專利名稱：一種利用秸稈生產木糖聯(lián)產丙酮、丁醇和乙醇的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于生物化工技術領域，涉及一種利用秸稈生產木糖聯(lián)產丙酮、丁 醇和乙醇的方法。
背景技術：
農作物秸桿是陽光光合作用的產物，是大宗的可再生資源，僅我國每年就
收獲大約8億噸，除一小部分用作飼料外，其余大部分都被白白浪費掉了。隨 著技術的發(fā)展進步，開發(fā)了利用秸稈生產木糖、木糖醇的技術，為秸稈的重新 利用開辟了一條新途徑。但是在利用秸稈生產木糖、木糖醇的技術中還存在著 一些缺點，秸稈經過酸水解、過濾后的液態(tài)部分用于生產木糖，但是過濾后的 木糖渣則沒有被充分地利用，有部分被用于制備乙醇，但并沒有實現(xiàn)秸稈利用 的最大化，還是存在一定資源上的浪費。
丙酮和丁醇廣泛用于有機合成塑料、樹脂、油漆、醫(yī)藥和國防工業(yè)。丙酮 可作為油漆、電影膠片、塑料、石油精煉脫蠟、植物油萃取、制藥的溶劑和有 機合成化學工業(yè)的原料。丁醇除可用作溶劑外還是一種潛在的大綜動力燃料， 它的燃燒值和汽油相當，是汽車用油的替代品?，F(xiàn)有的丙酮、丁醇生產工藝有 兩種方法， 一種是石化合成法，另一種是生物發(fā)酵法。石化合成丙酮、丁醇的 方法原料采用的是日益枯竭的石油資源，隨著石油的減少石化合成法也將告終。 生物發(fā)酵法生采用的原料為玉米，不但成本太高，同時也給飼料行業(yè)帶來了競 爭壓力。利用玉米生產丙酮、丁醇是直接把玉米篩選、破碎、提胚、糊化、連 消蒸煮等前期處理，再發(fā)酵、蒸餾生產丙酮和丁醇。這樣利用玉米發(fā)酵生產丙
酮和丁醇的方法的成本較高。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種利用秸稈生產木糖聯(lián)產丙酮、丁醇和乙醇的方法， 實現(xiàn)了資源利用最大化。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案 一種利用秸稈生產木糖聯(lián)產 丙酮、丁醇和乙醇的方法，秸稈粉碎用熱水浸泡后加入稀酸進行水解，過濾分 為木糖水解液和木糖渣，木糖水解液經蒸發(fā)、脫色、過濾、離子交換、濃縮和
結晶生產木糖，向木糖渣中加入35 6(TC的熱水，木糖渣與熱水的重量比為1: 3 6，加入堿性物質調PH值為4 7，再分批加入纖維素酶，每克木糖渣加入 200 600ncu纖維素酶，然后在40 55"C下連續(xù)酶解60 120小時；酶解完畢 膜分離過濾分為分解液和濾渣，濾渣返回繼續(xù)酶解；向分離液中加入氮源類物 質，調整分離液中糖的質量百分比濃度為4 6%，然后在120 15(TC下進行蒸 煮殺菌30 45分鐘，冷卻至35 4rC后送入發(fā)酵罐，接種菌種，在34 39°C 下厭氧發(fā)酵36 72小時；發(fā)酵液進行精餾分出丙酮、丁醇和乙醇。 所述秸稈粉碎后用60 9(TC熱水浸泡1 3小時。
所述稀酸為質量百分比濃度為0. 3 6%的稀硫酸或稀鹽酸，稀酸的加入量為 秸稈重量的5 8倍。
所述水解時溫度為100 130。C，水解時壓力為0. 1 0. 3MPa，水解時間為3 8小時。
所述菌種為丙酮丁醇梭菌、丙酮丁酸桿菌、糖丁酸梭菌或巴氏芽孢梭菌。
