专利名称：一种蔗渣高效同步糖化共发酵产乙醇的方法
技术领域：
本发明属于生物化工、发酵工程与生物质能源领域，具体地是涉及到一种蔗渣高效同步糖化共发酵产乙醇的方法。
背景技术：
木质纤维素是地球上最丰富而廉价的可再生资源，年生成量高达2X10"t。木质纤维素的生物转化对解决能源问题、缓解环境污染具有重要的现实意义。我国每年可利用的木质纤维素在7亿吨左右，主要来源于农林废弃物、工业废弃物和城市废弃物。蔗渣是甘蔗制糖工业主要的纤维性残渣副产品，干蔗渣产率一般为11. 5% 13%，我国年总产蔗量 7000多万吨，蔗渣将达到700万吨以上。蔗渣生产燃料乙醇被给予厚望，其综合利用受到国内外越来越广泛的重视。随着化石资源的日益枯竭，石油储量的日益减少，世界能源问题面临着严峻的考验。据预测，2020年我国石油供需缺口将达到3. 6亿吨，届时石油对外依存度将达到60%。 加之化石资源的利用产生的环境污染与气候变暖，绿色新能源尤其是生物质能源的开发利用愈发受到重视。燃料乙醇是生物质液体能源物质的主要形式，也是化石燃料尤其是石油最可能的理想替代品，与传统能源相比，它既是一种清洁能源，又是一种可再生能源。使用 ElO车用乙醇汽油(即变性燃料乙醇含量为10%的汽油)可使辛烷值提高3%，燃烧更加充分、彻底，减少一氧化碳排放25% _30%，减少二氧化碳排放约10%。目前，乙醇主要以粮食作物为生产原料，由于粮食紧缺问题日益突出，开发由木质纤维素等非粮作物原料生产第二代燃料乙醇的技术受到各国的巨大重视。目前，木质纤维资源转化液体燃料主要通过热转化和生物转化两条途径。其中， 乙醇的生物转化及发酵生产具有产物得率高、品质好等优势，是开发的主要方向。经多年努力，以纤维素类资源酸法或酶法转化生产乙醇或其他化学品的技术研究已取得了重大进展，但仍面临几个主要困难(1)木质纤维难以直接被生物降解，需要先进行预处理，显著增加了投资和成本。(2)与酸水解相比，酶水解具有条件温和、不生成有毒降解产物、糖得率高等优点，但目前纤维素酶的比活力较低，酶用量大，成本较高。( 半纤维素水解产物主要是戊糖，不能被一般的酿酒酵母发酵成乙醇，使得率较低。世界各国研究利用木质纤维素生产乙醇也都围绕预处理工艺、水解工艺、发酵工艺几个关键技术进行。美国(NREL、马斯科马、波伊特、杜邦丹尼斯克等)、加拿大(IogeruSimOpta等)、巴西(Dedini等)以及欧洲 (Abengoa Jnbicon等)在纤维素乙醇的研究及产业化方面取得了较大进展，我国(中粮集团、河南天冠集团、安徽丰原集团、山东泽生等)虽然取得了一定的成果，但存在的差距还较大。但纤维素乙醇至今未能完全进入工业化生产，主要原因有三一是纤维原料预处理的成本较高；二是纤维素酶解成本高；三是缺乏成熟、高效的戊糖发酵技术。木质纤维素原料的水解工艺主要有酸法和酶法两种。酸法消耗大量的酸，对设备腐蚀严重，且酸回收困难，造成环境污染。另外，酸水解过程产生的副产物对发酵存在强烈的抑制作用，因而酸法的应用受到一定限制。酶法具有条件温和、不生成抑制性有毒降解产
3物、糖得率高等优点，但成本相对较高。然而，随着纤维素酶生产技术的不断革新，酶法成为非常具有应用前景的水解方法，得到了广泛的研究应用。分步水解发酵工艺(SHF)是纤维素水解和水解液的乙醇发酵分别在不同的容器内进行，但由于纤维二糖和葡萄糖对水解过程的抑制大大增加了纤维素酶的成本，于是同步糖化发酵工艺(SSF)愈来愈受到重视。同步糖化发酵工艺即纤维素水解和水解液的乙醇发酵在同一个容器中进行，水解产生的葡萄糖马上被酵母利用，消除了葡萄糖和纤维二糖浓度的增加对纤维素酶的抑制作用。与分步水解发酵工艺相比，同步糖化发酵工艺可以显著提高乙醇产量，而且减少了反应所需的设备，同步糖化发酵工艺还具有简化反应设备、降低设备投资、提高生产效率、减少染菌几率等优点。