专利名称：秸秆水解液发酵生产乙醇的方法
技术领域：
本发明涉及一种提高发酵乙醇效率的方法。
背景技术：
随着乙醇消耗的快速增长，基于谷物基/糖质基的第一代乙醇已经无法满足市场需求，因此全世界掀起了开发第二代乙醇——纤维素乙醇的热潮。但是由于纤维素乙醇的成本过高，到现在为止，还迟迟未实现产业化。造成纤维素乙醇成本过高的原因之一是发酵微生物对纤维素水解液的发酵效率不高，最终导致发酵液中乙醇浓度过低，需要在蒸馏工艺段消耗大量的能量。现有纤维素乙醇生产中，纤维素水解液中的六碳糖乙醇发酵工艺，几乎完全照搬谷物基乙醇发酵工艺。然而纤维素水解液的环境条件和谷物基发酵液的环境条件有很大差别，如木质纤维素预处理时会产生的甲酸、乙酸、糠醛、羟甲基糠醛、无机金属离 子等副产物；不同的纤维素乙醇生产工艺有时需要适当的提高温度和降低P H值，如同时糖化发酵工艺(SSF)的温度一般是37°C 40°C，p H值是5.0左右，而酿酒酵母发酵的最适温度是32°C,最适宜p H值是5. 5这些条件的差别会严重影响酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)等发酵微生物的发酵效能。而酵母的活性是可以受到微量营养元素等某些物质的促进的，这些物质可以帮助酵母抵抗恶劣环境，提高酵母的活性，进而提高发酵效率。
发明内容
本发明是为了解决秸杆糖化发酵工艺影响发酵微生物的发酵效能的技术问题，提供了一种秸杆水解液发酵生产乙醇的方法。秸杆水解液发酵生产乙醇的方法按以下步骤进行一、将秸杆在180°C 210°C蒸汽爆破处理4min 8min，然后加水至固含量为18% 23%，调节p H值为4. 6 5. 5，然后在121°C灭菌20min，加入纤维素酶、生物解毒菌剂FYL，纤维素酶与经过蒸汽爆破的秸杆的质量比为0.1 I，生物解毒菌剂FYL与经过蒸汽爆破的秸杆的质量比为0. I 1，在温度为50°C、搅拌速度为150rpm的条件下，糖化48小时，得到秸杆水解液；二、向秸杆水解液中加入四水氯化锰、七水硫酸锌、六水氯化镍、八水氯化钴、泛酸、肌醇和维生素B1，然后调节p H值为5. 0 5. 5，得到混合溶液，混合溶液中四水氯化锰的浓度为I 25mg/L,七水硫酸锌的浓度为2 10mg/L,六水氯化镍的浓度为10 90 y m/L,八水氯化钴的浓度为I 30 ii m/L,泛酸的浓度为I 10ml/L,肌醇的浓度为50 150mg/L，维生素B1的浓度为50 150mg/L ；三、向混合溶液中加入酿酒酵母至酵母的浓度为I. 5g/L,然后在温度为32°C 40°C、搅拌速度为150rpm的条件下发酵48 72小时，即得乙醇。采用本发明方法在40°C、p H值为5. 0 5. 5发酵所得乙醇，是不添加微量元素(四水氯化锰、七水硫酸锌、六水氯化镍、八水氯化钴、泛酸、肌醇和维生素B1)直接发酵所得乙醇产率的2 3倍。
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方式
间的任意组合。
具体实施方式
一本实施方式秸杆水解液发酵生产乙醇的方法按以下步骤进行一、将秸杆在180°C 210°C蒸汽爆破处理4min 8min，然后加水至固含量为18% 23%，调节p H值为4. 6 5. 5，然后在121°C灭菌20min，加入纤维素酶、生物解毒菌剂FYL，纤维素酶与经过蒸汽爆破的秸杆的质量比为0.1 I，生物解毒菌剂FYL与经过蒸汽爆破的秸杆的质量比为0. I 1，在温度为50°C、搅拌速度为150rpm的条件下，糖化48小时，得到秸杆水解液；二、向秸杆水解液中加入四水氯化锰、七水硫酸锌、六水氯化镍、八水氯化钴、泛酸、肌醇和维生素B1，然后调节p H值为5. 0 5. 5，得到混合溶液，混合溶液中四水氯化锰的浓度为I 25mg/L,七水硫酸锌的浓度为2 10mg/L,六水氯化镍的浓度为10 90 y m/L,八水氯化钴的浓度为I 30 ii m/L,泛酸的浓度为I 10ml/L,肌醇的浓度为50 150mg/L，维生素B1的浓度为50 150mg/L ；三、向混合溶液中加入酿酒酵母至酵母的浓度为I. 