專利名稱：一種利用纖維素快速深層發酵生產醋酸的方法
技術領域：
本發明涉及一種生產醋酸的方法，屬生物工程領域，具體地說涉及一種以木糖渣、糠醛渣、低聚木糖生產殘渣及秸桿、麥草等富含纖維素的物質為原料快速生產醋酸的方法。
背景技術：
醋酸是重要的化學中間體和化學反應溶劑，由其可以衍生出幾百種下游產品，被廣泛地應用于醫藥、合成纖維、輕工、紡織、皮革、農藥、炸藥、橡膠、金屬加工、食品以及精細有機化學品的合成等多種工業領域，是近幾年世界上發展較快的一種重要的基礎有機化工原料。自1999年以來，世界醋酸需求的年增長率在3%-5%之間，需求增長最快的是中國。目前，我國醋酸生產能力約在350萬噸，但都是采用化學合成法生產。 我國玉米產量I. 44億噸，玉米芯約占玉米產量的三分之一左右，約5000萬噸。玉米芯生產木糖、糠醛、低聚木糖等產品后的殘渣約占玉米芯處理總量的60%，目前，這些廢渣作為廢料被燒掉或扔掉，既浪費了大量可再生資源，又污染了環境。玉米芯生產木糖、糠醛、低聚木糖后的廢渣中半纖維素和大部分灰分已經除去，其主要成分為纖維素，約占40-65%，是一種非常好的可再生資源。另外，微生物液體發酵法生產醋酸工藝流程可分為糖化一酒精發酵一醋酸發酵三部分，發酵周期在80-100h。
發明內容
本發明的目的是提供一種利用含纖維素的工業廢渣為原料，減少糧食消耗，并縮短生產周期的利用纖維素快速深層發酵生產醋酸的方法。本發明的目的可通過如下技術措施來實現
該方法以含55 65重量份的纖維素、25 33重量份的木質素、2 12重量份的工業木糖廢渣為原料，按如下步驟進行
a.將工業木糖廢渣原料加入蒸汽爆破機，在2 3Mpa條件下，預處理90 150s；
b.取a步驟經預處理的工業木糖廢洛原料按照原料水=I:I 10重量份配比加入水入磨漿機磨漿，控制磨漿重量濃度為10 20%，磨漿粒度為40 80目，然后置入糖化罐中，在溫度為45 60°C、pH = 4 6條件下，按500 1500單位/g工業木糖廢渣原料量配比取纖維素酶，分2-4次加入，間隔時間為6 10小時，酶解20 28h，然后再經過濾、膜濃縮至固形物重量濃度為15 20%的糖化液；
c.向b步驟的糖化液中按照糖化液重量0.I 1%配比加入活性干酵母進行發酵，控制發酵溫度為30 45°C，前8h通氣，培養24h后當酒精度在0. 5 2%時加入醋酸菌，進行同時發酵，溫度控制在30 45°C，控制發酵時間為48 60h，然后脫水，得產品。本發明的目的還可通過如下技術措施來實現
所述的工業木糖廢渣原料是木糖渣、糠醛渣、低聚木糖生產殘渣或秸桿、麥草等富含纖維素的廢棄物；所述的工業廢渣原料是木糖渣；所述的纖維素酶由外切￠-葡聚糖酶、內切3 -葡聚糖酶和P -葡萄糖苷酶以任意配比組合而成；b步驟所述的pH = 5 5. 5。纖維素酶是一種由多種水解酶組成的復合酶系，它由外切￠-葡聚糖酶、內切 葡聚糖酶和3 -葡萄糖苷酶以任意配比組合而成，可將纖維素最終分解為葡萄糖。該
酶作用條件溫和，對酶解的條件要求不高，單位酶活力為20萬單位/g，酶解溫度為45 600C，酶解時的pH值在4 6之間。該纖維素酶經毒理安全性檢測，確認其安全無毒。調節木糖渣漿液的pH為5. 0-5. 5，控制溫度為45_55°C，按500-1500單位/g工業木糖廢渣原料分3次加入纖維素酶，間隔時間為6-10小時。酶解時間控制在20-28h，此時糖度達到4-5Bx，還原糖量為3. 8-4. 5BX，其中葡萄糖量為70_90%。酶解結束后渣液再經過板框過濾、膜濃縮技術等濃縮至固形物濃度為15-20%。將活性干酵母按照0. I 1%的添加量加入到糖化液中發酵，將溫度控制在30-450C，前8h適當通氣，培養24h后酒精度在0. 5-2%,此時加入醋酸菌，進行同時發酵，溫度控制在30-45°C，培養48-60h，醋酸含量達到10-13%時發酵結束。將發酵液送蒸餾塔蒸 餾，醋酸的純度為90-99%。本發明的優點
