专利名称：一种酸水解植物纤维制备生物燃料过程中抑制剂的降解方法
技术领域：
本发明涉及一种酸水解植物纤维制备生物燃料过程中抑制剂的降解方法。
背景技术：
由于陆地石油资源的逐渐枯竭和海洋石油的开采困难，人们致力于开发新能源。天然生物质废弃物资源丰富，具有价廉、可降解和减少生态环境污染等优点，因此利用天然的纤维素材料制备生物能源受到国家和社会的高度重视。天然的生物质废弃物主要包括农林生产的废弃物和剩余物，例如水稻、小麦等的秸杆、麸皮、甘蔗洛、木材边角料、芒草等，是地球上最丰富的可再生资源。我国的天然生物质资源十分丰富，可以大力发展生物能源。生物质废弃物的主要成分为纤维素、半纤维素和木质素三种成分，纤维素经过酸处理和酶解生成葡萄糖等可发酵糖。 秸杆等天然生物质材料的稀酸处理水解工艺被认为是目前最容易实现商业化的生产工艺，国内外在该领域进行了大量和深入的研究。但到目前为止，国内外在用稀酸水解木质纤维素生产燃料方面还存在着一些问题未能解决，其中一个重要问题是稀酸水解木质纤维素时会产生糠醛及其衍生物，这些物质会抑制能源微生物发酵产生生物燃料。木质纤维素由纤维素、半纤维素与木质素构成，天然植物秸杆中半纤维素占14-30%的比例，半纤维素经过酸水解工艺生成木糖为主的五碳糖。酸水解过程中水解温度在100°C以上的高温高压状态进行，水解过程中部分五碳糖在酸催化下转化成糠醛和糠醛的衍生物，酸水解液成分复杂，包括糠醛、羟甲级糠醛、葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖等10余种成分，其中糠醛含量较低，约占水解液的3-9%，因此对于糠醛等抑制剂的回收成本较高、回收利用的价值较低。目前降解糠醛及其衍生物的方法很多，主要有TiO2催化超声降解糠醛、微电解-UASB组合工艺、微波氧化降解糠醛。这些工艺都存在成本高的缺点。
发明内容
发明目的本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种经济、环保的酸水解植物纤维制备生物燃料过程中抑制剂的降解方法，可以加速生物质燃料工业化进程，同时避免了酸处理法制备生物燃料含糠醛等废水的处理费用。技术方案本发明所述酸水解植物纤维制备生物燃料过程中抑制剂的降解方法，包括如下步骤
(1)将植物纤维用稀酸进行预处理，处理后溶液中含有糠醛及其衍生物的溶液，用碱调节PH值；
(2)将斜面培养的漆酶产生菌、纤维素酶产生菌同时接入液体发酵培养基中，进行混合发酵，发酵时加入甘蔗渣滓或秸杆作为诱导剂诱导产生纤维素酶和漆酶，离心收集发酵液，采用盐析和透析法获得漆酶-纤维素酶混合酶；(3)将步骤(2)制得的漆酶-纤维素酶混合酶加入到步骤(I)的溶液中进行酶解，混合酶中的纤维素酶将植物纤维降解成可发酵的糖，混合酶中的漆酶将糠醛及其衍生物降解成无毒的物质。在步骤(3 )之后，将酵母等能源微生物接种至步骤(3 )获得的糖液中，进行发酵制备生物乙醇和生物油脂等生物燃料。步骤(I)中，所述稀酸的浓度为O. 1_3%。优选的，步骤(I)中，PH值为4. 0-4. 5，此时，漆酶-纤维素酶混合酶的酶解效果最佳。本发明方法中，是采用对峙实验确定混合发酵菌株的。采用对峙实验，确定漆酶产生菌(平菇、秀珍菇、蟹香菇、木耳、双孢菇、杏鲍菇)与纤维素酶产生菌(里氏木霉、绿色 木霉、康氏木霉、黑曲霉)混菌培养的生长规律和联合产酶规律,确定黑曲霉-平菇、康氏木霉-平菇组合可以在同一个生境中培养；所以，步骤(2)中，所述漆酶产生菌-纤维素酶产生菌组合为平菇-黑曲霉组合或平菇-康氏木霉组合。步骤(2)中，所述盐析为采用硫酸铵盐析；所述透析为采用透析袋透析。