提高木质纤维素水解液中木糖利用的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纤维素乙醇技术领域，具体地涉及一种提高木质纤维素水解液中木糖利用的方法。
【背景技术】
[0002]因液体燃料方便运输和便于利用，成为重要的工业和日常能量来源，石油是目前全球使用最多的液体燃料，但是，石油资源不可再生且CO2和其他污染气体的排放会导致环境的恶化。发展可再生的清洁能源成为我国的能源发展战略的重中之重。乙醇作为可替代的清洁液体能源受到广泛的关注和重视，传统生产乙醇的方法是以粮食为原料，采用酵母直接发酵的方法产生乙醇，但此种方法需要消耗大量的粮食，面临“与人争地，与人争粮”的问题。人们逐渐将目光投向农业废弃物，如玉米秸杆，高粱秸杆，小麦秸杆等，因农业废弃物也是碳水化合物，并且每年产量巨大，只玉米秸杆，高粱秸杆，小麦秸杆等便有7亿吨每年，这些废弃物得不到有效利用便会被农民烧掉，不仅浪费能源而且污染环境。利用农业废弃物即木质纤维素经过预处理后经过酶解得到的葡萄糖和木糖可以被酵母菌所利用产生纤维素乙醇，采用这种方法即保护了环境，有效利用了资源，又得到了清洁能源，是非常有前途的能源利用方式。
[0003]木质纤维素主要由纤维素、半纤维素、木质素组成，在农业废弃物中三者的含量大约为:30%?40%纤维素，20%?30%半纤维素，10%?25%木质素。其中，葡萄糖是纤维素的组成单元，木糖是半纤维素的主要组成单元。在植物纤维材料水解液中木糖占30 %左右，是仅次于葡萄糖的糖分，因此，葡萄糖和木糖的共利用是开发木质纤维素乙醇的关键技术之一O
[0004]目前，通过基因技术改造的酿酒酵母虽然能够利用木糖，但由于本身代谢不倾向于木糖，木糖的利用容易受到水解液中副广物的抑制。改善发酵工艺，提尚水解液中木糖的利用，是提高产量，减少资源浪费的有效途径。
【发明内容】
[0005]针对重组酵母利用木糖易受抑制剂影响，本发明提供了一种提高木质纤维素水解液中木糖利用的方法。
[0006]本发明的技术方案概述如下:
[0007]提高木质纤维素水解液中木糖利用的方法，包括如下步骤:
[0008](I)原料预处理:使用浓度为5g/L?50g/L的酸水溶液浸泡木质纤维素原料10?24h，通入水蒸汽，使温度上升至180?220°C后，维持3?15分钟，放气，冷却；得到预处理原料;所述木质纤维素原料干重与酸水溶液的重量比为1:0.5?2;将预处理原料按重量比为1:0.2-1的比例分为A、B两部分；
[0009](2)水洗预处理原料:取预处理原料A部分加入水，使预处理原料A部分的干物质含量为10%?20%，调节pH至4.0?6.0，混匀，分离，得到液体和固体；
[0010](3)液体发酵:调节步骤(2)获得的液体的pH至5.0?7.0，接入保藏编号为CGMCCN0.6634的重组酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae);接种量为I?15g/L;在26?37°C、转速为100?400rpm的条件下，或在26?37°C，通气量为0.005vvm?0.08vvm的条件下，培养12-48h；；
[0011](4)酶解:向步骤(2)获得的固体中加入预处理原料B部分，混合，调节pH至4.0?
6.0，加纤维素酶和葡萄糖苷酶，使纤维素酶为10?30FPU/g，使葡萄糖苷酶为20?50CBU/g，在30?60°C酶解12?48h;
[0012](5)混合发酵:将步骤(3)获得的发酵液和步骤(4)获得的酶解液合并，混匀，调节pH至5.0?7.0;在温度26?37°(:，转速为100?400印111的条件下，或在26?37°(:，通气量为0.005vvm?0.08vvm的条件下，培养60?120h，得到富含乙醇的发酵液。
[0013 ]步骤(I)所述酸为硫酸、盐酸、草酸或甲酸。
[0014]木质纤维素为玉米秸杆，高粱秸杆，甘蔗渣，玉米芯和小麦秸杆中至少一种。
[0015]调节pH的碱可以是氨水、NaOH、KOH等物质。
[0016]本发明的优点:
[0017]本发明的方法有效降低了预处理的木质纤维素水解液中抑制剂对重组酵母的抑制作用，提高了重组酵母的耐受性和水解液中木糖的利用。提高木糖利用率，增强乙醇产率。
【具体实施方式】
[0018]下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。
[0019]本发明使用的酿酒酵母命名为SyBE005，已于2012年9月27日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)，其保藏编号为CGMCC No 6634，建议的分类名为:酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae。并已存活。保藏地址为北京市朝阳区大屯路，中国科学院微生物研究所，邮政编码100101，电话010-64807355。
[0020]实施例1
[0021]提高木质纤维素水解液中木糖利用的方法，包括如下步骤:
[0022](I)原料预处理:使用浓度为25g/L盐酸水溶液浸泡木质纤维素(玉米秸杆)原料17h，通入水蒸汽，使温度上升至200°C后，维持9分钟，放气，冷却;得到预处理原料;所述木质纤维素原料干重与酸水溶液的重量比为1:1;将预处理原料按重量比为1:0.5的比例分为A、B两部分；
[0023](2)水洗预处理原料:取预处理原料A部分加入水，使预处理原料A部分的干物质含量为15 %，用KOH水溶液调节pH至5.0，混匀，分离，得到液体和固体；
[0024]( 3 )液体发酵:调节步骤(2 )获得的液体的P H至6.0，接入保藏编号为CGMC CN0.6634的重组酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae);接种量为10g/L;在30°C、转速为200rpm的条件下，培养30h;
[0025](4)酶解:向步骤(2)获得的固体中加入预处理原料B部分，混合，调节pH至5.0，加纤维素酶和葡萄糖苷酶，使纤维素酶为20FPU/g，使葡萄糖苷酶为35CBU/g，在45°C酶解36h;
[0026](5)混合发酵:将步骤(3)获得的发酵液和步骤(4)获得的酶解液合并，混匀，调节pH至6.0;在温度30°C，转速为200rpm的条件下，培养90h，得到富含乙醇的发酵液。乙醇产率为65.1% 0
[0027]实施例2
[0028]提高木质纤维素水解液中木糖利用的方法，包括如下步骤:
[0029](I)原料预处理:使用浓度为5g/L的硫酸水溶液浸泡木质纤维素(高粱秸杆)原料24h，通入水蒸汽，使温度上升至180°C后，维持15分钟，放气，冷却;得到预处理原料;所述木质纤维素原料干重与酸水溶液的重量比为1:0.5;将预处理原料按重量比为1: 0.2的比例分为A、B两部分；
[0030](2)水洗预处理原料:取预处理原料A部分加入水，使预处理原料A部分的干物质含量为10%，用NaOH水溶液调节pH至4.0，混匀，分离，得到液体和固体；
[0031]( 3 )液体发酵:调节步骤(2 )获得的液体的P H至5.0，接入保藏编号为CGMCCN0.6634的重组酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae);接种量为]^凡;在37°0、转速为10rpm的条件下，培养48h;
[0032](4)酶解:向步骤(2)获得的固体中加入预处理原料B部分，混合，调节pH至4.0，加纤维素酶和葡萄糖苷酶，