酸酶双解稻草纸浆制备燃料乙醇的方法
【专利摘要】本发明公开了酸酶双解稻草纸浆制备燃料乙醇的方法，涉及燃料乙醇的制备方法。步骤为：将稻草纸浆溶于稀硫酸溶液中，其中原料质量与稀硫酸体积比为1g：18-22mL，在170-190℃酸解2-4h，离心分离；滤渣中按照0.01/mL的底物质量浓度加入水和酶，50℃的恒温摇床中反应30h，然后在沸水浴中灭酶，离心分离：将酸解液和酶解糖液混合、中和、浓缩后，加入(NH4)2SO4、KH2PO4、MgSO47H2O、酵母膏，混匀后调PH至5.5，制成水解液发酵培养基，接入休哈塔假丝酵母，在28℃，100r/min的摇床中发酵48h。本发明利用生物质废弃物制备燃料乙醇，生产成本低，节约能源，环保，实用。
【专利说明】酸酶双解稻草纸浆制备燃料乙醇的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料乙醇的制备方法，具体涉及酸酶双解稻草纸浆制备燃料乙醇的方法。
【背景技术】
[0002]随着能源和环境问题的日益严重，各国对生物质能源的研究与开发越来越重视。而利用生物质原料生产燃料乙醇被认为是一种有效的替代能源。
[0003]由于我国人口众多，为确保国家的粮食安全，现已出台多项限制利用粮食作物生产燃料乙醇的法规，因此，需要利用非粮作物生产燃料乙醇。
[0004]现有的利用生物质原料生产燃料乙醇的方法有酸法和酶法。如Nguyen和Kim在对生物质原料蒸汽爆破的基础上，分两步进行了解酸:第一步在190°C下，第二步从215°C逐渐降到210°C，还原糖得率达到70%;Sanjeev K S则以向日葵秸杆为原料研究了酶解，在
1.05kg/c m2压力下对原料蒸汽爆破处理后酶解72h，还原糖得率57.9%。
[0005]现有的上述两种方法均采用了高压蒸汽爆破，能耗高，对设备要求严格；而单纯的酶法降解纤维素不完全，耗时长，这是因为原料中纤维素分子间和纤维素微丝间尽管空隙极小，但常伴有生物质填充，且纤维素被木质素包裹，这种天然结构不利于H离子和纤维素进行有效的接触，导致纤维素降解困难。
[0006]为了解决现有技术存在的上述缺陷，本发明结合酸解和酶解两种方法的优点，研发了一套酶酸双解生产燃料乙醇的新工艺。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种酸酶双解稻草纸浆制备燃料乙醇的方法。
[0008]本发明是通过以下技术方案实现的:
酸酶双解稻草纸浆制备燃料乙醇的方法，步骤为:
(1)酸解:将稻草纸浆原料溶于稀硫酸溶液中，其中稻草纸浆原料质量与稀硫酸体积比为Ig:18-22mL,在170_190°C下进行酸解反应2_4h,经离心分离,上清液为酸解液；
(2)酶解:在滤渣中按照0.01/mL的底物质量浓度加入水和60-100u/g的酶，在50°C的恒温摇床中反应30h，然后在沸水浴中灭酶，经离心分离，上清液为酶解糖液；
(3)发酵:将酸解液和酶解糖液混合、中和、浓缩后，加入(NH4)2S04、KH2PO4,MgS047H20、酵母膏，混匀后调PH至5.5，制成水解液发酵培养基，按接入酵母体积:水解液发酵培养基体积=1:10,接入休哈塔假丝酵母Candida shehatae,在28°C, 100r/min的摇床中发酵48h。
[0009]进一步地，所述的稻草纸浆为造纸厂碱法预处理，经烘干粉碎后的稻草纸浆。
[0010]所述稻草纸衆的成分为:纤维素含量709.8g/Kg、半纤维素含量140.6 g/Kg、克拉森木素含量85.9 g/Kg、水分含量74.3 g/Kg、灰分含量131.5 g/Kg、抽出物含量34.7 g/Kg。
[0011]所述稀硫酸溶液的质量浓度为0.9-2.9%，优选为2.4% ;当硫酸的质量分数为0.9%时，总还原糖得率为17.2% ;当硫酸的质量分数为1.4%时，总还原糖得率为18.6% ;当硫酸的质量分数为2.4%时，总还原糖得率为24.8% ;当硫酸的质量分数为2.9%时，总还原糖得率为23.2%ο
[0012]所述的稻草纸衆原料质量与稀硫酸体积比为lg: 10_30mL,优选为lg:20mL;当比例为1:10时，总还原糖得率为18.9% ;当比例为1:15时，总还原糖得率为21.6% ;当比例为1:20时，总还原糖得率为28.9% ；当比例为1:25时，总还原糖得率为27.5% ；当比例为1:30时，总还原糖得率为26.8%。