但这种工艺存在的主要问题是纤维素酶解和乙醇发酵的最适温度不一致，因此只能折中选取二者中间某一温度作为实际操作温度，对酶水解效果和乙醇产率带来了负面影响，但总的来说，具有比分步水解发酵更好的乙醇产率。同步糖化发酵仍需较高的纤维素酶用量和较长的反应时间，这是由于纤维素酶不可逆地吸附在底物的木素表面，使酶活性逐渐降低，造成水解速率及反应速率逐渐下降。同步糖化发酵转化乙醇的反应速度主要取决于水解反应的速度，纤维素酶的“钝化”是瓶颈， 减少纤维素酶的失活和提高纤维素酶的稳定性成为近年来研究的热点。本发明提供的同步糖化共发酵工艺，将预处理的原料(参见申请人的专利申请 2011100522690)在反应器中酶解的同时进行可发酵糖的发酵，减弱了酶水解产物对酶的反馈抑制。
发明内容
本发明的目的是针对目前以木质纤维素为原料制备乙醇工艺路线中普遍存在的分离效果差、转化率低与综合利用率低、产业化潜力不足等瓶颈，提供一种蔗渣高效同步糖化共发酵产乙醇的方法。实现上述目的的技术方案如下一种蔗渣高效同步糖化共发酵产乙醇的方法，所述的方法包括以下步骤(1)预处理将干蔗渣于稀硫酸中浸泡，过滤后进行蒸汽爆破处理；汽爆蔗渣加入热水洗涤可溶性水解物，过滤得到水洗液和滤渣；滤渣加入低级醇-碱水混合体系，于高压反应釜中高温搅拌抽提，过滤分离，水洗，得抽提残渣和水洗液；(2)浓缩脱毒将步骤(1)的水洗液真空浓缩至原体积的1/6 1/10，加入含量为 Iwt % 5wt%的Ca(OH)2进行毒性抑制物脱除处理，过滤，调节滤液pH至中性，固液分离， 得脱毒浓缩水洗液；(3)酵母种子液制备将酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)菌种接入种子培养基，该种子培养基的主要成份为葡萄糖10 20g/L、酵母膏2. 0 5. 0g/L、NH4Cl 1. 0 2. Og/L、MgSO4 · 7H20 0. 2 0. 5g/L、KH2PO4O. 5 1. Og/L ；将戊糖发酵酵母菌种接入种子培养基，该种子培养基的主要成份为木糖10 20g/L、酵母膏2. 0 5. Og/L、NH4Cl 1. 0 2. Og/L,MgSO4 · 7Η20 0· 2 0. 5g/L,KH2PO4 0· 5 1. Og/L ；于 28°C 30°C培养 16 24 小时，分别控制酿酒酵母种子液、戊糖发酵酵母种子液0D_值为0. 8 1. 0 ；将以上两种种子液混合配制即可得到酵母种子液；(4)同步糖化共发酵步骤(1)中的抽提残渣置于发酵罐中，加入步骤O)的脱毒浓缩水洗液，再加入0. 2M醋酸/醋酸钠缓冲液至pH = 4. 8 5. 0，补加水至抽提残渣干重终浓度为 8wt%，同时加入主要具有以下组成的发酵培养基营养成分和无机盐酵母膏 0. 2% 0. 5%、蛋白胨 0. 0. 3%, NH4Cl 0. 2% 0. 4%, KH2PO4 0. 0. 3%, MgSO4 · 7H20 0. 05% 0. 1%,CaCl2O. 05% 0. 1 %、非离子型表面活性剂 0. 01% 0. 1% ； 发酵体系灭菌；体系中加入混合纤维素酶制剂，并按发酵体系体积的8% 12%接入步骤 (3)中制备的酵母种子液，第一阶段于30°C 32°C、限制性供氧条件下糖化发酵20 30小时，第二阶段于36°C 38°C、厌氧条件下糖化发酵20 30小时；(5)蒸馏/精馏发酵液经过滤、蒸馏可得粗乙醇，再经精馏可得95%乙醇，最后经脱水可得无水乙醇。优选地，步骤C3)所述的戊糖发酵酵母菌种是树干毕赤酵母(Pichia stipitis) 或嗜鞣管囊酵母(Pachysolen tannophilus)或休哈塔假丝酵母(Candida Shehatae)中的任意一种；所述的酿酒酵母与戊糖发酵酵母混合种子液的中酿酒酵母种子液与戊糖发酵酵母种子液混合的体积比为1 0. 