优选的，步骤(2)中，诱导剂的重量为混合液重量的2%，因为甘蔗渣滓和秸杆诱导纤维素酶和漆酶的效果都较好，因此诱导剂主要是甘蔗渣滓和秸杆。有益效果1、本发明方法采用生物降解的方法对酸水解法制备生物燃料中产生的抑制剂进行降解，生物降解糠醛不会产生新的污染物，具有经济、简捷，环保的优点，不必洗涤除去糠醛，同时避免产生糠醛污水处理的费用；2、本发明方法，利用混合酶处理酸处理过的植物纤维，在纤维素酶降解植物纤维制备糖的同时，漆酶降解糠醛等抑制剂，此方法获得的植物纤维降解糖中无糠醛等抑制剂，有利于能源微生物高效发酵制备酒精等生物质燃料；3、本发明方法采用漆酶产生菌与纤维素酶产生菌进行混菌发酵，制备漆酶-纤维素酶混合酶，将植物纤维酶解工艺与糠醛等抑制剂降解工艺合并成一个工艺过程，一边降解糠醛等抑制剂一边高效酶解植物纤维生产糖液，减少了工艺步骤；4、本发明提供的糠醛类抑制剂降解的主要终产物为二氧化碳和水等物质，具有效率高、经济、简捷，环保的优点适于大规模应用。
具体实施例方式下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。实施例I稀硫酸处理甘蔗渣制备生物乙醇过程中抑制剂的去除
(1)稀硫酸预处理甘蔗渣在121°c条件下，用O.5%稀硫酸进行预处理100g/L的甘蔗渣3h，处理后物料中含有约5% (w/v)的糠醛及其衍生物，处理后用8%的氢氧化钠调节pH至 4. 5 ;
(2)混合发酵制备漆酶-纤维素酶混合酶将纤维素酶产生菌与木质素酶产生菌进行混合发酵。发酵培养在5L发酵罐中进行，发酵培养基2. 5L，121°C灭菌20min，冷却至室温时按2%的接种量接入黑曲霉和平菇，加入2%的甘蔗渣作为诱导剂，培养基成分为葡萄糖5g，甘蔗渣滓 10g，(NH4)2SO4 6g，磷酸二氢钾 2g，NaNO3 2g，CaCl2O. 3g，MgSO4O. 3g，微量元素储液 10ml，蒸馏水定容至 1L，微量元素储液0. 3 g CaCl2,0. 3g MgSO4,0. 005g FeSO4·7Η20 ；O.0016g MnSCVH2O ;(λ OOl4g ZnS04*H20 ；0. 002g CoCl2,水 1L。发酵 4d，收集发酵液，采用
硫酸铵盐析和透析袋透析，获得漆酶-纤维素酶混合酶。(3)混合酶除糠醛-降解甘蔗渣将纤维素-漆酶混合酶加入稀酸处理的甘蔗渣中，进行酶解。酶解过程中采用紫外光谱法检测糠醛的含量，酶解96h之后糠醛和羟甲基糠醛皆被降解，紫外光谱检测不到。混合酶酶解96h后获得甘蔗渣降解产生的可发酵糖液。(4)发酵制备生物乙醇将休哈塔假丝酵母sAeAaiae, ATCC34887)进行无菌接种。培养温度28°C发酵培养，发酵期间，培养液利用生物传感分析仪直接测定乙醇含量。补料时，发酵罐停止搅拌，培养物静置沉降，开启蠕动泵从发酵罐中泵出上清液，将上清液减压蒸馏获得乙醇。发酵72h获得的甘蔗渣乙醇产率为35%。实施例2稀硫酸处理玉米秸杆制备生物柴油过程抑制剂的去除
(1)稀硫酸预处理秸杆在121°C条件下，用O.8%稀硫酸进行预处理100g/L的玉米秸杆2h，处理后物料中含有约8% (w/v)的糠醛及其衍生物，处理后用10%的氢氧化钠调节pH至 4. 5 ;
(2)混合发酵制备漆酶-纤维素酶混合酶将纤维素酶产生菌与木质素酶产生菌进行混合发酵。发酵培养在5L发酵罐中进行，发酵培养基2. 5L，121°C灭菌20min，冷却至室温时按2%的接种量接入康氏木霉和平菇，加入2%的秸杆作为诱导剂，培养基成分为葡萄糖5g，玉米秸杆 10g，(NH4)2SO4 6g，磷酸二氢钾 2g，NaNO3 2g，CaCl2O. 3g，MgSO4O. 3g，微量元素储液 10ml，蒸馏水定容至 1L，微量元素储液0. 3 g CaCl2,0. 3g MgSO4,0. 005g FeSO4·7Η20 ；
