專利名稱：一種利用玉米芯加工殘渣發酵生產燃料乙醇的方法
技術領域：
本發明涉及一種燃料乙醇的生產方法，特別是以玉米芯加工殘渣為主要原料發酵生產燃料乙醇的方法。
背景技術：
以玉米芯為原料加工生產糠醛和木糖等產品過程中會產生大量的木糖渣和糠醛渣，統稱玉米芯加工殘渣。我國每年排放糠醛廢渣近3000萬噸(CN 200910090506. 5)，這些廢渣的堆放不僅占用土地，而且對周邊環境造成污染。經測定，玉米芯加工殘渣干基中的纖維素含量占60%以上，半纖維素8%左右，木質素26%左右。CN00107969. 7公開了一種利用木糖渣生產乙醇的方法，該專利先采用黑曲霉固體發酵產生纖維素酶曲，再利用制備的纖維素酶曲與木糖渣混合對木糖渣中的纖維素進行水解，然后固液分離，獲得水解糖液，水解糖液中的葡萄糖濃度為5%-12%，將水解糖液中加入酵母菌發酵生產乙醇，根據專利中報道 的水解糖濃度數據，發酵液中乙醇濃度可達到的理論值為2. 5 wt%-6wt%0 CN200610131965.X公開了一種利用玉米芯加工殘渣發酵生產纖維素乙醇的方法，該方法包括利用擬康氏木霉液態深層發酵產生纖維素酶，厭氧同步糖化發酵生產乙醇，乙醇純化等步驟，最終發酵液中的乙醇濃度為8% v/v。與常規纖維乙醇生產過程不同，由于木糖渣中半纖維素大部分被水解生成木糖和糠醛等產品，玉米芯加工殘渣水解產生的木糖很少，僅靠纖維素水解產生的葡萄糖發酵乙醇，最終發酵液中的乙醇濃度很難達到糧食乙醇(發酵液乙醇濃度可達到12% v/v以上)的水平。發酵液中乙醇濃度低造成下一步乙醇精餾能耗過大，增加了乙醇生產成本。
發明內容
針對現有玉米芯加工殘渣發酵生產乙醇過程中發酵單元最終乙醇濃度低的問題，本發明通過纖維素酶的復配、補加非糧碳源和同步糖化發酵等手段提高木糖渣發酵液中的乙醇濃度，降低乙醇提濃階段的能耗。本發明利用玉米芯加工殘渣發酵生產燃料乙醇的方法，包括如下內容
(1)配制玉米芯加工殘渣專性水解復合酶制劑，復合酶制劑中含有纖維素內切酶、纖維外切酶和β-葡萄糖苷酶，其中，纖維素內切酶的濃度為5-30 g/L，纖維素外切酶的濃度為30-90 g/L, β -葡萄糖苷酶的濃度為1-20 g/L ；
(2)玉米芯加工殘渣加入玉米芯加工殘渣專性水解復合酶制劑，復合酶制劑用量為
O.05-0. 5 g/g纖維素；45 60°C預酶解0_36 h，然后調整溫度至24-44 V，加入釀酒酵母
O.02%。_5%。(以干酵母質量為基準計)，玉米芯加工殘渣同步糖化發酵生產乙醇；
(3 )在發酵過程中，優選補加糖蜜、淀粉或菊芋等補充發酵物質。本發明方法中，玉米芯加工殘渣專性水解復合酶制劑中，還可以含有木聚糖水解酶、果膠酶、漆酶以及輔助因子中的一種或幾種。木聚糖酶的濃度為0-20 g/L。果膠酶的濃度為0-5 g/L。漆酶濃度為0-10 g/L。輔助因子包括表面活性劑和金屬離子，表面活性劑的濃度為O. 01-0. I g/L，金屬離子的濃度為O. 01-0. 5 g/L。本發明方法中，玉米芯加工殘渣專性水解復合酶制劑中的輔助因子使用的表面活性劑優選為非離子表面活性劑，如Tween系列表面活性劑中的一種或幾種，優選為Tween80、Tween 60、Tween40、Tween 20等中的一種或幾種。金屬離子可以選擇Ca2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Fe2+、Mg2+、Co2+、K.和 Fe3+ 中的一種或任意搭配使用，Ca2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Fe2+、Mg2+、Co2+、K+和 Fe3+的濃度分別為 0-0. 04 g/L, 0-0. 04 g/L, 0-0. 02 g/L, 0-0. 04 g/L, 0-0. 