5g/L,然后在温度为32°C 40°C、搅拌速度为150rpm的条件下发酵48 72小时，即得乙醇。本实施方式步骤二中所述的纤维素酶为混合纤维素酶(购自于黑龙江省肇东市日成酶制剂有限公司)。本实施方式步骤二中所述的生物解毒菌剂FYL的制备方法如下将浓度为IO8个/ mL的康宁木霉孢子悬浮液、浓度为IO8AAiL的米曲霉孢子悬浮液和浓度为IO8AAiL的角毛壳菌孢子悬浮液按照I : I : I的体积比混合得到混合孢子液；在无菌的条件下，混合孢子液接入培养基中，在30 40°C条件下静止培养48 72h，即制作得到生物解毒菌剂FYL.其中培养基由麸皮、结晶纤维素和无机盐溶液(KH2PO4的质量浓度为0. 7%、(NH4)2SO4的质量浓度为3. 3%, K2HPO4的质量浓度为0. 7%和MgSO4的质量浓度为0. I %的水溶液，pH值为5 7)组成，混合比例为4 : 6 : 7. 5。混合孢子液和培养基的体积比为2 3 25。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二中调节p H值为5. I 5. 4。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或二不同的是步骤二中调节p H值为5. 3。其它与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三之一不同的是步骤二中所述混合溶液中四水氯化锰的浓度为13mg/L。其它与具体实施方式
一至三之一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至四之一不同的是步骤二中所述混合溶液中七水硫酸锌的浓度为6mg/L。其它与具体实施方式
一至四之一相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至五之一不同的是步骤二中所述混合溶液中六水氯化镍的浓度为50 y m/L。其它与具体实施方式
一至五之一相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一至六之一不同的是步骤二中所述混合溶液中八水氯化钴的浓度为15 y m/L。其它与具体实施方式
一至六之一相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一至七之一不同的是步骤二中所述混合溶液中泛酸的浓度为5ml/L。其它与具体实施方式
一至七之一相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一至八之一不同的是步骤二中所述混合溶液中肌醇的浓度为100mg/L。其它与具体实施方式
一至八之一相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
一至九之一不同的是步骤二中所述混合溶液中维生素B1的浓度为100mg/L。其它与具体实施方式
一至九之一相同。采用下述实验验证本发明效果
实验一秸杆水解液发酵生产乙醇的方法按以下步骤进行一、将秸杆在200°C蒸汽爆破处理6min，然后加水至固含量为20%，调节p H值为5，然后在121°C灭菌20min，加入纤维素酶、生物解毒菌剂FYL，纤维素酶与经过蒸汽爆破的秸杆的质量比为0.1 1，生物解毒菌剂FYL与经过蒸汽爆破的秸杆的质量比为0. I 1，在温度为50°C、搅拌速度为150rpm的条件下，糖化48小时，得到秸杆水解液；二、向秸杆水解液中加入四水氯化锰、七水硫酸锌、六水氯化镍、八水氯化钴、泛酸、肌醇和维生素B1，然后调节p H值为5.0，得到混合溶液，混合溶液中四水氯化锰的浓度为25mg/L，七水硫酸锌的浓度为10mg/L，六水氯化镍的浓度为10 y m/L，八水氯化钴的浓度为30 ii m/L,泛酸的浓度为10ml/L,肌醇的浓度为150mg/L,维生素B1的浓度为150mg/L ；三、向混合溶液中加入酵母至酵母的浓度为I. 