I)本發明使木糖渣廢棄物成為醋酸的生產原料和重要資源，為解決木糖渣等纖維廢棄物再利用難題提供了一條思路和技術路線，同時解決了木糖渣的污染問題，有利于保護環境。2)本發明采用發酵技術生產纖維醋酸，可減少醋酸工業對糧食原料的依賴，使醋酸生產原料來源更廣闊。使用工業廢渣及富含纖維素的秸桿、麥草等，實現了廢物的綜合利用，附加值高，增加企業的綜合效益。3)本發明采用高溫酵母和醋酸菌同時發酵制備纖維醋酸，發酵周期縮短16_20h，醋酸產品得率高，3. 2-3. 8噸木糖渣可轉化成I噸纖維醋酸。若利用高溫酵母與醋酸菌進行液體混合發酵，使酒精發酵與醋酸發酵同步進行，可大大縮短發酵周期，將其控制在48-60h。
圖I是本發明實施例的工藝流程圖。
具體實施例方式實施例I :
取含65重量份的纖維素、25重量份的木質素、12重量份的木糖渣為原料，按如下步驟進行
a.將工業木糖廢渣原料加入蒸汽爆破機，在2Mpa條件下，預處理150s；
b.取a步驟經預處理的工業木糖廢渣原料按照原料水=1:1重量份配比加入水入磨漿機磨漿，控制磨漿重量濃度為20%，磨漿粒度為80目，然后置入糖化罐中，在溫度為45°C、PH = 6條件下，按1500單位/g工業木糖廢渣原料量配比取由外切P -葡聚糖酶、內切^-葡聚糖酶和P-葡萄糖苷酶以任意配比組合而成的纖維素酶，分4次加入，間隔時間為6小時，酶解28h，然后再經板框過濾、膜濃縮至固形物重量濃度為15%的糖化液；
c.向b步驟的糖化液中按照糖化液重量1%配比加入活性干酵母進行發酵，控制發酵溫度為45°C，前8h通氣，培養24h后當酒精度在0. 5%時加入醋酸菌，進行同時發酵，溫度控制在30°C，控制發酵時間為60h，將發酵液送蒸餾塔蒸餾，得純度為95%的纖維醋酸。實施例2:
取含55重量份的纖維素、30重量份的木質素、6重量份的木糖渣為原料，按如下步驟進
行
a.將工業木糖廢渣原料加入蒸汽爆破機，在3Mpa條件下，預處理90s；
b.取a步驟經預處理的工業木糖廢渣原料按照原料水=1:10重量份配比加入水入磨衆機磨衆，控制磨衆重量濃度為10%,磨衆粒度為40目，然后置入糖化罐中，在溫度為60°C、pH = 4條件下，按500單位/g工業木糖廢渣原料量配比取由外切P -葡聚糖酶、內切葡聚糖酶和￠-葡萄糖苷酶以任意配比組合而成的纖維素酶，分2次加入，間隔時間為10小時，酶解20h，然后再經板框過濾、膜濃縮至固形物重量濃度為20%的糖化液；
c.向b步驟的糖化液中按照糖化液重量0.1%配比加入活性干酵母進行發酵，控制發酵溫度為30°C，前8h通氣，培養24h后當酒精度在2%時加入醋酸菌，進行同時發酵，溫度控制在45°C，控制發酵時間為48h，將發酵液送蒸餾塔蒸餾，得純度為90%的纖維醋酸。實施例3:
取含58重量份的纖維素、28重量份的木質素、10重量份的木糖渣為原料，按如下步驟進行
a.將工業木糖廢渣原料加入蒸汽爆破機，在2.5Mpa條件下，預處理IOOs ；
b.取a步驟經預處理的工業木糖廢渣原料按照原料水=1:7重量份配比加入水入磨漿機磨漿，控制磨漿重量濃度為13%，磨漿粒度為70目，然后置入糖化罐中，在溫度為50°C、pH = 5條件下，按900單位/g工業木糖廢渣原料量配比取由外切￠-葡聚糖酶、內切￠-葡聚糖酶和P -葡萄糖苷酶以任意配比組合而成的纖維素酶，分3次加入，間隔時間為7小時，酶解25h，然后再經板框過濾、膜濃縮至固形物重量濃度為17%的糖化液；
c.向b步驟的糖化液中按照糖化液重量0.7%配比加入活性干酵母進行發酵，控制發酵溫度為40°C，前8h通氣，培養24h后當酒精度在I. 5%時加入醋酸菌，進行同時發酵，溫度控制在8°C，控制發酵時間為57h，將發酵液送蒸餾塔蒸餾，得純度為97%的纖維醋酸。實施例4:
