一种以木质纤维素类生物质为原料发酵制备生物丁醇的方法

专利名称：一种以木质纤维素类生物质为原料发酵制备生物丁醇的方法
技术领域：
本发明属于生物工程技术领域，具体涉及一种以木质纤维素类生物质为原料发酵
制备生物丁醇的方法。
背景技术：
丁醇，又称正丁醇，是重要的有机化工原料，可用作油漆和表面涂料的溶剂，也用 于生产邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸丁苄酯(BBP)等增塑剂，2006年全球的丁醇 需求量达300万吨。目前丁醇作为一种极具潜力的新型燃料已经引起国内外的高度重视， 与乙醇相比，丁醇有能量密度大、对水的稳定性高、可直接用于内燃机、运输方便等优点。丁 醇的生产方法主要有丙烯羰基合成法和发酵法，由于发酵法生产丁醇具有原料可再生、不 依赖石油等特点，发酵法制备丁醇逐渐成为生物能源的研究热点之一。近年来生物丁醇生 产装置逐年增加，我国相关企业的生物丁醇总生产能力已超过20万吨/年，但目前大规模 生产生物丁醇的原料仍然依赖于来自粮食作物的淀粉及来自糖料作物的糖蜜，2008年以来 世界粮食价格迅速上涨，导致原料成本居高不下，生物丁醇生产成本与石化丁醇缺乏显著 的优势。因此以生物丁醇生产必须选择廉价非粮生物质作为原料才能从根本上降低原料成 本。 近年来已有相关专利涉及生物丁醇制备的原料替代技术。专利200710046661.8 公开了一种利用面粉加工产生的副产物尾淀粉替代玉米用于发酵丁醇的方法，专利 200810035792. O公开了一种提高薯类原料发酵生产丁醇产率的方法，专利200810043763. 9 公开了一种利用玉米皮原料发酵生产丁醇的方法。这些方法所采用的生物质虽然一般不直 接作为口粮，但尾淀粉、薯类与玉米皮均为重要的饲料原料，其价格与粮食挂钩，近年来价 格迅速攀升，已不属于廉价生物质。专利200810046776. 1公开了一种利用从富含糖份的甜 高粱或甜玉米的新鲜秸秆中榨取糖汁发酵生产丙酮丁醇的方法，但大面积种植甜高粱或甜 玉米必然占用粮食耕地。因此上述方法的原料更替并未真正摆脱生物燃料生产存在的"与 人争粮，与粮争地"问题。纤维素由己糖构成，是秸秆等廉价生物质中的主要成分，近年来已 有利用纤维素制备丁醇的专利报道如专利200610114241. 4公开了一种利用膜反应器进 行汽爆秸秆循环酶解并耦合丙酮丁醇连续发酵的方法，专利200810141424. 4提供了一种 利用秸秆生产糠醛耦合联产丙酮和丁醇的方法，专利200810141418. 9公开了一种利用秸 秆生产木糖联产丙酮、丁醇和乙醇的方法。以上方法均采用纤维素酶水解纤维素制备糖液， 但目前高效纤维素酶的售价极高，且实际的酶解效率受到诸多因素限制，如采用以上方法， 其原料制备成本将不具备竞争力。传统的浓酸水解法虽然可以降解纤维素，但由于浓酸回 收困难、污染严重而不能得到工业应用。 半纤维素是秸秆等廉价生物质中另一主要成分，约占其干重的20_35%，是由两种 或两种以上单糖组成的带有支链的高分子共聚物，其主要组成单糖有木糖、阿拉伯糖、甘露 糖和半乳糖等，可被丁醇生产菌所利用。稀酸水解半纤维素制备多组分糖液，具有不必回收废酸、污染较少、工艺简单、成本低、可实施性强等优点，但该法在水解过程中会产生大量 发酵抑制物(包括糠醛类、单酚、多酚类化合物、可溶性木质素)，导致其难于被微生物利 用。尽管有文献及专利报道采用吸附、萃取等手段对稀酸水解获得的多组分糖液进行脱毒 处理，但在实际应用中发现经过脱毒处理的多组分糖液所含的低聚糖及可溶性木质素在 高温灭菌过程中仍会分解产生新的有害物质(如严重毒害丁醇生产菌的酚类化合物，其含 量在高温灭菌后提高了十至二十倍)，实现多组分糖液可靠的低成本脱毒处理，是开发木质 纤维素类生物质为原料发酵制备生物丁醇的关键技术。