本发明涉及乙醇制取，尤其是涉及一种利用酿酒酵母发酵ca(oh)2和活性炭脱毒后的稀酸预处理稻草水解液和酶解液转化乙醇的方法。
背景技术：
1、农作物秸秆作为一种可以替代传统化石能源的新型清洁能源的原料，对调整能源消费结构和保护环境具有重大意义。生物质能源作为一种可以直接转换为清洁能源的可再生能源，开发和合理利用木质纤维素原料来制取生物质能源——乙醇，不仅可以弥补我国化石燃料的短缺，而且还可以缓解我国过度依赖进口能源的局面。
2、生物燃料乙醇可利用农作物秸秆为原料经微生物发酵制取，其具有清洁、可再生等特点。对于我国人口众多、土地资源有限且能源利用率低的国家来说，发展和开发生物质能源等可再生新能源已经是国家未来能源消费的大势所趋。随着社会现代化的推进和人口日益增加，世界可利用的土地资源将日益减少，人们随时都会面临着粮食危机的爆发。因此世界各国支持和鼓励各个科研机构加大对农作物秸秆生产燃料乙醇的研究。我国每年的农作物废弃物数量十分庞大，但是对其合理再生利用率极低，绝大部分是就地进行焚烧或者填埋，这不仅严重污染了地球环境，而且浪费了许多生物质能源。因此利用农作物秸秆来进行发酵制取乙醇是一条既能解决能源危机又能缓解环境污染的有效途径。
3、利用农作物秸秆制取乙醇的过程中预处理步骤十分重要，直接关系着后续的酶解糖化发酵进程，而预处理过程中产生的大量抑制物将会抑制酶或微生物的反应，从而使糖化和发酵不完全，这样最终乙醇产量不会很高，因此对抑制物进行脱毒也至关重要。
4、稀酸预处理是常见预处理方法，利用稀hcl、稀h2so4以及部分有机酸等对农作物秸秆进行预处理，可以有效降解半纤维素的同时却有大量毒物产生。半纤维素能被酸降解而生成糠醛、乙酸、5-羟甲基糠醛(5-hmf)等抑制物。碱预处理可以去除半纤维素和木质素，降解半纤维素的同时会产生甲酸、乙酸等弱酸类，而去除木质素时会降解产生酚类物质，其中包括酚醛、酚酮、酚酸以及酚醇等。有机溶剂预处理可破坏半纤维素和木质素，同时会产生弱酸类、呋喃醛类以及部分酚类毒物。同样的物理化学处理法中蒸汽爆破和氨纤维爆破等预处理方法也会生成这些抑制物。
5、呋喃醛类物质只对微生物比如酿酒酵母等有严重抑制作用，从而使后续乙醇发酵反应受到严重影响；甲酸、乙酸等有机弱酸类物质只对微生物有较弱的抑制作用，但这类物质会伴随着呋喃醛类生成；酚类物质不仅抑制微生物生长，而且还有降低木质纤维素酶的活性，酚类物质的存在对酶解糖化和乙醇发酵两个过程都有很大影响。
6、haq等(journal of chemical technology&biotechnology,2018,93(10):3011-3017)利用ca(oh)2对麦草酶解液进行脱毒处理，通过sem下观察到木质纤维素化学结构被改变，脱毒2h后得出实验结论可以去除将近60％酚类物质。
7、李青(天津大学硕士学位论文,2018)使用酸阻滞树脂在50℃、填充树脂体积1l的条件下对玉米秸秆的酸水解液进行了分离，实验结果表明酸阻滞过程不仅可以回收高达99％左右的葡萄糖，而且此过程还可以有效地去除92.5％的酚类抑制物，并且呋喃醛类和弱酸类毒物的脱除率达到100％。
8、李允超等(农业工程学报,2012,28(12):257-263)对糠醛10g/l的浓度下添加竹炭对其进行吸附脱毒，实验结果表明在25℃下，当竹炭浓度为200g/l时，糠醛的去除率最高，可以达到95％以上，这为竹炭吸附稻草水解液中的抑制物具有指导意义。
9、李夏洁(湖南农业大学硕士学位论文,2015)利用活性炭和过碱化处理各自对1200kgy辐射后的芒草水解液进行脱毒，实验结果表明活性炭的脱毒效果要比过碱化法高出20％，经过发酵24h后活性炭脱毒处理的水解液发酵产乙醇浓度达到3.44g/l。
10、然而上述关于脱毒处理存在以下不足之处：
11、1.主要是利用氢氧化钙、酸阻滞树脂和活性炭对麦草酶解液、玉米秸秆酸水解液或芒草碱水解液进行脱毒，而本发明是利用氢氧化钙或活性炭对稻草酸水解液和酶解液的混合溶液进行同时脱毒，因此酿酒酵母可以充分地将酸预处理和酶解过程中产生的糖转化为乙醇，从而降低乙醇生产成本。
12、2.利用氢氧化钙和活性炭对稻草酸水解液和酶解液的混合溶液进行同时脱毒，减少了一次过滤和干燥过程，因此可以进一步降低乙醇生产成本。
13、3.未见分别利用氢氧化钙和活性炭对稻草酸水解液和酶解液进行同时脱毒制取乙醇的报道。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的上述问题，本技术提供了一种稀酸预处理稻草水解液和酶解液同时脱毒处理发酵转化乙醇的方法。本方法分别利用活性炭和氢氧化钙对稻草酸水解液和酶解液进行脱毒，不仅首先开展了相关的研究，还利用活性炭和氢氧化钙对稻草酸水解液和酶解液进行同时脱毒，减少了一次过滤和干燥过程，降低了乙醇生产成本。同时酿酒酵母可以充分地将酸预处理和酶解过程中产生的糖转化为乙醇，提高了乙醇产量。
2、本发明的技术方案如下：
3、一种稀酸预处理稻草水解液和酶解液同时脱毒处理发酵转化乙醇的方法，包括以下步骤：
4、(1)利用稀盐酸和/或稀硫酸预处理稻草粉，并用naoh溶液调节ph值，121℃预处理30min后，得到含有稀酸预处理稻草的水解液；