所述氮源類物質為硫酸銨、硫酸氫銨、氯化銨、豆粕、棉籽粕、花生粕、 玉米或菜籽粕，氮源類物質的加入量為分解液重量的1 5°/0。
所述堿性物質為氫氧化鈣、碳酸鈣、碳酸鈉、氫氧化鈉、碳酸鉀或氫氧化鉀。
所述精餾工序前先進行粗餾。
所述酶解時使用酶解發(fā)生器。
所述秸稈為玉米秸稈、小麥秸稈、高粱秸稈、向日葵秸稈、稻草、玉米芯、 甘蔗渣、花生殼或棉籽殼中的一種或多種。
本發(fā)明所使用的原料是秸稈類物質，秸稈類物質主要是由半纖維素、纖維 素和木質素三種成分組成，半纖維素物質主要組成成分是木聚糖，半纖維素物 質不易被纖維素酶水解，而纖維素主要組成成分是己聚糖，纖維素又不易被稀 酸水解。為了充分地利用纖維素秸稈類物質，本發(fā)明先用熱水浸泡秸稈，去掉 原料中的果膠和單寧等妨礙水解的物質，然后利用稀酸使半纖維素水解轉化為 戊糖，戊糖是生產木糖、木糖醇或糠醛的很好的原料；而在同等條件下半纖維 素酸水解速度是纖維素酸水解速度的100倍，不易被酸水解的纖維素則用少量 的纖維素酶水解生成單糖一葡萄糖，這樣不但降低了纖維素酶的用量，也大大 提高了纖維素的利用率，葡萄糖中加入菌種發(fā)酵獲得丙酮、丁醇和乙醇的混合 物，精餾將混合物分離。本發(fā)明利用秸稈生產木糖聯(lián)產丙酮、丁醇和乙醇的方 法實現(xiàn)了纖維素秸稈類物質利用的最大化，不但充分地利用秸桿資源，實現(xiàn)了 變廢為寶，提高了產品的附加值，實現(xiàn)了其經濟價值，同時也為丙酮、丁醇的 生產開辟了新的原料資源和方法，為企業(yè)和社會帶來了更多的經濟效益和社會 效益。
具體實施例方式
實施例i:將玉米芯粉碎后用9crc熱水浸泡i小時，然后加入質量百分比
濃度為0. 3%的稀硫酸進行水解，稀硫酸加入量為玉米芯重量的8倍，水解時溫 度為IO(TC，水解時壓力為0. lMPa，水解時間為8小時，過濾分為木糖水解液 和木糖渣，木糖水解液經蒸發(fā)、脫色、過濾、離子交換、濃縮和結晶生產木糖; 向木糖渣中加入35'C的熱水，木糖渣與熱水的重量比為1: 6，加入氫氧化鈣調 PH值為4，再分批加入纖維素酶，每克木糖渣加入200ncu纖維素酶，然后送入 酶解發(fā)生器在4(TC下連續(xù)酶解120小時；酶解完畢膜分離過濾分為分解液和濾 渣，濾渣返回繼續(xù)酶解；向分離液中加入硫酸銨，硫酸銨的加入量為分解液重 量的1%，濃縮調整分離液中糖的質量百分比濃度為6%,然后在120。C下進行蒸 煮殺菌45分鐘，冷卻至35t:后送入發(fā)酵罐，接種丙酮丁醇梭菌菌種，在34°C 下厭氧發(fā)酵72小時；發(fā)酵液先進行粗餾再進行精餾分出丙酮、丁醇和乙醇，丙 酮、丁醇、乙醇的質量比為27: 62.2: 10.1。
實施例2:將玉米秸稈、小麥秸稈和高粱秸稈混合粉碎后用8CTC熱水浸泡2 小時，然后加入質量百分比濃度為3%的稀鹽酸進行水解，稀鹽酸加入量為玉米 秸稈、小麥秸稈和高粱秸稈總重量的7倍，水解時溫度為120°C，水解時壓力為 0.2MPa，水解時間為5小時，過濾分為木糖水解液和木糖渣，木糖水解液經蒸 發(fā)、脫色、過濾、離子交換、濃縮和結晶生產木糖；向木糖渣中加入45。