膜分离技术可实现对菌体细胞的拦 截，因此将膜过滤除菌替代高温蒸汽灭菌高温灭菌中重新产生新的糠醛类及酚类等发酵抑 制物，可实现木质纤维素类生物质为原料发酵制备生物丁醇，并可降低丁醇发酵的能耗。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种以木质纤维素类生物质为原料发酵制备 生物丁醇的方法，以解决稀酸水解半纤维素法制备生物丁醇易产生发酵抑制物不利于发酵 的难题。 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下 —种以木质纤维素类生物质为原料发酵制备生物丁醇的方法，包括如下步骤
(1)采用稀酸水解木质纤维素类生物质制备多组分糖液；
(2)通过膜分离和吸附分离方法对多组分糖液进行脱毒处理； (3)通过膜分离方法对多组分糖液进行灭菌处理，再通过高温蒸汽对不包含碳源 的发酵培养基进行灭菌处理，最后将灭菌后的多组分糖液和不包含碳源的发酵培养基组合 配制成发酵培养基； (4)将丁醇生产菌接种至步骤(3)得到的发酵培养基中，发酵制备生物丁醇；
(5)将步骤(4)得到的发酵液经固液分离处理，液体经蒸馏得到丁醇、丙酮和乙醇。 步骤(1)中，所述的木质纤维素类生物质为玉米秸秆、玉米芯、玉米皮、稻草、麦 草、甘蔗渣和锯木粉中的任意一种或几种。 步骤(1)中，所述的稀酸水解采用的稀酸为1 3% (v/v)的硫酸溶液或盐酸溶 液，木质纤维素类生物质与稀酸的料液比为10 20% (w/v) (1% (w/v)即为10g/L，本发明 中质量百分比浓度换算方法相同)，水解温度为110 13(TC，水解时间为30 180min，将 原料中的半纤维素及残留的淀粉水解为还原糖，水解完成后经离心或过滤，清液加碱中和， 再经浓縮即得多组分糖液。 步骤(2)中，所述的膜分离方法所采用的膜为陶瓷超滤膜或有机超滤膜，超滤膜 截留分子量为1500 5000道尔顿；膜分离操作条件为操作压力0. 2 0. 5Mpa，pH4. 0 6. O，操作温度15 35t:，采用错流操作方式分离其中的可溶性木质素及多酚类化合物；对 膜分离后的糖液继续采用吸附分离的方法脱毒，吸附脱毒结束后，需过滤去除吸附剂，吸附 剂经再生重复使用；所采用的吸附剂为树脂或活性炭，其中树脂可以为大孔吸附树脂，树脂 吸附的操作条件为pH4. 0 6. O，温度15 35t:，采用固定床吸附，处理的糖液体积为树 脂床层体积的10 30倍；活性炭吸附操作条件为pH4. 0 6. O，温度30 5(TC，活性炭 用量0. 5 3. 0% (w/v)，搅拌吸附15 40min，活性炭吸附结束后需经过滤处理得到脱毒后的多组分糖液。以通过步骤(2)的处理可消除大部分有害物质包括糠醛、5-羟甲基糠 醛、单酚、多酚类化合物及可溶性木质素。 上述吸附剂经再生可重复使用。对于吸附树脂的再生，其再生剂为乙醇溶液和氢 氧化钠溶液中的任意一种或几种，再生条件为在25 5(TC下将再生剂通入树脂床层，用 量为床层体积的3 6倍，随后用去离子水将树脂洗涤至中性；对于活性炭的再生，其再生 剂为盐酸溶液、硫酸溶液、氢氧化钠溶液和乙醇溶液中的任意一种或几种，再生条件为再 生剂与活性炭的质量比为2 : 1，再生温度为70 10(TC，再生时间为2 6h，再用去离子 水洗涤至中性，过滤烘干即可。 步骤(3)中，所述的发酵培养基为pH 5. 5 7. 