5 2。步骤(4)所述的非离子型表面活性剂是Tween80或Tween60或Tween40或Tween20 或 PEG-2000 或 PEG-4000 或 PEG-6000 中的任意一种。进一步地，步骤(4)所述的纤维素酶制剂是酸性纤维素酶、纤维二糖酶(β-葡萄糖苷酶)和木聚糖酶的混合；所述的酸性纤维素酶、纤维二糖酶和木聚糖酶的添加量分别是酸性纤维素酶10 40FPU/g抽提残渣，纤维二糖酶5 10CBIU/g抽提残渣，木聚糖酶 10 20IU/g抽提残渣。进一步地，步骤(4)所述的限制性供氧条件是通过控制搅拌和通气速率，使得发酵体系溶氧浓度保持在 5%饱和水平(饱和度)。本方法工艺简单、转化率及生产效率高、设备投资少、杂菌污染小，提高了乙醇产率和生产能力。本发明提供的方法简化了工艺，具有高效可靠、清洁无污染、低能耗、低水耗、低成本等优点，具体如下(1)混合使用能代谢己糖、戊糖的酵母共发酵，提高了蔗渣中可发酵性糖的利用率和乙醇产率，实现了蔗渣等生物质资源的综合高效利用。(2)半纤维素和木质素成分的分离使得蔗渣的酶解效率得到较大提高，减少了酶的消耗，降低了生产成本。(3)非离子表面活性剂的添加改善了纤维素酶分子在底物表面上的吸附与脱附作用过程，在较低的酶浓度及较短的时间内提高了酶解效果。(4)考虑到不同酵母的特性，运用阶段性溶氧控制手段，提高了酵母代谢活性和糖醇转化率，提高了产酒率，减少了代谢副产物的生成。(5)酶解和发酵同时进行，酶解产生的纤维二糖和单糖及时被酵母利用消耗、转化为乙醇，避免了糖的积累对纤维素酶的反馈抑制，提高了乙醇的发酵生产效率。(6)设备投资减少，建设费用低，生产成本，产业化潜力大，同时具有很好的经济社会效益。
具体实施例方式本发明所述方法对预处理后的蔗渣采用同时酶解糖化共发酵产乙醇，减轻水解的葡萄糖和纤维二糖对纤维素酶活性的抑制作用，提高酶解和发酵效率；在较低的混合酶添加浓度下，添加表面活性剂增进酶解，使得酶解率显著增加；使用混合菌株发酵，充分转化己糖和戊糖，提高了蔗渣的转化、利用率。本发明提出的方法减小了纤维素水解产生的单糖组分对纤维素酶的抑制作用，提高了酶解糖化效率和发酵得率，蔗渣中半纤维素回收率为60%左右，纤维素回收率为86% 左右，干蔗渣乙醇总产率可达到20%左右。本发明所述的预处理方法可以参照专利申请2011100522690( —种蔗渣生物质组分高效分离的组合预处理方法)，具体如下(1)稀硫酸预浸含水量为0% 15%蔗渣按固液比W/V为1 30 60加入浓度为0. 1. 0%稀硫酸，搅拌、浸泡20 60min，过滤分离；(2)汽爆处理将步骤(1)稀硫酸预浸后的蔗渣装入蒸汽爆破罐中进行蒸汽爆破处理，蒸汽压力为1. 5 2. 2MPa，压力稳定后维持时间为2 lOmin，瞬间泄压放料实现爆破，分离；(3)热水洗涤将步骤(2)汽爆处理后的蔗渣按固液比W/V为1 10 30加入 45°C 70°C热水重复洗涤蔗渣中可溶性水解物，洗涤次数为1 3次，洗涤后过滤分离；(4)抽提将步骤(3)中热水充分洗涤后的蔗渣按固液比W/V为1 20 50与低级醇-碱水体系混合，然后置于反应釜中于110°c 190°C高温搅拌抽提10 90min，混合物冷却后过滤分离，得抽提残渣。所述的低级醇是甲醇、乙醇中的任意一种；或所述的低级醇是甲醇、乙醇的混合物，甲醇与乙醇的体积比是1 5 10。所述的碱水是氢氧化钠、氢氧化钙、NH3中的任意一种的水溶液，所述的碱水的PH 值范围为9. O 14. O。所述的低级醇-碱水体系中低级醇与碱水的体积比为1 0. 25 4。下面结合实施例对本发明作进一步说明。但本发明的保护范围不能认为仅局限于下述具体实施方式