04 g/L,0-0. 08 g/L,0-0. 05 g/L,0-0. 09 g/L,0-0. I g/L。復合酶制劑中的其它物質為水。本發明方法中，釀酒酵母可以使用任意能把葡萄糖發酵生成乙醇的菌株，本發明為了實現高效同步糖化發酵生產乙醇，優選耐溫釀酒酵母Saccharomyces cerevisiaeFE-B。Saccharomyces cerevisiae FE-B,于2008年11月10日保藏 于“中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心”(簡稱CGMCC)，其保藏號為CGMCC NO. 2735。耐溫釀酒酵母Saccharomyces cerevisiae FE-B是從米酒酒曲中篩選出的一株耐溫釀酒酵母,可以在24 44°C條件下生長，能夠在24 44°C條件下發酵葡萄糖生產乙醇，特別是可以在較高溫度下實現同步糖化和發酵。玉米芯加工殘渣的同步糖化發酵條件如下采用釜式攪拌罐進行反應，糖化發酵體系中玉米芯加工殘渣干基與水的質量比為I :20-2 5 ;加入復合酶制劑，經過適當的預酶解后，在相對較高的溫度下進行同步糖化和發酵生產乙醇，同步糖化和發酵過程采用間歇攪拌，攪拌速率根據反應器體積和形狀具體確定；玉米芯加工殘渣加入方式可根據反應體系的稠度和粘度一次性加入或分批加入；反應時間48-144 h ;pH控制在4. 0-7. 0，優選
4.5~5. O0在發酵過程中補加的補充發酵物質的時間最好在發酵進行5 40小時后，以流加的方式補充發酵物質。補充的發酵物質優選為非食用糧來源的可發酵物質，最優選為糖蜜，糖蜜可以是甘蔗或甜菜為原料生產蔗糖產生的廢糖蜜，也可以是甜高粱榨汁濃縮后生產的糖蜜，都屬于非糧原料，糖蜜中總糖質量濃度一般在35%-60%。由于糖蜜中含有葡萄糖等對木糖渣中纖維素的水解具有反饋抑制作用的成分。本發明中補充發酵物質的補加方法采用流速流加進入到反應體系，反應體系中的葡萄糖濃度低于25 g/L。補充發酵物質的加入量以總糖質量計為玉米芯加工殘渣干基質量的20%-120 %。釀酒酵母的擴大培養可以采用本領域的常規方法，如將含糖50%的糖蜜稀釋25倍，加入I g/L的尿素滅菌，接入酵母菌通風攪拌培養12 h即可。玉米芯加工殘渣中雖含有較多的纖維素等物質，但由于結構復雜，不易直接利用，本發明通過配制玉米芯加工殘渣專性水解復合酶制劑，其中的纖維素內切酶、纖維素外切酶和葡萄糖苷酶協同作用，可以將玉米芯加工殘渣中纖維素有效水解。在玉米芯加工殘渣專性水解復合酶制劑中，進一步使用木聚糖水解酶、果膠酶、漆酶、表面活性劑和金屬離子等輔助因子，可以進一步提高玉米芯加工殘渣中纖維素等物質的水解效率，可以實現水解的同時進行發酵。表面活性劑可以提高纖維素酶解體系中纖維素酶和纖維素之間的吸附解和吸附能力，提高纖維素水解效率；金屬離子主要用做復合酶中各種酶蛋白的激活劑，提高酶蛋白的水解活性。另外，本發明方法通過補加非糧碳源和同步糖化發酵等手段提高木糖渣發酵液中的乙醇濃度，降低乙醇提濃階段的能耗。
圖I是實施例I反應過程體系中各種物質濃度的變化曲線；
圖2是實施例2反應過程體系中各種物質濃度的變化曲線。
具體實施例方式下面通過實施例進一步說明本發明的方案和效果，其中未明確基準的百分含量以
重量為基準。表I實施例中使用復合酶制劑的組成。
權利要求
1.一種利用玉米芯加工殘渣發酵生產燃料乙醇的方法，其特征在于包括如下內容 (1)配制玉米芯加工殘渣專性水解復合酶制劑，復合酶制劑中含有纖維素內切酶、纖維外切酶和β-葡萄糖苷酶，其中，纖維素內切酶的濃度為5-30 g/L，纖維素外切酶的濃度為30-90 g/L, β -葡萄糖苷酶的濃度為1-20 g/L ； (2)玉米芯加工殘渣加入玉米芯加工殘渣專性水解復合酶制劑，復合酶制劑用量為O. 05-0. 5 g/g纖維素；45 60°C預酶解0_36 h，然后調整溫度至24-44 °C，以干酵母質量為基準計，加入釀酒酵母O. 02% -5%。，玉米芯加工殘渣同步糖化發酵生產乙醇。