0的含有碳源、氮源及无机盐的液 体培养基，并添加维生素；其中碳源为多组分糖液，培养基中的总糖浓度为40 70g/L ;氮 源为有机或无机含氮化合物，其中无机含氮化合物为乙酸铵和硫酸铵中的任意一种或几 种，有机含氮化合物为蛋白胨、酵母膏、酵母粉、玉米浆和尿素中的任意一种或几种；无机盐 为钠盐、钾盐、镁盐、*丐盐、磷酸盐、锰盐和铁盐中的任意一种或几种；维生素为生物素、硫胺 素和对氨基苯甲酸中的任意一种或几种。为了消除高温灭菌过程中多组分糖液进一步降解 产生的糠醛类及酚类有害物质，对糖液采用膜过滤除菌，使用微滤膜或超滤膜，材质为有机 膜或无机膜，其中，微滤膜孔径为0. 1 0. 2um，超滤膜截留分子量为5000 10000道尔顿， 膜组件为巻式、管式、中空纤维式或平板式。 步骤(4)中，丁醇生产菌属于梭状芽孢杆菌(Clostridium)包括丙酮丁醇梭菌 (Clostridium acetobutylicum)、拜氏梭菌(Clostridium beijerinckii)。 发酵条件为 厌氧，发酵温度30 40°C ，发酵时间48 84h。 步骤(5)中，所述的固液分离处理为板框压滤、离心过滤和真空过滤中的任意一 种或几种的组合。 有益效果本发明提供一种能以较低成本从木质纤维素制备多组分糖液，通过脱 毒处理，作为原料替代粮食用于发酵制备生物丁醇，通过膜过滤除菌替代传统的高温灭菌， 可避免多组分糖液在高温灭菌过程中产生新的发酵抑制物，并能降低发酵能耗。水解后残 留的生物质残渣，可用于木质素提取、造纸、制作人工板材及沼气发酵等。本发明提高了生 物丁醇的竞争力，既解决了传统发酵生产丁醇存在的"与人争粮，与粮争地"及原料成本高 的问题，又实现了木质纤维素类生物质的多重利用，避免了将其废弃所造成的环境污染，促 进了农林业的增收，对实现资源的可持续利用、建设低碳经济具有重要意义。


图1为本发明的以木质纤维素类生物质为原料发酵制备生物丁醇的工艺流程图。
具体实施例方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实 施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限 制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例1 : 以玉米秸秆为原料发酵制备丁醇，稀酸水解条件为2% (v/v)的硫酸溶液，原料与稀酸的料液比为18% (w/v)，水解温度为12rC，水解时间为120min，水解液经过过滤，采 用石灰乳中和滤液中的硫酸根，滤去沉淀，将清液浓縮至总还原糖浓度为150g/L。
对水解糖液进行脱毒处理，首先采用截留分子量为5000道尔顿的有机超滤膜对 水解糖液进行分离，操作压力为0. 3Mpa， pH5. O，操作温度25°C，收集滤液随后进行大孔吸 附树脂固定床吸附脱毒，PH5. O，温度25t:，处理的水解糖液体积为树脂床层体积的15倍。 经过以上处理，水解糖液中的单酚脱除率为92%，多酚脱除率为94%，糠醛脱除率为85%， 羟甲基糠醛脱除率为73%，可溶性木质素脱除率为82%。 以此糖液配制成总还原糖浓度为60g/L的培养基(经检测其中木糖浓度约45g/L， 葡萄糖浓度约10g/L，阿拉伯糖浓度约5g/L)，蛋白胨lg/L，磷酸二氢钾0. 5g/L，磷酸氢二钾 0. 5g/L， 一水硫酸锰0. 01g/L，氯化钠0. 01g/L，七水硫酸镁0. 2g/L，生物素0. 01mg/L，硫胺 素O. 001g/L，对氨基苯甲酸0. 001g/L。其中多组分糖液采用巻式超滤膜(截留分子量2500 道尔顿)过滤除菌，其它组分采用蒸汽灭菌，然后将其混合，配制成发酵培养基。
