采用含纤维素的原料制备乙醇的方法

专利名称：采用含纤维素的原料制备乙醇的方法
技术领域：
本发明是关于乙醇的制备方法，更具体地是关于采用含纤维素的原料制 备乙醇的方法。
背景技术：
现有技术的由含纤维素的原料，如秸秆制备乙醇的方法主要包括三个步 骤1、含纤维素的原料的预处理；2、纤维素的酶解；3、糖的发酵制乙醇。
含纤维素的原料一般为植物的根、茎和叶，包括秸秆。所述秸秆即农作 物(一般为草本植物)收获果实后留下的根、茎和叶，主要为茎和叶，如玉 米秸秆、高粱秸秆、谷类植物的秸秆、麦秸。秸秆的主要成分是木质纤维素。 所述木质纤维素是纤维素、半纤维素和木质素的混合物。秸秆中纤维素、半 纤维素和木质素通过共价键或非共价键紧密结合而成的木质纤维，约占秸秆 总重量的70-90%。秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的含量会随不同来源 的农作物或农作物的不同部分而有所区别。
纤维素被纤维素酶水解的反应通常称为酶解反应，又可以称为糖化反 应，酶解的主要产物是单糖。纤维素在纤维素酶的作用下能够转化成葡萄糖， 半纤维素在半纤维素酶的作用下能够转化成木糖等单糖，葡萄糖和木糖都可 以用于发酵生产乙醇，比如酿酒酵母可以发酵葡萄糖制备乙醇，树干毕赤酵 母可以发酵木糖制备乙醇。纤维素的非结晶结构是很容易被打破的，它可以 完全降解成葡萄糖，然后由葡萄糖发酵成乙醇。但是，纤维素的结晶结构难 以被破坏。另外，木质素是由苯基丙烷聚合而成的一种非多糖物质，由芳香 烃的衍生物以-C-C-键、-O-键纵横交联在一起，其侧链又与半纤维素以共价 键结合，形成一个十分致密的网络结构，将纤维素紧紧包裹在里面，不利于
4纤维素酶对纤维素的进攻，使得纤维素酶和半纤维素酶无法接触底物，因此， 需要先对秸秆进行预处理，如对秸秆进行蒸汽爆破或者酸处理后再与纤维素 酶和/或半纤维素酶接触，对纤维素进行水解。酸水解虽然能够破坏木质素， 但是也会破坏纤维素，继而降低葡萄糖的产率，而且酸水解后还需要加大量 碱中和才能进行酶解和发酵。因此更倾向只通过蒸汽爆破完成预处理过程， 达到破坏木质素对纤维素和半纤维素的包埋作用。
例如文献"对植物秸秆酒精生产工艺的介绍"，张学峰、兰玉成，.酿酒，
第29巻第4期，第37-38页，2002年7月，公开了一种利用植物秸秆生产 酒精的方法，该方法包括将玉米秸秆除石除铁清洗后，切割成1.5厘米的小 段，水浸40分钟，通入2.5兆帕蒸汽，保温8分钟，泄压，水洗十分之一的 蒸汽爆破产物，并在所述十分之一的蒸汽爆破产物中培养里斯木酶产生纤维 素酶，将所得培养物与另外十分之九的蒸汽爆破产物混合，保温5(TC水解 24小时，经过滤得到6%糖液，无机膜浓縮成20%以上的糖液，加入休哈塔 酵母(0.8-1.2亿/毫升)，发酵24小时，产酒份10%，蒸馏得99.5%的酒精。
CN1117835C公开了一种乙醇溶解汽爆秸秆木质素制备液体燃料的方 法，该方法以汽爆秸秆为原料，在高压反应釜中，用乙醇萃取汽爆秸秆中的 木质素；再用真空抽滤得到滤液，并将汽爆秸秆萃取渣进行同步糖化固态发 酵乙醇，乙醇萃取液及真空抽滤所得滤液即为该方法制备的液体燃料。
所述汽爆秸秆原料的制备方法包括将切碎的麦草、稻草或玉米秆等植物 原料装入汽爆罐，在1.2-1.7兆帕压力下，维持压力5-10分钟，之后，瞬间 减压释放。
所述的乙醇萃取汽爆秸秆中的木质素的方法为在高压反应釜中，加入汽 爆秸秆和乙醇，汽爆秸秆和乙醇的体积比为1: 10-1: 50，在1.5-2.0兆帕的 压力范围内保持l-2小时。
所述的将汽爆秸秆萃取渣进行同步糖化固态发酵乙醇是指在33-35°C
5范围内(发酵)，维持14-16小时，在38-40"C范围内(酶解)，维持68小时， 并交替进行发酵2-3天。
CN1193099C公开了一种使用耐热型酵母从木素纤维素生物质中生产乙 醇的方法，该方法包括以下步骤
将木素纤维素生物质粉碎成颗粒大小为15-30毫米；对粉碎的木素纤维 素生物质进行蒸汽爆炸预处理，根据所用材料的类型保持1-3兆帕的压力和 190-230。C的温度l-10分钟的时间，之后引发迅速减压；收集预处理过的物 料并且通过过滤分离液体和固体部分，将固体部分引入发酵贮器中；向发酵 贮器添加浓度为15FPU/克纤维素的纤维素酶和12.6国际单位/克纤维素的卩-葡萄糖苷酶；给发酵贮器接种马克斯克鲁维氏酵母CECT 10875耐热型酵母 培养物的悬浮液；将混合物在42"C下摇动72小时。
采用上述方法均可实现由含纤维素的原料制备乙醇的目的，但在由含纤 维素的原料制备单糖的时候，酶解效率及单糖的产率较低，因此，乙醇的产 率较低， 一般不超过20%。

发明内容
本发明的目的是克服现有的采用含纤维素的原料制备乙醇的方法制备 得到的乙醇产率较低、酶解效率较低的缺陷，提供一种乙醇产率较高、酶解 效率较高的釆用含纤维素的原料制备乙醇的方法。
本发明的发明人发现，现有技术的采用含纤维素的原料制备燃料乙醇的 方法中，含纤维素的原料，如秸秆原料通常是以液浆的形式存在，在将浆液 状的全部秸秆原料直接与酶混合时，会使酶浓度降低，使酶活力下降。再者， 将经过预处理的秸秆与酶混合酶解的方法通常为将破碎的秸秆颗粒一次全 部加入到酶与水的混合液中与酶液混合，进行酶解糖化反应，或者，先将所 用反应物料"~~"经预处理的秸秆颗粒于反应罐中与水混合，然后在酶解温度
6下，将酶直接加入到反应罐中反应。尽管上述混合是在搅拌条件下进行的， 但是秸秆颗粒仍然不容易与酶混合均匀。因为，经过预处理后的秸秆粒度变 小，颗粒以及碎屑状的秸秆颗粒很容易互相粘连和团聚，因此一次将全部秸 秆完全与酶混合，仅有部分秸秆能与酶充分接触，由于秸秆之间的粘连和团 聚也会有部分秸秆不能充分与酶接触，即使在搅拌下，也不能完全将秸秆打 散。因此，酶解后纤维素转化为糖的转化率低，糖发酵得到的乙醇的产率较 低。此外，由于一次将全部秸秆完全与酶混合，秸秆不能充分与酶接触，因 此，酶解的时间也相对较长，酶解效率较低。
