[发明专利]一种以秸秆为原料发酵生产丙酮、乙醇、丁醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以秸秆为原料发酵生产丙酮、乙醇、丁醇的方法，具体涉及在发酵过程中添加FeSO₄．7H₂O来制备丙酮、乙醇、丁醇的方法。 

背景技术

丙酮、乙醇、丁醇(acetone-ethanol-butanol，以下简称ABE)发酵是一项传统的大宗发酵工业，曾是仅次于酒精发酵的世界第二大发酵过程。我国从建国初期开始利用玉米、糖蜜、高粱等进行ABE发酵的工业化生产，同时也形成了稳定的发酵工艺。由于石化工业的发展，ABE发酵逐渐衰退。但是随着石化资源的耗竭和温室效应等环境问题的日益突出，利用可再生资源生产化工原料和能源物质受到高度重视。然而，利用粮食作物生产ABE引起人们对粮食安全与环境影响的忧虑，因此科学家对利用秸秆为原料生产ABE产生了浓厚的兴趣，与使用玉米和大豆等粮食作为原料的第一代生物燃料相比，秸秆ABE的最大优势在于避免了“道德风险”，一旦产业化生产，秸秆ABE可以解决“与人争粮”的问题，还可以变废为宝。我国可利用的秸秆每年在7×10⁸t左右，这些农业废弃物是ABE生产的丰富来源。 

秸秆类生物质在发酵前需要进行预处理，预处理后会生成葡萄糖、 木糖等可发酵性糖，同时会产生大量盐类物质、酸类物质、醛类物质和酚类物质等抑制物。ABE生产菌对葡萄糖和木糖都有较高的利用效率，但对酚类、醛类等抑制物比较敏感，因此以秸秆水解物为底物发酵时需要进行复杂脱毒处理。目前常用的脱毒方法有物理法、化学法和生物法。物理法主要有旋转蒸发、活性炭吸附、离子交换树脂等，其中旋转蒸发适合乙酸、糠醛等易挥发性物质的去除。活性炭吸附是主要依靠吸附作用除去部分木质素降解物及其他毒害物质，离子交换树脂既可以除去无机离子也可除去水解液中大部分糠醛、醋酸等，化学法是通过化学沉淀、改变pH及一些抑制物的电离特性从而达到降低毒性的目的，生物法是用特定的酶或微生物作用于发酵抑制物，通过改变抑制物的结构而降低毒性。实际应用中单一方法难以满足发酵需求，通常是各种方法综合利用。这些脱毒方法明显增加了生产成本，限制了利用秸秆生产ABE的产业化。因此，只有针对性地开发廉价、操作性高的生产工艺，避开脱毒工艺，才能真正实现以秸秆为原料生产ABE。 

发明内容

本发明的目的是为了解决秸秆类原料预处理后需要复杂脱毒工艺才能用于ABE发酵的问题，选用一类廉价的添加物加入秸秆水解液后快速发酵生成ABE，简化生产工艺，降低ABE生产成本。 

本发明的目的是通过如下措施来达到： 

本发明以农业废弃物秸秆为原料，主要包括如下工艺单元：秸秆的预处理、秸秆的酶水解、发酵培养基的配制、ABE生产微生物种子液的制备、ABE发酵、溶剂蒸馏。具体步骤如下： 

a：秸秆的预处理：将新鲜秸秆晒干后后粉碎过筛； 

b：秸秆的酶水解：将步骤a得到的秸秆干粉与0.5％(体积比)硫酸混匀，121℃处理60min后，Ca(OH)₂调节pH为4.8，添加预处理酶，混匀后55℃处理36—54h。3000r/min离心5min，除去固体物质，上清即为秸秆水解液。 

c：发酵培养基的配制：向每升步骤b中得到的秸秆水解液中加入2g CH₃COO(NH₄)、0.6g KH₂PO₄，0.4g K₂HPO₄、MgSO₄0.2g、1.5g豆粉；用Ca(OH)₂调pH为7.0。加入到厌氧瓶中，向厌氧瓶中充N₂去除O₂，115℃灭菌20min备用； 

d：ABE生产微生物种子液的制备：将混合均匀的4—6％(质量比)玉米粉蒸煮30min，补足蒸发水分后，充N₂去除O₂，115℃灭菌20min，即配制成种子培养基；加入5—10％(体积比)菌种孢子液，沸水浴热击40—60s，37℃静止培养18—24h即为微生物种子液； 

e：ABE发酵：将步骤c中得到的发酵培养基在无菌条件下接入步骤d中得到的10％(体积比)微生物种子液和1％(体积比)混合维生素液，37℃静止发酵18—24h时，添加FeSO₄．7H₂O，37℃静止发酵48—54h。 

f：溶剂蒸馏：采用常规工艺蒸馏发酵醪液制得丙酮、乙醇和丁醇。