，上清液為酶解糖液； (3)發(fā)酵:將酸解液和酶解糖液混合、中和、濃縮后，加入(NH4)2S04、KH2PO4,MgS047H20、酵母膏，混勻后調(diào)PH至5.5，制成水解液發(fā)酵培養(yǎng)基，按接入酵母體積:水解液發(fā)酵培養(yǎng)基體積=1:10,接入休哈塔假絲酵母Candida shehatae,在28°C, 100r/min的搖床中發(fā)酵48h,即得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的酸酶雙解稻草紙漿制備燃料乙醇的方法，其特征在于，所述的稻草紙漿為造紙廠堿法預(yù)處理，經(jīng)烘干粉碎后的稻草紙漿。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的酸酶雙解稻草紙漿制備燃料乙醇的方法，其特征在于，所述稻草紙漿的成分為:纖維素含量709.8g/Kg、半纖維素含量140.6 g/Kg、克拉森木素含量85.9 g/Kg、水分含量74.3 g/Kg、灰分含量131.5 g/Kg、抽出物含量34.7 g/Kg。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的酸酶雙解稻草紙漿制備燃料乙醇的方法，其特征在于，所述稀硫酸溶液的質(zhì)量濃度為0.9-2.9%，優(yōu)選為2.4%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的酸酶雙解稻草紙漿制備燃料乙醇的方法，其特征在于，所述的稻草紙衆(zhòng)原料質(zhì)量與稀硫酸體積比為lg: 10-30mL,優(yōu)選為Ig:20mL。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的酸酶雙解稻草紙漿制備燃料乙醇的方法，其特征在于，所述的酸解反應(yīng)時(shí)間為2h。
7.根據(jù)權(quán)利要 求1或2所述的酸酶雙解稻草紙漿制備燃料乙醇的方法，其特征在于，所述的酶為纖維素酶。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的酸酶雙解稻草紙漿制備燃料乙醇的方法，其特征在于，所述的每升酸解液和酶解糖液的濃縮液中，加入(MM)2SO4為0.53g, KH2PO4為2.5g，MgSOJH2O為0.5g、酵母膏為3g。
【文檔編號(hào)】C12P7/10GK103740770SQ201310691774
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】舒夢(mèng)陽(yáng), 邊建紅, 常永龍, 吳躍曲, 郭芬, 李君懿 申請(qǐng)人:山西華頓實(shí)業(yè)有限公司