此外，现有技术蒸汽爆破含纤维素的原料时，通常认为所述含纤维素的 原料例如玉米秸秆，必须充分水浸，才能够更好的达到蒸汽爆破的效果，因 为充分水浸可以使所述含纤维素的原料例如玉米秸秆内部含有大量的水，在 蒸汽爆破时，所述含纤维素的原料例如玉米秸秆内部的水可以气化成水蒸 汽，泄压时由所述含纤维素的原料例如玉米秸秆内部冲出，以由内向外充分 破坏所述含纤维素的原料例如玉米秸秆包埋纤维素和半纤维素的木质素鞘， 比如在上述"对植物秸秆酒精生产工艺的介绍"(张学峰、兰玉成，酿酒，
第29巻第4期，第37-38页，2002年7月)中公开的方法，需要将玉米秸 秆水浸40分钟后，才进行蒸汽爆破。但是，本发明的发明人意外地发现， 将各种含水量的玉米秸秆(青玉米秸秆以及干燥玉米秸秆)水浸40分钟后， 玉米秸秆的含水量均高达80重量％以上，而蒸汽爆破的含纤维素的原料的 含水量低，例如低于30重量％固然不好，但如果含纤维素的原料的含水量， 如高于60重量％，也会降低乙醇的收率。
本发明提供了一种采用含纤维素的原料制备乙醇的方法，该方法包括蒸 汽爆破含纤维素的原料；将得到的蒸汽爆破产物与酶混合、酶解；发酵得到 的酶解产物，其中，所述将得到的蒸汽爆破产物与酶混合的方法包括先将第 一批蒸汽爆破产物与酶混合得到混合物，然后将剩余的蒸汽爆破产物连续加
7入与所述混合物混合，所述剩余的得到的蒸汽爆破产物的加入速度使蒸汽爆 破产物在反应体系中的浓度不高于150克/升；所述第一批与酶混合的蒸汽爆 破产物的重量为全部蒸汽爆破产物重量的10-30重量％;所述含纤维素的原
料的含水量为30-60重量％。
本发明的方法为先将一批蒸汽爆破产物与酶混合得到混合物，然后将剩 余的蒸汽爆破产物连续加入与所述混合物混合，即连续补料的方法，该方法 能够使蒸汽爆破产物均匀、快速的与酶接触、混合并反应，使蒸汽爆破产物 与酶的反应更均匀、更充分，反应体系更稳定，并且酶的浓度能够一直保持 在较高的水平，从而有效地提高了原料的糖转化率以及乙醇的产率。且进一 步严格控制用于蒸汽爆破的含纤维素的原料的含水量为30-60重量％，可以 保证在蒸汽爆破条件下使含纤维素的原料内部的水气化成水蒸汽，在泄压时 水蒸气由含纤维素的原料内部冲出，充分破坏含纤维素的原料中包埋纤维素 和半纤维素的木质素鞘，以增加了含纤维素的原料中能与酶接触的纤维素比 例，从而可以进一步提高乙醇的产率。此外，所述连续补料的方法还能够大 大縮短酶解时间，提高酶解效率。例如，在原料预处理条件和其它的酶解条 件都相同的情况下，实施例1的方法中，每小时酶解的纤维素的量为7.0克， 乙醇产率达23.8。％，而对比例l的方法中，每小时酶解的纤维素的量为4.75 克，乙醇产率仅为18.9%，对比例2的方法中，每小时酶解的纤维素的量为 4.67克，乙醇产率仅为18.6%，酶解效率的提高幅度达47.4-49.9%，乙醇产 率的提高幅度高达26-28% 。


图1为天然玉米秸秆的扫描电子显微镜照片；
图2为按照对比例1的方法蒸汽爆破后秸秆的扫描电子显微镜照片； 图3为按照对比例2的方法蒸汽爆破后秸秆的扫描电子显微镜照片；
8图4为按照本发明实施例1的方法蒸汽爆破后秸秆的扫描电子显微镜照片。
具体实施例方式
按照本发明，该方法包括蒸汽爆破含纤维素的原料；将得到的蒸汽爆破 产物与酶混合、酶解；发酵得到的酶解产物，其中，所述将蒸汽爆破产物与 酶混合的方法包括先将第一批蒸汽爆破产物与酶混合得到混合物，然后将剩 余的蒸汽爆破产物连续加入与所述混合物混合，所述剩余的蒸汽爆破产物的 加入速度使蒸汽爆破产物在反应体系中的浓度不高于150克/升;所述第一批 与酶混合的蒸汽爆破产物的重量为全部蒸汽爆破产物重量的10-30重量％; 所述含纤维素的原料的含水量为30-60重量％，优选为35-50重量％。
优选情况下，为了提高生产效率又同时能够保证蒸汽爆破产物与酶的充 分混合、反应，得到较高的蒸汽爆破产物浓度以及较高水平的酶作用速度， 所述剩余的蒸汽爆破产物的加入速度使蒸汽爆破产物在反应体系中的浓度 优选为100-150克/升。
为了保证酶具有最佳的反应活性，在将第一批蒸汽爆破产物与酶混合 前，调节蒸汽爆破产物的pH值为大于3小于7，优选为4.0-5.5，以使得蒸 汽爆破产物与酶混合后，酶具有最佳的反应活性。由于酶解过程中pH值的 波动不大，因此所述酶解的pH值可以按照本领域常用的方法在加入酶之前 进行调节，所述调节反应物料pH值的方法可以采用本领域技术人员公知的 各种方法。例如先将蒸汽爆破产物与水或培养基(加酶一般与水混合，加入 产酶微生物一般与该微生物的培养基)混合，根据所得混合物的pH值，在 该混合物中加入酸性物质或碱性物质。例如，所述酸性物质可以是硫酸、盐 酸和磷酸中的一种或几种；所述碱性物质可以是氢氧化钠和/或氢氧化钾。
优选情况下，在将第一批蒸汽爆破产物与酶混合之后，将剩余的蒸汽爆
9破产物连续加入之前，还包括时间间隔，为了使第一批蒸汽爆破产物充分与
酶接触并充分水解，提高糖的转化率，所述时间间隔优选为10-30分钟。
所述酶解时间从将酶与蒸汽爆破产物混合时开始计算，即，所述酶解时 间指将蒸汽爆破产物与酶混合开始至将蒸汽爆破产物转化为糖后糖的含量 不再增加时所用的时间，所述将剩余的蒸汽爆破产物连续加入与所述混合物 混合的时间占酶解时间的15-35%，优选为20-30%。此外，按照本发明，所 述在将第一批蒸汽爆破产物与酶混合之后，将剩余的蒸汽爆破产物连续加入 之前的时间间隔也包括在所述酶解时间之内。
