[发明专利]木质纤维素气载乙醇颗粒填充床固态同步酶解发酵方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产乙醇的方法，尤其涉及一种木质纤维素气载乙醇颗粒填充床固态同步酶解发酵方法。

背景技术

纤维素乙醇作为一种绿色可再生资源，可替代不可再生的石油资源，应用领域非常广泛，在世界石油资源短缺、原油价格不断攀升、环境压力日益严重的条件下，拥有广阔的市场前景和社会效益。但是，由于纤维素乙醇生产成本较高，乙醇产率较低，而且生产技术仍然不够成熟，所以为了提高乙醇产率，降低成本，研究高效的纤维素乙醇生产技术具有十分重要的意义。

目前，纤维素乙醇的发酵方式主要有两种，一种是液态发酵，液态发酵是指基质呈液态进行发酵，这种发酵技术具有发酵均匀，技术成熟等优点被广泛应用于工业生产，但是液态发酵需要大量的水，接种比小于10%，产生大量的有机废水，操作空间也相应的增加，耗能量也很大。另外一种是固态发酵，固态发酵是指没有或者自由水很少的发酵方式，微生物需要从周围的湿基质中获得所需要的水分，该发酵方式具有发酵底物浓度和产物得率高，操作和提取工艺简单可控，投资和运行成本低，无大量有机废水产生，动力消耗少，节约能源等优点，但是在发酵过程中产生的代谢热，很难带出。

纤维素乙醇的生产过程主要包括四个方面，第一材料的预处理，第二糖化，将多糖转化为单糖的过程，第三发酵，将产生的单糖厌氧发酵为乙醇，第四乙醇的抽提。目前，第二步和第三步分别在不同的反应器中进行，即先进行糖化过程，将产生的单糖分离出来再进行发酵，即成为先糖化后发酵的方式，但是会存在很强的产物抑制作用，使得乙醇产量不高。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明的目的在于提供了一种能够更大的提高乙醇产量的木质纤维素气载乙醇颗粒填充床固态同步酶解发酵方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

木质纤维素气载乙醇颗粒填充床固态同步酶解发酵方法，该方法包括如下步骤：

A、制作包埋颗粒：将纤维素酶、纤维二糖酶和粒径为40～80目的秸秆由聚乙烯醇和海藻酸钠制作成为包埋颗粒，包埋颗粒粒径为2～6mm；再放入含有1%～5%CaCl₂的饱和硼酸溶液中在4～5℃冰箱中交联12～24h；然后清洗掉包埋颗粒表面的硼酸和氯化钙溶液；保存备用；

B、填充床反应器的系统安装及包埋颗粒的填充：将制好的包埋颗粒放入反应器中堆积成填充床反应器，在反应器内的顶部、且位于包埋颗粒的上方设置液体分布器，在反应器内的底部、且位于包埋颗粒的下方设置气体分布器；使用反应器前进行反应器检漏；

C、将pH值为4.5～4.8的酵母菌液通过反应器内的液体分布器后均匀滴到包埋颗粒表面直到生物膜形成，包埋颗粒内酶解生成的葡萄糖被颗粒表面酵母菌生物膜在厌氧条件下发酵生成乙醇和二氧化碳；酵母菌液从反应器的底部流出，通过泵再抽入反应器的液体分布器内使酵母菌液循环使用；

D、在反应器的底部通入载气，载气通过气体分布器后均匀的向上通过包埋颗粒，将生成的乙醇和二氧化碳及时带出反应器，进入到集气瓶中，同时也带走了反应产生的代谢热，维持反应器内恒定的发酵温度。

本发明方法的具体反应原理是：包埋颗粒内部纤维素和纤维素酶，纤维二糖酶以及木糖酶反应生成还原糖（主要为葡萄糖、木糖等等），生成的葡萄糖通过扩散传出包埋颗粒表面，被包埋颗粒表面的酵母菌生物膜在厌氧条件下转化生成乙醇，由于乙醇具有强挥发性，因此被反应器下部通入的不含氧气的载气及时带出反应器，并进入乙醇收集瓶（罐）通过水等溶质溶解气相中被载出的乙醇，排出的载气可被回收再利用。

与现有技术相比，本发明的木质纤维素气载乙醇颗粒填充床固态同步酶解发酵方法具有如下优点：

1、本发明采用的是固态发酵，发酵底物浓度和产物得率高，操作和提取工艺简单可控，投资和运行成本低，无大量有机废水产生，动力消耗少，节约能源等。

2、本发明采用气载乙醇同步糖化发酵方式，即糖化过程和发酵过程在同一个反应器中进行，这样糖化过程产生的葡萄糖及时被酵母菌在厌氧条件下转化为乙醇，为了进一步解决产物抑制，在发酵过程中向反应器内通入载气，带走乙醇的同时带走部分代谢热。本发明即消除还原糖糖化过程的抑制作用，也消除了乙醇对发酵过程的抑制作用，提高了乙醇的产量；同时载气带走乙醇的同时也带走所释放的代谢热使得反应器内部能够维持在一个恒定的温度。