。在不脱离本发明基本构思的前提下，所属领域的技术人员据此做出的简单推演或同等替换方案，均属于本发明的保护范围。实施例1本实施例所述的蔗渣高效同步糖化共发酵产乙醇的方法，主要包括以下步骤(1)预处理称取干蔗渣lOOOg，于稀硫酸中浸泡，过滤后进行蒸汽爆破处理；汽爆蔗渣加入热水洗涤可溶性水解物，过滤得到水洗液和滤渣；滤渣加入低级醇-碱水混合体系，于高压反应釜中高温搅拌抽提，过滤分离，水洗，得抽提残渣和水洗液；抽提残渣纤维素回收率(以葡萄糖计)为86% ；(2)浓缩脱毒将步骤(1)的水洗液约30L真空浓缩至约5L，加入1 % (W/W)的 Ca(OH)2进行毒性抑制物脱除处理，过滤，用2% (W/W)稀硫酸调节滤液pH至中性，固液分离，得脱毒浓缩水洗液，经检测木糖浓度36. lg/L ；半纤维素回收率(以木糖计)为62% ；(3)酵母种子液制备将酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)菌种斜面活化后接入种子培养基葡萄糖 20g/L、酵母膏 2. Og/L、NH4Cl 2. 0g/L、MgSO4 · 7H200. 2g/L、KH2PO4 1. Og/L ；将树干毕赤酵母(Pichia stipitis)菌种斜面活化后接入种子培养基木糖20g/ L、酵母膏 2. 0g/L、NH4Cl 2. 0g/L、MgSO4 · 7H20 0. 2g/L、KH2PO4 1. Og/L ；于 28°C振荡培养 24小时，两种种子液的OD6tltl值控制在0. 8 ；将该两种种子液按体积比V 酿酒酵母v树干毕赤酵母= 1 0. 5混合可得酿酒酵母与戊糖发酵酵母混合种子液；(4)抽提残渣530g (干重)置于发酵罐中，加入步骤O)的脱毒浓缩水洗液，再加入0. 2M醋酸/醋酸钠缓冲液至pH = 4. 8，补加水至抽提残渣干重终浓度为4%，同时按比例加入发酵培养基营养成分(终浓度，W/W)酵母膏0.5%、蛋白胨0. 1%、NH4C1 0.2%,KH2PO4 0.1%,MgSO4 ‘ 7H20 0. 1%, CaCl2 0. 05%, Tween800. 01%, ；115°C灭菌 20min ；再于发酵体系中加入酸性纤维素酶26. 5mL(添加比例10FPU/g抽提残渣，酶液200FPU/mL)，β -葡萄糖苷酶2. 65mL (添加比例5CBIU/g抽提残渣，酶液100CBIU/mL)，木聚糖酶53mL (添加比例 10IU/g抽提残渣，酶液100IU/mL)；并按8%体积比接入步骤(3)中制备的酵母种子液；第一阶段于30°C、1 %溶氧饱和水平的限制性供氧条件下糖化发酵30小时，第二阶段于36°C、 厌氧条件下糖化发酵30小时。发酵结束经检测，发酵液乙醇浓度为1. 51% (W/W)，产乙醇201g，对干蔗渣的乙醇产率为20. 1% ο(5)发酵液经过滤、蒸馏可得粗乙醇，再经精馏得95%乙醇，最后经脱水可得无水乙醇。实施例2本实施例所述的蔗渣高效同步糖化共发酵产乙醇的方法，主要包括以下步骤(1)预处理同实施例1;(2)浓缩脱毒将步骤(1)的水洗液约30L真空浓缩至约3L，加入5% (W/W)的 Ca(OH)2进行毒性抑制物脱除处理，过滤，用2% (W/W)稀硫酸调节滤液pH至中性，固液分离，得脱毒浓缩水洗液，经测定木糖浓度60. lg/L ；半纤维素回收率(以木糖计)为62% ；(3)酵母种子液制备将酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)菌种斜面活化后接入种子培养基葡萄糖 10g/L、酵母膏 5. 0g/L、NH4Cl 1. 0g/L、MgSO4 · 7Η200· 5g/L、KH2PO4 0. 5g/L ；将嗜鞣管囊酵母(Pachysolen tannophilus)菌种斜面活化后接入种子培养基木糖 10g/L、酵母膏 5. 