一種用蘆葦高效生產(chǎn)纖維素乙醇的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用蘆葦高效生產(chǎn)纖維素乙醇的方法，涉及一種生產(chǎn)纖維素乙醇的方法。本方法是：①將蘆葦切碎和加水調(diào)節(jié)；②水蒸汽爆破預處理；③收集汽爆后殘渣；④氧化鈣預處理；⑤pH值調(diào)節(jié)；⑥纖維素酶解；⑦發(fā)酵；⑧收集乙醇。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具將蒸汽爆破和氧化鈣兩種預處理技術組合使用，顯著提高了纖維素的降解效率；在纖維素酶解時加入表面活性劑吐溫?80，進一步提高了纖維素的降解效率；以蘆葦作為原材料，采用此項組合技術，可以將原料中98%的纖維素轉化成葡萄糖；此項組合技術用于纖維素乙醇的生產(chǎn)，每公斤蘆葦（干重）可生產(chǎn)乙醇190克，乙醇產(chǎn)率高達19%。
【專利說明】
-種用蘆幸高效生產(chǎn)纖維素乙醇的方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及一種生產(chǎn)纖維素乙醇的方法，尤其設及一種用蘆韋高效生產(chǎn)纖維素乙 醇的方法。
【背景技術】
[0002] 隨著化石能源的逐漸枯竭和環(huán)境的日益惡化，大力推廣使用可再生能源已成為世 界各國主要的能源發(fā)展戰(zhàn)略。生物能源是重要的可再生能源，由于其資源豐富，對環(huán)境污染 較小，具有廣闊的市場前景。纖維素乙醇是指用農(nóng)作物賴桿或植物莖桿細胞壁中的纖維素 產(chǎn)生的乙醇，是具有重要發(fā)展前景的生物能源。
[0003] 植物細胞壁主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成。細胞壁組成復雜，且結構致 密，可W抵抗纖維素酶對纖維素的水解作用，使得纖維素水解產(chǎn)糖的效率低，發(fā)酵生產(chǎn)乙醇 的成本高，限制了纖維素乙醇的大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。目前已有多種預處理方法用于去除或 破壞植物細胞壁中的半纖維素和木質(zhì)素，改變纖維素的表面結構，增加酶對纖維素的有效 接觸，提高了纖維素的酶解效率。常用的預處理方法包括酸堿預處理、氧化巧預處理、離子 液預處理、蒸汽爆破預處理、液體熱水預處理、超聲波預處理和霉菌預處理等，運些方法都 可W不同程度地提高纖維素的水解效率（Zhang et al.，2013; Vancov et al.，2012; Harun et al.;2011; Zhang et al.，2015)。
[0004] 蒸汽爆破是在高溫蒸汽下對生物質(zhì)處理一段時間，然后突然減壓的預處理方法。 此方法可W促進半纖維素的分解和溶解，使得木質(zhì)素重新分配，并在一定程度上被去除，使 得纖維素暴露出來，酶可W很容易接觸和水解，進而提高酶解效率。影響蒸汽爆破效果的因 素有溫度、粒徑和停留時間（Sun et al.，2014;Zhu et al.，2015;ZouliWia et al.，2015; (^intarella et al.，2004;Rocha et al.，2012)。
[0005] 氧化巧預處理用于去除木質(zhì)素，降低木質(zhì)素對纖維素酶的無效吸附，并進一步暴 露細胞壁中的纖維素，增加酶對纖維素的有效接觸，提高酶解效率。（Kim et al. ,2005; Sierra et al. ,2009)。氧化巧預處理的成本較低，較安全，同時只需要在水解產(chǎn)物中通入 二氧化碳就能很容易對氧化巧進行回收(化11s et al. ,2011)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術存在的缺點和不足，提供一種用蘆韋高效生產(chǎn) 纖維素乙醇的方法。