待发酵培养基冷却后，接种丁醇生产菌株Clostridium acetobutylicum(购于 CGMCC，编号1. 134)，厌氧条件下，发酵温度为37°C ，发酵时间为72h。发酵完毕后，经气相色 谱检测，其中丁醇含量为11g/L，丙酮含量为3. 2g/L，乙醇含量为1. 4g/L。发酵液经过离心 过滤，将菌体与液体分离，离心清液经过粗馏、精馏最终分为丁醇、丙酮及乙醇三种产品。
对吸附树脂的再生处理，采用的再生剂为乙醇与氢氧化钠溶液的混合物，其中乙 醇的含量为50% (v/v)，氢氧化钠的含量为lmol/L，再生剂的用量为树脂体积的4倍，4(TC 下进行再生，并用去离子水洗至中性，再生后的树脂对酚类的吸附量为新树脂的99% 。
对比例1 : 同实施例1的方法，所不同的是培养基中的多组分糖液与其它组分一起采用高温 灭菌，结果发酵液中残糖为58g/L，经气相色谱检测，未检出丁醇、丙酮及乙醇等产物。
实施例2: 以甘蔗渣为原料发酵制备丁醇，稀酸水解条件为1. 5% (v/v)的硫酸，原料与稀 酸的料液比为15% (w/v)，水解温度为126t:，酸水解时间为90min，水解液经过过滤，采用 石灰乳中和滤液中的硫酸根，滤去沉淀，将清液浓縮至总还原糖浓度为200g/L。
对水解糖液进行脱毒处理，首先采用截留分子量为1500道尔顿的有机超滤膜对 水解糖液进行分离，操作压力为0. 5Mpa， pH4. 5，操作温度30°C，收集滤液随后进行大孔吸 附树脂固定床吸附脱毒，PH4. 5，温度25t:，处理的水解糖液体积为树脂床层体积的20倍， 对经过树脂处理的糖液进行活性炭吸附，活性炭用量0. 5% (w/v)，搅拌30min，，活性炭吸 附结束后需经过滤处理得到脱毒后的多组分糖液。经过以上处理，水解糖液中的单酚脱除 率为95 % ，多酚脱除率为97 % ，糠醛脱除率为95 % ，羟甲基糠醛脱除率为95 % ，可溶性木质 素脱除率为93%。 以此糖液配制成总还原糖浓度为70g/L的培养基(经检测其中木糖浓度约53g/L， 葡萄糖浓度约10g/L，阿拉伯糖浓度约7g/L)，酵母粉lg/L，磷酸二氢钾0. 5g/L，磷酸氢二钾 0. 5g/L， 一水硫酸锰0. 01g/L，氯化钠0. 01g/L，七水硫酸镁0. 2g/L，生物素0. 01mg/L，硫胺 素O. 001g/L。其中多组分糖液采用巻式超滤膜(截留分子量8000道尔顿)过滤除菌，其它 组分采用蒸汽灭菌，然后将其混合配制成发酵培养基。 待发酵培养基冷却后，接种丁醇生产菌株Clostridiumbei jerinckii (ATCC51743)，厌氧条件下，发酵温度为36°C ，发酵时间为60h。发酵完毕后， 经气相色谱检测，其中丁醇含量为13. 5g/L，丙酮含量为6. lg/L，乙醇含量为2. 3g/L。发酵 液经过板框过滤，将菌体与液体分离，清液经过粗馏、精馏最终分为丁醇、丙酮及乙醇三种
广PR o 对吸附树脂的再生处理采用3mol/L的氢氧化钠溶液作为再生剂，再生剂用量为 树脂体积的3倍，5(TC下进行再生，并用去离子水洗至中性，再生后的树脂对酚类的吸附量 为新树脂的90%。 废活性炭再生采用40% (v/v)的硫酸溶液，再生剂与废活性炭的质量比为2 : 1， 再生温度为9(TC，搅拌再生2h，并用去离子水洗涤至中性，过滤烘干即可。再生后的活性炭 对酚类的吸附量为新活性炭的95%。
对比例2: 同实施例2的方法，所不同的是培养基中的多组分糖液与其它组分一起采用高温 灭菌，结果发酵液中残糖为41g/L，经气相色谱检测，丁醇含量为2. 4g/L、丙酮含量为0. 7g/ L、乙醇含量为0. 2g/L。
