一種生物質abe發(fā)酵糖液的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種以農作物廢料為原料，制備生物質ABE發(fā)酵糖液。屬于生物質能源領域。本發(fā)明方法利用水解、酶解兩步法制糖，充分降解農業(yè)廢棄物的半纖維、纖維組分，制成可被生物菌利用的還原性糖；難以被降解利用的木質素及非糖物質被制成燃料棒，用于采暖和生物質鍋爐燃料，生物質利用徹底，減少環(huán)境污染，經(jīng)濟效益顯著，實現(xiàn)了生物質的高值化利用。
【專利說明】一種生物質ABE發(fā)酵糖液的制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及生物化工領域，尤其涉及生物質ABE發(fā)酵糖液的制備方法。

【背景技術】
[0002] 丙酮、丁醇是重要的有機溶劑和化工原料，被廣泛地用于有機合成、塑料、樹脂、油 漆、醫(yī)藥和國防工業(yè)。隨著世界石油資源、煤炭資源的枯竭和環(huán)境問題的突顯，丁醇作為新 型的可再生生物能源，越來越受到各國的關注，其發(fā)展前景和市場潛力巨大。
[0003] 發(fā)酵法生產(chǎn)丙酮、丁醇始于20世紀初，以中國和前蘇聯(lián)為主要生產(chǎn)國，原料用含 淀粉的農作物為主，如：玉米、大米、山芋干等，也有少數(shù)工廠使用糖蜜。使用的菌種根據(jù) 各自的生產(chǎn)實踐，有所不同，有的以發(fā)酵淀粉為主、有的以發(fā)酵糖蜜為主。但在微生物分類 上均屬于裂殖菌綱、真細菌目、真亞細菌亞目、芽孢桿菌科、梭狀屬的細菌。丙丁菌是有鞭 毛、厭氣性的桿狀菌，在生芽孢時會呈紡錘體或鼓槌狀體。能使碳水化合物降解成C0 2、H2、 CH3 (CH2) 2C00H、CH3COOH,當酸度升高到一定的峰值后，丙丁菌能分泌一種酶可以將酸還原成 丙酮、丁醇、乙醇等中性產(chǎn)物。
[0004] 后來，隨著石油化工的發(fā)展，合成法生產(chǎn)丙酮、丁醇發(fā)展迅速，逐步取代了發(fā)酵法。 丙酮合成大都采用異丙苯法；丁醇的合成多采取羰基合成法、醇醛縮合法。即由丙烯或乙醛 出發(fā)，混合CO、H 2，在催化劑的作用下，加壓反應合成正丁醇、異丁醇、辛醇的工藝路線。
[0005] 但在進入21世紀后，隨著世界石油資源、煤炭資源的枯竭和越來越嚴重的環(huán)境問 題，迫使各國的科學家開始尋找新的能源替代品，而生物質能作為一種可再生，低碳環(huán)保的 能源被各國科學家看好，生物質乙醇、生物質丁醇、生物柴油等一些產(chǎn)業(yè)應運而生，掀起了 一場生物質新能源研發(fā)、利用高潮。
[0006] 發(fā)酵法生產(chǎn)ABE工藝，目前原料多是以含淀粉質的玉米、大米、山芋干等為主，高 溫糊化、液化，淀粉水解成可發(fā)酵的葡萄糖，被丙丁菌利用，發(fā)酵生成丙酮、丁醇、乙醇等產(chǎn) 品。但在耕地日益減少，糧食危機加劇的今天，以谷物為原料生產(chǎn)化工產(chǎn)品的工藝，受到各 國政府的限制。而開發(fā)以農業(yè)廢棄物為原料，加工生產(chǎn)化工產(chǎn)品的工藝，成為未來的發(fā)展趨 勢。
[0007] 現(xiàn)有的農業(yè)廢棄物利用，也有用于制糖方面的，如：木糖生產(chǎn)、纖維乙醇的生產(chǎn)。但 這兩種工藝，目前仍存在很多問題。木糖工藝，只是利用了生物質原料里半纖維部分，而纖 維和木素部分沒能很好利用。纖維乙醇工藝，目前多采用汽爆加酶解的工藝，也存在糖分損 失大，糖收率低，糖的酒精轉化率低的問題。
[0008] 本發(fā)明所用原料為農業(yè)廢棄物玉米芯、玉米秸桿，經(jīng)過水解、酶解兩步法制糖，生 物質中的半纖維、纖維水解成具有還原性單糖和低聚糖，以木糖、葡萄糖、阿拉伯糖、低聚糖 為主，糖的收率超過55%，糖液經(jīng)過丙丁菌的降解，發(fā)酵產(chǎn)生丙酮、丁醇、乙醇（即ABE溶 劑），糖的溶劑得轉化率可達30 %以上，基本和淀粉質糖的溶劑轉化率持平，經(jīng)濟效益顯 著。成熟的發(fā)酵醪液采取七塔差壓蒸餾，進行分餾和純化，可以生產(chǎn)出質量合格的丙酮、丁 醇、乙醇產(chǎn)品。生物質中難以被降解利用的非糖物質木素，在糖分離過程中被截留在渣料 里，通過烘干、制粒設備做成燃料棒，可用于采暖和生物質鍋爐的燃料。