5、(2)将纤维素酶液加入到步骤(1)得到的含有稀酸预处理稻草的水解液中，在40℃、转速为110r/min的条件下酶解24h，过滤后得到稀酸预处理稻草水解液和酶解液的混合溶液；向得到的稻草水解液和酶解液的混合溶液中加入活性炭和/或ca(oh)2脱毒，得到脱毒后的稻草水解液和酶解液的混合溶液；
6、(3)向步骤(2)得到的脱毒后的稻草水解液和酶解液的混合溶液加入乙醇发酵培养基成分，用naoh溶液调节ph值，在121℃灭菌30min后，接入酿酒酵母在37℃、转速为110r/min的条件下发酵制取乙醇，发酵结束后离心，上清液即为制备得到的乙醇溶液。
7、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述稀盐酸和稀硫酸的物质的量浓度均为0.1mol/l，稀盐酸和稀硫酸的体积为300ml。
8、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述稻草粉是指稻草粉碎后过40目筛，质量为15g。
9、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述naoh溶液的物质的量浓度为6mol/l。
10、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述ph值为5。
11、在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述纤维素酶液为1ml，酶的活力为30u。
12、在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述活性炭和ca(oh)2的质量浓度均为20g/l。
13、在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述脱毒后的稀酸预处理稻草水解液和酶解液的混合溶液为100ml。
14、在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述乙醇发酵培养基成分为5g/l蛋白胨、5g/l酵母粉、5g/l kh2po4、5g/l(nh4)2so4、5g/l mgso4·7h2o。
15、在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述naoh溶液的物质的量浓度为6mol/l。
16、在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述ph值为8。
17、在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述酿酒酵母为2ml在2％(w/v)麦芽浸粉中培养的酿酒酵母溶液，从酿酒酵母斜面中接入一环酿酒酵母到121℃、灭菌30min后的2％(w/v)麦芽浸粉中，在37℃、转速为110r/min的条件下，培养24h后即为酿酒酵母溶液。
18、在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述离心方法为6000r/min离心5min。
19、在本发明的一种实施方式中，本发明最佳的技术参数是：称取过40目筛的稻草粉末15g，放置于500ml大烧杯中，加入300ml的0.1mol/l盐酸溶液，使烧杯中的物质的固液比为1:20(w/v)，利用6mol/l的氢氧化钠溶液将ph调节至5后，在121℃的条件下预处理30min，冷却后向盐酸预处理的稻草水解液中加入1ml的纤维素酶液(酶的活力为30u)，在40℃、转速为110r/min的条件下，酶解24h后抽滤；向抽滤后得到的盐酸预处理稻草水解液和酶解液的混合溶液中，按照100ml混合溶液加入2g活性炭的比例加入活性炭颗粒，在37℃、转速为110r/min的条件下进行脱毒处理2h离心；向离心后得到的活性炭脱毒的盐酸预处理稻草水解液和酶解液的混合溶液中加入乙醇发酵培养基(蛋白胨5g/l、酵母粉5g/l、kh2po4 5g/l、(nh4)2so4 5g/l、mgso4·7h2o5g/l)，调节ph为8。在121℃的条件下灭菌30min，待其冷却后加入2ml的酿酒酵母，在37℃、转速为110r/min的条件下培养48h后得到的乙醇浓度为18.92mg/l。
20、本发明有益的技术效果在于：
21、本方法是采用稀盐酸和稀硫酸预处理稻草，得到稀盐酸和稀硫酸预处理稻草水解液，向稀盐酸和稀硫酸预处理稻草水解液中加入纤维素酶，利用纤维素酶将稀盐酸和稀硫酸预处理稻草酶解成葡萄糖和木糖，得到稀盐酸和稀硫酸预处理稻草水解液和酶解液的混合溶液，向稻草水解液和酶解液的混合溶液中分别加入活性炭和氢氧化钙脱毒，去除稻草水解液和酶解液的混合溶液中的呋喃和糠醛等毒性物质，然后加入酿酒酵母发酵将脱毒稻草水解液和酶解液的混合溶液中的糖转化为乙醇。
22、本发明相比于现有技术来讲：(1)分别利用氢氧化钙和活性炭对稻草酸水解液和酶解液进行同时脱毒，减少了一次过滤和干燥过程，提高了乙醇产量，降低了乙醇生产成本；(2)实现了氢氧化钙和活性炭对稻草酸水解液和酶解液进行脱毒，为稻草的处理处置提供了新思路。