一种在高固体含量木质纤维素同步糖化与发酵中消除泡沫的方法与流程

本发明涉及生物炼制以及生物能源领域，具体的是一种在高固体含量木质纤维素同步糖化与发酵中消除泡沫的方法。

背景技术：

木质纤维素生物炼制的主要流程包括预处理、酶解、糖化与发酵以及产品分离等工序。目前，纤维素乙醇的发展趋势是采用高固含量进行乙醇发酵以降低后续分离提纯工段的能耗以及燃料乙醇的生产成本。但高浓度木质纤维素乙醇发酵存在诸多问题，比如高粘稠性，气泡层的堆积等。而发酵中堆积的二氧化碳气泡在搅拌作用下则一直处于小气泡形态，不易释出。这是在低固体含量木质纤维素原料同步糖化与发酵过程中不会导致的结果，而在高固体含量下进行发酵时，导致泡沫层的出现，甚至发酵液溢流等严重后果。常规的消泡方式包括化学消泡和机械消泡等。但这些在常规液体发酵中常用的消泡方法，在含有高固体的发酵体系中并不起作用。

本发明采用低转速或者静置方式消泡，减少了由于机械剪切所造成的二氧化碳气泡在发酵体系中溶解度的增加，有利于二氧化碳气泡的聚合形成大气泡以及后续的释出；同时二氧化碳气泡的释出过程也强化了体系的混合，弱化了由于降低搅拌强度造成的负面作用。

技术实现要素：

本发明的目的在于不影响菌体生长和发酵得率基础上，消除木质纤维素原料发酵过程中的 泡沫溢流问题。

本发明通过以下技术方案实现：

一种在高固体含量木质纤维素同步糖化与发酵中消除泡沫的方法，其具体步骤为：

(1)将木质纤维素原料进行除尘、粉碎；

木质纤维素原料包括玉米秸秆、小麦秆、大麦秆、稻草、麸皮、稻壳、高粱杆、油菜秆、木屑、麻风树籽壳等富含纤维素和半纤维素的物料的一种或几种的混合物，通过锤式粉碎机将物料粉碎至颗粒长度为0.1cm-1cm；

(2)将(1)中粉碎的原料进行处理；

原料处理主要包括预处理和生物脱毒，预处理方法主要为化学方法，包括稀酸预处理、稀碱预处理、蒸汽预处理、有机溶剂预处理、蒸汽爆破、氨纤维爆破、热水预处理、螺杆挤压预处理、研磨预处理中的一项或多项；生物脱毒方式采用静态脱毒或者生物反应器中在位脱毒；

(3)用(2)中经过脱毒的物料在螺带式生物反应器中进行预糖化。其糖化所用酶为纤维素酶。

(4)用(3)得到的糖化醪液在同一反应器中进行同步糖化发酵，在发酵初期0-48h内采用搅拌方式混合物料和菌体等，此时发酵产生气泡量较小，气泡在发酵液中绕动并缓慢积累，但并未形成气泡层。当气泡堆积到一定程度后，形成气泡层进而导致液位上升，表明发酵正快速进行，此时降低搅拌乃至停止搅拌进行静置发酵，由于低搅拌或者无搅拌扰动发酵产生气泡并未在发酵液堆积，而是在升力及气泡间相互作用下形成大气泡，并在液面被释放出来，因此泡沫溢流现象不会出现，进而达到消泡的目的。

【附图说明】

图1.实施例1发酵过程曲线图

图2.实施例2发酵过程曲线图

【具体实施方式】

以下提供本发明“一种在高固体含量木质纤维素同步糖化与发酵中消除泡沫的方法”的具体实施方式。

实施例1

将除尘粉碎后的1200g干秸秆与5％质量分数的600g稀硫酸溶液加入配有螺带式搅拌桨的预处理反应器中，进行高温预处理反应，反应条件175℃、2.5％稀硫酸用量、搅拌转速50转/分钟，温度升至175℃后反应5分钟，从反应器中取出预处理后的物料，并取1500g加入带有螺带式搅拌桨的5L生物反应器中，打开搅拌转速50转/分钟，用20％质量浓度的氢氧化钙溶液调节pH值至5.5后，以质量比10％的接种量接入培养在秸秆中的固体脱毒种子90g，待混和均匀后停止搅拌，开始固态生物降解过程，脱毒48h后添加750ml去离子水，85g尤特尔纤维素酶(15FPU/g)在50℃和150rpm搅拌转速下进行糖化，糖化12h后以10％接种量接入发酵种子，并调整温度到37℃，开始同步糖化发酵，60h发酵后乙醇产量为55g/L。发酵后物料直接通过减压精馏进行固液分离及后续的提纯工作。

实施例2

将除尘粉碎后的1200g干秸秆与5％质量分数的600g稀硫酸溶液加入配有螺带式搅拌桨的预处理反应器中，进行高温预处理反应，反应条件175℃、2.5％稀硫酸用量、搅拌转速50转/分钟，温度升至175℃后反应5分钟，从反应器中取出预处理后的物料，并取1500g加入带有螺带式搅拌桨的5L生物反应器中，打开搅拌转速50转/分钟，用20％质量浓度的氢氧化钙溶液调节pH值至5.5后，以质量比10％的接种量接入培养在秸秆中的固体脱毒种子90g，待混匀后停止搅拌，开始固态生物降解过程，脱毒48h后添加750ml去离子水，85g 尤特尔纤维素酶(15FPU/g)在50℃和150rpm搅拌转速下进行糖化，糖化12h后以10％接种量接入发酵种子，而后调整温度到37℃开始静置同步糖化发酵，发酵0.5h后采用静置方式进行，发酵60h后乙醇产量为52g/L，相对全程搅拌发酵其发酵效果并未明显降低，且无泡沫溢流现象发生。发酵后物料直接通过减压精馏进行固液分离及后续的提纯工作。

本发明所涉及的木质纤维素原料的预处理方法不限于稀酸预处理方法，还可以为稀碱预处理方法、蒸汽预处理方法、蒸汽爆破、氨纤维爆破、热水预处理、中的一种或几种组合方法。

本发明所涉及的抑制物生物降解的菌种不限于树脂枝孢霉，还可以为其他丝状真菌、白腐真菌、活性污泥中的一种或几种混合菌种。

本发明所涉及的发酵菌体可以选自酿酒酵母、管囊酵母、树干毕赤酵母、克鲁维酵母、运动发酵单胞菌菌株、大肠杆菌,以及上述菌株的中的一种,两种或数种的混合发酵。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。