0g/L,NH4Cl 1. 0g/L、MgSO4 · 7Η200· 5g/L,KH2PO4 0. 5g/L ；于 32°C振荡培养16小时，两种种子液的0D_值控制在1. 0 ；将该两种种子液按体积比V 酿酒酵母v嗜鞣管囊酵 ￠=1:2混合可得酿酒酵母与戊糖发酵酵母混合种子液。(4)抽提残渣530g(干重)置于发酵罐中，加入步骤O)的脱毒浓缩水洗液，再加入0. 2M醋酸/醋酸钠缓冲液至pH = 5. 0，补加水至抽提残渣干重终浓度为8%，同时加入发酵培养基营养成分(终浓度，W/W):酵母膏0. 2%、蛋白胨0. 3%、NH4Cl 0.4%, KH2PO4 0. 3%,MgSO4 ‘ 7H20 0. 05%, CaCl2 0. l%,Tween20 0.1%, ；115°C灭菌 20min ；再于发酵体系中加入酸性纤维素酶106mL (添加比例40FPU/g抽提残渣，酶液200FPU/mL)，β -葡萄糖苷酶5. 3mL (添加比例10CBIU/g抽提残渣，酶液100CBIU/mL)，木聚糖酶106mL (添加比例 20IU/g抽提残渣，酶液100IU/mL)；并按12%体积比接入步骤( 中制备的酵母种子液；第一阶段于32°C、5%溶氧饱和水平的限制性供氧条件下糖化发酵20小时，第二阶段于38°C、 厌氧条件下糖化发酵20小时。经检测，发酵液乙醇浓度为2. 92% (W/W)，产乙醇193g，对干蔗渣的乙醇产率为19.3%。(5)发酵液经过滤、蒸馏可得粗乙醇，再经精馏得95%乙醇，最后经脱水可得无水乙醇。
实施例3本实施例所述的蔗渣高效同步糖化共发酵产乙醇的方法，主要包括以下步骤(1)预处理同实施例1;(2)浓缩脱毒将步骤(1)的水洗液约30L真空浓缩至约4L，加入2% (W/W)的 Ca(OH)2进行毒性抑制物脱除处理，过滤，用2% (W/W)稀硫酸调节滤液pH至中性，固液分离，得脱毒浓缩水洗液，经测定木糖浓度36. lg/L ；半纤维素回收率(以木糖计)为62% ；(3)酵母种子液制备将酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)菌种斜面活化后接入种子培养基葡萄糖 15g/L、酵母膏 3. Og/L、NH4Cl 1. 5g/L、MgSO4 · 7H200. 3g/L、KH2PO4 0.7g/L;将休哈塔假丝酵母(Candida Shehatae)菌种斜面活化后接入种子培养基木糖 15g/L、酵母膏 3. Og/L、NH4Cl 1. 5g/L、MgSO4 · 7Η200· 3g/L、KH2PO4 0. 7g/L ；于 30°C培养 20 小时，两种种子液的0D_值都控制在0. 9 ；将该两种种子液按体积比V 酿酒酵母哈塔假丝酵母 =1:1混合得酿酒酵母与戊糖发酵酵母混合种子液；(4)抽提残渣530g(干重)置于发酵罐中，加入步骤O)的脱毒浓缩水洗液，再加入0. 2M醋酸/醋酸钠缓冲液至pH = 4. 9，补加水至抽提残渣干重终浓度为6%，同时加入发酵培养基营养成分(终浓度，W/W):酵母膏0. 4%、蛋白胨0. 2%、NH4Cl 0.3%, KH2PO4
0.2%,MgSO4 ‘ 7H20 0. 07%, CaCl2 0. 08%、PEG2000 0. 05%, ；115°C灭菌 20min ；再于发酵体系中加入酸性纤维素酶53mL(添加比例20FPU/g抽提残渣，酶液200FPU/mL)，β -葡萄糖苷酶5. 3mL (添加比例10CBIU/g抽提残渣，酶液100CBIU/mL)，木聚糖酶53mL (添加比例 10IU/g抽提残渣，酶液100IU/mL)；并按10%体积比接入步骤( 中制备的酵母种子液；第一阶段于31°C、3%溶氧饱和水平的限制性供氧条件下糖化发酵M小时，第二阶段于37°C、 厌氧条件下糖化发酵M小时。