实施例3 : 以玉米芯为原料发酵制备丁醇，玉米秸秆稀酸水解条件为3% (v/v)的硫酸，原 料与稀酸的料液比为20% (w/v)，水解温度为13(TC，酸水解时间为180min，水解液经过过 滤，采用石灰乳中和滤液中的硫酸根，滤去沉淀，将清液浓縮至总还原糖浓度为150g/L。对 水解糖液进行脱毒处理，首先采用截留分子量为5000道尔顿的陶瓷超滤膜对水解糖液进 行分离，操作压力为0. 3Mpa， pH5. O，操作温度25°C，收集滤液随后进行经过再生处理的大 孔吸附树脂固定床吸附脱毒，PH4. O，温度25t:，处理的水解糖液体积为树脂床层体积的25 倍。经过以上处理，水解糖液中的单酚脱除率为90%，多酚脱除率为87%，糠醛脱除率为 81%，羟甲基糠醛脱除率为75%，可溶性木质素脱除率为78%。 以此糖液配制成总还原糖浓度为60g/L的培养基(经检测其中木糖浓度约43g/ L，葡萄糖浓度约8g/L，阿拉伯糖浓度约9g/L)，玉米浆lg/L，磷酸二氢钠1. 0g/L，磷酸氢二 钠1. Og/L，七水硫酸亚铁0. lg/L，七水硫酸镁lg/L，对氨基苯甲酸0. 001g/L。其中多组分 糖液采用巻式超滤膜(截留分子量8000)过滤除菌，其它组分采用蒸汽灭菌，然后将其混合 配制成发酵培养基。 待发酵培养基冷却后，接种丁醇生产菌株Clostridium acetobutylicum(ATCC824)，厌氧条件下，发酵温度为38。C，发酵时间为84h。发酵完毕后， 经气相色谱检测，其中丁醇含量为12g/L，丙酮含量为3. 5g/L，乙醇含量为1. 7g/L。发酵液 经过真空过滤，将菌体与液体分离，清液经过粗馏、精馏最终分为丁醇、丙酮及乙醇三种产
PR o 对吸附树脂的再生处理采用50% (v/v)的乙醇溶液作为再生剂，再生剂用量为树 脂体积的4倍，3(TC下进行再生，并用去离子水洗至中性，再生后的吸附树脂对酚类的吸附 量为新树脂的91%。
对比例3: 同实施例3的方法，所不同的是培养基中的多组分糖液与其它组分一起采用高温 灭菌，结果发酵液中的残糖为54g/L，经气相色谱检测，未检测到丁醇、丙酮及乙醇。
以麦草为原料发酵制备丁醇，稀酸水解条件为3% (v/v)的盐酸，原料与稀酸的 料液比为15% (w/v)，水解温度为126t:，酸水解时间为90min，水解液经过过滤，采用氢氧 化钠中和至P朋.O，浓縮至总还原糖浓度为200g/L。对水解糖液进行脱毒处理，首先采用截 留分子量为2500道尔顿的有机超滤膜对水解糖液进行分离，操作压力为0. 3Mpa，pH6. O，操 作温度2(TC，收集滤液随后进行活性炭吸附脱毒，pH4. 5，温度5(TC，添加活性炭2. 5% (w/ v，其中80%为回收的再生活性炭)，搅拌40min，活性炭吸附结束后需经过滤处理得到脱毒 后的多组分糖液。经过以上处理，水解糖液中的单酚脱除率为79%，多酚脱除率为80%，糠 醛脱除率为80%，羟甲基糠醛脱除率为75%，可溶性木质素脱除率为86%。
以此糖液配制成总还原糖浓度为40g/L的培养基(经检测其中木糖浓度约31g/L， 葡萄糖浓度约6g/L，阿拉伯糖浓度约3g/L)，玉米蛋白lg/L，过磷酸钙1. 5g/L，乙酸胺2g/L， 七水硫酸亚铁O. lg/L，生物素0.001g/L。其中多组分糖液采用中空纤维微滤膜(0. lum)过 滤除菌，其它组分采用蒸汽灭菌，然后将其混合配制成发酵培养基。 待发酵培养基冷却后，接种丁醇生产菌株Clostridium beijerinckii(ATCC51743)，厌氧条件下，发酵温度为38°C ，发酵时间为48h。发酵完毕后， 经气相色谱检测，其中丁醇含量为8. 5g/L，丙酮含量为4. Og/L，乙醇含量为1. 2g/L。发酵液 经过板框过滤，将菌体与液体分离，清液经过粗馏、精馏最终分为丁醇、丙酮及乙醇三种产