为了使酶与反应原料混合的更均匀，所述蒸汽爆破产物的酶解优选在水 存在的条件下进行，更优选在含有水与含纤维素的原料的悬浮液中进行。也 就是说，本发明优选先将第一批蒸汽爆破产物与水混合制备悬浮液后，再将 酶解所需全部酶与悬浮液混合，然后再按照本发明的方法继续连续的加入剩 余的蒸汽爆破产物。对所加入的水的量没有特别限定，优选情况下，所述水 的加入量与全部蒸汽爆破产物的重量比为1-4:1。更优选情况下，以第一批 蒸汽爆破产物、水和酶混合后得到的混合物为基准，以蒸汽爆破产物的干重 计，第一批蒸汽爆破产物的含量至少为1重量。％，优选为1-20重量。％，更 优选为1.2-10重量％。在现有的由蒸汽爆破产物制备乙醇的方法中，在酶解 时，由于蒸汽爆破产物的浓度太稀，导致生产周期长，生产效率低。而本发 明的发明人发现，在酶解时控制第一批蒸汽爆破产物、水与酶混合后得到的 混合物中蒸汽爆破产物的浓度，以第一批蒸汽爆破产物、水与酶混合后得到 的混合物为基准，以蒸汽爆破产物的干重计，使蒸汽爆破产物的含量至少为 1重量％，优选为1-20重量％，更优选为1.2-10重量％，既能够保证酶解的 周期短，同时进一步保证具有高的生产效率，即单糖的产率高。
按照本发明，所述蒸汽爆破产物在反应体系中的浓度是指，未被液化(未
与酶反应)的蒸汽爆破产物的重量与反应体系中固液总重量的比值xioox。
10不同来源的含纤维素的原料含水量差异很大，比如不同时期收购的玉米
秸秆原料的含水量差异就很大，收割不超过一周的新鲜秸秆含水量达80重 量°/。以上，但是经过晾晒风干的存储秸秆含水量可能只有10%。现有方法对 于不同含水量的含纤维素的原料都一律采用同样条件水浸处理，造成含纤维 素的原料的含水量过大，在蒸汽爆破条件下，泄压时含纤维素的原料内部的 水分以液体形式冲出，达不到由内向外破坏含纤维素的原料中包埋纤维素和 半纤维素的木质素鞘的作用。
根据本发明提供的方法，可以通过各种方式获得含水量为30-60重量％ 的含纤维素的原料。对于含水量存在差异的不同批次含纤维素的原料，可以 进行不同的处理，比如对于含水量高的秸秆原料，可以45-90'C烘干部分水 分，使之含水量降低到30-60重量％;对于含水量低的秸秆原料，可以采用 控制水浸时间的方法，增加秸秆原料的含水量到30-60重量％;对于含水量 正好在到30-60重量％的秸秆原料，可以直接进行蒸汽爆破。优选所述用于 蒸汽爆破的含纤维素的原料的含水量为35-50重量％。除非特殊说明，本发 明所述含纤维素的原料的含水量均是指含纤维素原料的初始重量Wl与在 70-100。C下烘干至恒重的含纤维素原料的干计重量W2之差，与含纤维素原 料的初始重量W1的重量百分比，即含水量(重量％) = (Wl-W2) /W1X 100%。
由于本发明仅涉及对蒸汽爆破产物加料方式的改进以及所述含纤维素 的原料的含水量的限定，因此对用含纤维素的原料制备乙醇的方法的其它步 骤没有特别的限制。
根据本发明所述采用含纤维素的原料制备乙醇的方法，可以采用现有技 术常规的蒸汽爆破条件完成对含纤维素的原料的蒸汽爆破，例如，所述蒸汽 爆破的温度可以为180-200°C，所述蒸汽爆破的压力可以为1.4-2.0兆帕，所 述蒸汽爆破压力的维持时间可以为3-7分钟。更优选所述蒸汽爆破的温度为185-195°C，所述蒸汽爆破的压力为1.5-1.8兆帕，所述蒸汽爆破压力的维持时间为4-5分钟。在上述蒸汽爆破条件下都能充分破坏秸秆包埋纤维素和半纤维素的木质素鞘，实现本发明的目的。
所述酶解使用的酶包括纤维素酶。所述纤维素酶可以通过各种方式获得，例如商购得到，或者通过使用产酶微生物分泌得到。
由于使用产酶微生物分泌得到的酶会含有各种副产物，因此优选直接加入酶。所述酶的用量越多越好，出于成本考虑，优选以每克蒸汽爆破产物的干重计，所述纤维素酶的用量为8-20酶活力单位，更优选为10-15酶活力单位。本发明所述纤维素酶的酶活力按照美国国家可再生能源实验室(NationalRenewable Energy Laboratory, NREL)提供的标准方法——纤维素酶活力测定NRELLAP-006测定，所述纤维素酶的酶活力单位为在该标准方法规定的测定条件下，1分钟内将1克Whatman No. 1滤纸转化为葡萄糖所需酶的微克数。
所述酶解的温度可以为纤维素酶的任何最适作用温度， 一般为45-55°C，更优选为48-52°C。所述酶解的时间理论上越长越好，但是，由于本发明在第一次加料后采用连续补料的方法保证了原料与酶的均匀混合，因此，能够有效縮短酶解时间，又能够保证糖转化率，因此，所述酶解的时间优选为30-40小时。
按照本发明的一个优选的实施方式，所述将蒸汽爆破产物酶解的方法包括先将第一批蒸汽爆破产物与水混合后加入酶解罐中，调节蒸汽爆破产物的pH值为大于3至小于7，并升温至48-52°C以达到酶的最佳反应活性条件，然后，在搅拌下，向酶解罐中加入酶，搅拌10-30分钟后，再连续加入剩余的蒸汽爆破产物，所述剩余的蒸汽爆破产物的加入速度使含蒸汽爆破产物在反应体系中的浓度不高于150克/升。所述水的量与全部蒸汽爆破产物的重量比为i_4:l;所述第一批与酶混合的蒸汽爆破产物的量为全部蒸汽爆破产物
12爆破产物、水与酶混合后得到的混合物为 基准，以蒸汽爆破产物的干重计，第一批蒸汽爆破产物的含量为1.2-10重量 %。
所述纤维素酶为复合酶，至少包括C,型纤维素酶、Cx型纤维素酶和纤 维二糖酶三种酶。
C,酶可以使结晶的纤维素转变为非结晶的纤维素。
Cx型纤维素酶又分为Cx,型纤维素酶和Cx2型纤维素酶两种。Cx,型纤
维素酶为内切型纤维素酶，可以从水合非结晶纤维素分子内部作用于卩-1，4-
糖苷键，生成纤维糊精和纤维二糖。Cx2型纤维素酶是一种外切型纤维素酶，
可以从水合非纤维素分子的非还原端作用于P-l，4-糖苷键，逐一切断p-l，4-糖苷键生成葡萄糖。
