一種甜高粱稈的綜合利用方法技術

本發明專利技術公開了屬于生物質能源與化工技術領域的一種甜高粱稈的綜合利用方法，該方法包括如下步驟：1)將甜高粱稈固態發酵，蒸餾得到乙醇溶液和酒糟；2)將上述酒糟在酸性條件下水解，固液分離得到木糖溶液和酸解渣；3)將上述酸解渣水洗，作為酶解底物，加入酶解緩沖液，加入酶進行酶解后固液分離得到酶解混合液和酶解木質素；4)將上述酶解混合液接種酵母發酵產生乙醇溶液。本發明專利技術不但為酒糟的利用找到了新途徑，而且得到了高附加值的木糖，同時提高了酸解渣中的纖維素含量和纖維素酶可及度，實現纖維素酶解糖化的高轉化率。該方法使得高含糖量的木質纖維素原料的利用率提高，單位作物乙醇產量提高，纖維素乙醇的生產成本下降。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于生物質能源與化工
，具體地說，涉及一種甜高粱稈固體發酵生產乙醇后的綜合利用方法。
技術介紹
作為能源作物，甜高粱具有令人矚目的優勢。甜高粱具有很高的光合作用率，生物學產量極高。甜高粱的莖稈中富含糖，每公頃甜高粱莖稈可發酵生產乙醇3000 5000L，因品種而異。種植甜高粱的需水量僅為甘蔗的1/3 1/5，而且對土壤條件具有廣泛的適應性， 特別是其顯著的抗旱性和抗鹽堿性。在荒灘地、干旱地和鹽堿地等邊際土地上均能種植甜高粱，且一年三熟。種植甜高粱生產燃料乙醇，實現了 “不與人爭糧，不與糧爭地”。如果種植糧稈兼用型甜高粱，既可收獲籽粒，又可收獲莖葉。甜高粱的籽粒既可食用，又可作為飼料和工業原料；莖稈中糖分能夠應用清華大學開發的高等固態發酵技術 (ASSF)，高效率地轉化為乙醇，在生產燃料乙醇的同時，副產大量酒糟。上述酒糟的產量遠大于乙醇的產量。目前酒糟的主要用途是提供給牛、羊等牲畜作為飼料。但是，隨著甜高粱乙醇生產規模的擴大，石油資源的短缺，更需要將酒糟作為運輸燃料和化工產品的原料，創造更大的經濟價值。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對目前酒糟利用率低、產物附加值低的現狀，提供。酒糟主要成分為半纖維素、纖維素和木質素。其中，半纖維素含量為25%左右，纖維素含量為35. 00%左右。其半纖維素組分可以酸解用來生產木糖、木糖醇、糠醛等重要化工產品；半纖維素被水解后，剩下的酸解渣中纖維素表面得到有效暴露，易于被纖維素酶酶解糖化生成葡萄糖，并進一步發酵生產燃料乙醇。酶解剩下的殘渣即酶解木質素可以作為高熱值的燃料使用，還可以深加工生產木質素產品。所以，酒糟的綜合利用能夠顯著提高甜高粱種植的經濟性，提高燃料乙醇生產的經濟效益，緩解我國的能源危機和環境危機，社會效益顯著。基于上述原理，本專利技術的技術方案為一種甜高粱稈綜合利用的方法，包括如下步驟(1)將甜高粱稈粉碎、調節含水量后固態發酵，蒸餾得到乙醇溶液和酒糟；(2)將上述酒糟在酸性條件下水解，固液分離得到木糖溶液和酸解渣；(3)將上述酸解渣水洗后作為底物，加入酶解緩沖液，然后加入酶進行酶解，固液分離得到酶解混合液和酶解木質素；(4)將上述酶解混合液接種酵母發酵產生乙醇溶液。通過上述步驟實現秸稈成分中糖分、纖維素、半纖維素和木質素的綜合利用。其中，步驟(1)為甜高粱稈中的可溶性糖的利用步驟；步驟( 為甜高粱稈中半纖維素的利用和纖維素乙醇的酸預處理過程；步驟C3)為甜高粱稈中纖維素酶解產酶解混合液和酶解木質素的過程；步驟(4)為酶解混合液發酵產乙醇的過程。步驟(1)中所述粉碎通常是將甜高粱稈粉碎成直徑1 2mm長度小于30mm的絲狀；所述調節含水量的優選方法為用去離子水調節甜高粱桿含水量為70% ；所述固態發酵的條件是在酵母接種量為10% 20% (即每kg物料所用酵母液體積為100 200mL)，罐內溫度為25 35°C，發酵罐回轉速度為0. 2 0. 5rpm條件下，發酵 20 42h。優選條件是酵母接種量為15% (即每kg物料所用酵母液體積為150mL，每mL 酵母液中約含1 X IO7個酵母細胞)，罐內溫度為30 32°C，發酵罐回轉速度為0. 25rpm,發酵時間30h ；所述蒸餾是向固態發酵后得到的發酵料中每50g發酵料中加入150 250mL蒸餾水，加熱蒸餾，收集冷凝液，當收集的冷凝液達加入蒸餾水量的一半后停止。