PR o 废活性炭再生采用40% (v/v)的硫酸溶液，再生剂与废活性炭的质量比为2 : 1， 再生温度为9(TC，搅拌再生2h，并用去离子水洗涤至中性，过滤烘干即可。再生后的活性炭 对酚类的吸附量为新活性炭的95%。
X寸比例4: 同实施例4的方法，所不同的是培养基中的多组分糖液与其它组分一起采用高温 灭菌，结果发酵液中的残糖为37g/L，经气相色谱检测，未检测到丁醇、丙酮及乙醇。
实施例5 : 以稻草为原料发酵制备丁醇，稀酸水解条件为1% (v/v)的硫酸，原料与稀酸的 料液比为20% (w/v)，水解温度为13(TC，酸水解时间为90min，水解液经过过滤，采用石灰 乳中和滤液中的硫酸根，滤去沉淀，浓縮至总还原糖浓度为150g/L。对水解糖液进行脱毒 处理，首先采用截留分子量为3000道尔顿的有机超滤膜对水解糖液进行分离，操作压力为 0. 3Mpa， pH4. O，操作温度30°C ，收集滤液随后采用活性炭吸附脱毒，温度4(TC，添加活性炭 3.0% (w/v)，搅拌30min，活性炭吸附结束后需经过滤处理得到脱毒后的多组分糖液。经过 以上处理，水解糖液中的单酚脱除率为85%，多酚脱除率为90%，糠醛脱除率为85%，羟甲 基糠醛脱除率为80%，可溶性木质素脱除率为96%。 以此糖液配制成总还原糖浓度为60g/L的培养基(经检测其中木糖浓度约43g/L， 葡萄糖浓度约1 lg/L，阿拉伯糖浓度约6g/L)，玉米浆lg/L，磷酸二氢钾0. 5g/L，磷酸氢二钾 0. 5g/L，乙酸铵2. 2g/L， 一水硫酸锰0. 01g/L，七水硫酸亚铁0. lg/L，七水硫酸镁0. 2g/L，其 中多组分糖液采用管式陶瓷微滤膜(0. 2um)过滤除菌，其它组分采用蒸汽灭菌，然后将其 混合配制成发酵培养基。 待发酵培养基冷却后，接种丁醇生产菌株Clostridium acetobutylicum1. 134(购于CGMCC，编号1. 134)，厌氧条件下，发酵温度为35。C，发酵时间为72h。发酵完 毕后，经气相色谱检测，其中丁醇含量为12. 5g/L，丙酮含量为5. 5g/L，乙醇含量为1. 9g/L。 发酵液经过离心过滤，将菌体与液体分离，离心清液经过粗馏、精馏最终分为丁醇、丙酮及 乙醇三种产品。 废活性炭再生采用50% (v/v)的硫酸溶液，再生剂与废活性炭的质量比为2 : 1， 再生温度为7(TC，搅拌再生6h，并用去离子水洗涤至中性，过滤烘干即可。再生后的活性炭 对酚类的吸附量为新活性炭的97%。
对比例5: 同实施例5的方法，所不同的是发酵采用的稻草水解糖液未进行脱毒处理，并且 对多组分糖液采用高温灭菌，结果发酵液中的糖未被消耗。
权利要求
一种以木质纤维素类生物质为原料发酵制备生物丁醇的方法，其特征在于该方法包括如下步骤(1)采用稀酸水解木质纤维素类生物质制备多组分糖液；(2)通过膜分离和吸附分离方法对多组分糖液进行脱毒处理；(3)通过膜分离方法对多组分糖液进行灭菌处理，再通过高温蒸汽对不包含碳源的发酵培养基进行灭菌处理，最后将灭菌后的多组分糖液和不包含碳源的发酵培养基组合配制成发酵培养基；(4)将丁醇生产菌接种至步骤(3)得到的发酵培养基中，发酵制备生物丁醇；(5)将步骤(4)得到的发酵液经固液分离处理，液体经蒸馏得到丁醇、丙酮和乙醇。
2. 根据权利要求1所述的以木质纤维素类生物质为原料发酵制备生物丁醇的方法，其 特征在于所述的木质纤维素类生物质为玉米秸秆、玉米芯、玉米皮、稻草、麦草、甘蔗渣和锯 木粉中的任意一种或几种。