[0007] 本發(fā)明的目的是運樣實現(xiàn)的： 本發(fā)明是纖維素乙醇生產(chǎn)過程中的原料預處理方法和纖維素的水解方法。先用蒸汽爆 破方法，后用氧化巧方法，分別對原料進行兩步預處理，再用纖維素酶催化纖維素水解，并 加入表面活性劑吐溫-80;上述方法的組合運用，顯著提高了原料中纖維素的水解效率。
[000引具體地說，本方法的材料是成熟的蘆韋，包括下列步驟： ①將蘆韋切碎和加水調(diào)節(jié) 將蘆韋切割成長度約10 cm的片段，加水調(diào)節(jié)使含水量達到50%; ② 水蒸汽爆破預處理 蒸汽壓力為2.5 MPa,溫度225°C，持續(xù)時間3分鐘； ③ 收集汽爆后殘渣 將殘渣在55°C干燥48小時，研磨成粉末； ④ 氧化巧預處理 用5.0%(W/W)氧化巧處理汽爆后的粉末，固液比1: 20(W/W)，溫度50°C，處理時間48小 時； ⑤ pH值調(diào)節(jié) 用濃鹽酸將溶液的pH值調(diào)節(jié)到7.0; ⑥ 纖維素酶解 加入纖維素酶，使得酶解液中纖維素酶的濃度達到2. Og/L，加入吐溫-80，使得酶解液 中吐溫-80的濃度達到1.0%(V/V)，固液比1:20，溫度50°C，水解時間48小時； ⑦ 發(fā)酵 將纖維素水解后的糖液用于發(fā)酵，每升糖液加入2.Og釀酒酵母(細胞干重），發(fā)酵溫度 37° C，時間48小時； ⑧ 收集乙醇 用蒸溜法收集發(fā)酵液中的乙醇。
[0009] 工作機理； 將蘆韋先用蒸汽爆破的方法去除植物細胞壁中的大部分半纖維素，再用氧化巧法去除 或破壞細胞壁中的大部分木質(zhì)素，運兩步處理使得原料中的纖維素充分暴露出來，增加酶 的可及性，可提高纖維素的酶解效率;在纖維素酶催化纖維素水解時加入表面活性劑吐溫- 80,可W通過競爭性結合木質(zhì)素，降低木質(zhì)素對纖維素酶的吸附作用，從而進一步提高纖維 素酶對纖維素的水解效率。
[0010] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)點和積極效果： ① 將蒸汽爆破和氧化巧兩種預處理技術組合使用，顯著提高了纖維素的降解效率； ② 在纖維素酶解時加入表面活性劑吐溫-80,進一步提高了纖維素的降解效率； ③ W蘆韋作為原材料，采用此項組合技術，可W將原料中98%的纖維素轉化成葡萄糖； ④ 此項組合技術用于纖維素乙醇的生產(chǎn)，每公斤蘆韋(干重)可生產(chǎn)乙醇190克，乙醇產(chǎn) 率高達19%。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本方法的步驟圖； 圖2是采用本方法生產(chǎn)纖維素乙醇的效率坐標圖； 橫坐標:吐溫-80的濃度;縱坐標:纖維素的糖化效率。
[0012] 圖3是水蒸氣爆破后的蘆韋材料在不加吐溫-80和加吐溫-80后的生產(chǎn)纖維素乙醇 的效率坐標圖； 橫坐標:吐溫-80的濃度;縱坐標:纖維素的糖化效率。
[0013] 圖4是水蒸氣爆破后的蘆韋材料在不加吐溫-80和加吐溫-80后的生產(chǎn)纖維素乙醇 的效率坐標圖； 橫坐標:吐溫-80的濃度;縱坐標:糖醇轉化率率。
[0014] 縮略語 化0:氧化巧 出S化:硫酸十六烷基Ξ甲基漠化錠； LHW:液體熱水； NaOH:氨氧化鋼。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和實施例詳細說明： 一、實驗結果比較表
