專利名稱：一種利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料乙醇的生產(chǎn)方法，特別是以玉米芯加工殘?jiān)鼮橹饕习l(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的方法。
背景技術(shù)：
以玉米芯為原料加工生產(chǎn)糠醛和木糖等產(chǎn)品過程中會(huì)產(chǎn)生大量的木糖渣和糠醛渣，統(tǒng)稱玉米芯加工殘?jiān)?。我?guó)每年排放糠醛廢渣近3000萬噸(CN 200910090506. 5)，這些廢渣的堆放不僅占用土地，而且對(duì)周邊環(huán)境造成污染。經(jīng)測(cè)定，玉米芯加工殘?jiān)苫械睦w維素含量占60%以上，半纖維素8%左右，木質(zhì)素26%左右。CN00107969. 7公開了一種利用木糖渣生產(chǎn)乙醇的方法，該專利先采用黑曲霉固體發(fā)酵產(chǎn)生纖維素酶曲，再利用制備的纖維素酶曲與木糖渣混合對(duì)木糖渣中的纖維素進(jìn)行水解，然后固液分離，獲得水解糖液，水解糖液中的葡萄糖濃度為5%-12%，將水解糖液中加入酵母菌發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，根據(jù)專利中報(bào)道 的水解糖濃度數(shù)據(jù)，發(fā)酵液中乙醇濃度可達(dá)到的理論值為2. 5 wt%-6wt%0 CN200610131965.X公開了一種利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)纖維素乙醇的方法，該方法包括利用擬康氏木霉液態(tài)深層發(fā)酵產(chǎn)生纖維素酶，厭氧同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，乙醇純化等步驟，最終發(fā)酵液中的乙醇濃度為8% v/v。與常規(guī)纖維乙醇生產(chǎn)過程不同，由于木糖渣中半纖維素大部分被水解生成木糖和糠醛等產(chǎn)品，玉米芯加工殘?jiān)猱a(chǎn)生的木糖很少，僅靠纖維素水解產(chǎn)生的葡萄糖發(fā)酵乙醇，最終發(fā)酵液中的乙醇濃度很難達(dá)到糧食乙醇(發(fā)酵液乙醇濃度可達(dá)到12% v/v以上)的水平。發(fā)酵液中乙醇濃度低造成下一步乙醇精餾能耗過大，增加了乙醇生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)乙醇過程中發(fā)酵單元最終乙醇濃度低的問題，本發(fā)明通過纖維素酶的復(fù)配、補(bǔ)加非糧碳源和同步糖化發(fā)酵等手段提高木糖渣發(fā)酵液中的乙醇濃度，降低乙醇提濃階段的能耗。本發(fā)明利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的方法，包括如下內(nèi)容
(1)配制玉米芯加工殘?jiān)鼘Ｐ运鈴?fù)合酶制劑，復(fù)合酶制劑中含有纖維素內(nèi)切酶、纖維外切酶和β-葡萄糖苷酶，其中，纖維素內(nèi)切酶的濃度為5-30 g/L，纖維素外切酶的濃度為30-90 g/L, β -葡萄糖苷酶的濃度為1-20 g/L ；
(2)玉米芯加工殘?jiān)尤胗衩仔炯庸堅(jiān)鼘Ｐ运鈴?fù)合酶制劑，復(fù)合酶制劑用量為
O.05-0. 5 g/g纖維素；45 60°C預(yù)酶解0_36 h，然后調(diào)整溫度至24-44 V，加入釀酒酵母
O.02%。_5%。(以干酵母質(zhì)量為基準(zhǔn)計(jì))，玉米芯加工殘?jiān)教腔l(fā)酵生產(chǎn)乙醇；
(3 )在發(fā)酵過程中，優(yōu)選補(bǔ)加糖蜜、淀粉或菊芋等補(bǔ)充發(fā)酵物質(zhì)。本發(fā)明方法中，玉米芯加工殘?jiān)鼘Ｐ运鈴?fù)合酶制劑中，還可以含有木聚糖水解酶、果膠酶、漆酶以及輔助因子中的一種或幾種。木聚糖酶的濃度為0-20 g/L。果膠酶的濃度為0-5 g/L。漆酶濃度為0-10 g/L。輔助因子包括表面活性劑和金屬離子，表面活性劑的濃度為O. 01-0. I g/L，金屬離子的濃度為O. 01-0. 5 g/L。本發(fā)明方法中，玉米芯加工殘?jiān)鼘Ｐ运鈴?fù)合酶制劑中的輔助因子使用的表面活性劑優(yōu)選為非離子表面活性劑，如Tween系列表面活性劑中的一種或幾種，優(yōu)選為Tween80、Tween 60、Tween40、Tween 20等中的一種或幾種。金屬離子可以選擇Ca2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Fe2+、Mg2+、Co2+、K.和 Fe3+ 中的一種或任意搭配使用，Ca2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Fe2+、Mg2+、Co2+、K+和 Fe3+的濃度分別為 0-0. 04 g/L, 0-0. 04 g/L, 0-0. 02 g/L, 0-0. 04 g/L, 0-0. 04 g/L,0-0. 08 g/L,0-0. 05 g/L,0-0. 09 g/L,0-0. I g/L。復(fù)合酶制劑中的其它物質(zhì)為水。