3. 根据权利要求1所述的以木质纤维素类生物质为原料发酵制备生物丁醇的方法，其 特征在于步骤(1)中，所述的稀酸水解采用的稀酸为1 3% (v/v)的硫酸溶液或盐酸溶 液，木质纤维素类生物质与稀酸的料液比为10 20% (w/v)，水解温度为110 13(TC，水 解时间为30 180min，水解完成后经离心或过滤，清液加碱中和，再经浓縮即得多组分糖 液。
4. 根据权利要求1所述的以木质纤维素类生物质为原料发酵制备生物丁醇的方法，其 特征在于步骤(2)中，所述的膜分离方法所采用的膜为陶瓷超滤膜或有机超滤膜，超滤膜 截留分子量为1500 5000道尔顿；膜分离操作条件为操作压力0. 2 0. 5Mpa，pH4. 0 6. O，操作温度15 35°C ;对膜分离后的糖液继续采用吸附分离的方法脱毒，吸附脱毒结束 后，需过滤去除吸附剂，吸附剂经再生重复使用；所采用的吸附剂为树脂或活性炭，其中树 脂吸附的操作条件为pH4. 0 6. O，温度15 35t:，采用固定床吸附，处理的糖液体积为 树脂床层体积的10 30倍；活性炭吸附操作条件为pH4. 0 6. O，温度30 50°C，活性 炭用量0. 5 3. 0% (w/v)，搅拌吸附15 40min，活性炭吸附结束后需经过滤处理得到脱 毒后的多组分糖液。
5. 根据权利要求1所述的以木质纤维素类生物质为原料发酵制备生物丁醇的方法， 其特征在于步骤(3)中，所述的发酵培养基为pH 5. 5 7. 0的含有碳源、氮源及无机盐的 液体培养基，并添加维生素；其中碳源为多组分糖液，培养基中的总糖浓度为40 70g/L ; 氮源为有机或无机含氮化合物，其中无机含氮化合物为乙酸铵和硫酸铵中的任意一种或几 种，有机含氮化合物为蛋白胨、酵母膏、酵母粉、玉米浆和尿素中的任意一种或几种；无机盐 为钠盐、钾盐、镁盐、*丐盐、磷酸盐、锰盐和铁盐中的任意一种或几种；维生素为生物素、硫胺 素和对氨苯甲酸中的任意一种或几种。
6. 根据权利要求1所述的以木质纤维素类生物质为原料发酵制备生物丁醇的方法，其 特征在于步骤(3)中，所述的膜分离方法所采用的膜为微滤膜或超滤膜，材质为有机膜或 无机膜，其中，微滤膜孔径为0. 1 0. 2um，超滤膜截留分子量为5000 10000道尔顿。
7. 根据权利要求1所述的以木质纤维素类生物质为原料发酵制备生物丁醇的方法，其 特征在于步骤(4)中，所述的丁醇生产菌为梭状芽孢杆菌Clostridium。
8. 根据权利要求1所述的以木质纤维素类生物质为原料发酵制备生物丁醇的方法，其特征在于步骤(4)中，发酵条件为厌氧，发酵温度30 4(TC，发酵时间48 84h。
9.根据权利要求1所述的以木质纤维素类生物质为原料发酵制备生物丁醇的方法，其 特征在于步骤(5)中，所述的固液分离处理为板框压滤、离心过滤和真空过滤中的任意一 种或几种的组合。
全文摘要
本发明公开了一种以木质纤维素类生物质为原料发酵制备生物丁醇的方法，采用稀酸水解木质纤维素类生物质制备多组分糖液；通过膜分离和吸附分离方法对多组分糖液进行脱毒处理及灭菌处理，通过膜分离方法对多组分糖液进行灭菌处理，再通过高温对不包含碳源的发酵培养基进行灭菌处理，最后将灭菌后的多组分糖液和不包含碳源的发酵培养基组合配制成发酵培养基；将丁醇生产菌接种至发酵培养基中，发酵制备生物丁醇；将发酵液经固液分离处理，液体经蒸馏得到丁醇、丙酮和乙醇。本发明既解决了传统发酵生产丁醇存在的“与人争粮，与粮争地”及原料成本高的问题，又实现了木质纤维素类生物质的多重利用。
文档编号C12P7/28GK101748158SQ201019026109
公开日2010年6月23日 申请日期2010年2月5日 优先权日2010年2月5日
发明者任晓乾, 吴昊, 姜岷, 孙佰军, 欧阳平凯, 蔡恒, 郭亭, 陈啸鹏, 韦萍 申请人:南京工业大学