一种生物质abe发酵糖液的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种以农作物废料为原料，制备生物质ABE发酵糖液。属于生物质能源领域。本发明方法利用水解、酶解两步法制糖，充分降解农业废弃物的半纤维、纤维组分，制成可被生物菌利用的还原性糖；难以被降解利用的木质素及非糖物质被制成燃料棒，用于采暖和生物质锅炉燃料，生物质利用彻底，减少环境污染，经济效益显著，实现了生物质的高值化利用。
【专利说明】一种生物质ABE发酵糖液的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物化工领域，尤其涉及生物质ABE发酵糖液的制备方法。
【背景技术】
[0002] 丙酮、丁醇是重要的有机溶剂和化工原料，被广泛地用于有机合成、塑料、树脂、油 漆、医药和国防工业。随着世界石油资源、煤炭资源的枯竭和环境问题的突显，丁醇作为新 型的可再生生物能源，越来越受到各国的关注，其发展前景和市场潜力巨大。
[0003] 发酵法生产丙酮、丁醇始于20世纪初，以中国和前苏联为主要生产国，原料用含 淀粉的农作物为主，如：玉米、大米、山芋干等，也有少数工厂使用糖蜜。使用的菌种根据 各自的生产实践，有所不同，有的以发酵淀粉为主、有的以发酵糖蜜为主。但在微生物分类 上均属于裂殖菌纲、真细菌目、真亚细菌亚目、芽孢杆菌科、梭状属的细菌。丙丁菌是有鞭 毛、厌气性的杆状菌，在生芽孢时会呈纺锤体或鼓槌状体。能使碳水化合物降解成C0 2、H2、 CH3 (CH2) 2C00H、CH3COOH,当酸度升高到一定的峰值后，丙丁菌能分泌一种酶可以将酸还原成 丙酮、丁醇、乙醇等中性产物。
[0004] 后来，随着石油化工的发展，合成法生产丙酮、丁醇发展迅速，逐步取代了发酵法。 丙酮合成大都采用异丙苯法；丁醇的合成多采取羰基合成法、醇醛缩合法。即由丙烯或乙醛 出发，混合CO、H 2，在催化剂的作用下，加压反应合成正丁醇、异丁醇、辛醇的工艺路线。
[0005] 但在进入21世纪后，随着世界石油资源、煤炭资源的枯竭和越来越严重的环境问 题，迫使各国的科学家开始寻找新的能源替代品，而生物质能作为一种可再生，低碳环保的 能源被各国科学家看好，生物质乙醇、生物质丁醇、生物柴油等一些产业应运而生，掀起了 一场生物质新能源研发、利用高潮。
[0006] 发酵法生产ABE工艺，目前原料多是以含淀粉质的玉米、大米、山芋干等为主，高 温糊化、液化，淀粉水解成可发酵的葡萄糖，被丙丁菌利用，发酵生成丙酮、丁醇、乙醇等产 品。但在耕地日益减少，粮食危机加剧的今天，以谷物为原料生产化工产品的工艺，受到各 国政府的限制。而开发以农业废弃物为原料，加工生产化工产品的工艺，成为未来的发展趋 势。
[0007] 现有的农业废弃物利用，也有用于制糖方面的，如：木糖生产、纤维乙醇的生产。但 这两种工艺，目前仍存在很多问题。木糖工艺，只是利用了生物质原料里半纤维部分，而纤 维和木素部分没能很好利用。纤维乙醇工艺，目前多采用汽爆加酶解的工艺，也存在糖分损 失大，糖收率低，糖的酒精转化率低的问题。
[0008] 本发明所用原料为农业废弃物玉米芯、玉米秸杆，经过水解、酶解两步法制糖，生 物质中的半纤维、纤维水解成具有还原性单糖和低聚糖，以木糖、葡萄糖、阿拉伯糖、低聚糖 为主，糖的收率超过55%，糖液经过丙丁菌的降解，发酵产生丙酮、丁醇、乙醇（即ABE溶 剂），糖的溶剂得转化率可达30 %以上，基本和淀粉质糖的溶剂转化率持平，经济效益显 著。成熟的发酵醪液采取七塔差压蒸馏，进行分馏和纯化，可以生产出质量合格的丙酮、丁 醇、乙醇产品。生物质中难以被降解利用的非糖物质木素，在糖分离过程中被截留在渣料 里，通过烘干、制粒设备做成燃料棒，可用于采暖和生物质锅炉的燃料。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种以农作物废料为 原料，利用水解、酶解法充分降解原料中的纤维和半纤维，制成发酵糖液；剩余的渣料通过 烘干、制粒设备，做成燃料棒，用于采暖和生物质锅炉的燃料。该方法能够较为彻底的利用 农作物废料，制成生物质ABE发酵糖液，从而生产出可再生的生物能源物质，本发明方法适 用于大规模生产生物质ABE糖液，具有良好社会效益和经济效益。