取含60重量份的纖維素、30重量份的木質素、8重量份的木糖渣為原料，按如下步驟進
行
a.將工業木糖廢渣原料加入蒸汽爆破機，在2.5Mpa條件下，預處理120s ； b.取a步驟經預處理的工業木糖廢渣原料按照原料水=1:5重量份配比加入水入磨漿機磨漿，控制磨漿重量濃度為15%，磨漿粒度為60目，然后置入糖化罐中，在溫度為55°C、pH = 5. 5條件下，按1000單位/g工業木糖廢渣原料量配比取由外切￠-葡聚糖酶、內切^-葡聚糖酶和P-葡萄糖苷酶以任意配比組合而成的纖維素酶，分3次加入，間隔時間為8小時，酶解24h，然后再經板框過濾、膜濃縮至固形物重量濃度為18%的糖化液；
c.向b步驟的糖化液中按照糖化液重量0.5%配比加入活性干酵母進行發酵，控制發酵溫度為38°C，前8h通氣，培養24h后當酒精度在I. 2%時加入醋酸菌，進行同時發酵，溫度控制在38°C，控制發酵時間為55h，將發酵液送蒸餾塔蒸餾，得純度為99%的纖維醋酸。實施例5 用糠醛渣代替木糖渣，其他同實施例1-3。實施例6:
用低聚木糖生產殘渣代替木糖渣，其他同實施例1-3。實施例7
用秸桿纖維廢棄物代替木糖渣，其他同實施例1-3。 實施例8
用麥草纖維廢棄物代替木糖渣，其他同實施例1-3。
權利要求
1.一種利用纖維素快速深層發酵生產醋酸的方法，其特征在于該方法以含55 65重量份的纖維素、25 33重量份的木質素、2 12重量份的工業木糖廢渣為原料，按如下步驟進行 a.將工業木糖廢渣原料加入蒸汽爆破機，在2 3Mpa條件下，預處理90 150s； b.取a步驟經預處理的工業木糖廢洛原料按照原料水=I:I 10重量份配比加入水入磨漿機磨漿，控制磨漿重量濃度為10 20%，磨漿粒度為40 80目，然后置入糖化罐中，在溫度為45 60°C、pH = 4 6條件下，按500 1500單位/g工業木糖廢渣原料量配比取纖維素酶，分2-4次加入，間隔時間為6 10小時，酶解20 28h，然后再經過濾、膜濃縮至固形物重量濃度為15 20%的糖化液； c.向b步驟的糖化液中按照糖化液重量O.I 1%配比加入活性干酵母進行發酵，控制發酵溫度為30 45°C，前8h通氣，培養24h后當酒精度在O. 5 2%時加入醋酸菌，進行同時發酵，溫度控制在30 45°C，控制發酵時間為48 60h，然后脫水，得產品。
2.根據權利要求I所述的一種利用纖維素快速深層發酵生產醋酸的方法，其特征在于所述的工業木糖廢渣原料是木糖渣、糠醛渣、低聚木糖生產殘渣或秸桿、麥草纖維廢棄物。
3.根據權利要求I所述的一種利用纖維素快速深層發酵生產醋酸的方法，其特征在于所述的工業廢渣原料是木糖渣。
4.根據權利要求I所述的一種利用纖維素快速深層發酵生產醋酸的方法，其特征在于所述的纖維素酶由外切葡聚糖酶、內切葡聚糖酶和葡萄糖苷酶以任意配比組合而成。
5.根據權利要求I所述的一種利用纖維素快速深層發酵生產醋酸的方法，其特征在于b步驟所述的pH = 5 5. 5。
全文摘要
本發明提供一種利用纖維素快速深層發酵生產醋酸的方法，該方法以含55～65重量份的纖維素、25～33重量份的木質素、2～12重量份的工業木糖廢渣為原料，按如下步驟進行a.將工業木糖廢渣原料加入蒸汽爆破機，在2～3MPa條件下處理；b.取a步驟經預處理的原料按照原料水＝1:1～10重量份配比加入水入磨漿機磨漿，然后置入糖化罐中，加入纖維素酶酶解得糖化液；c.向b步驟的糖化液中加入活性干酵母和醋酸菌，進行同時發酵，然后脫水，得產品。
文檔編號C12R1/865GK102703531SQ20121015807
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月21日 優先權日2012年5月21日
發明者任明, 袁博, 高艷華 申請人:濟南國力生物科技有限公司