由此看出:采用本方法，并W蘆韋為原料，可W高效生產(chǎn)纖維素乙醇。
[0016]二、實施例 一)溶液配制 1、樣品保存液(CTAB溶液)(步驟②中） DCTAB，按質(zhì)量/體積比： 3%，即3g/100血； 2) Tris-HCl,pH=8.0： lOOmM； 3) 邸TA，pH=8.0: 20 ml； 4) NaCl： 1.4M; 5) PVP-30,按質(zhì)量/體積比： 1%，即lg/100 mL，滅菌后加入； 6) 0-Me;rcaptoethanol，按體積/體積比：0.2-0.6%，臨用前加入。
[0017]配制方法： A、 將前4種組分用超純水溶解和混合后，將pH調(diào)至8.0( 1M的NaOH和1M的肥1調(diào)節(jié)抑），定 容，然后置于滅菌瓶中在12rC、0.1Mpa、滅菌20分鐘； B、 滅菌后加入1%的PVP-30; C、 使用前加入0.2-0.6%的β-琉基乙醇。
[001引2、ΤΕ緩沖液(步驟⑦中） 1) Tris-HCl,pH=8.0： lOmM； 2) 邸ΤΑ, NaOH調(diào)pH=8.0: ImM； 滅菌后使用。
[0019] 3、75%乙醇（步驟⑤中） 75%為乙醇在溶液中所占的體積比，具體配制方法為75毫升無水乙醇加超純水至總體 積100毫升。
[0020] 二)實驗結果 蘆韋原料經(jīng)過水蒸氣爆破和氧化巧處理，再用纖維素酶加吐溫-80酶解，最佳的吐溫濃 度是1%。結果見說明書附圖2。由圖2可知，在加入1%的吐溫-80進行纖維素酶解時，纖維素的 糖化效率可W達到98%，蘆韋原料中幾乎全部的纖維素都轉化成了可W發(fā)酵的葡萄糖。
[0021] 用不同的方法處理水蒸氣爆破后的蘆韋材料，然后用纖維素酶加吐溫-80酶解，都 可W獲得極高的纖維素糖化效率。結果見說明書附圖3。由圖3可知，分別用0.5%此S化、4% Na0H、5% CaO和液體熱水等4種方法處理水蒸氣爆破W后的蘆韋材料，再用纖維素酶加吐 溫-80酶解，蘆韋材料中纖維素的糖化效率都超過95%。
[0022] 采用蒸汽爆破處理蘆韋原料，將汽爆后的殘渣用氧化巧處理，再用纖維素酶加吐 溫-80酶解，最后進行乙醇發(fā)酵，可W獲得最高的糖醇轉化率，每公斤蘆韋（干重）可生產(chǎn)乙 醇190克。結果見圖4。
【主權項】
1. 一種用蘆葦高效生產(chǎn)纖維素乙醇的方法，其特征在于包括下列步驟： ① 將蘆葦切碎和加水調(diào)節(jié) 將蘆葦切割成長度約10 cm的片段，加水調(diào)節(jié)使含水量達到50%; ② 水蒸汽爆破預處理 蒸汽壓力為2.5 MPa，溫度225°C，持續(xù)時間3分鐘； ③ 收集汽爆后殘渣 將殘渣在55 °C干燥48小時，研磨成粉末； ④ 氧化鈣預處理 用5.0%(W/W)氧化鈣處理汽爆后的粉末，固液比1:20(W/W)，溫度50°C，處理時間48小 時； ⑤ pH值調(diào)節(jié) 用濃鹽酸將溶液的pH值調(diào)節(jié)到7.0; ⑥ 纖維素酶解 加入纖維素酶，使得酶解液中纖維素酶的濃度達到2. Og/L，加入吐溫-80,使得酶解液 中吐溫-80的濃度達到1.0%(V/V)，固液比1:20，溫度50°C，水解時間48小時； ⑦ 發(fā)酵 將纖維素水解后的糖液用于乙醇發(fā)酵，每升糖液加入2.0g釀酒酵母(細胞干重），發(fā)酵 溫度37° C，時間48小時； ⑧ 收集乙醇 用蒸溜法收集發(fā)酵液中的乙醇。
【文檔編號】C12P7/10GK106011183SQ201610630835
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月4日
【發(fā)明人】彭良才, 夏濤, 涂媛苑, 金文祥, 陳靈
【申請人】華中農(nóng)業(yè)大學