水，加水量为汽爆秸杆重量的1.2倍，再加入复合酶制剂酶解，复合酶制剂添加比例0.1% (以重量计)，复合酶配比(以重量计)纤维素酶:漆酶:木聚糖酶为1.1:1.0: 0.9，反应温度45°C，反应时间12 h。酶解物经过40目板框过滤，水洗(加水量为汽爆秸杆重的1.2倍，水温60°0，再经过40目板框过滤后，得到酶解纤维素，并将水洗液与上步得到的混合秸杆液合并，得到丁醇发酵原糖液。向酶解纤维素中添加2.5倍重量的水，制成纤维素悬浮液，在120 MPa压力条件下，循环4次，即得到纳米纤维素悬浮液。然后边搅拌，边向纳米纤维素水溶液中加入异丙醇、醋酸酐和硫酸混合液，三者重量分别为秸杆纤维重的4倍、4.5倍和5%，反应温度40 °C，时间2.5 h，离心、超声，调节pH值至中性，即得醋酸酯化改性纳米纤维素。所得纳米纤维素纤维酯化取代度为0.045，其直径介于25-35 nm之间，长度为130 -140 nm，具有良好的分散性和光泽度。
[0023]将上步得到的丁醇发酵原糖液，用自来水调整糖含量为7%，再添加碳酸钙7 g/L,磷酸氢二钾1.5 8/1，磷酸二氢钾1.3 g/L，硫酸镁0.23 g/L，硫酸铁0.01 g/L，氯霉素0.11g/L，玉米浆等，使糖含量与蛋白含量之比为19:1，再用NaOH调pH值至7.0，在121 °C下灭菌20 min，制得发酵培养基。将糖丁酸梭菌(Clostridium saccharoacetobutylicum)接入 7%的玉米培养基中，厌氧发酵12 h获得种子液，按照8%的接种量将种子液接入发酵培养基，39°C下厌氧发酵72 h，停止发酵，用气相色谱检测发酵液中的溶剂含量，总溶剂达到20.5g/L，其中丁醇含量13.0g/L，丙酮5.7 g/L,乙醇1.8 g/L。
[0024]所述的榨汁设备为螺杆式榨汁机，处理能力2-3吨/h，功率10-15 kw。
[0025]所述的7%玉米培养基的制备方法:量取1000 mL水，加热至70°C，加入70 g玉米粉，保持温度在60°C左右I小时，用纱布过滤后，加入适量的水补足1000 mL, 121°C灭菌20min,即制得玉米培养基。
[0026]实施例3:
取1000 kg甜高粱秸杆榨汁，得到甜高粱汁液和秸杆渣，将秸杆渣在压力为2.0 MPa条件下处理8 min，得到汽爆稻杆液和汽爆稻杆；汽爆稻杆用1400 kg的水洗，水温60 °C，水洗时间2 ho汽爆秸杆液经过20目板框过滤，滤液与甜高粱汁液、洗出液合并，得到混合秸杆液，滤渣并入汽爆秸杆。向汽爆秸杆中加水，加水量为汽爆秸杆重量的1.5倍，再加入复合酶制剂酶解，复合酶制剂添加比例0.08% (以重量计)，复合酶配比(以重量计)纤维素酶:漆酶:木聚糖酶为1.2:1.1: 0.8，反应温度45 °C，反应时间10 h。酶解物经过40目板框过滤，水洗(加水量为汽爆秸杆重的1.4倍，水温60°0，再经过40目板框过滤后，得到酶解纤维素，并将水洗液与上步得到的混合秸杆液合并，得到丁醇发酵原糖液。向酶解纤维素中添加3倍重量的水，制成纤维素悬浮液，在150 MPa压力条件下，循环3次，即得到纳米纤维素悬浮液。然后边搅拌，边向纳米纤维素水溶液中加入异丙醇、醋酸酐和硫酸混合液，三者重量分别为秸杆纤维重的4倍、4.5倍和5%，反应温度40°C，时间2.5 h，离心、超声，调节pH值至中性，即得醋酸酯化改性纳米纤维素。所得纳米纤维素纤维酯化取代度为0.05，其直径介于20-30 nm之间，长度为115 -130 nm，具有良好的分散性和光泽度。
[0027]将上步得到的丁醇发酵原糖液，用自来水调整糖含量为7%，添加碳酸钙8 g/L,磷酸氢二钾1.1 g/L，磷酸二氢钾1.6g/L，硫酸镁0.25 g/L，硫酸铁0.011 g/L，氯霉素0.11g/L，玉米浆等，使糖含量与蛋白含量之比为18:1，再用NaOH调pH值至6.5，在121°C下灭菌20 min，制得发酵培养基。将将丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum) CICC 8012接入7%的玉米培养基中，厌氧发酵13 h获得种子液，按照8%的接种量将种子液接入发酵培养基，38°C下厌氧发酵74 h，停止发酵，用气相色谱检测发酵液中的溶剂含量，总溶剂达到22 g/L，其中丁醇含量13.3 g/L，丙酮6.6 g/L，乙醇2.1 g/L。
[0028]所述的榨汁设备为螺杆式榨汁机，处理能力2-3吨/h，功率10-15 kw。
[0029]所述的7%玉米培养基的制备方法:量取1000 mL水，加热至70°C，加入70 g玉米粉，保持温度在60°C左右I小时，用纱布过滤后，加入适量的水补足1000 mL, 121°C灭菌20min,即制得玉米培养基。
[0030]综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。
【主权项】