【發(fā)明內容】

[0009] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的問題，提供一種以農作物廢料為 原料，利用水解、酶解法充分降解原料中的纖維和半纖維，制成發(fā)酵糖液；剩余的渣料通過 烘干、制粒設備，做成燃料棒，用于采暖和生物質鍋爐的燃料。該方法能夠較為徹底的利用 農作物廢料，制成生物質ABE發(fā)酵糖液，從而生產(chǎn)出可再生的生物能源物質，本發(fā)明方法適 用于大規(guī)模生產(chǎn)生物質ABE糖液，具有良好社會效益和經(jīng)濟效益。
[0010] 本發(fā)明的一種生物質ABE發(fā)酵糖液的制備方法，其特征包括以下步驟：
[0011] 從農作物廢料中獲取水解糖液和酶解糖液；
[0012] 將所述水解糖液、酶解糖液、玉米漿和營養(yǎng)鹽進行混合處理，得到發(fā)酵糖液。
[0013] 其中，所述的從農作物廢料中獲取水解糖液包括：
[0014] 將所述玉米芯和玉米秸桿粉碎后，加入稀酸水，攪拌混合后得生物質溶液；
[0015] 加熱所述生物質溶液，通過水解罐水解后，得到水解物料；
[0016] 將所述水解物料進行閃蒸冷卻處理，送至擠干機中分離，再經(jīng)板框過濾后，得到水 解渣料、細小纖維和過濾糖液；
[0017] 對所述過濾糖液進行脫毒處理，得水解糖液。
[0018] 特別是，所述玉米芯和玉米結桿的質量比為6_9:1_4。
[0019] 其中，所述的將玉米芯和玉米秸桿粉碎包括：
[0020] 將所述玉米芯和玉米秸桿進行粗粉碎，得粗碎物質，其中，粗碎的粒度< 50mm ;
[0021] 除去所述粗碎物質中的沙塵；
[0022] 將所述除去沙塵后的粗碎物質進行細碎，得所述粉末狀原料，其中，細碎粒度 < 5mm〇
[0023] 特別是，所述稀酸水為硫酸溶液；加入稀酸水的量與農作物廢料的質量比為 7-12:1 ;硫酸的濃度為0. 2-1. 5%。
[0024] 特別是，所述拌料罐溫度為55_80°C。
[0025] 特別是，所述加熱生物質溶液所用的設備是水解料加熱器，加熱溫度為 100-150。。。
[0026] 特別是，所述水解溫度為100_150°C ;水解時間為I. 5_5h，優(yōu)選為2. 5_3h。
[0027] 特別是，所述閃蒸冷卻是由出料閥門控制閃蒸罐液位及流量，將水解物料送至真 空閃蒸罐中，控制絕對壓強為（-80)-(_10)KPa，優(yōu)選為（-40)-(-35)KPa，閃蒸罐液位為 30-50%，冷卻后溫度為80-90°C。
[0028] 其中，所述的從農作物廢料中獲取酶解糖液包括：
[0029] 將所述細小纖維和所述水解渣料送至預酶解罐中，加入纖維素酶混合，得酶解物 料；
[0030] 對所述酶解物料進行研磨處理，得到乳狀的酶解物料；
[0031] 將所述乳狀的酶解物料送至酶解罐中繼續(xù)酶解，經(jīng)酶解板框分離得酶解糖液。
[0032] 特別是，所述預酶解罐的控制溫度為40_60°C ;pH為4-6,預酶解時間為7-10h，加 入的纖維素酶量為酶解罐干物質的〇. 3-4. 6%。
[0033] 特別是，所述研磨處理所用設備為磨漿機。
[0034] 特別是，所述酶解罐的控制溫度為40_60°C ;pH為4-6,酶解時間為40_50h。
[0035] 其中，所述脫毒處理包括以下步驟：
[0036] 將所述過濾糖液分為A與B兩部分，過濾糖液A送至拌料罐中進行回配，過濾糖液 B送至脫色罐中，脫色處理后，經(jīng)板框分離，得脫色糖液；
[0037] 冷卻所述脫色糖液，經(jīng)超濾膜進行精濾，除去脫色糖液中的大分子物質，得精濾糖 液；
[0038] 將所述精濾糖液進行脫酸、脫鹽處理，除去精濾糖液中的酸根離子和鹽分子，得水 解糖液。
[0039] 其中，所述電滲析處理還包括以下步驟：
[0040] 將所述電滲析脫酸后的含有酸性物質和鹽分子的濃水，回收配酸，得硫酸溶液。
[0041] 特別是，所述糖液A與糖液B的重量比為2-5:5_8。
[0042] 特別是，所述脫色處理所用脫色劑為活性炭，用量為過濾糖液B的0. 1-10%。，優(yōu)選 為4%。；用硅藻土預涂；脫色罐的控制溫度為30-90°C ;脫色時間為0. l_3h。