O.0016g MnS04.H20 ;0. 0014g ZnS04*H20 ；0. 002g CoCl2,水 1L。发酵 4d，收集发酵液，采用硫酸铵盐析和透析袋透析，获得漆酶-纤维素酶混合酶。(3)混合酶除糠醛-降解秸杆将纤维素-漆酶混合酶加入稀酸处理的秸杆，进行酶解。酶解过程中采用紫外光谱法检测糠醛的含量，酶解96h之后糠醛和羟甲基糠醛皆被降解，紫外光谱检测不到。混合酶酶解96h后获得秸杆降解产生的可发酵糖液。(4)发酵制备生物乙醇将休哈塔假丝酵母sAeAaiae, ATCC34887)进行无菌接种。培养温度28°C发酵培养，发酵期间，培养液利用生物传感分析仪直接测定乙醇含量。补料时，发酵罐停止搅拌，培养物静置沉降，开启蠕动泵从发酵罐中泵出上清液，将上清液减压蒸馏获得乙醇。发酵72h获得的秸杆乙醇产率为33. 6%。如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
权利要求
1.一种酸水解植物纤维制备生物燃料过程中抑制剂的降解方法，其特征在于包括如下步骤 (1)将植物纤维用稀酸进行预处理，处理后溶液中含有糠醛及其衍生物，用碱调节PH值； (2)将斜面培养的漆酶产生菌、纤维素酶产生菌同时接入液体发酵培养基中，进行混合发酵，发酵时加入甘蔗渣滓或秸杆作为诱导剂诱导产生纤维素酶和漆酶，离心收集发酵液，采用盐析和透析法获得漆酶-纤维素酶混合酶； (3)将步骤(2)制得的漆酶-纤维素酶混合酶加入到步骤(I)的溶液中进行酶解，混合酶中的纤维素酶将植物纤维降解成可发酵的糖，混合酶中的漆酶将糠醛及其衍生物降解成无毒的物质。
2.根据权利要求I所述的酸水解植物纤维制备生物燃料过程中抑制剂的降解方法，其特征在于步骤(I)中，所述稀酸的浓度为O. 1-3%。
3.根据权利要求I所述的酸水解植物纤维制备生物燃料过程中抑制剂的降解方法，其特征在于步骤(I)中，PH值为4. 0-4.5。
4.根据权利要求I所述的酸水解植物纤维制备生物燃料过程中抑制剂的降解方法，其特征在于步骤(2)中，所述漆酶产生菌-纤维素酶产生菌组合为平菇-黑曲霉组合或平菇-康氏木霉组合。
5.根据权利要求I所述的酸水解植物纤维制备生物燃料过程中抑制剂的降解方法，其特征在于步骤(2)中，所述漆酶-纤维素酶混合酶是采用硫酸铵盐析和透析袋透析获得的。
6.根据权利要求I所述的酸水解植物纤维制备生物燃料过程中抑制剂的降解方法，其特征在于步骤(2)中，诱导剂的重量为发酵液重量的2%。
全文摘要
本发明公开了一种酸水解植物纤维制备生物燃料过程中抑制剂的降解方法，包括如下步骤(1)将植物纤维用稀酸进行预处理，然后用碱调节溶液PH值；(2)将斜面培养的漆酶产生菌和纤维素酶产生菌同时接入液体发酵培养基中，进行混合发酵，发酵时加入秸秆作为诱导剂，离心收集发酵液，采用盐析和透析法获得漆酶-纤维素酶混合酶；(3)将步骤(2)制得的漆酶-纤维素酶混合酶加入到步骤(1)的溶液中进行酶解，混合酶中的纤维素酶将秸秆降解成可发酵的糖，混合酶中的漆酶将糠醛及其衍生物降解成无毒的物质。本发明方法将植物纤维酶解工艺与糠醛等抑制剂降解工艺合并成一个工艺过程，一边降解糠醛等抑制剂一边高效酶解植物纤维生产糖液，减少了工艺步骤，适于大规模工业应用。
文档编号C12P7/64GK102911985SQ20121043536
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月5日 优先权日2012年11月5日
发明者李强, 季更生, 费娟娟, 冯圆圆, 谷绪顶 申请人:江苏科技大学