[0013]所述的酸解反应时间为a ;当反应a时，总还原糖得率为22.6% ;当反应3h时，总还原糖得率为20% ;当反应4h时，总还原糖得率为18.5%。
[0014]所述的酶为纤维素酶。
[0015]所述的每升酸解液和酶解糖液的浓缩液中，加入(MM)2SO4为0.53g，KH2PO4为
2.5g，MgS047H20 为 0.5g、酵母膏为 3g。
[0016]本发明方法，在酸解后，还原糖得率为28.9%，酶解后还原糖得率为67.1%，酸酶解总还原糖得率为62.6%，稻草纸浆降解液经发酵制得的乙醇质量浓度26.63g/L,，乙醇得率为49%，能达到理论得率的96%，转化率可达到0.28g/g(乙醇/稻草纸浆)。
[0017]本发明方法先酸解后酶解，使半纤维素降解的同时破坏纤维素的晶体结构，增加纤维素酶和纤维素接触的表面积，提高纤维素酶的水解效率，减少酶用量，实现高效、节能、低成本的对生物废弃物预处理的目的；同时利用生物质废弃物制备燃料乙醇，作为替代能源，生产成本低，节约能源 ，环保，实用。
【具体实施方式】
[0018]以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0019]实施例1
酸酶双解稻草纸浆制备燃料乙醇的方法，步骤为:
(1)酸解:将稻草纸浆原料溶于稀硫酸溶液中，其中稻草纸浆原料质量与质量浓度为
1.9%的稀硫酸体积比为Ig:18mL，在180°C下进行酸解反应4h，经离心分离，上清液为酸解液；
(2)酶解:在滤渣中按照0.01/mL的底物质量浓度加入水和80u/g的纤维素酶，在50°C的恒温摇床中反应30h，然后在沸水浴中灭酶，经离心分离，上清液为酶解糖液；
(3)发酵:将酸解液和酶解糖液混合、中和、浓缩后，加入(NH4)2S04、KH2PO4,MgS047H20、酵母膏，混匀后调PH至5.5，制成水解液发酵培养基，按接入酵母体积:水解液发酵培养基体积=1:10,接入休哈塔假丝酵母Candida shehatae,在28°C, 100r/min的摇床中发酵48h。
[0020]实施例2
酸酶双解稻草纸浆制备燃料乙醇的方法，步骤为:
(1)酸解:将稻草纸浆原料溶于稀硫酸溶液中，其中稻草纸浆原料质量与质量浓度为
0.9%的稀硫酸体积比为Ig:20mL，在170°C下进行酸解反应2h，经离心分离，上清液为酸解液；
其中稻草纸浆为造纸厂碱法预处理，经烘干粉碎后的稻草纸浆；
(2)酶解:在滤渣中按照0.01/mL的底物质量浓度加入水和60u/g的纤维素酶，在50°C的恒温摇床中反应30h，然后在沸水浴中灭酶，经离心分离，上清液为酶解糖液；(3)发酵:将酸解液和酶解糖液混合、中和、浓缩后，加入(NH4)2S04、KH2PO4, MgS047H20、酵母膏，混匀后调PH至5.5，制成水解液发酵培养基，按接入酵母体积:水解液发酵培养基体积=1:10,接入休哈塔假丝酵母Candida shehatae,在28°C, 100r/min的摇床中发酵48h。
[0021]每升酸解液和酶解糖液的浓缩液中，加入(MM)2SO4为0.53g，KH2PO4为2.5g，MgS047H20 为 0.5g、酵母膏为 3g。
[0022]实施例3
酸酶双解稻草纸浆制备燃料乙醇的方法，步骤为:
(1)酸解:将稻草纸浆原料溶于稀硫酸溶液中，其中稻草纸浆原料质量和质量浓度为2.9%的稀硫酸体积比为Ig:22mL，在190°C下进行酸解反应3h，经离心分离，上清液为酸解液；
其中稻草纸浆为造纸厂碱法预处理，经烘干粉碎后的稻草纸浆，稻草纸浆的成分为:纤维素含量709.8g/Kg、半纤维素含量140.6 g/Kg、克拉森木素含量85.9 g/Kg、水分含量74.3g/Kg、灰分含量131.5 g/Kg、抽出物含量34.7 g/Kg ；
(2)酶解:在滤渣中按照0.01/mL的底物质量浓度加入水和100u/g的纤维素酶，在500C的恒温摇床中反应30h，然后在沸水浴中灭酶，经离心分离，上清液为酶解糖液；
(3)发酵:将酸解液和酶解糖液混合、中和、浓缩后，加入(NH4)2S04、KH2PO4,MgS047H20、酵母膏，混匀后调PH至5.5，制成水解液发酵培养基，按接入酵母体积:水解液发酵培养基体积=1:10,接入休哈塔假丝酵母Candida shehatae,在28°C, 100r/min的摇床中发酵48h。；` 每升酸解液和酶解糖液的浓缩液中，加入(MM)2SO4为0.53g, KH2PO4为2.5g，MgSOJH2O为0.5g、酵母膏为3g。