[0043] 特別是，所述冷卻脫色糖液溫度至彡40°C。
[0044] 特別是，所述超濾膜的膜通量為1?500L/m2h，超濾膜的工作壓力為0· 6? 0. IlMpa,溫度< 40 C。
[0045] 其中，所述混合處理包括：
[0046] 按照如下體積比混合所述水解糖液、酶解糖液、玉米漿和營養(yǎng)鹽，得混合物；
[0047]

【權利要求】
1. 一種生物質ABE發(fā)酵糖液的制備方法，其特征包括以下步驟： 從農作物廢料中獲取水解糖液和酶解糖液； 向將所述水解糖液、酶解糖液加入玉米漿和營養(yǎng)鹽進行混合處理，得到發(fā)酵糖液。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的從農作物廢料中獲取水解糖液包括： 將所述玉米芯和玉米秸桿粉碎后，加入稀酸水，進行攪拌，得生物質溶液； 加熱所述生物質溶液，通過水解罐水解后，得到水解物料； 對所述水解物料進行閃蒸冷卻處理后，送至擠干機中分離，再經(jīng)板框過濾后，得到水解 渣料、細小纖維和過濾糖液； 對所述過濾糖液進行脫毒處理，得水解糖液。
3. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的從農作物廢料中獲取酶解糖液包括： 將所述細小纖維和所述水解渣料送至預酶解罐中，加入纖維素酶混合，得酶解物料； 對所述酶解物料進行研磨處理，得到乳狀的酶解物料； 將所述乳狀的酶解物料送至酶解罐中繼續(xù)酶解，酶解后經(jīng)酶解板框分離，得酶解糖液 和酶解渣料。
4. 如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述的將玉米芯和玉米秸桿粉碎包括： 將所述玉米芯和玉米秸桿進行粗粉碎，得粗碎物質，其中，粗碎的粒度< 50mm; 除去所述粗碎物質中的沙塵； 將所述除去沙塵后的粗碎物質進行細碎，得所述粉末狀原料，其中，細碎粒度< 5mm。
5. 如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述脫毒處理包括以下步驟： 將所述過濾糖液分為A與B兩部分，過濾糖液A送至拌料罐中進行回配，過濾糖液B送 至脫色罐中進行脫色處理，得脫色糖液； 冷卻所述脫色糖液，經(jīng)超濾膜進行精濾，除去脫色糖液中的大分子物質，得精濾糖液； 將所述精濾糖液進行脫酸、脫鹽處理，除去精濾糖液中的酸性物質和鹽分子，得水解糖 液。
6. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合處理包括： 按照如下體積比混合所述水解糖液、酶解糖液、玉米漿和營養(yǎng)鹽，得混合物； 水解糖液 500 酶解糖液 500 玉米漿 丨?9 營養(yǎng)鹽 丨?9; 對所述混合物進行加熱殺菌后，經(jīng)降溫冷卻處理，得到發(fā)酵糖液。
7. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述脫鹽、脫酸處理還包括以下步驟： 所述精濾糖液進行電滲析處理后，將含有酸性物質和鹽分子的濃水，回收配酸，得硫酸 溶液。
8. 如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述稀酸水為硫酸溶液；加入稀酸水的量與 農業(yè)廢料的質量比為7-9 :1 ;稀酸水的濃度為0. 2-1. 5%;水解溫度為100-150°C;水解時間 為l-6h。
9. 如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述預酶解溫度為40-60°C，預酶解時間為 7-10h，預酶解pH是4-6 ;酶解溫度為40-60°C，酶解時間為40-50h，酶解pH為4-6。
【文檔編號】C12P7/16GK104313060SQ201410484543
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權日:2014年9月19日
【發(fā)明者】趙永杰, 唐世芹, 楊文斌, 徐煥文, 費東 申請人:北京利晟新能生物科技中心（有限合伙）