[0010] 本发明的一种生物质ABE发酵糖液的制备方法，其特征包括以下步骤：
[0011] 从农作物废料中获取水解糖液和酶解糖液；
[0012] 将所述水解糖液、酶解糖液、玉米浆和营养盐进行混合处理，得到发酵糖液。
[0013] 其中，所述的从农作物废料中获取水解糖液包括：
[0014] 将所述玉米芯和玉米秸杆粉碎后，加入稀酸水，搅拌混合后得生物质溶液；
[0015] 加热所述生物质溶液，通过水解罐水解后，得到水解物料；
[0016] 将所述水解物料进行闪蒸冷却处理，送至挤干机中分离，再经板框过滤后，得到水 解渣料、细小纤维和过滤糖液；
[0017] 对所述过滤糖液进行脱毒处理，得水解糖液。
[0018] 特别是，所述玉米芯和玉米結杆的质量比为6_9:1_4。
[0019] 其中，所述的将玉米芯和玉米秸杆粉碎包括：
[0020] 将所述玉米芯和玉米秸杆进行粗粉碎，得粗碎物质，其中，粗碎的粒度< 50mm ;
[0021] 除去所述粗碎物质中的沙尘；
[0022] 将所述除去沙尘后的粗碎物质进行细碎，得所述粉末状原料，其中，细碎粒度 < 5mm〇
[0023] 特别是，所述稀酸水为硫酸溶液；加入稀酸水的量与农作物废料的质量比为 7-12:1 ;硫酸的浓度为0. 2-1. 5%。
[0024] 特别是，所述拌料罐温度为55_80°C。
[0025] 特别是，所述加热生物质溶液所用的设备是水解料加热器，加热温度为 100-150。。。
[0026] 特别是，所述水解温度为100_150°C ;水解时间为I. 5_5h，优选为2. 5_3h。
[0027] 特别是，所述闪蒸冷却是由出料阀门控制闪蒸罐液位及流量，将水解物料送至真 空闪蒸罐中，控制绝对压强为（-80)-(_10)KPa，优选为（-40)-(-35)KPa，闪蒸罐液位为 30-50%，冷却后温度为80-90°C。
[0028] 其中，所述的从农作物废料中获取酶解糖液包括：
[0029] 将所述细小纤维和所述水解渣料送至预酶解罐中，加入纤维素酶混合，得酶解物 料；
[0030] 对所述酶解物料进行研磨处理，得到乳状的酶解物料；
[0031] 将所述乳状的酶解物料送至酶解罐中继续酶解，经酶解板框分离得酶解糖液。
[0032] 特别是，所述预酶解罐的控制温度为40_60°C ;pH为4-6,预酶解时间为7-10h，加 入的纤维素酶量为酶解罐干物质的〇. 3-4. 6%。
[0033] 特别是，所述研磨处理所用设备为磨浆机。
[0034] 特别是，所述酶解罐的控制温度为40_60°C ;pH为4-6,酶解时间为40_50h。
[0035] 其中，所述脱毒处理包括以下步骤：
[0036] 将所述过滤糖液分为A与B两部分，过滤糖液A送至拌料罐中进行回配，过滤糖液 B送至脱色罐中，脱色处理后，经板框分离，得脱色糖液；
[0037] 冷却所述脱色糖液，经超滤膜进行精滤，除去脱色糖液中的大分子物质，得精滤糖 液；
[0038] 将所述精滤糖液进行脱酸、脱盐处理，除去精滤糖液中的酸根离子和盐分子，得水 解糖液。
[0039] 其中，所述电渗析处理还包括以下步骤：
[0040] 将所述电渗析脱酸后的含有酸性物质和盐分子的浓水，回收配酸，得硫酸溶液。
[0041] 特别是，所述糖液A与糖液B的重量比为2-5:5_8。
[0042] 特别是，所述脱色处理所用脱色剂为活性炭，用量为过滤糖液B的0. 1-10%。，优选 为4%。；用硅藻土预涂；脱色罐的控制温度为30-90°C ;脱色时间为0. l_3h。
[0043] 特别是，所述冷却脱色糖液温度至彡40°C。