本發(fā)明方法中，釀酒酵母可以使用任意能把葡萄糖發(fā)酵生成乙醇的菌株，本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)高效同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，優(yōu)選耐溫釀酒酵母Saccharomyces cerevisiaeFE-B。Saccharomyces cerevisiae FE-B,于2008年11月10日保藏 于“中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心”(簡(jiǎn)稱CGMCC)，其保藏號(hào)為CGMCC NO. 2735。耐溫釀酒酵母Saccharomyces cerevisiae FE-B是從米酒酒曲中篩選出的一株耐溫釀酒酵母,可以在24 44°C條件下生長(zhǎng)，能夠在24 44°C條件下發(fā)酵葡萄糖生產(chǎn)乙醇，特別是可以在較高溫度下實(shí)現(xiàn)同步糖化和發(fā)酵。玉米芯加工殘?jiān)耐教腔l(fā)酵條件如下采用釜式攪拌罐進(jìn)行反應(yīng)，糖化發(fā)酵體系中玉米芯加工殘?jiān)苫c水的質(zhì)量比為I :20-2 5 ;加入復(fù)合酶制劑，經(jīng)過適當(dāng)?shù)念A(yù)酶解后，在相對(duì)較高的溫度下進(jìn)行同步糖化和發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，同步糖化和發(fā)酵過程采用間歇攪拌，攪拌速率根據(jù)反應(yīng)器體積和形狀具體確定；玉米芯加工殘?jiān)尤敕绞娇筛鶕?jù)反應(yīng)體系的稠度和粘度一次性加入或分批加入；反應(yīng)時(shí)間48-144 h ;pH控制在4. 0-7. 0，優(yōu)選
4.5~5. O0在發(fā)酵過程中補(bǔ)加的補(bǔ)充發(fā)酵物質(zhì)的時(shí)間最好在發(fā)酵進(jìn)行5 40小時(shí)后，以流加的方式補(bǔ)充發(fā)酵物質(zhì)。補(bǔ)充的發(fā)酵物質(zhì)優(yōu)選為非食用糧來源的可發(fā)酵物質(zhì)，最優(yōu)選為糖蜜，糖蜜可以是甘蔗或甜菜為原料生產(chǎn)蔗糖產(chǎn)生的廢糖蜜，也可以是甜高粱榨汁濃縮后生產(chǎn)的糖蜜，都屬于非糧原料，糖蜜中總糖質(zhì)量濃度一般在35%-60%。由于糖蜜中含有葡萄糖等對(duì)木糖渣中纖維素的水解具有反饋抑制作用的成分。本發(fā)明中補(bǔ)充發(fā)酵物質(zhì)的補(bǔ)加方法采用流速流加進(jìn)入到反應(yīng)體系，反應(yīng)體系中的葡萄糖濃度低于25 g/L。補(bǔ)充發(fā)酵物質(zhì)的加入量以總糖質(zhì)量計(jì)為玉米芯加工殘?jiān)苫|(zhì)量的20%-120 %。釀酒酵母的擴(kuò)大培養(yǎng)可以采用本領(lǐng)域的常規(guī)方法，如將含糖50%的糖蜜稀釋25倍，加入I g/L的尿素滅菌，接入酵母菌通風(fēng)攪拌培養(yǎng)12 h即可。玉米芯加工殘?jiān)须m含有較多的纖維素等物質(zhì)，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易直接利用，本發(fā)明通過配制玉米芯加工殘?jiān)鼘Ｐ运鈴?fù)合酶制劑，其中的纖維素內(nèi)切酶、纖維素外切酶和葡萄糖苷酶協(xié)同作用，可以將玉米芯加工殘?jiān)欣w維素有效水解。在玉米芯加工殘?jiān)鼘Ｐ运鈴?fù)合酶制劑中，進(jìn)一步使用木聚糖水解酶、果膠酶、漆酶、表面活性劑和金屬離子等輔助因子，可以進(jìn)一步提高玉米芯加工殘?jiān)欣w維素等物質(zhì)的水解效率，可以實(shí)現(xiàn)水解的同時(shí)進(jìn)行發(fā)酵。表面活性劑可以提高纖維素酶解體系中纖維素酶和纖維素之間的吸附解和吸附能力，提高纖維素水解效率；金屬離子主要用做復(fù)合酶中各種酶蛋白的激活劑，提高酶蛋白的水解活性。另外，本發(fā)明方法通過補(bǔ)加非糧碳源和同步糖化發(fā)酵等手段提高木糖渣發(fā)酵液中的乙醇濃度，降低乙醇提濃階段的能耗。


圖I是實(shí)施例I反應(yīng)過程體系中各種物質(zhì)濃度的變化曲線；
圖2是實(shí)施例2反應(yīng)過程體系中各種物質(zhì)濃度的變化曲線。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的方案和效果，其中未明確基準(zhǔn)的百分含量以
重量為基準(zhǔn)。表I實(shí)施例中使用復(fù)合酶制劑的組成。
權(quán)利要求
1.一種利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的方法，其特征在于包括如下內(nèi)容 (1)配制玉米芯加工殘?jiān)鼘Ｐ运鈴?fù)合酶制劑，復(fù)合酶制劑中含有纖維素內(nèi)切酶、纖維外切酶和β-葡萄糖苷酶，其中，纖維素內(nèi)切酶的濃度為5-30 g/L，纖維素外切酶的濃度為30-90 g/L, β -葡萄糖苷酶的濃度為1-20 g/L ； (2)玉米芯加工殘?jiān)尤胗衩仔炯庸堅(jiān)鼘Ｐ运鈴?fù)合酶制劑，復(fù)合酶制劑用量為O. 05-0. 5 g/g纖維素；45 60°C預(yù)酶解0_36 h，然后調(diào)整溫度至24-44 °C，以干酵母質(zhì)量為基準(zhǔn)計(jì)，加入釀酒酵母O. 02% -5%。，玉米芯加工殘?jiān)教腔l(fā)酵生產(chǎn)乙醇。
