[发明专利]富含半纤维素废弃农作物水解发酵产丁醇方法

说明书

技术领域

本发明属于生物质发酵生产生物能源，本发明涉及利用富含半纤维素的农业废弃物，以及制糖工业的 压榨残渣废弃物，乙酸水解，梭菌发酵生产溶剂丙酮、丁醇和乙醇。

背景技术

丙酮丁醇的发酵历史可追溯到19世纪，是一战和二战中重要的无烟炸药丙酮的生产方法，随着石油 工业的大发展，逐渐走向没落，发酵法生产于上世纪90年代基本被以石油化工技术的石化方法所取代。 由于化石能源的不可再生性，以及日益紧迫的环境压力，使人们又一次看到了，发酵法生产溶剂的众多优 点。但是，传统发酵方法都是以粮食为底物，这和当今人口问题和可持续发展方针相矛盾。而且，发酵底 物占据丙酮丁醇发酵成本的大部份(60％以上)。随着科学技术的发展，农业废弃物以及各种有利用价值的 生物质，逐渐成为粮食发酵的有力替代品，应用生物质生产可再生能源及溶剂，成为当今科学界一大热点。

甜高粱(sweet sorghum)已经是世界公认的能源植物之一。种子可食用或作为饲料，秸秆富含糖类， 压榨后汁液可制糖，但是产生大量的富含半纤维素类的残渣类物质，目前利用甜高粱渣生产溶剂丁醇的还 鲜有报道。甜玉米，是一种玉米的改良品种，主要用作鲜食，它的秸秆与甜高粱相似，也是富含糖类，压 榨后，剩余残渣富含半纤维素。蔗渣是甘蔗制糖压榨后的产物，富含半纤维素，一般都作为饲料添加成分， 但是大量集中产生的蔗渣，存在处理难题。玉米芯为玉米果实成熟后，脱粒后剩余部分，富含半纤维素， 我国是玉米的生产大国，可利用资源极其丰富。

罗鹏发表在《林产化学与工业》杂志2006年第26卷第2期的文章《木质生物资源的水解》概括介绍 了当前常用的半纤维素水解的方法包括酶水解、酸水解，其中酸水解主要为硫酸和硝酸水解，稀酸水解反 应速度快，能够满足连续式水解工艺的要求。但稀酸水解不具有选择性，有降解产物糠醛形成，得率较低，一 般为50％左右。对于连续式水解工艺，为使酸液能够快速渗透到物料内部，需要将物料进行粉碎处理。反应 须在高温下进行，能耗高，成本高，对反应器具有腐蚀性。

庄军平在发表于2009年的《现代化工》第29卷第2期的论文《木质纤维素稀水解液脱毒研究进展》 介绍稀酸水解作为一种广泛使用的木质纤维原料的预处理方法，已在生产中得到广泛应用，但由于木质纤 维素经稀酸水解预处理后，水解液中会产生大量的对发酵有毒的物质如乙酸、糠醛、酚类物质等，从而影响 进一步发酵。

李岩发表于2008年10月《现代化工》第28卷增刊(2)的文章《玉米秸秆稀酸水解与水解液发酵的 实验研究》，文章报道了玉米秸秆的稀酸水解性能，考察了底物浓度、反应温度、反应时间、硫酸浓度和秸 秆粒径对水解得率和木糖得率的影响。在硫酸浓度为110％、水解温度126℃、水解时间1h、底物浓度 为50～80g/L情况下。所得水解液主要成分为木糖和葡萄糖，经处理后可直接用于微生物的发酵培养。

中国专利申请200810046776.1公开了利用甜高粱秸秆或/和甜玉米秸秆发酵生产丙酮、丁醇的方 法，该方法生产步骤包括：甜高粱秸秆或/和甜玉米秸秆榨汁，汁液含糖量稀释到10％～6％；加入磷酸 盐、钙盐、氮源和微量生长因子，在121℃以上灭菌，冷却到32℃～37℃，得发酵培养基；将丙酮-丁醇 生产菌株，接种于玉米培养基中，在100℃下热激活，在37℃下厌氧培养，得种子液；按发酵培养基体积 比2％～5％将种子液接入发酵培养基中，32℃～37℃厌氧发酵，发酵采用分批发酵或者连续发酵，得丙 酮和丁醇发酵液；检测丙酮、丁醇含量。本发明的特点：一是合理利用秸秆。二是可利用含糖量较低的不 同地区、不同季节栽培的不同品种甜高粱秸秆和甜玉米秸秆。解决了大规模发酵生产鲜秸秆不好保藏的问 题。

中国专利申请200810035792.0公开了一种提高薯类原料发酵生产丙酮、丁醇、乙醇的产率的方法。本发 明涉及一种提高薯类原料发酵生产丙酮、丁醇、乙醇的产率的方法。其特点在于：向所述薯类原料中补充 氮源。解决现在因薯类原料无法被ABE梭菌有效利用，导致薯类原料发酵生产丙酮、丁醇、乙醇的产量低、 成本高的问题。公开号为JP58031993(A)的日本专利申请公开了一种生产丁醇的方法和所用菌种。采用纤 维素作为培养基碳源发酵生产丁醇。该菌种具有吸收利用纤维素的特性。现有技术在纤维素水解发酵生产 丁醇工艺，都采用硫酸等进行水解，从而造成后期环保处理问题。

发明内容

本发明解决的问题是，为溶剂发酵生产提供一种以富含半纤维素生物质为原料，经过乙酸水解发酵产 丁醇方法。