纤维二糖酶则作用于纤维二糖，生成葡萄糖。
优选所述酶解使用的酶还包括半纤维素酶。因为半纤维素酶可以降解半 纤维素成为溶于水的木糖，所以酶解使用的酶包括半纤维素酶， 一方面可以 更充分地暴露纤维素，增加纤维素与纤维素酶的接触儿率，另一方面半纤维 素降解产物木糖能够被树干毕赤酵母发酵生成乙醇，两方面作用都可以增加 乙醇产率。以每克蒸汽爆破产物的干重计，所述半纤维素酶的用量为4.4-8.8 酶活力单位。
本发明所述半纤维素酶的酶活力单位(U)为在5(TC、 pH-4.8条件下， 每分钟分解浓度为1重量％木聚糖溶液产生1微克还原糖(以木糖计)所需 的酶量。
本发明所述半纤维素酶的活力指每克半纤维素酶所具有的活力单位。所 述半纤维素酶的活力利用半纤维素酶在50°C、 pH为4.8的条件下水解1重 量％木聚糖产生还原糖(以木糖计)，所得还原糖与过量3，5—二硝基水杨酸 (DNS)发生颜色反应，用分光光度计测得反应液550纳米的光吸收值与还
13原性糖(以木糖计)的生成量成正比关系测定。具体测定方法如下-
准确称取1.000克木聚糖，用0.5毫升pH=4.8的0.1摩尔/升乙酸-乙酸 钠缓冲溶液溶解，然后用去离子水定容到100毫升，得到1重量％木聚糖溶 液；
称取30克四水合酒石酸钾钠放入500毫升锥形瓶内，加16克NaOH后， 加50毫升去离子水，以5'C/分钟的速度水浴加热至固体物质溶解，加入1 克3，5-二硝基水杨酸，至溶解，冷却至室温，用去离子水定容至100毫升， 可得3,5-二硝基水杨酸(DNS)溶液；
将木糖8(TC烘干至恒重，准确称取1.000克溶于1000毫升水中，加10 毫克叠氮化钠防腐，得到1毫克/毫升的标准木糖溶液；
准确称取1.000克固体半纤维素酶或移取1毫升液体半纤维素酶原液， 用0.5毫升pH=4.8的0.1摩尔乙酸-乙酸钠缓冲溶液溶解，然后用去离子水 定容到100毫升，得到稀释100倍的待测酶液；
分别将在5(TC水浴加热60分钟的2毫升木糖梯度标准溶液(0.1毫克/ 毫升、0.2毫克/毫升、0.3毫克/毫升、0.4毫克/毫升和0..5毫克/毫升，所述 木糖梯度标准溶液用去离子水与1毫克/毫升的标准木糖溶液混合制备)或去 离子水(木糖空白对照)，与2毫升DNS混合沸水浴5分钟，冷却，去离子 水定容15毫升后，用分光光度计在550纳米下分别测定反应后木糖梯度标 准溶液的光吸收值，以光吸收值为横坐标，木糖浓度为纵坐标绘制标准曲线。 由该标准曲线可得回归方程y二bx+a，其中，x为光吸收值，y为木糖浓度， a为所得直线方程的截距，b为所得直线方程的斜率；
取0.2毫升待测酶液与1.8毫升所述1重量％木聚糖溶液或？11=4.8的O.l 摩尔/升乙酸一乙酸钠缓冲溶液(木聚糖空白对照)，按照与上述木糖梯度标 准溶液相同的步骤测试光吸收值。并按照下式计算半纤维素酶的活力,—一 " ，(&c+a)xwx5x1000 一 一一， 半纤维素酶的活力=1——^-U/克(毫升)
式中x为待测酶液的光吸收值，b和a与木糖浓度对光吸收值的回归方 程中的b和a—致，n为酶的稀释倍数，60表示为酶促反应的时间为60分 钟，5为取样倍数(这里从1毫升待测酶液中取出了 0.2毫升进行测试)。
根据上述方法可以测定出具体的半纤维素酶的活力，进而计算出半纤维 素酶的用量。
能够发酵戊糖和/或己糖的微生物都可以用于本发明的发酵过程，由于 酿酒酵母是酿酒工业上普遍应用的耐酒精、副产物少、乙醇产率高的发酵己 糖的微生物；树干毕赤酵母为既可以发酵戊糖也可以发酵己糖的微生物(参 见"树干毕赤酵母连续发酵戊糖己糖生成酒精"，季更生等，南京林业大学 学报自然科学版，第28巻第3期，第9-13页，2004年)，因此优选所述发 酵所使用的酵母为树干毕赤酵母和/或酿酒酵母。以每克酶解产物计，所述发 酵所使用的酵母的接种量为103-108菌落形成单位，更优选104-106菌落形成 单位。本发明发酵所使用的酵母可以为商购酵母固体制剂(比如干酵母粉) 或酵母菌种(比如ATCC编号2601的啤酒酵母)。所述酵母的菌落形成单位 可以通过本领域公知的方法测定，比如亚甲基蓝染色活菌计数法。亚甲基蓝 染色活菌计数法的具体方法如下
将1克干酵母粉溶于10毫升无菌水中，或将1毫升菌种活化液用无菌 水稀释至10毫升，加入0.5毫升0.1重量％亚甲基蓝，在35。C下保温30分 钟。在IO倍光学显微镜下，用血球计数板计数保温后的溶液中活菌的数目 (死菌染色，活菌不染色)，可得1克干酵母或1毫升菌种活化液中活菌的 数目，即菌落形成单位数。
所述酵母可以采用常规的方法接种，例如向酶解产物中加入5-15体积 %的种子液。所述种子液可以为干酵母的水溶液或培养基溶液，也可以为干 酵母或商购菌种的活化种子液。所述发酵的温度可以为任何适于酵母生长的温度，优选为30-36'C，更优选为32-35'C。所述发酵的时间可以为从接种开 始至酵母生长的衰亡期出现(即发酵时间为迟滞期、对数期加上稳定期)的 时间，优选发酵的时间为32-48小时，更优选32-40小时。发酵产物乙醇可 以用常规的方法，根据不同工业产品的要求(比如燃料酒精要求乙醇的纯度 达99%以上)分离并精制，比如蒸馏、浓縮、除水。
另外，蒸汽爆破的压力和温度可以灭菌。为防止在酶解过程中杂菌(主 要是细菌)污染产生影响酶活力的毒素，并防止在发酵过程中杂菌污染影响 酵母的生长，优选在酶解之前加入诸如工业青霉素的细菌抗生素，所述抗生 素对酵母没有作用但可以抑制杂菌的生长。以每毫升酶解液或发酵液为基 准，所述抗生素的加入量为1-10单位。所述酶解液包括蒸汽爆破产物、酶 以及水，所述发酵液包括酶解产物和接种的酵母。