2.按照權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于在發(fā)酵過程中補(bǔ)加糖蜜、淀粉或菊芋補(bǔ)充發(fā)酵物質(zhì)。
3.按照權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于玉米芯加工殘?jiān)鼘Ｐ运鈴?fù)合酶制 劑中，還含有木聚糖水解酶、果膠酶、漆酶以及輔助因子中的一種或幾種，木聚糖酶的濃度為0-20 g/L，果膠酶的濃度為0-5 g/L，漆酶濃度為0-10 g/L，輔助因子包括表面活性劑和金屬離子，表面活性劑的濃度為O. 01-0. I g/L，金屬離子的濃度為O. 01-0. 5 g/L。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于玉米芯加工殘?jiān)鼘Ｐ运鈴?fù)合酶制劑中，輔助因子使用的表面活性劑為Tween系列非離子表面活性劑中的一種或幾種。
5.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于玉米芯加工殘?jiān)鼘Ｐ运鈴?fù)合酶制劑中，金屬離子選擇Ca2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Fe2+、Mg2+、Co2+、K+和Fe3+中的一種或任意搭配使用，Ca2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Fe2+、Mg2+、Co2+、K+和 Fe3+的濃度分別為 0-0. 04 g/L, 0-0. 04 g/L, 0-0. 02 g/L，0-0. 04 g/L,0-0. 04 g/L,0-0. 08 g/L,0-0. 05 g/L,0-0. 09 g/L,0-0. I g/L。
6.按照權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于釀酒酵母使用耐溫釀酒酵母Saccharomyces cerevisiae FE-B,Saccharomyces cerevisiae FE-B,于2008年 11 月 10 日保藏于“中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心”(簡(jiǎn)稱CGMCC)，其保藏號(hào)為CGMCCNO. 2735。
7.按照權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于發(fā)酵過程采用釜式攪拌罐進(jìn)行反應(yīng)，糖化發(fā)酵體系中玉米芯加工殘?jiān)苫c水的質(zhì)量比為I :20-2 5 ;玉米芯加工殘?jiān)淮涡约尤牖蚍峙尤耄环磻?yīng)時(shí)間48-144 h ；pH控制在4. 0-7. O。
8.按照權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于在發(fā)酵過程中補(bǔ)加的補(bǔ)充發(fā)酵物質(zhì)的時(shí)間在發(fā)酵進(jìn)行5 40小時(shí)后，以流加的方式補(bǔ)充發(fā)酵物質(zhì)。
9.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于補(bǔ)充發(fā)酵物質(zhì)的加入量以總糖質(zhì)量計(jì)為玉米芯加工殘?jiān)苫|(zhì)量的20%-120 %。
10.按照權(quán)利要求2或9所述的方法，其特征在于補(bǔ)充發(fā)酵物質(zhì)的補(bǔ)加方法采用流速流加進(jìn)入到反應(yīng)體系，反應(yīng)體系中的葡萄糖濃度低于25 g/L。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇的方法，包括(1)配制玉米芯加工殘?jiān)鼘Ｐ运鈴?fù)合酶制劑，復(fù)合酶制劑中含有纖維素內(nèi)切酶、纖維外切酶和β-葡萄糖苷酶；(2)玉米芯加工殘?jiān)尤胗衩仔炯庸堅(jiān)鼘Ｐ运鈴?fù)合酶制劑，復(fù)合酶制劑用量為0.05-0.5g/g纖維素；45～60℃預(yù)酶解0-36h，然后調(diào)整溫度至24-44℃，加入釀酒酵母0.02‰-5‰，玉米芯加工殘?jiān)教腔l(fā)酵生產(chǎn)乙醇。發(fā)酵過程可以補(bǔ)加非糧來源的發(fā)酵原料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法解決玉米芯加工殘?jiān)l(fā)酵生產(chǎn)乙醇過程中發(fā)酵單元最終乙醇濃度低的問題，降低乙醇提濃階段的能耗。
文檔編號(hào)C12P7/10GK102911971SQ20111021756
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2011年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月1日
發(fā)明者張全, 黎元生, 佟明友, 金平, 喬凱 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院