優選條件是向固態發酵后得到的發酵料中每50g發酵料中加入200mL蒸餾水，加熱蒸餾，收集冷凝液，當收集的冷凝液達加入蒸餾水量一半后停止。步驟O)中酸解的條件為酸的濃度(重量百分數)為0. 5 5%，溫度為100 150°C，酸解底物即酒糟(干基計)的重量百分數為5% 20%，酸解0.1 4h。所用的酸可以為硫酸、磷酸、甲酸、乙酸、草酸中的一種或者幾種。優選的條件是在硫酸濃度(重量百分數)為1.5%，溫度為120 125°C，酸解底物即酒糟(干基計)的重量百分數為10% 15%的條件下，酸解0.證；或者在草酸濃度 (重量百分數)為3%，溫度為120 125°C，酸解底物即酒糟(干基計)的重量百分數為 10% 15%的條件下，酸解1. 5h。步驟(3)中所述酶為纖維素酶或者纖維素酶添加β-葡萄糖苷酶的復配。所述的酶解是在酶解液ρΗ值為4. 5 5. 5，酶解底物即酸解渣(干基計)的重量百分數為5 % 20 %的條件下，將酶加入到酶解液中，加入量為1 10FPU/g底物，在45 55 °C的溫度下，酶解糖化M 120h。優選的條件是酶解液ρΗ值為5. 0 5. 1，酶解底物即酸解渣(干基計)的重量百分數為12. 5%，酶解溫度為50°C，酶解糖化72h。所述的固液分離方法可以為抽濾、離心、沉降或旋液分離中的一種或幾種。步驟(1)和中發酵所用酵母為安琪酵母或者TSH-&-001菌種。本專利技術所述TSHIc-OO 1菌種與專利CN101033476A中的TSHIc-OO 1菌種相同(保藏單位中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，保藏日期2007年3月6日，登記入冊編號1949)。步驟(4)中在接種酵母發酵前要先將酶解混合液在115 121°C滅菌10 20min。 發酵條件為酵母接種量為5% 20% (即酵母液與酶解混合液的體積比為5% 20%，每 mL酵母液中約含1 X IO7個酵母細胞)，發酵罐內溫度為25 35°C，發酵時間20 42h。優選的條件是酵母為TSH-&-001菌種，TSH-Sc-OOl接種量為15%，罐內溫度為 28 32°C，發酵時間30h。本專利技術的甜高粱綜合利用的方法，其優點在于1)甜高粱稈中含有13% 14%的糖分，固態發酵產乙醇糖利用率高于90%。甜高粱基乙醇實現了 “不與人爭糧，不與糧爭地”。2)固態發酵過程使得酒糟的結構更加松散，有利于酸解/酶解反應的進行。3)酒糟中含有25%左右的半纖維素，經稀酸處理后，酸解液可用來制備木糖，其可進一步生成木糖醇或者糠醛等高附加值產品。酸解過程既是木糖的生產過程，同時也是纖維素乙醇生產的預處理過程，有效的降低了纖維素乙醇生產的預處理成本。4)酒糟酸解渣的纖維素含量高，纖維素酶可及度高，酶解抑制物少，因此酶解效率高。有效的降低了纖維素乙醇生產的酶成本，提高了酶解過程的設備利用率。總之，本專利技術的綜合利用方法，充分實現了甜高粱稈中可溶性糖、半纖維素和纖維素的全利用。不但為酒糟的利用找到了新途徑，而且得到了高附加值的木糖，同時提高了酸解渣中的纖維素含量和纖維素酶可及度，實現纖維素酶解糖化的高轉化率。該方法使得高含糖量的木質纖維素原料的利用率提高，單位作物乙醇產量提高，纖維素乙醇的生產成本下降。具體實施例方式下面的實施例可以使本專業技術人員更全面的理解本專利技術，但不以任何方式限制本專利技術。(注以下實施例的百分數如無特殊說明均為重量百分數)實施例1收割成熟的甜高粱，以總糖含量11%，還原糖含量7 %的甜高粱秸稈為原料，粉碎成直徑1 2mm長度小于30mm的絲狀，用去離子水調節粉碎的甜高粱稈含水量為70%。 向密閉料倉中加入TSH-&-001菌種，與粉碎物料混合后在連續固態發酵罐內進行連續發酵。酵母接種量為10% (即粉碎物料與酵母液的比例為Ikg 本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李十中，李紀紅，閆智培，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：