由于在蒸汽爆破的高温高压条件下，含纤维素的原料中的半纤维素会产 生诸如糠醛、呋喃之类的抑制物，所述抑制物会降低酶的活力和发酵菌的活 性，因此所述方法还包括在蒸汽爆破含纤维素的原料之后，酶解得到的蒸汽 爆破产物之前，水洗所述蒸汽爆破产物。所述水洗是将蒸汽爆破产物与水混 合，搅拌，使上述抑制物溶解在水中，然后离心分离蒸汽爆破产物，从而从 蒸汽爆破产物中除去抑制物。理论上所述水洗的温度越高，能够溶解的抑制 物越多，考虑到能耗，优选所述水洗的温度至少为6(TC，更优选为60-8(TC。 由于水洗所加入的水越多，则溶解抑制物的溶剂越多，但是考虑到离心分离 的能耗，优选以每克含纤维素的原料的干重计，所述水洗的加水量为2-10 克，更优选为2-3克。
由于含纤维素的原料中可能会含有沙石杂质以及铁杂质，对蒸汽爆破设 备会造成损害，因此本发明的制备乙醇的方法，可以包括在蒸汽爆破之前对 含纤维素的原料进行除石除铁常规操作，比如以"风送"含纤维素的原料并 磁铁吸引的方法进行除石除铁。沙石由于质量大，不能被风送到蒸汽爆破设
16备中，铁杂质由于磁铁的吸引也不会随原料进入蒸汽爆破设备中，从而可以 完成除石除铁。此外，由于含纤维素的原料本身容易缠结而堵塞设备管路，
因此，在进入蒸汽爆破设备前，优选使所述含纤维素的原料的大小为0.5-3 厘米x0.2-l厘米x0.2-l厘米，更优选使所述含纤维素的原料的大小为1-2厘 米x0.4-0.6厘米x0.5-l厘米。
下面结合实施例对本发明进行更详细的说明。
实施例1
本实施例用于说明本发明的采用含纤维素的原料制备乙醇的方法。 (1)蒸汽爆破
测试如图1所示的玉米秸秆原料，按照上述的方法测得玉米秸秆的含水 量为20重量％，将原料切成1.5厘米X0.2厘米X0.5厘米的小段，用立式浸 渍器(山东汶瑞机械有限公司)与重量为所述玉米秸秆原料重量的三分之一 的水混合后，可得含水量40重量％的玉米秸秆。取1000克含水量为40重 量％的玉米秸秆，在195。C下以1.8兆帕的压力维持5分钟，然后泄压，完 成蒸汽爆破。将所得蒸汽爆破产物与7(TC的水按照重量比1:3搅拌混合30 分钟，然后用LW400型卧螺离心机(张家港华大离心机制造有限公司)在 900转/分钟转速下进行固液分离，共得到2000克固体蒸汽爆破产物(含水 量为70重量％)。
所得固体蒸汽爆破产物中纤维素总重量和半纤维素总重量的测定 取5克所述水洗后的蒸汽爆破产物在45'C下烘干至恒重1.5克，称量 300.0毫克该干燥后的蒸汽爆破产物，放置于重80克的IOO毫升干燥三角烧 瓶内。向所述三角烧瓶加入3.00毫升浓度为72重量％的硫酸溶液，搅拌1 分钟。然后将三角烧瓶在3(TC水浴中加热60分钟，每隔5分钟用搅拌一次 以确保均匀水解。水浴结束后，用去离子水使硫酸的浓度稀释到4重量％。 用布氏漏斗过滤所述稀释后的蒸汽爆破产物酸水解液，共得到滤液84毫升。
17将20毫升滤液转移至干燥50毫升的三角瓶中。使用2.5克碳酸钙调节该滤 液的pH值至5.5，静置5小时，收集上层清液。0.2微米滤膜过滤收集的上 层清液，所得上层清液的滤液用Biorad Aminex HPX-87P高效液相色谱 (HPLC)分析。HPLC条件进样量20微升；流动相为0.2微米滤膜过滤， 并且超声振荡脱气的HPLC超纯水；流速为0.6毫升/分钟；柱温80-85'C; 检测器温度80-85°C;检测器为折光率检测器；运行时间为35分钟。以0.1-4.0 毫克Z毫升浓度范围的D- ( + )葡萄糖和0.1-4.0毫克Z毫升浓度范围D- ( + ) 木糖作为标准样品。HPLC分析得到蒸汽爆破产物酸水解液中葡萄糖浓度为 1.77毫克/毫升，计算可得1克所述水洗后的蒸汽爆破产物酸水解能得到重量 为0.149克的葡萄糖，因为浓度为72重量％的硫酸溶液可以将蒸汽爆破的产 物的纤维素全部水解成葡萄糖，因此所得葡萄糖的重量是蒸汽爆破产物中纤 维素的重量的1.11倍，即1克所述水洗后的蒸汽爆破产物中含纤维素0.134 克，则2000克蒸汽爆破产物中共含纤维素267克。HPLC分析得到蒸汽爆 破产物酸水解液中木糖浓度为0.49毫克/毫升，计算可得1克所述水洗后的 蒸汽爆破产物酸水解能得到重量为0.041克的木糖，因为浓度为72重量％的 硫酸溶液可以将蒸汽爆破的产物中半纤维素全部水解成木糖，因此所得木糖 的重量是蒸汽爆破产物中半纤维素的重量的1.14倍，即1克蒸汽爆破产物中 含半纤维素0.036克，则2000克蒸汽爆破产物中共含半纤维素72克。 (2)酶解
向酶解罐中加入水，并在搅拌下，加入第一批步骤(1)取样测试后剩 余的水洗蒸汽爆破产物，第一批加入的水洗蒸汽爆破产物的量为步骤(1) 取样测试后剩余的全部水洗蒸汽爆破产物重量的15X，然后调节pH值为4， 加热至52T:后，以每克蒸汽爆破产物的干重计，加入20酶活力单位的酶计 算，全部蒸汽爆破产物的干重为600克，共加入12000酶活力单位(约80 克)的纤维素酶(和氏璧生物技术有限公司)，并在52"C下保温混合20分钟；
18然后连续加入剩余的水洗蒸汽爆破产物，所述剩余的水洗蒸汽爆破产物的加 入速度使水洗蒸汽爆破产物在反应体系中的浓度为140克/升，加料结束后，
在52'C下保温酶解至加酶后36小时(连续加入剩余的水洗蒸汽爆破产物的 时间占酶解时间的30%)，得到酶解产物。所述水的加入量与全部水洗蒸汽 爆破产物的重量比为2:1。将酶解产物用布氏漏斗过滤，将20毫升滤液转移 至干燥50毫升的三角瓶中，静置5小时，收集上层清液。0.2微米滤膜过滤 收集的上层清液，按照上述步骤(1)所述高效液相条件，测定并计算出酶 解产物中的葡萄糖共279.6克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸 汽爆破产物中被酶解的纤维素的重量共251.9克，按照下式计算纤维素转化 率和单糖产率，计算结果见表l。每小时酶解的纤维素的量为7.0克。(以蒸 汽爆破产物的干重计，以得到的混合物的总重量为基准，第一批蒸汽爆破产 物的含量为2.1重量％。)