5g/L，然后在温度为40°C、搅拌速度为150rpm的条件下发酵48小时，即得乙醇。发酵结束后，乙醇浓度为50g/L，是不进行步骤二直接向秸杆水解液中加入酵母至酵母的浓度为I. 5g/L，然后在温度为40°C、搅拌速度为150rpm的条件下发酵48小时所得乙醇产量的2. 94倍。实验二秸杆水解液发酵生产乙醇的方法按以下步骤进行一、将秸杆在200°C蒸汽爆破处理6min，然后加水至固含量为20%，调节p H值为5，然后在121°C灭菌20min，加入纤维素酶、生物解毒菌剂FYL，纤维素酶与经过蒸汽爆破的秸杆的质量比为0.1 1，生物解毒菌剂FYL与经过蒸汽爆破的秸杆的质量比为0. I 1，在温度为50°C、搅拌速度为150rpm的条件下，糖化发酵48小时，得到秸杆水解液；二、向秸杆水解液中加入四水氯化锰、七水硫酸锌、六水氯化镍、八水氯化钴、泛酸、肌醇和维生素B1，然后调节p H值为5.0，得到混合溶液，混合溶液中四水氯化锰的浓度为lmg/L，七水硫酸锌的浓度为2mg/L，六水氯化镍的浓度为50 y m/L，八水氯化钴的浓度为15 ii m/L,泛酸的浓度为10ml/L,肌醇的浓度为100mg/L,维生素B1的浓度为150mg/L ；三、向混合溶液中加入酵母至酵母的浓度为I. 5g/L，然后在温度为40°C、搅拌速度为150rpm的条件下发酵48小时，即得乙醇。发酵结束后，乙醇产量为34. 5g/L，是不进行步骤二直接向秸杆水解液中加入酵母至酵母的浓度为I. 5g/L，然后在温度为40°C、搅拌速度为150rpm的条件下发酵48小时所得乙醇产率的2. 06倍。实验三秸杆水解液发酵生产乙醇的方法按以下步骤进行一、将秸杆在200°C蒸汽爆破处理6min，然后加水至固含量为20%，调节p H值为5，然后在121°C灭菌20min，加入纤维素酶、生物解毒菌剂FYL，纤维素酶与经过蒸汽爆破的秸杆的质量比为0.1 1，生物解毒菌剂FYL与经过蒸汽爆破的秸杆的质量比为0. I 1，在温度为50°C、搅拌速度为150rpm的条件下，糖化发酵48小时，得到秸杆水解液；二、向秸杆水解液中加入四水氯化锰、七水硫酸锌、六水氯化镍、八水氯化钴、泛酸、肌醇和维生素B1，然后调节p H值为5.0，得到混合溶液，混合溶液中四水氯化锰的浓度为13mg/L，七水硫酸锌的浓度为6mg/L，六水氯化镍的浓度为10 y m/L，八水氯化钴的浓度为15 ii m/L,泛酸的浓度为5ml/L,肌醇的浓度为100mg/L,维生素B1的浓度为100mg/L ；三、向混合溶液中加入酵母至酵母的浓度为I. 5g/L，然后在温度为40°C、搅拌速度为150rpm的条件下发酵48小时，即得乙醇。发酵结束后，乙醇产量为41. 5g/L，是不进行步骤二直接向秸杆水解液中加入酵母 至酵母的浓度为I. 5g/L，然后在温度为40°C、搅拌速度为150rpm的条件下发酵48小时所得乙醇产率的2. 44倍。实验四秸杆水解液发酵生产乙醇的方法按以下步骤进行一、将秸杆在200°C蒸汽爆破处理6min，然后加水至固含量为20%，调节p H值为5，然后在121°C灭菌20min，加入纤维素酶、生物解毒菌剂FYL，纤维素酶与经过蒸汽爆破的秸杆的质量比为0.1 1，生物解毒菌剂FYL与经过蒸汽爆破的秸杆的质量比为0. I 1，在温度为50°C、搅拌速度为150rpm的条件下，糖化发酵48小时，得到秸杆水解液；二、向秸杆水解液中加入四水氯化锰、七水硫酸锌、六水氯化镍、八水氯化钴、泛酸、肌醇和维生素B1，然后调节p H值为5.0，得到混合溶液，混合溶液中四水氯化锰的浓度为13mg/L，七水硫酸锌的浓度为2mg/L，六水氯化镍的浓度为90 y m/L，八水氯化钴的浓度为30 ii m/L,泛酸的浓度为5ml/L,肌醇的浓度为50mg/L,维生素B1的浓度为150mg/L ；三、向混合溶液中加入酵母至酵母的浓度为I. 5g/L，然后在温度为40°C、搅拌速度为150rpm的条件下发酵48小时，即得乙醇。发酵结束后，乙醇产量为37. 5g/L，是不进行步骤二直接向秸杆水解液中加入酵母至酵母的浓度为I. 5g/L，然后在温度为40°C、搅拌速度为150rpm的条件下发酵48小时所得乙醇产率的2. 21倍。