C的熱 水，木糖渣與熱水的重量比為1: 5.5，加入碳酸鈣調PH值為5，再分批加入纖 維素酶，每克木糖渣加入400ncu纖維素酶，然后送入酶解發(fā)生器在5CTC下連續(xù) 酶解90小時；酶解完畢膜分離過濾分為分解液和濾渣，濾渣返回繼續(xù)酶解；向 分離液中加入硫酸氫銨，硫酸氫銨的加入量為分解液重量的3%，濃縮調整分離 液中糖的質量百分比濃度為5%，然后在14(TC下進行蒸煮殺菌40分鐘，冷卻至 38'C后送入發(fā)酵罐，接種糖丁酸梭菌菌種，在37。C下厭氧發(fā)酵50小時；發(fā)酵液 先進行粗餾再進行精餾分出丙酮、丁醇和乙醇，丙酮、丁醇、乙醇的質量比為 28: 61: 10.1。
實施例3:將花生殼和棉籽殼混合粉碎后用6(TC熱水浸泡3小時，然后加 入質量百分比濃度為6%的稀硫酸進行水解，稀硫酸加入量為花生殼和棉籽殼總 重量的5倍，水解時溫度為13(TC，水解時壓力為0.3MPa，水解時間為3小時， 過濾分為木糖水解液和木糖渣，木糖水解液經蒸發(fā)、脫色、過濾、離子交換、 濃縮和結晶生產木糖；向木糖渣中加入6(TC的熱水，木糖渣與熱水的重量比為 1: 3,加入氫氧化鈉調PH值為7，再分批加入纖維素酶，每克木糖渣加入500ncu 纖維素酶，然后送入酶解發(fā)生器在55X:下連續(xù)酶解60小時；酶解完畢膜分離過
濾分為分解液和濾渣，濾渣返回繼續(xù)酶解；向分離液中加入玉米，玉米的加入 量為分解液重量的2%，加水調整分離液中糖的質量百分比濃度為4%，然后在150 。C下進行蒸煮殺菌30分鐘，冷卻至4rc后送入發(fā)酵罐，接種丙酮丁醇梭菌菌種， 在39。C下厭氧發(fā)酵36小時；發(fā)酵液先進行粗餾再進行精餾分出丙酮、丁醇和乙 醇，丙酮、丁醇、乙醇的質量比為27.4: 62: 10.1。
實施例4:將甘蔗渣和稻草混合粉碎后用7(TC熱水浸泡2. 5小時，然后加 入質量百分比濃度為5%的稀鹽酸進行水解，稀鹽酸加入量為甘蔗渣和稻草總重 量的6倍，水解時溫度為11(TC，水解時壓力為0. 15MPa，水解時間為6小時， 過濾分為木糖水解液和木糖渣，木糖水解液經蒸發(fā)、脫色、過濾、離子交換、 濃縮和結晶生產木糖；向木糖渣中加入5(TC的熱水，木糖渣與熱水的重量比為 1: 4，加入碳酸鈉調PH值為6，再分批加入纖維素酶，每克木糖渣加入600ncu 纖維素酶，然后送入酶解發(fā)生器在45-C下連續(xù)酶解100小時；酶解完畢膜分離 過濾分為分解液和濾渣，濾渣返回繼續(xù)酶解；向分離液中加入豆粕，豆粕的加 入量為分解液重量的5%，調整分離液中糖的質量百分比濃度為5%，然后在130 。C下進行蒸煮殺菌35分鐘，冷卻至4(TC后送入發(fā)酵罐，接種巴氏芽孢梭菌菌種， 在38。C下厭氧發(fā)酵60小時；發(fā)酵液先進行粗餾再進行精餾分出丙酮、丁醇和乙 醇，丙酮、丁醇、乙醇的質量比為28.2: 61: 10。
以上以具體實施例來說明本發(fā)明的技術方案，但并非是對本發(fā)明的技術方 案的限制，本領域技術人員應該理解，依然可以對發(fā)明進行修改或等同替換， 而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本發(fā)明的 保護范圍之中。
權利要求