纤维素转化率400。/。X被酶解的纤维素的重量/纤维素的总重量
单糖产率=100%乂酶解得到的葡萄糖重量/秸秆干重 (3)发酵
使酶解产物的温度降至35。C，以每克酶解产物的重量计，接种105菌落 形成单位的酿酒酵母(安琪超级酿酒高活性干酵母，湖北安琪酵母股份公 司)，所得混合物在32。C下于发酵罐中搅拌培养40小时。在10(TC蒸馏所得 发酵产物，所得蒸馏馏分在78.3'C下二次蒸馏可得乙醇143克，按照下式计 算乙醇产率，计算结果见表l。
乙醇产率=100%乂乙醇重量/秸秆干重
对比例1
本对比例说明采用含纤维素的原料制备乙醇的参比方法。 按照实施例1的方法制备乙醇，不同的是，按照文献"对植物秸秆酒精 生产工艺的介绍"(张学峰、兰玉成，酿酒，第29巻第4期，第37-38页，
192002年7月)所公开的方法，将秸秆原料在蒸汽爆破前先用水浸泡40分钟， 测得浸泡后的玉米秸秆原料的含水量达到83重量％。然后取3530克该含水 量为83重量％的玉米秸秆按照实施例1的条件进行蒸汽爆破，并水洗后得 到4300克蒸汽爆破产物(含水量为86%)。按照实施例1所述HPLC分析 硫酸水解的蒸汽爆破产物的方法，测得4300克蒸汽爆破产物中共含纤维素 267克，半纤维素70克。在酶解步骤(2)中将步骤(1)取样测试后剩余的 水洗蒸汽爆破产物一次全部加入到含水的酶解罐中，然后与酶混合均匀(水 的量与全部水洗蒸汽爆破产物的重量比为2:1)，酶解时间需要42小时；按 照实施例1步骤(1)所述高效液相条件，测定并计算出酶解产物中的葡萄 糖共221.2克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽爆破产物中被 酶解的纤维素的重量共199.3克，每小时酶解的纤维素的量为4.75克；二次 蒸馏得到乙醇113.1克。并按照实施例1的方法和公式计算纤维素转化率、 单糖产率和乙醇产率，计算结果见表l。
对比例2
本对比例说明采用含纤维素的原料制备乙醇的参比方法。 按照实施例1的方法制备乙醇，不同的是，用750克含水量为20重量 %玉米秸秆直接进行蒸汽爆破，并水洗后得到1500克蒸汽爆破产物(含水 量为60%)。按照实施例1所述HPLC分析硫酸水解的蒸汽爆破产物的方法， 测得1500克蒸汽爆破产物中共含纤维素266克，半纤维素72克。并按照对 比例1的方法酶解蒸汽爆破产物，发酵酶解产物；按照实施例1步骤(1) 所述高效液相条件，测定并计算出酶解产物中的葡萄糖共217.9克。所述酶 解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽爆破产物中被酶解的纤维素的重量共 196.3克，每小时酶解的纤维素的量为4.67克；二次蒸馏得到乙醇111.4克。 并按照实施例1的方法和公式计算纤维素转化率、单糖产率和乙醇产率，计 算结果见表l。电镜观察结果
用JSM-35CF扫描电镜放大1000倍观察对比例1、对比例2和实施例1 的蒸汽爆破产物，结果分别如图2、图3和图4所示。从图2可以看出，由 于秸秆原料内部没有水分可以气化成水蒸汽，因此蒸汽爆破不能由内向外充 分破坏秸秆原料；从图3可以看出，对比例2玉米秸秆蒸汽爆破的效果并不 好，纤维素仍然呈束状，并且纤维素表面残留有木质素鞘；而如图4所示的 实施例1的蒸汽爆破效果很好，可以看到游离的纤维素。
实施例2
本实施例用于说明本发明的采用含纤维素的原料制备乙醇的方法。
按照实施例1的方法制备乙醇，不同的是，取1000克含水量为50重量 %的玉米秸秆，切成1.3厘米X0.4厘米X0.8厘米的小段，在190'C下以1.8 兆帕的压力维持4分钟，然后泄压，完成蒸汽爆破，将所得蒸汽爆破产物与 65'C的水按照质量比1:2搅拌混合40分钟，然后用离心泵LW400型卧螺离 心机(张家港华大离心机制造有限公司)在900转/分钟转速下进行固液分离， 共得到2000克蒸汽爆破产物(含水量为75重量％)。
按照实施例1所述HPLC分析硫酸水解的蒸汽爆破产物的方法，测得 2000克蒸汽爆破产物中共含纤维素220克，半纤维素60克。
并按照实施例1的方法对蒸汽爆破产物进行酶解和发酵，酶的用量约为 65克，按照实施例l步骤(1)所述高效液相条件，测定并计算出酶解产物 中的葡萄糖共226.9克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽爆破 产物中被酶解的纤维素的重量共204.4克，每小时酶解的纤维素的量为5.7 克(以蒸汽爆破产物的干重计，以得到的混合物的重量为基准，第一批蒸汽 爆破产物的含量为1.7重量％); 二次蒸馏得到乙醇107.9克。并按照实施例 1的方法和公式计算纤维素转化率、单糖产率和乙醇产率，计算结果见表l。
21实施例3
本实施例用于说明本发明的采用含纤维素的原料制备乙醇的方法。
按照实施例1的方法制备乙醇，不同的是，取1000克含水量为35重量 %的玉米秸秆，切成1.2厘米X0.4厘米X0.7厘米的小段，在200。C下以1.7 兆帕的压力维持6分钟，然后泄压，完成蒸汽爆破。将所得蒸汽爆破产物与 75°。的水按照重量比1:2.5搅拌混合50分钟，然后用离心泵LW400型卧螺 离心机(张家港华大离心机制造有限公司)在900转/分钟转速下进行固液分 离，共得到2000克固体蒸汽爆破产物(含水量为67.5重量％)。
按照实施例1所述HPLC分析硫酸水解的蒸汽爆破产物的方法，测得 2000克蒸汽爆破产物中共含纤维素288克，半纤维素78克。