[0023]纤维素酶由夏盛公司提供,酶活力为68.5U !Candida shehatae(休哈塔假丝酵母)CICC1766，购自中国工业微生物菌种保藏管理中心。
[0024]实施例4
酸酶双解稻草纸浆制备燃料乙醇的方法，步骤为:
(1)酸解:将稻草纸浆原料溶于稀硫酸溶液中，其中稻草纸浆原料质量与质量浓度为2.4%稀硫酸体积比为Ig:20mL，在170°C下进行酸解反应2h，经离心分离，上清液为酸解液；
其中稻草纸浆为造纸厂碱法预处理，经烘干粉碎后的稻草纸浆，稻草纸浆的成分为:纤维素含量709.8g/Kg、半纤维素含量140.6 g/Kg、克拉森木素含量85.9 g/Kg、水分含量74.3g/Kg、灰分含量131.5 g/Kg、抽出物含量34.7 g/Kg ；
(2)酶解:在滤渣中按照0.01/mL的底物质量浓度加入水和80u/g的纤维素酶，在50°C的恒温摇床中反应30h，然后在沸水浴中灭酶，经离心分离，上清液为酶解糖液；
(3)发酵:将酸解液和酶解糖液混合、中和、浓缩后，加入(NH4)2S04、KH2PO4,MgS047H20、酵母膏，混匀后调PH至5.5，制成水解液发酵培养基，按接入酵母体积:水解液发酵培养基体积=1:10,接入休哈塔假丝酵母Candida shehatae,在28°C, 100r/min的摇床中发酵48h ；
每升酸解液和酶解糖液的浓缩液中，加入(MM)2SO4为0.53g, KH2PO4为2.5g，MgSOJH2O为0.5g、酵母膏为3g。[0025] 纤维素酶由夏盛公司提供，酶活力为68.5U ；Candida shehatae(休哈塔假丝酵母)CICC1766，购自中国工业微生物菌种保藏管理中心。
【权利要求】
1.一种酸酶双解稻草纸浆制备燃料乙醇的方法，其特征在于，步骤为: (1)酸解:将稻草纸浆原料溶于稀硫酸溶液中，其中稻草纸浆原料质量与稀硫酸体积比为Ig:18-22mL,在170_190°C下进行酸解反应2_4h,经离心分离,上清液为酸解液； (2)酶解:在滤渣中按照0.01/mL的底物质量浓度加入水和60-100u/g的酶，在50°C的恒温摇床中反应30h，然后在沸水浴中灭酶，经离心分离，上清液为酶解糖液； (3)发酵:将酸解液和酶解糖液混合、中和、浓缩后，加入(NH4)2S04、KH2PO4,MgS047H20、酵母膏，混匀后调PH至5.5，制成水解液发酵培养基，按接入酵母体积:水解液发酵培养基体积=1:10,接入休哈塔假丝酵母Candida shehatae,在28°C, 100r/min的摇床中发酵48h,即得。
2.根据权利要求1所述的酸酶双解稻草纸浆制备燃料乙醇的方法，其特征在于，所述的稻草纸浆为造纸厂碱法预处理，经烘干粉碎后的稻草纸浆。
3.根据权利要求1或2所述的酸酶双解稻草纸浆制备燃料乙醇的方法，其特征在于，所述稻草纸浆的成分为:纤维素含量709.8g/Kg、半纤维素含量140.6 g/Kg、克拉森木素含量85.9 g/Kg、水分含量74.3 g/Kg、灰分含量131.5 g/Kg、抽出物含量34.7 g/Kg。
4.根据权利要求1或2所述的酸酶双解稻草纸浆制备燃料乙醇的方法，其特征在于，所述稀硫酸溶液的质量浓度为0.9-2.9%，优选为2.4%。
5.根据权利要求1或2所述的酸酶双解稻草纸浆制备燃料乙醇的方法，其特征在于，所述的稻草纸衆原料质量与稀硫酸体积比为lg: 10-30mL,优选为Ig:20mL。
6.根据权利要求1或2所述的酸酶双解稻草纸浆制备燃料乙醇的方法，其特征在于，所述的酸解反应时间为2h。
7.根据权利要 求1或2所述的酸酶双解稻草纸浆制备燃料乙醇的方法，其特征在于，所述的酶为纤维素酶。
8.根据权利要求1或2所述的酸酶双解稻草纸浆制备燃料乙醇的方法，其特征在于，所述的每升酸解液和酶解糖液的浓缩液中，加入(MM)2SO4为0.53g, KH2PO4为2.5g，MgSOJH2O为0.5g、酵母膏为3g。
【文档编号】C12P7/10GK103740770SQ201310691774
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】舒梦阳, 边建红, 常永龙, 吴跃曲, 郭芬, 李君懿 申请人:山西华顿实业有限公司