1.一种利用甜高粱同步生产生物丁醇和纳米纤维素的方法，其特征在于，包括如下步骤: a、对甜高粱秸杆进行轧制处理，得到甜高粱汁液和秸杆渣； b、将所述秸杆渣在l~5MPa的压力下进行蒸汽闪爆处理，控制闪爆过程时间小于0.1s,得到汽爆稻杆和汽爆稻杆液； C、将所述汽爆秸杆进行水洗，收集水洗液后经过过滤后，与所述甜高粱汁液、汽爆秸杆液合并，得到混合秸杆液； d、在水洗后的汽爆秸杆中加水，再加入由纤维素酶、漆酶和木聚糖酶组成的混合酶，在40~75°C下进行酶解，将酶解物经过过滤后先进行水洗，再进行过滤，得到酶解秸杆纤维，同时将水洗液和所述混合秸杆液合并，得到丁醇发酵原糖液； e、在所述酶解秸杆纤维中加水，制成酶解秸杆纤维悬浮液，经过50~150MPa的压力下均质，制成纳米纤维素水溶液；然后边搅拌，边向所述纳米纤维素水溶液中加入由异丙醇、醋酸酐和硫酸组成的混合液，在30~60°C下反应时间1~3 h后进行离心、超声，调节pH值至中性，得到醋酸酯化改性纳米纤维素； f、将所述丁醇发酵原糖液用自来水调整糖分，使得糖的含量在4~8wt%，再添碳酸钙、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、硫酸镁、硫酸铁、氯霉素、N源，调至pH为6.5~7，在121°C下灭菌20min，制成丁醇发酵培养基，接种丁醇发酵种子液后进行丁醇发酵。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c中所述水洗时加入的水量为汽爆稻杆重量的1~2倍。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤e中，所述异丙醇、醋酸酐和硫酸的用量分别为酶解稻杆纤维重量的3~5倍、4~6倍和4~6%。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤f中，所述碳酸钙、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、硫酸镁、硫酸铁、氯霉素的加量分别为每升溶液5~9g、l.0-1.5g、l.3-1.7g、0.2-0.3g、0.008-0.012g、0.10-0.12go
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤d中所述的混合酶的加量为汽爆秸杆和水的混合物的重量的0.05-0.15%。
6.如权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述混合酶中，纤维素酶、漆酶和木聚糖酶的质量比为(1.2~1.5):(1.1-1.2): (0.8~1.0)，其中，所述纤维素酶的酶活为20万u/g，漆酶酶活5万u/g，木聚糖酶5万u/g。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤f中所述的氮源为玉米浆、菜籽饼、麸皮、豆柏、谷朊粉、米糠、酵母粉、氯化铵、磷酸氢二铵、硫酸铵中的任何一种或多种。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤f中所述的丁醇发酵所用的菌种是丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum) CICC 8012，糖丁酸梭菌(Clostridiumsaccharoacetobutylicum)的一种或混合；所述丁醇发酵种子液的配制方法:将丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum) CICC 8012 或糖 丁酸梭菌(Clostridiumsaccharoacetobutylicum)接入7wt%的玉米培养基中，38°C下厌氧发酵18 h获得种子液。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤f中的丁醇发酵温度为35~39°C，菌株的接种量为5~8%，发酵时间48~80 ho
【专利摘要】本发明涉及一种用甜高粱联产丁醇和纳米纤维素的方法。本发明是通过以下步骤实现的：将甜高粱秸秆进行榨汁处理，获得甜高粱秸秆渣和甜高粱汁液；将甜高粱秸秆渣进行汽爆，得到汽爆秸秆和汽爆秸秆液；将汽爆秸秆用复合酶进行酶解，再经过水洗，离心后，再加入少量水，制成纳米纤维素悬浮液，在高压均质条件下，得到纳米纤维素，最后对纳米纤维素表面进行醋酸酯化改性；将汽爆秸秆液、水洗液和甜高粱汁液进行混合，控制糖的含量，再添加无机盐，N源等制成丁醇发酵培养基，接种丁醇发酵种子液后进行丁醇发酵。本发明提供的方法连续高效，采用生物方法，生产过程环保清洁，与以纤维素为原料生产丁醇相比，具有较好的综合效益。
【IPC分类】C12R1-145, C12P7-16, C12P19-14
【公开号】CN104651416
【申请号】CN201510066077
【发明人】唐波, 刘文玉
【申请人】江苏联海生物科技有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月9日