并按照实施例1的方法对蒸汽爆破产物进行酶解和发酵，酶的用量约为 85克，按照实施例l步骤(1)所述高效液相条件，测定并计算出酶解产物 中的葡萄糖共293.4克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽爆破 产物中被酶解的纤维素的重量共264.3克，每小时酶解的纤维素的量为7.3 克(以蒸汽爆破产物的干重计，以得到的混合物的重量为基准，第一批蒸汽 爆破产物的含量为2.2重量％); 二次蒸馏得到乙醇149.0克。并按照实施例 1的方法和公式计算纤维素转化率、单糖产率和乙醇产率，计算结果见表l。
实施例4
本实施例用于说明本发明的采用含纤维素的原料制备乙醇的方法。 按照实施例1的方法制备乙醇，不同的是，取1400克含水量为55重量
%的玉米秸秆，切成2.0厘米X0.6厘米X0.8厘米的小段，在190。C下以1.55
兆帕的压力维持7分钟，然后泄压，完成蒸汽爆破。共得到1700克固体蒸
汽爆破产物(含水量为63重量％)。
按照实施例1所述HPLC分析硫酸水解的蒸汽爆破产物的方法，测得
1700克蒸汽爆破产物中共含纤维素280克，半纤维素75.5克。并按照实施例1的方法对蒸汽爆破产物进行酶解和发酵，酶的用量约为 84克，按照实施例l步骤(1)所述高效液相条件，测定并计算出酶解产物
中的葡萄糖共279.1克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽爆破 产物中被酶解的纤维素的重量共251.4克，每小时酶解的纤维素的量为7.0 克(以蒸汽爆破产物的干重计，以得到的混合物的重量为基准，第一批蒸汽 爆破产物的含量为2.5重量％。)； 二次蒸馏得到乙醇135.1克。并按照实施 例1的方法和公式计算纤维素转化率、单糖产率和乙醇产率，计算结果见表 1。
实施例5
本实施例用于说明本发明的采用含纤维素的原料制备乙醇的方法。 按照实施例1的方法制备乙醇，不同的是，在酶解步骤中，第一批加入 的蒸汽爆破产物的量为取样测试后剩余的全部蒸汽爆破产物重量的20% ，调 节pH值为4，加热至52"C后，加入纤维素酶后，连续加入剩余的水洗蒸汽 爆破产物，所述剩余的水洗蒸汽爆破产物的加入速度使蒸汽爆破产物在反应 体系中的浓度为100克/升，加料结束后，在52'C下保温酶解至加酶后38.5 小时(连续加入剩余的水洗蒸汽爆破产物的时间占酶解时间的13%)，得到 酶解产物。按照实施例1步骤(1)所述高效液相条件，测定并计算出酶解 产物中的葡萄糖共278.2克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽 爆破产物中被酶解的纤维素的重量共250.6克，每小时酶解的纤维素的量为 6.5克(以蒸汽爆破产物的干重计，以得到的混合物的重量为基准，第一批 蒸汽爆破产物的含量为2.7重量。^。)；发酵步骤同实施例1， 二次蒸馏得到 乙醇142.2克。并按照实施例1的方法和公式计算纤维素转化率、单糖产率 和乙醇产率，计算结果见表l。
实施例6
23本实施例用于说明本发明的采用含纤维素的原料制备乙醇的方法。 按照实施例1的方法制备乙醇，不同的是，在酶解步骤中，第一批加入 的水洗蒸汽爆破产物的量为取样测试后剩余的全部蒸汽爆破产物重量的30
%，调节pH值为5，加热至5(TC后，加入纤维素酶后，在5(TC下保温混合 30分钟后；连续加入剩余的水洗蒸汽爆破产物，所述剩余的水洗蒸汽爆破产 物的加入速度使蒸汽爆破产物在反应体系中的浓度为130克/升，加料结束 后，在52'C下保温酶解至加酶后37.5小时(连续加入剩余的水洗蒸汽爆破 产物的时间占酶解时间的25。％)，得到酶解产物。按照实施例1步骤(1)所 述高效液相条件，测定并计算出酶解产物中的葡萄糖共276克。所述酶解得 到的葡萄糖重量除以l.11，即蒸汽爆破产物中被酶解的纤维素的重量共248.7 克，每小时酶解的纤维素的量为6.6克(以蒸汽爆破产物的干重计，以得到 的混合物的重量为基准，第一批蒸汽爆破产物的含量为3.8重量％);在发酵 步骤中，不同的是，使酶解产物的温度降至32"C，以每克酶解产物的重量计， 接种106菌落形成单位的酿酒酵母(安琪超级酿酒高活性干酵母，湖北安琪 酵母股份公司)，所得混合物在32"C下于发酵罐中搅拌培养36小时；在IOO 。C蒸馏所得发酵产物，所得蒸馏馏分在78.3。C下二次蒸馏可得乙醇141.2克。 并按照实施例1的方法和公式计算纤维素转化率、单糖产率和乙醇产率，计 算结果见表l。
实施例7
本实施例用于说明本发明的采用含纤维素的原料制备乙醇的方法。 按照实施例1的方法制备乙醇，不同的是，向酶解罐中加入水，并在搅 拌下，加入第一批步骤(1)取样测试后剩余的水洗蒸汽爆破产物，第一批 加入的水洗蒸汽爆破产物的量为步骤(1)取样测试后剩余的全部水洗蒸汽 爆破产物重量的10%，然后调节反应物料的pH值为5，并加热至5(TC后， 以每克蒸汽爆破产物的干重计，加入12酶活力单位的纤维素酶，5酶活力单位的半纤维素酶计算，全部蒸汽爆破产物的干重为600克，共加入7200酶 活力单位(约50克)的纤维素酶(和氏璧生物技术有限公司)和3000酶活 力单位(约40克)的半纤维素酶(北京化学试剂公司)，并在5(TC下保温混 合25分钟；然后连续加入剩余的水洗蒸汽爆破产物，所述剩余的水洗蒸汽 爆破产物的加入速度使蒸汽爆破产物在反应体系中的浓度为150克/升，加料 结束后，在52'C下保温酶解至加酶后38小时(连续加入剩余的水洗蒸汽爆 破产物的时间占酶解时间的20。/0，得到酶解产物。所述水的加入量与全部 水洗蒸汽爆破产物的重量比为3.5:1。并按照实施例l步骤(1)所述高效液 相条件，测定并计算出酶解产物中的葡萄糖共278.7克，所述酶解得到的葡 萄糖的重量除以1.11，即蒸汽爆破产物中被酶解的纤维素的重量共251.1克， 测定并计算出酶解产物中的木糖共53.4克，所述酶解得到的木糖的重量除以 1.14，即蒸汽爆破产物中被酶解的半纤维素的重量共46，8克，每小时酶解的 纤维素和半纤维素的总重量为7.8克(以蒸汽爆破产物的干重计，以得到的 混合物的总重量为基准，第一批蒸汽爆破产物的含量为0.8重量％。)；并按 照下述公式计算纤维素、半纤维素转化率和单糖产率，计算结果见表l。 纤维素转化率-100。/。X被酶解的纤维素的重量/纤维素的总重量
