[发明专利]一种利用植物秸秆发酵生产酒精的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物发酵领域，具体地说，涉及一种利用植物秸秆发 酵生产酒精的方法。

背景技术

地球上每年大约形成1000亿吨植物有机物，是自然界分布最广、 含量最多、价格低廉而又可再生的资源。20世纪70年代初以来，人 类开始把目光转移到利用可再生的植物纤维资源生产乙醇上来，同 时，日益恶化的大气状况也是采用乙醇作为替代能源的另一重要原 因。随着汽车工业的迅猛发展，汽车的不完全燃烧向大气中排入了越 来越多的二氧化碳及其他的有毒物质，严重污染了环境。国际环境组 织呼吁，从长远利益出发，建议采用“乙醇汽油”或乙醇作为未来的汽 车燃料，开发以植物纤维原料发酵生产乙醇的生物技术。开发农作物 秸秆生产燃料乙醇，对于缓解能源危机，保障粮食安全，具有非常重 要的现实意义和深远的历史意义。

目前秸秆发酵酒精有以下几种发酵方式：①分步水解糖化发酵法： 纤维素酶水解与乙醇发酵分步进行，优点是酶解和发酵都在各自最适 条件下进行，缺点是不能消除酶解过程中生成的葡萄糖和纤维二糖对 纤维素酶的反馈抑制作用；②同步糖化发酵法：纤维素酶解与葡萄糖 的乙醇发酵在同一个反应器中进行，提高了酶解效率，缺点是酶解与 乙醇发酵最适温度不一致；③同步糖化共发酵法：纤维素酶解、己糖 发酵和戊糖发酵同时进行，可采用混菌发酵或木糖代谢工程菌发酵； ④直接微生物转化法：纤维素酶的生产、纤维素酶解糖化、葡萄糖乙 醇发酵三个过程耦合成一步，减少了反应器，降低了设备费用，缺点 是副产物多，乙醇浓度和得率低。

我们采用的发酵工艺为：用碱法工艺将植物秸秆在115℃～125℃ 条件下水解成含有葡萄糖和木糖的混合糖液，接入酿酒热带假丝酵母 菌种，加入发酵所需的氮源和微量元素，在好氧和厌氧条件下将混合 糖代谢为乙醇，提高了酶解得率，提高了乙醇浓度和糖醇转化率，发 酵终点残糖很低，减轻了废水处理负荷，提高了总的经济效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用秸秆发酵生产酒精的方法。

本发明提供的利用植物秸秆发酵生产酒精的方法，包括如下步 骤：

1、平板培养：采用葡萄糖和木糖加氮源为培养基，将酿酒酵母 菌种接种到培养基中，温度30℃～33℃下培养20h～28h；

2、摇瓶种子培养：将平板培养的酒精酵母菌种接种到以植物秸 秆水解糖为碳源的培养基中，接种量10％，温度30℃～33℃、pH4.5～ 6.0、摇床转速200rpm下，培养25h～30h；

3、种子罐种子培养：将摇瓶培养的酒精酵母菌种接种到以植物 秸秆水解糖为碳源的种子培养基中，接种量为10％(v/v)，温度30 ℃～33℃、通风比1∶(0.3～0.6)，pH值4.5～6.0、搅拌转速120rpm～ 250rpm下，培养25h～30h；

4、发酵罐培养：将种子罐培养的酒精酵母菌种接种到发酵罐的 以植物秸秆水解糖为碳源的发酵培养基中，根据该菌株在生长、代谢 的不同阶段对氧气及不同碳源需求量的差异，进行有氧、厌氧两段组 合发酵，第一阶段为有氧发酵阶段，无菌空气以通风比为1∶(0.3～ 0.6)的通风速率流入，在搅拌转速为100rpm～300rpm下，维持溶氧 浓度为60％～80％，温度控制在30℃～31℃，好氧培养6h～10h，当 细胞浓度达到25～30时，转入第二阶段厌氧发酵，直至发酵结束， 温度控制在30℃～38℃，发酵55h～75h，即得乙醇。

所述植物秸秆水解糖是采用废弃的植物性纤维素类原料，如玉米 芯、玉米秸秆、甘蔗渣等，经常规的酶解技术将其所含的纤维素类物 质水解成单糖或双糖类物质，以提供给发酵菌株作为碳源，除此之外， 其他一些工业废弃物如造纸厂废母液、木糖加工母液也可直接作为碳 源使用。秸秆水解糖液的一种制备过程可以如下：

植物秸秆→粉碎→水洗→酸洗→水洗→碱煮→酶解→过滤→脱 色→膜处理→热力浓缩→秸秆水解糖液；其中，酶解过程最好采用组 合酶解工艺，同时利用纤维素酶、木聚糖酶和纤维二糖酶来进行。

所述培养基中的氮源可以为酵母膏、蛋白胨、玉米浆、尿素、硫 酸铵、麸皮水解液、豆粕水解液中的一种或几种。