1、一種利用秸稈生產木糖聯(lián)產丙酮、丁醇和乙醇的方法，秸稈粉碎用熱水浸泡后加入稀酸進行水解，過濾分為木糖水解液和木糖渣，木糖水解液經蒸發(fā)、脫色、過濾、離子交換、濃縮和結晶生產木糖，其特征在于向木糖渣中加入35～60℃的熱水，木糖渣與熱水的重量比為1∶3～6，加入堿性物質調PH值為4～7，再分批加入纖維素酶，每克木糖渣加入200～600ncu纖維素酶，然后在40～55℃下連續(xù)酶解60～120小時；酶解完畢膜分離過濾分為分解液和濾渣，濾渣返回繼續(xù)酶解；向分離液中加入氮源類物質，調整分離液中糖的質量百分比濃度為4～6％，然后在120～150℃下進行蒸煮殺菌30～45分鐘，冷卻至35～41℃后送入發(fā)酵罐，接種菌種，在34～39℃下厭氧發(fā)酵36～72小時；發(fā)酵液進行精餾分出丙酮、丁醇和乙醇。
2、 如權利要求1所述的利用秸稈生產木糖聯(lián)產丙酮、丁醇和乙醇的方法， 其特征在于所述秸稈粉碎后用60 90'C熱水浸泡1 3小時。
3、 如權利要求2所述的利用秸稈生產木糖聯(lián)產丙酮、丁醇和乙醇的方法， 其特征在于所述稀酸為質量百分比濃度為0.3 6%的稀硫酸或稀鹽酸，稀酸的 加入量為秸稈重量的5 8倍。
4、 如權利要求3所述的利用秸稈生產木糖聯(lián)產丙酮、丁醇和乙醇的方法， 其特征在于所述水解時溫度為100 130°C，水解時壓力為0. 1 0. 3MPa，水 解時間為3 8小時。
5、 如權利要求1至4任一項所述的利用秸稈生產木糖聯(lián)產丙酮、丁醇和乙 醇的方法，其特征在于所述菌種為丙酮丁醇梭菌、丙酮丁酸桿菌、糖丁酸梭 菌或巴氏芽孢梭菌。
6、 如權利要求5所述的利用秸稈生產木糖聯(lián)產丙酮、丁醇和乙醇的方法， 其特征在于所述氮源類物質為硫酸銨、硫酸氫銨、氯化銨、豆粕、棉籽粕、 花生粕、玉米或菜籽粕，氮源類物質的加入量為分解液重量的1 5%。
7、 如權利要求6所述的利用秸稈生產木糖聯(lián)產丙酮、丁醇和乙醇的方法， 其特征在于所述堿性物質為氫氧化鈣、碳酸鈣、碳酸鈉、氫氧化鈉、碳酸鉀或氫氧化鉀。
8、 如權利要求7所述的利用秸稈生產木糖聯(lián)產丙酮、丁醇和乙醇的方法，其特征在于所述精餾工序前先進行粗餾。
9、 如權利要求8所述的利用秸稈生產木糖聯(lián)產丙酮、丁醇和乙醇的方法， 其特征在于所述酶解時使用酶解發(fā)生器。
10、 如權利要求9所述的利用秸稈生產木糖聯(lián)產丙酮、丁醇和乙醇的方法，其特征在于所述秸稈為玉米秸稈、小麥秸稈、高粱秸稈、向日葵秸稈、稻草、 玉米芯、甘蔗渣、花生殼或棉籽殼中的一種或多種。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用秸稈生產木糖聯(lián)產丙酮、丁醇和乙醇的方法，秸稈經酸水解后過濾分為木糖水解液和木糖渣，木糖渣經酶解、發(fā)酵、精餾制備丙酮、丁醇和乙醇，木糖分解液用于制備木糖；本發(fā)明利用秸稈生產木糖聯(lián)產丙酮、丁醇和乙醇的方法實現(xiàn)了纖維素秸稈類物質利用的最大化，不但充分地利用秸桿資源，實現(xiàn)了變廢為寶，提高了產品的附加值，實現(xiàn)了其經濟價值，同時也為丙酮、丁醇的生產開辟了新的原料資源和方法，為企業(yè)和社會帶來了更多的經濟效益和社會效益。
文檔編號C12P7/10GK101358218SQ200810141418
公開日2009年2月4日 申請日期2008年9月22日 優(yōu)先權日2008年9月22日
發(fā)明者王建設, 王紹鵬 申請人:王建設