2.按照權利要求I所述的方法，其特征在于在發酵過程中補加糖蜜、淀粉或菊芋補充發酵物質。
3.按照權利要求I或2所述的方法，其特征在于玉米芯加工殘渣專性水解復合酶制 劑中，還含有木聚糖水解酶、果膠酶、漆酶以及輔助因子中的一種或幾種，木聚糖酶的濃度為0-20 g/L，果膠酶的濃度為0-5 g/L，漆酶濃度為0-10 g/L，輔助因子包括表面活性劑和金屬離子，表面活性劑的濃度為O. 01-0. I g/L，金屬離子的濃度為O. 01-0. 5 g/L。
4.按照權利要求3所述的方法，其特征在于玉米芯加工殘渣專性水解復合酶制劑中，輔助因子使用的表面活性劑為Tween系列非離子表面活性劑中的一種或幾種。
5.按照權利要求3所述的方法，其特征在于玉米芯加工殘渣專性水解復合酶制劑中，金屬離子選擇Ca2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Fe2+、Mg2+、Co2+、K+和Fe3+中的一種或任意搭配使用，Ca2+、Cu2+、Mn2+、Zn2+、Fe2+、Mg2+、Co2+、K+和 Fe3+的濃度分別為 0-0. 04 g/L, 0-0. 04 g/L, 0-0. 02 g/L，0-0. 04 g/L,0-0. 04 g/L,0-0. 08 g/L,0-0. 05 g/L,0-0. 09 g/L,0-0. I g/L。
6.按照權利要求I所述的方法，其特征在于釀酒酵母使用耐溫釀酒酵母Saccharomyces cerevisiae FE-B,Saccharomyces cerevisiae FE-B,于2008年 11 月 10 日保藏于“中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心”(簡稱CGMCC)，其保藏號為CGMCCNO. 2735。
7.按照權利要求I所述的方法，其特征在于發酵過程采用釜式攪拌罐進行反應，糖化發酵體系中玉米芯加工殘渣干基與水的質量比為I :20-2 5 ;玉米芯加工殘渣一次性加入或分批加入；反應時間48-144 h ；pH控制在4. 0-7. O。
8.按照權利要求I所述的方法，其特征在于在發酵過程中補加的補充發酵物質的時間在發酵進行5 40小時后，以流加的方式補充發酵物質。
9.按照權利要求2所述的方法，其特征在于補充發酵物質的加入量以總糖質量計為玉米芯加工殘渣干基質量的20%-120 %。
10.按照權利要求2或9所述的方法，其特征在于補充發酵物質的補加方法采用流速流加進入到反應體系，反應體系中的葡萄糖濃度低于25 g/L。
全文摘要
本發明涉及一種利用玉米芯加工殘渣發酵生產燃料乙醇的方法，包括(1)配制玉米芯加工殘渣專性水解復合酶制劑，復合酶制劑中含有纖維素內切酶、纖維外切酶和β-葡萄糖苷酶；(2)玉米芯加工殘渣加入玉米芯加工殘渣專性水解復合酶制劑，復合酶制劑用量為0.05-0.5g/g纖維素；45～60℃預酶解0-36h，然后調整溫度至24-44℃，加入釀酒酵母0.02‰-5‰，玉米芯加工殘渣同步糖化發酵生產乙醇。發酵過程可以補加非糧來源的發酵原料。與現有技術相比，本發明方法解決玉米芯加工殘渣發酵生產乙醇過程中發酵單元最終乙醇濃度低的問題，降低乙醇提濃階段的能耗。
文檔編號C12P7/10GK102911971SQ20111021756
公開日2013年2月6日 申請日期2011年8月1日 優先權日2011年8月1日
發明者張全, 黎元生, 佟明友, 金平, 喬凱 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院