半纤维素转化率=100%><被酶解的半纤维素的重量/半纤维素的总重量 单糖产率=100%乂 (酶解得到的葡萄糖重量+酶解得到的木糖重量)/
秸秆干重
(3)发酵
使酶解产物的温度降至34"C，以每克酶解产物的重量计，接种为104菌 落形成单位的酿酒酵母(安琪超级酿酒高活性干酵母，湖北安琪酵母股份公 司)和104菌落形成单位的树干毕赤酵母，所得混合物在33"C下于发酵罐中 搅拌培养37小时。在IO(TC蒸馏所得发酵产物，所得蒸馏馏分在78.3。C下二 次蒸馏可得乙醇169.8克，并按照实施例1的公式计算乙醇产率，计算结果 见表l。表l
实施例或对比例纤维素转化率 (%)半纤维素转化 率(％)单糖产率 (%)乙醇产率 (%)
实施例194.3-46.623.8
对比例174.6-36.918.9
对比例273.8-36.318.6
实施例292,9-45,421.6
实施例391.8-45.122.9
实施例489.8-44.321.4
实施例593.9-46.423.8
实施例693.1-46.023.5
实施例794.065.055.428.3
从上表1中的数据可以看出，采用本发明的含纤维素的原料制备乙醇的
方法得到的乙醇的产率以及单糖的产率比对比例1和对比例2的方法均有明 显提高。且本发明的方法酶解效率高，每小时可酶解纤维素或纤维素和半纤 维素的混合物5.7-7.8克。
2权利要求
1、一种采用含纤维素的原料制备乙醇的方法，该方法包括蒸汽爆破含纤维素的原料；将得到的蒸汽爆破产物与酶混合、酶解；发酵得到的酶解产物，其特征在于，所述将蒸汽爆破产物与酶混合的方法包括先将第一批蒸汽爆破产物与酶混合得到混合物，然后将剩余的蒸汽爆破产物连续加入与所述混合物混合，所述剩余的蒸汽爆破产物的加入速度使蒸汽爆破产物在反应体系中的浓度不高于150克/升；所述第一批与酶混合的蒸汽爆破产物的重量为全部蒸汽爆破产物重量的10-30重量％；所述含纤维素的原料的含水量为30-60重量％。
2、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述剩余的蒸汽爆破产物的加 入速度使蒸汽爆破产物在反应体系中的浓度为100-150克/升。
3、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述含纤维素的原料的含水量 为35-50重量％。
4、 根据权利要求1所述的方法，其中，将第一批蒸汽爆破产物与酶混 合时，该方法还包括加入水，以蒸汽爆破产物的干重计，以得到的混合物的 重量为基准，第一批蒸汽爆破产物的含量至少为1重量％。
5、 根据权利要求4所述的方法，其中，以蒸汽爆破产物的干重计，以 得到的混合物的重量为基准，第一批蒸汽爆破产物的含量为1.2-10重量％。
6、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述酶解使用的酶包括纤维素 酶，以每克蒸汽爆破产物的干重计，所述纤维素酶的用量为8-20酶活力单 位；所述酶解的温度为45-55°C，所述酶解的时间为30-40小时，所述酶解的pH值为3-7。
7、 根据权利要求6所述的方法，其中，所述酶解使用的酶还包括半纤 维素酶，以每克蒸汽爆破产物的干重计，所述半纤维素酶的用量为4.4-8.8 酶活力单位。
8、 根据权利要求1所述的方法，其中，将剩余的蒸汽爆破产物连续加 入与所述混合物混合的时间占酶解时间的15-35%，所述酶解时间指将蒸汽 爆破产物与酶混合开始至将蒸汽爆破产物转化为糖后糖的含量不再增加时 所用的时间。
9、 根据权利要求1所述的方法，其中，在将第一批蒸汽爆破产物与酶 混合之后，将剩余的蒸汽爆破产物连续加入之前，还包括时间间隔，所述时 间间隔为10-30分钟。
10、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述含纤维素的原料为秸秆。
11、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述发酵所使用的酵母为树干 毕赤酵母和/或酿酒酵母；以每克酶解产物计，所述发酵所使用的酵母的接种 量为103-108菌落形成单位，所述发酵的温度为30-36'C，发酵的时间为32-48 小时。
全文摘要
采用含纤维素的原料制备乙醇的方法，该方法包括蒸汽爆破含纤维素的原料；将得到的蒸汽爆破产物与酶混合、酶解；发酵得到的酶解产物，其中，所述将蒸汽爆破产物与酶混合的方法包括先将第一批蒸汽爆破产物与酶混合得到混合物，然后将剩余的蒸汽爆破产物连续加入与所述混合物混合，所述剩余的蒸汽爆破产物的加入速度使蒸汽爆破产物在反应体系中的浓度不高于150克/升；所述第一批与酶混合的蒸汽爆破产物的重量为全部蒸汽爆破产物重量的10-30重量％；所述含纤维素的原料的含水量为30-60重量％。本发明的方法能够有效提高原料的糖转化率以及乙醇的产率，还能够大大缩短酶解时间，提高酶解效率。
文档编号C12R1/84GK101509018SQ20081005773
公开日2009年8月19日 申请日期2008年2月13日 优先权日2008年2月13日
发明者于天杨, 刘甲申, 孙长征, 杰 李, 李春玲, 袁敬伟 申请人:中粮集团有限公司