[发明专利]一种提高木质纤维素酶解发酵产乙醇效率的方法

说明书

本发明涉及一种提高木质纤维素酶解发酵产乙醇效率的方法，首先将预处理木质纤维素与水混匀，制得混合液；然后将纤维素酶、环糊精加入到混合液中，进行酶解处理；在酶解液接种乙醇发酵菌种进行乙醇发酵。本发明方法可以降低预处理抑制物对酶解和发酵乙醇的影响，提高酶解效率及酶解糖转化率。

发明领域

本发明属于生物质能源技术领域，具体涉及一种提高木质纤维素酶解发酵产乙醇效率的方法。

背景技术

近年来随着化石能源的不断消耗和环境问题的日益突出，生物质能源的开发引起了全球各界的广泛关注。20世纪70年代以来，以燃料乙醇和生物柴油为代表的生物能源得到大力发展，第一代生物质燃料的发展建立在对农业资源大量占用和消耗的基础之上，引发一系列关于“粮食安全”问题的争论。开发非粮生物燃料（第二代生物燃料）成为全世界关注的重要课题，也是生物燃料发展的重要方向。

木质纤维素是自然界中分布最广、含量最多的可再生糖类资源。作物秸秆等纤维素原料中含有大量的纤维素和半纤维素多糖类物质。这些多糖类物质性质很稳定，即使经过预处理，仍要在催化剂作用下才能水解为单糖，然后再经发酵才能制备纤维素乙醇。水解最常用的催化剂是无机酸和纤维素酶制剂。酶解利用微生物酶系将天然纤维素和半纤维素降解为可发酵的单糖，与化学水解法相比，可发酵单糖得率高、副产物少、反应条件温和、能耗低、环境友好。

然而，木质纤维素在预处理过程中往往需要采用高温、高压、酸性等条件，这会使预处理过程中释放出有机酸类、呋喃类和酚类化合物，这些化合物对纤维素酶解过程以及后续乙醇的微生物转化过程都会产生抑制作用，从而影响纤维素酶解和乙醇发酵的效率。另外，预处理后的木质纤维素基质中仍然存在木质素，而木质素对纤维素酶的无效吸附也会导致纤维素酶解效率的降低。大量研究发现，在酶解过程中添加表面活性剂能够显著提高木质纤维素酶解的转化率，降低木质素对酶的无效吸附，从面降低纤维素酶的用量。已有的研究表明，对酶解促进作用最显著的是非离子型表面活性剂，如Tween20、Tween80，和PEG4000等（Zhou等，2015，Progress in Chemistry, 27(11):1555-1565）。但化学合成的表面活性剂在使用过程中也存在一定的问题。一方面，化学合成的表面活性剂在排放在环境中很难被降解，存在环保压力，对生态系统会造成一定的污染。另一方面，表面活性剂在使用过程中也会被木质纤维素所吸附，这一定程度上也降低了其使用效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种提高木质纤维素酶解发酵产乙醇效率的方法。本发明方法可以降低预处理抑制物对酶解和发酵乙醇的影响，提高酶解效率及酶解糖转化率。

本发明提供的提高木质纤维素酶解和发酵产乙醇效率的方法，主要包括如下步骤：

（1）将预处理木质纤维素与水混匀，制得混合液；

（2）将纤维素酶、环糊精加入到混合液中，进行酶解处理；

（3）在酶解液接种乙醇发酵菌种进行乙醇发酵。

本发明步骤（1）所述的木质纤维素原料为含有纤维素、半纤维素和木质素的秸秆、木屑或能源植物，优选秸秆。预处理采用机械粉碎、辐射、微波、酸处理、碱处理、蒸汽爆破预处理或溶剂预处理，或采用上述方法的组合预处理。预处理的木质纤维素原料与水混合，配制成固液质量比（w/w）为5%-20%的混合液。