经检测，发酵液乙醇浓度为2. 02% (W/W)，产乙醇184g，对干蔗渣的乙醇产率为18.4%。(5)发酵液经过滤、蒸馏可得粗乙醇，再经精馏得95%乙醇，最后经脱水可得无水乙醇。实施例4本实施例所述的蔗渣高效同步糖化共发酵产乙醇的方法，主要包括以下步骤(1)预处理同实施例1;(2)浓缩脱毒将步骤(1)的水洗液约30L真空浓缩至约5L，加入3% (W/W)的 Ca(OH)2进行毒性抑制物脱除处理，过滤，用2% (W/W)稀硫酸调节滤液pH至中性，固液分离，得脱毒浓缩水洗液，经测定木糖浓度36. lg/L ；半纤维素回收率(以木糖计)为62% ；(3)酵母种子液制备将酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)菌种斜面活化后接入种子培养基葡萄糖 20g/L、酵母膏 2. 0g/L、NH4Cl 2. 0g/L、MgSO4 · 7H200. 2g/L、KH2PO4
1.Og/L ；将树干毕赤酵母(Pichia stipitis)菌种斜面活化后接入种子培养基木糖20g/ L、酵母膏 2. 0g/L、NH4Cl 2. 0g/L,MgSO4 ·7Η20 0. 2g/L、KH2PO4 1. Og/L ；于培养 22 小时， 两种种子液的OD6tltl值都控制在1. 0 ；将该两种种子液按体积比V 酿酒酵母v树干毕赤酵母=1 : 1 混合可得酿酒酵母与戊糖发酵酵母混合种子液；(4)抽提残渣530g(干重)置于发酵罐中，加入步骤O)的脱毒浓缩水洗液，再加入0. 2M醋酸/醋酸钠缓冲液至pH = 4. 8，补加水至抽提残渣干重终浓度为7%，同时加入发酵培养基营养成分(终浓度，W/W):酵母膏0. 5%、蛋白胨0. 1%、NH4Cl 0.2%, KH2PO40. 1 MgSO4 ·7Η20 0. 1%,CaCl2 0. 05%、PEG6000 0· 03%，；115°C灭菌 20min ；再于发酵体系中加入酸性纤维素酶79. 5mL (添加比例30FPU/g抽提残渣，酶液200FPU/mL)，β -葡萄糖苷酶4. 2mL (添加比例8CBIU/g抽提残渣，酶液100CBIU/mL)，木聚糖酶79. 5mL (添加比例 15IU/g抽提残渣，酶液100IU/mL)；并按9%体积比接入步骤(3)中制备的酵母种子液；第一阶段于30°C、2%溶氧饱和水平的限制性供氧条件下糖化发酵观小时，第二阶段于36°C、 厌氧条件下糖化发酵26小时。经检测，发酵液乙醇浓度为2. 54% (W/W)，产乙醇195g，对干蔗渣的乙醇产率为19.51%。(5)发酵液经过滤、蒸馏可得粗乙醇，再经精馏得95%乙醇，最后经脱水可得无水乙醇。以上仅为本发明的具体实施例，并不以此限定本发明的保护范围；在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本发明的保护范围。
权利要求
1.一种蔗渣高效同步糖化共发酵产乙醇的方法，其特征在于，主要包括以下步骤(1)预处理将干蔗渣于稀硫酸中浸泡，过滤后进行蒸汽爆破处理；汽爆蔗渣加入热水洗涤可溶性水解物，过滤得到水洗液和滤渣；滤渣加入低级醇-碱水混合体系，于高压反应釜中高温搅拌抽提，过滤分离，水洗，得抽提残渣和水洗液；(2)浓缩脱毒将步骤(1)的水洗液真空浓缩至原体积的1/6 1/10，加入含量为 Iwt % 5wt %的Ca (OH) 2进行毒性抑制物脱除处理，过滤，调节滤液pH至中性，固液分离， 得脱毒浓缩水洗液；(3)酵母种子液制备将酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)菌种接入种子培养基，该种子培养基的主要成份为葡萄糖10 20g/L、酵母膏2. 0 5. Og/L、NH4Cl 1. 