专利名称：一种来源于枫树半纤维素的乙醇及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种来源于枫树半纤维素的乙醇及其制备方法，属于生物质能源与燃料乙醇发酵技术领域。
背景技术：
燃料乙醇，一般是指体积浓度达到99.5%以上的无水乙醇，可在专用的乙醇发动机中使用；又可按一定的比例与汽油混合，在不对原汽油发动机做任何改动的前提下直接使用。一方面可以作为汽油的替代物以减少汽油消耗量，另一方面可以减少汽车尾气污染物的排放，改善城市大气环境。传统的乙醇发酵以糖或淀粉为原料。但糖和淀粉的主要来源是食物，以粮食为原料生产燃料乙醇已经对世界粮食安全构成了威胁，迫切需要找到其他原料代替粮食。所以以木质纤维素为原料的燃料乙醇生产成为各国竞相研究的热点。在木质纤维素中，半纤维素作为第二丰富的碳水化合物排在纤维素之后，其含量高达35%以上。到目前为止，生物质燃料乙醇的生产主要以纤维素为原材料，首先进行预处理，然后必须纤过酶解，才能释放出葡萄糖进而进行乙醇发酵。但半纤维素预处理后，即可得可溶性单糖而直接由微生物发酵。由于这些原因，半纤维素生物转化是不应该被忽视的。利用半纤维素生产乙醇，最终能提高木质材料的整体利用效率。本发明采用有机酸预处理结合发酵过程补允氮源的燃料乙醇生产技术手段，对提高我国燃料乙醇生产水平，促进生物质能源产业的发展，有重要的实际意义。
发明内容
本发明提供了一种来源于枫树半纤维素的乙醇及其制备方法。该方法可在预处理过程中显著降低单糖的 损失，缩短发酵时间，提高乙醇产量。本发明技术方案如下:(I)对枫树材料进行研磨，过0.5毫米筛。并对原始材料进行成分分析，包括纤维素含量、半纤维素含量和灰分；(2)有机酸预处理方法降解枫树木质纤维材料:以0.5% v/v草酸为液相，固体浓度10% W/V，25°C下预先浸泡12小时后，160°C预处理35分钟。预处理后，降温至25°C，真空抽滤，取上清；(3)对预处理后的半纤维素水解液进行成分分析，所需要分析的成分包括木糖含
量，葡萄糖含量，糠醛和羟甲基糠醛。(4)用2mol/LK0H调整半纤维素水解液pH至7.5，添加酵母提取物10g/L和蛋白胨20g/L，接入大肠杆菌K011，37°C进行半纤维乙醇发酵。(5)检测发酵液中木糖含量，葡萄糖含量和乙醇含量。
具体实施方式
本发明为一种提高生物质燃料乙醇产量的新方法，主要由预处理和发酵两大步骤组成。下面通过具体实施例对本发明进一步详细描述。制备方法如下:I材料预处理:(I)枫树材料进行研磨，过0.5mm筛，进行成分分析:准确称取样品0.5g，至于IOml小烧杯，加入72%硫酸3.00ml，搅拌均匀，30°C水浴lh。浓酸水解液转移至IOOml玻璃瓶中，并稀释酸的浓度至4%。同时以糖回收标准液为内参，同样稀酸浓度于玻璃瓶中密封。同时置于高压灭菌锅内，121°C下，保温45min。砂芯漏斗拙滤。取5.0Oml滤液，加入过量CaCO3调节pH值，过滤取上清。由HPLC测定上清液中单糖含量。根据糖回收率折算后，葡萄糖含量乘以系数0.90得纤维素含量，木糖和阿拉伯糖含量之和乘以系数0.88得半纤维素含量。滤后残渣，蒸馏水洗涤至中性，105°C烘干，在550°C下4h灰化，得灰分含量；(2)以研磨的枫树为材料，以0.5% v/v草酸为液相，固体浓度10% W/V，25°C下预先浸泡12小时，160°C预处理35分钟。预处理后，降温至25°C，真空抽滤，得枫树预处理液；(3)对所得枫树预处理液加4%的硫酸。同时以糖回收材准液为内参，同样稀酸浓度，于玻璃瓶中，密封。置于高压灭菌锅内，121°C下，保温45min。取5.0Oml液体，加入过量CaCO3调节pH值，过滤取上清。由HPLC测定上清液中单糖含量。比较原始成分中的木糖含量与预处理液中所测得的木糖含量，可知预处理果效。2预处理液的发酵:首先用2mol/L KOH调整半纤维素水解液pH至7.5，添加酵母提取物10g/L和蛋白胨20g/L，按浓度5g菌株湿重/L接入大肠杆菌K011，37°C进行半纤维乙醇发酵。用HPLC检测发酵液中木糖含 量，葡萄糖含量和乙醇含量，可知半纤维素水解液发酵效率。本发明在上述操作下，24小时内可得最大乙醇产量，达到理论产值的93.9%，乙醇终浓度为9.0g/L。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种半纤维素乙醇发酵技术，其特征在于枫树有机酸预处理后所得的半纤维水解液，不需脱毒处理，直接调整pH值，添加生长因子刺激物，接入可发酵五碳糖的菌株，370C进行乙醇发酵。
2.按权利要求1所述的半纤维素乙醇发酵技术，其枫树材料特征为研磨后，过0.5毫米筛。
3.按权利要求1所述的半纤维素乙醇发酵技术，有机酸为0.5% v/v草酸。
4.按权利要求1所述的半纤维素乙醇发酵技术，半纤维水解液的制备方法及步骤为:以0.5% v/v草酸为液相，固体浓度10% W/V，25°C下预先浸泡12小时，160°C预处理35分钟。预处理后，降温至25°C，真空抽滤，得半纤维素水解液。
5.按权利要求1所述的半纤维素乙醇发酵技术，生长因子刺激物的制备方法及步骤为:碱性蛋白酶在PH2.2，温度60 V，水解2.0 %的乳清蛋白，酶与底物比7.0 %，获得200D-1500D短肤混合物。
6.按权利要求1所述的半纤维素乙醇发酵技术，其发酵方法为:首先用2mol/LKOH调整pH至7.5，氮源水解物，添加生长因子刺激物，接入大肠杆菌K011，37°C进行半纤维乙醇发酵。
7.根据权利要求1或6所述的发酵技术，发酵半纤维素水解液的菌株为转基因大肠杆菌 K011(ATCC5512 4)。
全文摘要
本发明提供一种来源于枫树半纤维素的乙醇及其制备方法，涉及燃料乙醇与发酵技术领域。本发明包括原料的预处理和乙醇发酵两个过程。以研磨过0.5毫米筛的枫树为原料，以0.5％v/v草酸为液相，固体浓度10％W/V，160℃下预处理35分钟。预处理后，降温至25℃，过滤，取上清液，用2mol/L KOH调整pH至7.5，添加酵母提取物10g/L和蛋白胨20g/L，接入大肠杆菌K011，37℃进行半纤维乙醇发酵。在该工艺参数下发酵得到的乙醇产量达到理论产值的94％左右。采用本发明的生产技术，能显著降低半纤维的损失，提高乙醇产量，具有很高的经济效益和社会效益。
文档编号C12P7/10GK103146765SQ201310057740
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月25日 优先权日2013年2月25日
发明者孙晓琦, 张柏林, 张寅 , 刘啸, 王晓 申请人:北京林业大学