本發(fā)明涉及生物煉制以及生物能源領(lǐng)域，具體的是一種在高固體含量木質(zhì)纖維素同步糖化與發(fā)酵中消除泡沫的方法。

背景技術(shù)：

木質(zhì)纖維素生物煉制的主要流程包括預(yù)處理、酶解、糖化與發(fā)酵以及產(chǎn)品分離等工序。目前，纖維素乙醇的發(fā)展趨勢是采用高固含量進(jìn)行乙醇發(fā)酵以降低后續(xù)分離提純工段的能耗以及燃料乙醇的生產(chǎn)成本。但高濃度木質(zhì)纖維素乙醇發(fā)酵存在諸多問題，比如高粘稠性，氣泡層的堆積等。而發(fā)酵中堆積的二氧化碳?xì)馀菰跀嚢枳饔孟聞t一直處于小氣泡形態(tài)，不易釋出。這是在低固體含量木質(zhì)纖維素原料同步糖化與發(fā)酵過程中不會導(dǎo)致的結(jié)果，而在高固體含量下進(jìn)行發(fā)酵時(shí)，導(dǎo)致泡沫層的出現(xiàn)，甚至發(fā)酵液溢流等嚴(yán)重后果。常規(guī)的消泡方式包括化學(xué)消泡和機(jī)械消泡等。但這些在常規(guī)液體發(fā)酵中常用的消泡方法，在含有高固體的發(fā)酵體系中并不起作用。

本發(fā)明采用低轉(zhuǎn)速或者靜置方式消泡，減少了由于機(jī)械剪切所造成的二氧化碳?xì)馀菰诎l(fā)酵體系中溶解度的增加，有利于二氧化碳?xì)馀莸木酆闲纬纱髿馀菀约昂罄m(xù)的釋出；同時(shí)二氧化碳?xì)馀莸尼尦鲞^程也強(qiáng)化了體系的混合，弱化了由于降低攪拌強(qiáng)度造成的負(fù)面作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于不影響菌體生長和發(fā)酵得率基礎(chǔ)上，消除木質(zhì)纖維素原料發(fā)酵過程中的 泡沫溢流問題。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種在高固體含量木質(zhì)纖維素同步糖化與發(fā)酵中消除泡沫的方法，其具體步驟為：

(1)將木質(zhì)纖維素原料進(jìn)行除塵、粉碎；

木質(zhì)纖維素原料包括玉米秸稈、小麥稈、大麥稈、稻草、麩皮、稻殼、高粱桿、油菜稈、木屑、麻風(fēng)樹籽殼等富含纖維素和半纖維素的物料的一種或幾種的混合物，通過錘式粉碎機(jī)將物料粉碎至顆粒長度為0.1cm-1cm；

(2)將(1)中粉碎的原料進(jìn)行處理；

原料處理主要包括預(yù)處理和生物脫毒，預(yù)處理方法主要為化學(xué)方法，包括稀酸預(yù)處理、稀堿預(yù)處理、蒸汽預(yù)處理、有機(jī)溶劑預(yù)處理、蒸汽爆破、氨纖維爆破、熱水預(yù)處理、螺桿擠壓預(yù)處理、研磨預(yù)處理中的一項(xiàng)或多項(xiàng)；生物脫毒方式采用靜態(tài)脫毒或者生物反應(yīng)器中在位脫毒；

(3)用(2)中經(jīng)過脫毒的物料在螺帶式生物反應(yīng)器中進(jìn)行預(yù)糖化。其糖化所用酶為纖維素酶。

(4)用(3)得到的糖化醪液在同一反應(yīng)器中進(jìn)行同步糖化發(fā)酵，在發(fā)酵初期0-48h內(nèi)采用攪拌方式混合物料和菌體等，此時(shí)發(fā)酵產(chǎn)生氣泡量較小，氣泡在發(fā)酵液中繞動并緩慢積累，但并未形成氣泡層。當(dāng)氣泡堆積到一定程度后，形成氣泡層進(jìn)而導(dǎo)致液位上升，表明發(fā)酵正快速進(jìn)行，此時(shí)降低攪拌乃至停止攪拌進(jìn)行靜置發(fā)酵，由于低攪拌或者無攪拌擾動發(fā)酵產(chǎn)生氣泡并未在發(fā)酵液堆積，而是在升力及氣泡間相互作用下形成大氣泡，并在液面被釋放出來，因此泡沫溢流現(xiàn)象不會出現(xiàn)，進(jìn)而達(dá)到消泡的目的。