0 2. Og/L、MgSO4 · 7H20 0. 2 0. 5g/L、KH2PO4O. 5 1. Og/L ；将戊糖发酵酵母菌种接入种子培养基，该种子培养基的主要成份为木糖10 20g/L、酵母膏2. 0 5. Og/L、NH4Cl 1. 0 2. 0g/L,MgSO4 · 7Η20 0· 2 0. 5g/L,KH2PO4 0· 5 1. 0g/L ；于 28°C 30°C培养 16 24 小时，分别控制酿酒酵母种子液、戊糖发酵酵母种子液的0D_值在0. 8 1. 0 ；将以上两种种子液混合配制即可得到酵母种子混合液；(4)同步糖化共发酵步骤(1)中的抽提残渣置于发酵罐中，加入步骤O)的脱毒浓缩水洗液，再加入0. 2M醋酸/醋酸钠缓冲液至pH = 4. 8 5. 0,补加水至抽提残渣干重终浓度为 8wt%，同时加入主要具有以下组成的发酵培养基营养成分和无机盐酵母膏 0. 2% 0. 5%、蛋白胨 0. 0. 3%, NH4Cl 0. 2% 0. 4%, KH2PO4 0. 0. 3%, MgSO4 · 7Η200· 05% 0. 1%,CaCl2 0. 05% 0. 1 %、非离子型表面活性剂 0. 01% 0. 1% ； 发酵体系灭菌；体系中加入混合纤维素酶制剂，并按发酵体系体积的8% 12%接入步骤(3)中制备的酵母种子混合液，第一阶段于30°C 32°C、限制性供氧条件下糖化发酵20 30小时，第二阶段于36°C 38°C、厌氧条件下糖化发酵20 30小时；(5)蒸馏/精馏发酵液经过滤、蒸馏、精馏得到乙醇。
2.根据权利要求1所述的蔗渣高效同步糖化共发酵产乙醇的方法，其特征在于，步骤C3)所述的戊糖发酵酵母菌种为树干毕赤酵母(Pichia stipitis)或嗜鞣管囊酵母 (Pachysolen tannophilus)或休哈塔假丝酵母(Candida Shehatae)中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的蔗渣高效同步糖化共发酵产乙醇的方法，其特征在于，所述酵母种子混合液中酿酒酵母种子液与戊糖发酵酵母种子液的体积比为1 0.5 2。
4.根据权利要求1所述的蔗渣高效同步糖化共发酵产乙醇的方法，其特征在于，步骤(4)所述的非离子型表面活性剂是Tween80或Tween60或Tween40或Tween20或PEG-2000 或PEG-4000或PEG-6000中的任意一种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的蔗渣高效同步糖化共发酵产乙醇的方法，其特征在于，步骤(4)所述的纤维素酶制剂是酸性纤维素酶、纤维二糖酶和木聚糖酶的混合；所述的酸性纤维素酶、纤维二糖酶和木聚糖酶的添加量分别是酸性纤维素酶10 40FPU/g抽提残渣，纤维二糖酶5 10CBIU/g抽提残渣，木聚糖酶10 20IU/g抽提残渣。
6.根据权利要求1-4任一项所述的蔗渣高效同步糖化共发酵产乙醇的方法，其特征在于，步骤(4)所述的限制性供氧条件是通过控制搅拌和通气速率，使得发酵体系溶氧浓度保持在 5%饱和水平。
全文摘要
本发明公开了一种蔗渣高效同步糖化共发酵产乙醇的方法，主要包括以下步骤预处理；浓缩脱毒；酵母种子液制备；同步糖化共发酵；蒸馏/精馏。本发明提供的方法减小了纤维素水解产生的单糖组分对纤维素酶的抑制作用，提高了酶解糖化效率和发酵得率，蔗渣中半纤维素回收率为60％左右，纤维素回收率为86％左右，干蔗渣乙醇总产率可达到20％左右。
文档编号C12P19/14GK102251010SQ20111012891
公开日2011年11月23日 申请日期2011年5月18日 优先权日2011年5月18日
发明者刘柏楠, 刘立国, 杨尉, 林香瑶 申请人:广州优锐生物科技有限公司