[发明专利]一种以木质纤维素为原料联产乙醇和微生物油脂的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物化工领域，涉及一种以木质纤维素为原料联产乙醇和微生物油脂的方法，进一步可将微生物油脂转化为生物柴油，因而实现以木质纤维素为原料联产乙醇和生物柴油。

背景技术

近年来，由于化石能源日趋枯竭以及其燃烧后产生的二氧化碳、氧化氮、氧化硫以及排放的黑烟等导致了严重的环境污染问题，开发可再生的替代能源，例如生物燃料，受到了世界各国的广泛关注。其中，生物乙醇和生物柴油是最受关注的两种生物燃料。

生物乙醇可由玉米、小麦等淀粉质原料经过微生物发酵生产，但以粮食为原料生产生物乙醇会引起“与人争粮、与粮争地”等问题。采用来源广泛、价格低廉的木质纤维素原料生产乙醇是为人们看好的生物乙醇发展方向。木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源，据估计木质纤维素原料占世界总生物质量的50％。由木质纤维素生物转化生产乙醇越来越引起世界各国的广泛关注。但以木质纤维素为原料大规模生产模纤维素乙醇仍面临着多个问题，其中一个主要瓶颈是传统酵母菌不能将五碳糖转化为乙醇。五碳糖是半纤维素的主要水解产物，半纤维素通常占木质纤维素原料组分总量的10％-40％。因此，这部分糖不加以利用将会造成严重的资源浪费。虽然可以通过基因工程改造酵母菌体使其可利用五碳糖发酵生产乙醇，但该基因操作往往耗时耗力而且难以得到遗传稳定的基因工程菌种。因此，如能将五碳糖转化为其它高附加值产品，一方面可以获得更高的收益，另一方面也可以推动纤维素乙醇的发展。

生物柴油是由生物油脂原料通过转酯化反应生成的长链脂肪酸酯类化合物。生物柴油生产过程中原料的成本占总成本的70％以上。与生物乙醇的发展类似，生物柴油的大规模生产不可能以大豆油等食用油为原料，因此必须寻找一种可再生的油脂原料。虽然采用边际土体种植木本油料植物以提供生物柴油生产的油脂原料，但木本油料植物生长缓慢、管理困难，而且受到地域、气候等条件限制，短时间内难以大规模开发和利用。而许多微生物，如酵母、霉菌和藻类等，在一定条件下能将碳水化合物转化为油脂贮存在菌体内，即微生物油脂，又叫单细胞油脂。大部分微生物油脂的脂肪酸组成和一般植物油相近，以C16和C18系脂肪酸，如油酸、棕榈酸、亚油酸和硬脂酸为主。微生物油脂发酵周期短，不受场地、季节、气候变化等的影响，一年四季除设备维修外，都可连续生产；而且产油微生物菌种资源丰富，能利用和转化各种农林废弃木质纤维素原材料。因此，利用微生物转化法获取油脂具有非常大的发展潜力。更为重要的是，很多微生物可以将五碳糖，例如木糖转化为油脂，而五碳糖是木质纤维素水解产物的一个主要可发酵糖。传统的酿酒酵母不能将其转化为乙醇，而结合微生物油脂发酵，可以将木质纤维素生物转化为乙醇和微生物油脂，进而实现木质纤维素联产乙醇和生物柴油。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以木质纤维素为原料联产乙醇和微生物油脂的方法，将原料中的六碳糖转化为乙醇，而五碳糖转化为微生物油脂，进而可实现生物乙醇和生物柴油的联产。

本发明的目的是采用以下的技术方案来实现的。依据本发明提供的一种以木质纤维素为原料联产乙醇和微生物油脂的方法，主要包括如下步骤：

(1)木质纤维素经过预处理后得到易于酶解的纤维素固体和含糖水解液；

(2)将步骤(1)得到的纤维素固体用于乙醇发酵，发酵液经过滤后得到固体物质和乙醇醪液；

(3)将步骤(2)得到的乙醇醪液进行乙醇回收，得到高浓度乙醇溶液和废液1；

(4)将步骤(1)得到的含糖水解液用于微生物油脂发酵，发酵液经过分离后得到油脂菌体和废液2；

(5)将步骤(3)中得到废液1和步骤(4)中得到的废液2循环用于步骤(4)中的微生物油脂发酵；

(6)从步骤(4)中得到的油脂菌体中提取出微生物油脂，同时得到菌体残渣；

(7)将步骤(2)中得到的固体物质和步骤(6)得到的菌体残渣进行水解后循环用于步骤(2)和/或步骤(4)的发酵过程。

优选地，所述步骤(1)中木质纤维素的预处理方法选自稀酸预处理、碱处理、高压热水预处理和/或有机溶剂预处理；优选地，所述预处理过程温度为60-220℃，处理时间为30-180min。

优选地，所述步骤(2)中纤维素固体用于发酵生产乙醇是以分步糖化发酵或同步糖化发酵实现的。

优选地，所述步骤(4)中含糖水解液用于微生物油脂发酵前先经过脱毒和中和处理；优选地，所述脱毒和中和处理是通过以下步骤实现的：含糖水解液首先通过泡沫分离除去部分木质素降解产物，剩余液体进行浓缩后调节pH值至1.0-3.0，过滤除去不溶固体后采用活性炭吸附脱毒处理，过滤活性炭后调节pH值至6.0-7.0。