权利要求
1.秸杆水解液发酵生产乙醇的方法，其特征在于秸杆水解液发酵生产乙醇的方法按以 下步骤进行一、将秸杆在180°C 210°C蒸汽爆破处理4min 8min，然后加水至固含量为18% 23 %，调节p H值为4. 6 5. 5，然后在121 °C灭菌20min，加入纤维素酶、生物解毒菌剂FYL， 纤维素酶与经过蒸汽爆破的秸杆的质量比为0.1 1，生物解毒菌剂FYL与经过蒸汽爆破的 秸杆的质量比为0. 1 1，在温度为50°C、搅拌速度为150rpm的条件下，糖化48小时，得到 秸杆水解液；二、向秸杆水解液中加入四水氯化锰、七水硫酸锌、六水氯化镍、八水氯化钴、泛酸、肌 醇和维生素，然后调节p H值为5. 0 5. 5，得到混合溶液，混合溶液中四水氯化锰的浓 度为1 25mg/L,七水硫酸锌的浓度为2 10mg/L,六水氯化镍的浓度为10 90 y m/L,八 水氯化钴的浓度为1 30 y m/L,泛酸的浓度为1 10ml/L,肌醇的浓度为50 150mg/L, 维生素的浓度为50 150mg/L ；三、向混合溶液中加入酿酒酵母至酵母的浓度为1.5g/L，然后在温度为32°C 40°C、 搅拌速度为150rpm的条件下发酵48 72小时，即得乙醇。
2.根据权利要求1所述秸杆水解液发酵生产乙醇的方法，其特征在于步骤二中调节pH 值为5. 1 5. 4。
3.根据权利要求1所述秸杆水解液发酵生产乙醇的方法，其特征在于步骤二中调节pH 值为5.3。
4.根据权利要求1、2或3所述秸杆水解液发酵生产乙醇的方法，其特征在于步骤二中 所述混合溶液中四水氯化锰的浓度为13mg/L。
5.根据权利要求1、2或3所述秸杆水解液发酵生产乙醇的方法，其特征在于步骤二中 所述混合溶液中七水硫酸锌的浓度为6mg/L。
6.根据权利要求1、2或3所述秸杆水解液发酵生产乙醇的方法，其特征在于步骤二中 所述混合溶液中六水氯化镍的浓度为50 u m/L。
7.根据权利要求1、2或3所述秸杆水解液发酵生产乙醇的方法，其特征在于步骤二中 所述混合溶液中八水氯化钴的浓度为15 y m/L。
8.根据权利要求1、2或3所述秸杆水解液发酵生产乙醇的方法，其特征在于步骤二中 所述混合溶液中泛酸的浓度为5ml/L。
9.根据权利要求1、2或3所述秸杆水解液发酵生产乙醇的方法，其特征在于步骤二中 所述混合溶液中肌醇的浓度为100mg/L。
10.根据权利要求1、2或3所述秸杆水解液发酵生产乙醇的方法，其特征在于步骤二中 所述混合溶液中维生素的浓度为100mg/L。
全文摘要
秸秆水解液发酵生产乙醇的方法，它涉及一种提高发酵乙醇效率的方法。本发明要解决秸秆糖化发酵工艺影响发酵微生物的发酵效能的技术问题。本方法如下向秸秆水解液中加入四水氯化锰、七水硫酸锌、六水氯化镍、八水氯化钴、泛酸、肌醇和维生素B1，然后调节pH值为5.0～5.5，得到混合溶液，向混合溶液中加入酵母至酵母的浓度为1.5g/L，然后在温度为32℃～40℃、搅拌速度为150rpm的条件下发酵48～72小时，即得乙醇。采用本发明方法在40℃、pH值为5.0～5.5发酵所得乙醇，是不添加微量元素(四水氯化锰、七水硫酸锌、六水氯化镍、八水氯化钴、泛酸、肌醇和维生素B1)直接发酵所得乙醇产率的2～3倍。
文档编号C12R1/865GK102660588SQ20121017104
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月29日 优先权日2012年5月29日
发明者于艳玲, 冯玉杰, 李梓木 申请人:哈尔滨工业大学