[发明专利]一种对预处理后木质纤维素生物质进行生物脱毒的方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种以真菌固态培养的方式，对经过物理、化学或物理化学法预处理的木质纤维素生物质所产生的降解产物进行快速生物脱毒的方法。预处理过的木质纤维素生物质经生物脱毒后，即使在高固体含量条件下，(未经脱毒会引起较高抑制物浓度)，也能正常地进行同步糖化与发酵操作生产乙醇，具体的为一种对预处理后木质纤维素生物质进行生物脱毒的方法。

【背景技术】

以木质纤维素生物质为原料来生产燃料乙醇，不仅可以解决化石燃料枯竭的能源危机，也能缓解化石燃料带来的温室效应。更重要的是，木质纤维素生物质大多数是农林废弃物，原料廉价，来源广泛且可再生。木质纤维素生产燃料乙醇要经过预处理、酶水解、发酵、分离提纯等工序，其中预处理的成本和有效性、纤维素酶的生产成本和较高的乙醇得率等都是关键因素(Energy for Sustainable Development.2009，13，174-182)。目前预处理方法主要有化学法、物理法、物理化学法以及生物法，其中高温稀酸预处理和蒸汽膨爆预处理是应用最广泛且技术最为成熟的两种预处理方法。而在这两种预处理过程中木质纤维素会发生部分降解，产生各种有机酸类，呋喃类和酚类化合物，并且化合物的浓度随着预处理强度的提高而增加。这些抑制物对酶解过程中纤维素酶的活性，乙醇发酵中酵母的生长和发酵都有明显的抑制作用。

同步糖化与发酵(Simultaneous saccharification and fermentation，SSF)是将酶水解和乙醇发酵工序同时进行的工艺。因其能够避免酶水解过程所产生的高糖产物对酶的抑制效应，这一工艺已被广泛应用于燃料乙醇的生产。为了降低乙醇精馏过程的能耗，必须在发酵过程获得较高浓度的乙醇，SSF过程中的固体含量也随之增高以提供较高的可供发酵的糖浓度。在高固体含量的SSF中，抑制物浓度也比较高，常导致酿酒酵母无法正常生长和发酵。因此，如何有效地脱除预处理后木质纤维素原料中的抑制物，即“脱毒”，对高固体含量条件下生产高浓度乙醇至关重要。

目前对预处理原料进行脱毒的方法主要有：物理法(真空蒸发等)；化学法(活性炭吸附，离子交换树脂吸附，以及沉淀等)；生物法(真菌漆酶或氧化酶，微生物直接应用)等。前两种方法对设备和工艺的要求较高，成本也较高。而生物法脱毒的条件比较温和，没有新的抑制物生成，并且脱毒效果好。尤其是真菌应用于预处理后的水解液中脱毒效果最为明显，Lopez等于2004年筛选出Coniochaeta ligniaria，能够将水解液中的糠醛和羟甲基糠醛(浓度分别为20mM和15mM)完全降解，缺点是脱毒周期长。无论哪种脱毒方式，目前采用的大部分都是对酶水解后的水解液进行脱毒，这严重影响了同步糖化发酵工艺的连续性。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种对预处理后木质纤维素生物质进行生物脱毒的方法。

本发明在于运用发明人从自然界中筛选得到的一株真菌A.resinae ZN1，对预处理后的木质纤维素生物质中的抑制物进行快速降解的生物脱毒方法。本发明所提出的生物脱毒方法，不仅对不同预处理方法产生的各种类型的抑制物(乙酸，甲酸，乙酰丙酸，糠醛，羟甲基糠醛，香兰素，对羟甲基苯甲醛)有快速的降解作用，而且脱毒方式是在酶水解前的固态木质纤维素原料中进行，从而保证高固体含量SSF生产乙醇工艺的正常连续进行。

本发明的技术方案为：采用固态培养的方式，用A.resinae ZN1对预处理后的木质纤维素生物质进行生物脱毒，并用该脱毒后的木质纤维素生物质在高固体含量条件下的同步糖化发酵生产乙醇，具体步骤为：

一种对预处理后木质纤维素生物质进行生物脱毒的方法，具体步骤为：

一、预处理原料的制备

(1)原料准备：用粉碎机对玉米木质纤维素原料进行粉碎至0.1～20mm，并经过水洗、烘干步骤，进行密封保存，以待预处理实验时用；

(2)蒸汽膨爆预处理：在160～240℃，0.3～2.0MPa条件下，直接用水蒸汽在蒸汽爆破装置中对粉碎烘干的木质纤维素原料处理1～15min，处理后的木质纤维素原料放置在4℃冰箱中保存；

(3)稀酸预处理：用稀硫酸预浸粉碎后的木质纤维素原料，搅拌均匀放置过夜后放入反应器进行反应，稀酸浓度0.5～5％(w/w)，预处理时间1～15min，预处理温度为160～240℃，得到预处理强度不同的各种木质纤维素原料；获得的木质纤维素原料放置于4℃冰箱中保存以备后用；

二、菌种和菌种培养基