【附圖說明】

圖1.實(shí)施例1發(fā)酵過程曲線圖

圖2.實(shí)施例2發(fā)酵過程曲線圖

【具體實(shí)施方式】

以下提供本發(fā)明“一種在高固體含量木質(zhì)纖維素同步糖化與發(fā)酵中消除泡沫的方法”的具體實(shí)施方式。

實(shí)施例1

將除塵粉碎后的1200g干秸稈與5％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的600g稀硫酸溶液加入配有螺帶式攪拌槳的預(yù)處理反應(yīng)器中，進(jìn)行高溫預(yù)處理反應(yīng)，反應(yīng)條件175℃、2.5％稀硫酸用量、攪拌轉(zhuǎn)速50轉(zhuǎn)/分鐘，溫度升至175℃后反應(yīng)5分鐘，從反應(yīng)器中取出預(yù)處理后的物料，并取1500g加入帶有螺帶式攪拌槳的5L生物反應(yīng)器中，打開攪拌轉(zhuǎn)速50轉(zhuǎn)/分鐘，用20％質(zhì)量濃度的氫氧化鈣溶液調(diào)節(jié)pH值至5.5后，以質(zhì)量比10％的接種量接入培養(yǎng)在秸稈中的固體脫毒種子90g，待混和均勻后停止攪拌，開始固態(tài)生物降解過程，脫毒48h后添加750ml去離子水，85g尤特爾纖維素酶(15FPU/g)在50℃和150rpm攪拌轉(zhuǎn)速下進(jìn)行糖化，糖化12h后以10％接種量接入發(fā)酵種子，并調(diào)整溫度到37℃，開始同步糖化發(fā)酵，60h發(fā)酵后乙醇產(chǎn)量為55g/L。發(fā)酵后物料直接通過減壓精餾進(jìn)行固液分離及后續(xù)的提純工作。

實(shí)施例2

將除塵粉碎后的1200g干秸稈與5％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的600g稀硫酸溶液加入配有螺帶式攪拌槳的預(yù)處理反應(yīng)器中，進(jìn)行高溫預(yù)處理反應(yīng)，反應(yīng)條件175℃、2.5％稀硫酸用量、攪拌轉(zhuǎn)速50轉(zhuǎn)/分鐘，溫度升至175℃后反應(yīng)5分鐘，從反應(yīng)器中取出預(yù)處理后的物料，并取1500g加入帶有螺帶式攪拌槳的5L生物反應(yīng)器中，打開攪拌轉(zhuǎn)速50轉(zhuǎn)/分鐘，用20％質(zhì)量濃度的氫氧化鈣溶液調(diào)節(jié)pH值至5.5后，以質(zhì)量比10％的接種量接入培養(yǎng)在秸稈中的固體脫毒種子90g，待混勻后停止攪拌，開始固態(tài)生物降解過程，脫毒48h后添加750ml去離子水，85g 尤特爾纖維素酶(15FPU/g)在50℃和150rpm攪拌轉(zhuǎn)速下進(jìn)行糖化，糖化12h后以10％接種量接入發(fā)酵種子，而后調(diào)整溫度到37℃開始靜置同步糖化發(fā)酵，發(fā)酵0.5h后采用靜置方式進(jìn)行，發(fā)酵60h后乙醇產(chǎn)量為52g/L，相對全程攪拌發(fā)酵其發(fā)酵效果并未明顯降低，且無泡沫溢流現(xiàn)象發(fā)生。發(fā)酵后物料直接通過減壓精餾進(jìn)行固液分離及后續(xù)的提純工作。

本發(fā)明所涉及的木質(zhì)纖維素原料的預(yù)處理方法不限于稀酸預(yù)處理方法，還可以為稀堿預(yù)處理方法、蒸汽預(yù)處理方法、蒸汽爆破、氨纖維爆破、熱水預(yù)處理、中的一種或幾種組合方法。

本發(fā)明所涉及的抑制物生物降解的菌種不限于樹脂枝孢霉，還可以為其他絲狀真菌、白腐真菌、活性污泥中的一種或幾種混合菌種。

本發(fā)明所涉及的發(fā)酵菌體可以選自釀酒酵母、管囊酵母、樹干畢赤酵母、克魯維酵母、運(yùn)動發(fā)酵單胞菌菌株、大腸桿菌,以及上述菌株的中的一種,兩種或數(shù)種的混合發(fā)酵。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。