[发明专利]一种纤维素燃料乙醇联产多种糖酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纤维素燃料综合利用技术领域，具体地说是涉及一种纤维素燃料乙醇联产多种糖酸的方法。

背景技术

纤维素燃料乙醇作为第二代燃料乙醇是当今全球研发的热点，对于缓解世界对石油资源的消耗，尤其是保障我国的能源供应安全及社会经济的可持续发展具有重要的意义。糖酸可广泛应用于减水剂、分散剂和缓释剂、玻璃清洗剂、冶金除锈剂、金属离子螯合剂等，它们均可由糖类物质制取。

目前，纤维素燃料乙醇仍然不能实现大规模工业化生产，其中半纤维素糖类，尤其是木糖、阿拉伯糖和半乳糖组分的乙醇发酵受微生物菌种性能的影响，存在着产物浓度低、抑制物耐受性能差、反应速率慢和得率的诸多缺陷，致使生产工艺复杂、生产成本高和废水污染压力大，成为了制约整个纤维素燃料乙醇生产体系的关键性瓶颈之一，严重影响了其商业化生产。因此，必须寻求半纤维素糖类高效生物转化的新出路，以提高原料的利用效率和降低总生产成本，同时通类糖类物质的转化与利用以减少生产过程中废水的污染负荷，进而推动纤维素燃料乙醇乃至整个植物纤维原料生物炼制产业化进程。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种纤维素燃料乙醇联产多种糖酸的方法，该方法通过半纤维素糖类的全细胞共催化生产多糖酸产品，进而带动和实现原料中纤维素、半纤维素的分类高效生物转化与利用，达到联产纤维素燃料乙醇、多种糖酸（盐）产品的效果；有效地提高植物纤维原料生物炼制体系中原料糖的利用率、整体经济效益和环境效益。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种纤维素燃料乙醇联产多种糖酸的方法，包括以下步骤：

（1）植物纤维原料经过稀酸水解预处理或稀酸蒸汽爆破预处理，通过固液分离得到含纤维素的固体物料、含有含木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖和甘露糖的半纤维素预水解液；

（2）固体物料经中和、纤维素酶水解得酶水解液，接入（Saccharomyces cereiviase ）或运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis）厌氧发酵生产燃料乙醇；

（3）半纤维水解液经过浓缩、中和后，采用氧化葡萄糖杆菌（Gluconobacter oxydans）或莓实假单孢菌（Pseudomonas fragi）在好氧条件下全细胞共催化转化各单糖生产对应糖酸产品；所述的糖酸产品包括木糖酸、阿拉伯糖酸、葡萄糖酸、甘露糖酸、半乳糖酸、木糖酸盐、阿拉伯糖酸盐、葡萄糖酸盐、甘露糖酸盐和半乳糖酸盐。

步骤（1）中，稀酸为硫酸、盐酸或磷酸，质量浓度0.25~2.0%，预处理反应温度150~170℃，物料的反应时间为20~60min。

步骤（2）中，中和反应所使用的试剂为含有钙、钾、钠的碱性物质，中和后的pH4.5~5.0。

步骤（2）中，纤维素酶水解所采用的酶为含有纤维素酶活力的酶制剂，酶用量为每克绝干固体物料加入的纤维素酶活力不低于5FPIU，固体物料的酶水解质量浓度浓度为不高于20%，酶水解反应温度45~55℃。

步骤（3）中，全细胞共催化反应过程通风或供氧。

有益效果：与现有技术相比，本发明的纤维素燃料乙醇联产多种糖酸的方法，通过半纤维素糖类的全细胞共催化生产多糖酸产品，进而带动和实现原料中纤维素、半纤维素的分类高效生物转化与利用，达到联产纤维素燃料乙醇、多种糖酸（盐）产品的效果；同时，由于采用了半纤维素预水解液与酶水解液的分离生物转化技术，又缓解了酵母细胞发酵酶水解液产乙醇的抑制压力，有效地提高了原料预处理液生物转化的底物浓度和产物浓度，并从根本上消除生产过程中的废水污染，最终显著地提高原料中糖类组分的总体利用率及生产体系的整体经济效益和环境效益，对于纤维素燃料乙醇大规模工业化生产具有十分重要的推动作用。

附图说明

图1是纤维素燃料乙醇联产多种糖酸的工艺流程示意图。

图2是1 L反应体系中半纤维素预水解液多种糖酸全细胞共催化的反应历程图；图中，横座标表示反应时间（d），纵座标表示物质的浓度（g/L）。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。

以下实施例中，乙醇浓度测定采用高效液相色谱法（CN101875953A），多种糖及糖酸浓度测定采用高效液相离子交换色谱法（CN102590370A）。

实施例1

纤维素燃料乙醇联产多种糖酸的工艺流程，如图1所示。具体过程如下：