[发明专利]一种纤维质原料固态发酵生产燃料乙醇的方法和装置

说明书

技术领域：

本发明涉及微生物发酵的技术领域，具体涉及一种纤维质原料固态发酵生产燃料乙醇的方法和装置。

背景技术：

纤维素酶等生物酶的生产通常分为固态发酵和液态深层发酵两种方法。目前，市场上销售的生物酶大多是用液态深层发酵技术生产的，其发酵制备过程不仅有大量的废水产生、而且需要通气和搅拌等高动力能耗，生产成本相对较高。相对液态发酵，固态发酵技术是在体系没有或基本没有游离水条件下，微生物在固态基质上利用自然底物为碳源的发酵过程，具有节水、节能及清洁生产等优势，其发酵过程粗放，不需严格无菌条件，微生物在仿生态条件下易于生长，酶系丰富，且设备投资少、易操作。

自然界中，木质纤维生物质的降解是通过多种产酶微生物的相互协作、共同作用完成的。大量研究发现，目前公认的较好的纤维素酶生产菌里氏木霉及其近缘菌株，普遍存在产生的β-葡萄糖苷酶活性偏低的缺陷，采用单菌产纤维素酶在实践中已被证明有很大的局限性。虽然科研工作者们在提高纤维素酶活性及其发酵工艺和菌株选育等方面近年来已做了大量的研究工作，但进展甚微。而利用固态发酵微生态原理提高多菌协同产纤维素酶的能力，已被大量研究证实其能有效提高酶的活性并能抑制杂菌生长。

固态发酵过程微生物通过新陈代谢将底物降解为其他物质（纤维质原料主要降解为单糖和聚糖类物质），降解产物一部分作为碳源用于微生物自身生长并同时合成代谢产酶等，一部分被释放到外界环境。试验发现，混合固态发酵过程，复合酶合成的同时，固态基质中检测到有大量糖类物质的生成，高浓度的糖液可为后续酒精的发酵提供丰富的碳源。将未降解的底物和多糖混合物在发酵过程合成的高效复合酶和接种酵母的作用下，可同步糖化发酵直接转化为酒精。传统的共培养技术多为黑曲霉和里氏木霉混合发酵产复合酶，这些研究大多集中在高效纤维素酶的制备方面，以高产β-葡萄糖苷酶的青霉与里氏木霉固态发酵混合物进行酒精发酵，将多菌种固态发酵技术用于纤维质底物一步法降解产乙醇的研究还未见报道。

发明内容：

本发明的目的是提供一种纤维质原料固态发酵生产燃料乙醇的方法。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种纤维质原料固态发酵生产燃料乙醇的方法，包括以下步骤：

a、原料碱法预处理：取粉碎过60目筛后的纤维质原料（干基），在固液质量比1:20的条件下与0.5mol/L的NaOH溶液混合，80℃水浴搅拌反应2h后，固液分离，固体经过滤洗涤至pH中性，50℃烘干至恒重（完全无水）保存；

b、固态发酵培养基配置：往经碱处理后的纤维质原料里添加麸皮，所述纤维质原料与麸皮的质量比为7:3，再加入配置好的Mandel营养盐溶液(Mandel and Medeiros,1981)，固液比为1:2.5，充分搅拌均匀得到底物；

c、固态浅盘发酵培养：在简易固态浅盘发酵装置的发酵浅盘中装入步骤b得到的底物，随后将浅盘置于发酵反应器，121℃高压灭菌20min，冷却后，按体积比为8%的接种量均匀接种孢子悬液，然后将发酵反应器放入恒温恒湿箱中，于28～30℃、接触空气条件下，连续发酵培养72h，发酵产物经无菌水浸提，测总糖含量和酶活力；

所述孢子悬液的制备过程为：将里氏木霉CICC40359、斜卧青霉LSM-1或CICC40361菌株分别在PDA（1L：200g马铃薯，20g葡萄糖，20g琼脂）培养基上30℃恒温培养6～7d，待孢子成熟后，将孢子接入PDA液体种子培养基中（1L：200g马铃薯，20g葡萄糖），在30℃好氧条件下培养48h，使菌丝量干重达6～8g/L，按照试验要求用量接种（混合菌接种比例按照体积接种比CICC40359:LSM-1为1:3；CICC40359:CICC40361则为1:2）；

d、乙醇发酵：将步骤c发酵72h后的混和底物平行样从浅盘移至三角瓶中，加入0.2M,pH5.0的HAc-NaAc缓冲液，充分搅拌后接入酿酒酵母进行乙醇发酵，定时取样检测乙醇含量和底物中残余糖含量。

步骤1所述纤维质原料包括甘蔗渣、稻草粉等木质纤维素原料。