[发明专利]一种利用玉米皮发酵丁醇并联产膳食纤维的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物能源领域，具体涉及一种利用玉米皮发酵生产丁醇并联产膳食纤维的方法。

背景技术

丁醇是一种重要的C4平台化合物，主要用于邻苯二甲酸正丁酯、磷酸丁酯、丙烯酸丁酯及醋酸丁酯等的合成，还可用作油脂、医药和香料的提取溶剂以及醇酸树脂的添加剂等领域。随着生物质能源的多元化发展，由于丁醇具有能量密度高、亲水性低、蒸汽压低、辛烷值高等特点，因此被认为是最有发展潜力的新型液体燃料之一。

传统的发酵法生产丁醇是以粮食原料（如玉米、小麦等）为底物，较高的粮食价格致使原料费用占溶剂生产总成本的比例偏高（60%以上），这不仅限制了丁醇产品的市场竞争力，制约了生物丁醇作为燃料的推广使用，也有悖于我国的粮食安全战略。也正是基于上述原因，国家发改委已于2007年底暂停了利用粮食来生产生物能源项目的备案及核准，鼓励发展非粮生物质能源。因此，以木质纤维素原料生物转化生产丁醇是今后发展的必然趋势。

玉米皮是玉米淀粉加工的副产物，产量一般占玉米总量的14-20%。含有10-20%的淀粉、30-50%的半纤维素、10-20%的纤维素以及少量的蛋白质，几乎不含木质素。目前我国玉米皮利用率较低，只有部分被用作饲料，是一种潜在的廉价生物质资源。

目前一些产丁醇的菌株，可以利用葡萄糖、木糖等作为碳源。因此，利用玉米皮水解生成的葡萄糖、木糖、阿拉伯糖的混合糖液作为碳源，用于厌氧发酵制备丁醇，将有效减少丁醇发酵碳源对淀粉类原料的依赖性，并可降低原料成本。采用稀酸水解玉米皮中的淀粉和半纤维素成单糖，再将单糖发酵生产丁醇。如将剩余的纤维素也降解成单糖再用于发酵，则需要很高成本。因此，剩余的纤维素制造膳食纤维等高附加值产品，既充分利用了这些原料组分，又降低了成本。企业因地制宜利用玉米加工淀粉的副产品玉米皮为原料发酵丁醇，既可实现废物利用，有利于环保，也为玉米深加工提高产品附加值，增加企业经济效益开辟一条新的途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用玉米皮中的淀粉和半纤维素发酵丁醇并联产膳食纤维的方法，利用我国玉米加工中大量的副产品玉米皮生产丁醇和膳食纤维，使玉米皮得到综合利用，不仅降低丁醇生产的原料成本，还可以获得高附加值的膳食纤维产品，极具市场前景。

本发明的技术方案为：一种利用玉米皮中的淀粉和半纤维素发酵丁醇并联产膳食纤维的方法，具体步骤如下：

1）预处理：玉米皮粉碎获得玉米皮粉后，将玉米皮粉与水或稀硫酸混合，在120～160℃温度下预处理10～30min，获得预处理产物；

2）酶解：调节前一步预处理产物的pH值为4.5～5.5，然后向预处理产物中加入糖化酶和木聚糖酶进行酶解反应，获得酶解产物；

3）固液分离：将前一步骤的酶解产物固液分离，固液分离后得到的固体为膳食纤维；固液分离后得到的液体为酶解液；

4）脱毒：采用活性炭对步骤3）的酶解液进行脱毒，获得脱毒后的酶解液；

5）向脱毒后的酶解液中补充氮源制备发酵培养基，利用灭菌后的发酵培养基厌氧条件下发酵培养丁醇生产菌株，获得发酵产物；

6）发酵产物精馏，收集丁醇。

较优的，步骤1）所述粉碎为研磨粉碎或者超微气流粉碎。

较优的，步骤1）所述玉米皮粉的粒径为10～200目。

较优的，步骤1）所述稀硫酸的浓度小于等于2wt%。本发明所述稀硫酸为硫酸的水溶液，并且其中硫酸的质量百分比大于0，小于等于2。

较优的，步骤1）所述竹粉与预处理液混合的固液比为1:6～1:12，优为选1:6～1:10。

较优的，步骤1）所述预处理的温度条件为130～150℃。

较优的，步骤2）所述糖化酶用量为糖化酶100-300IU/g底物，木聚糖酶用量为0.1-1.0IU/g底物。本发明所述底物为用于反应的玉米粉的质量。

较优的，步骤2）所述酶解反应的条件为45～55℃，酶解36～60h，转速为120～180rpm。

更优的，步骤2）所述酶解反应的条件为50℃，酶解48h，转速为150rpm。

较优的，步骤3）所述固液分离的方法为离心法或过滤。