[0044] 特别是，所述超滤膜的膜通量为1?500L/m2h，超滤膜的工作压力为0· 6? 0. IlMpa,温度< 40 C。
[0045] 其中，所述混合处理包括：
[0046] 按照如下体积比混合所述水解糖液、酶解糖液、玉米浆和营养盐，得混合物；
[0047]
【权利要求】
1. 一种生物质ABE发酵糖液的制备方法，其特征包括以下步骤： 从农作物废料中获取水解糖液和酶解糖液； 向将所述水解糖液、酶解糖液加入玉米浆和营养盐进行混合处理，得到发酵糖液。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的从农作物废料中获取水解糖液包括： 将所述玉米芯和玉米秸杆粉碎后，加入稀酸水，进行搅拌，得生物质溶液； 加热所述生物质溶液，通过水解罐水解后，得到水解物料； 对所述水解物料进行闪蒸冷却处理后，送至挤干机中分离，再经板框过滤后，得到水解 渣料、细小纤维和过滤糖液； 对所述过滤糖液进行脱毒处理，得水解糖液。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的从农作物废料中获取酶解糖液包括： 将所述细小纤维和所述水解渣料送至预酶解罐中，加入纤维素酶混合，得酶解物料； 对所述酶解物料进行研磨处理，得到乳状的酶解物料； 将所述乳状的酶解物料送至酶解罐中继续酶解，酶解后经酶解板框分离，得酶解糖液 和酶解渣料。
4. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的将玉米芯和玉米秸杆粉碎包括： 将所述玉米芯和玉米秸杆进行粗粉碎，得粗碎物质，其中，粗碎的粒度< 50mm; 除去所述粗碎物质中的沙尘； 将所述除去沙尘后的粗碎物质进行细碎，得所述粉末状原料，其中，细碎粒度< 5mm。
5. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述脱毒处理包括以下步骤： 将所述过滤糖液分为A与B两部分，过滤糖液A送至拌料罐中进行回配，过滤糖液B送 至脱色罐中进行脱色处理，得脱色糖液； 冷却所述脱色糖液，经超滤膜进行精滤，除去脱色糖液中的大分子物质，得精滤糖液； 将所述精滤糖液进行脱酸、脱盐处理，除去精滤糖液中的酸性物质和盐分子，得水解糖 液。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合处理包括： 按照如下体积比混合所述水解糖液、酶解糖液、玉米浆和营养盐，得混合物； 水解糖液 500 酶解糖液 500 玉米浆 丨?9 营养盐 丨?9; 对所述混合物进行加热杀菌后，经降温冷却处理，得到发酵糖液。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述脱盐、脱酸处理还包括以下步骤： 所述精滤糖液进行电渗析处理后，将含有酸性物质和盐分子的浓水，回收配酸，得硫酸 溶液。
8. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述稀酸水为硫酸溶液；加入稀酸水的量与 农业废料的质量比为7-9 :1 ;稀酸水的浓度为0. 2-1. 5%;水解温度为100-150°C;水解时间 为l-6h。
9. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预酶解温度为40-60°C，预酶解时间为 7-10h，预酶解pH是4-6 ;酶解温度为40-60°C，酶解时间为40-50h，酶解pH为4-6。
【文档编号】C12P7/16GK104313060SQ201410484543
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2014年9月19日
【发明者】赵永杰, 唐世芹, 杨文斌, 徐焕文, 费东 申请人:北京利晟新能生物科技中心（有限合伙）