CN101736039A - 一种植物纤维原料纤维素酶解发酵制取乙醇的方法 - Google Patents
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Abstract
一种植物纤维原料纤维素酶解发酵制取乙醇的方法，以经过预处理的植物纤维作原料，其特征是在底物浓度10-15％下用纤维素酶水解36h以上，水解结束后水解物固液分离，固液分离获得的清液浓缩后由酿酒酵母发酵成乙醇，固液分离后的酶解渣直接用酿酒酵母固态发酵成乙醇。本方法可以明显降低生产水耗和浓缩能耗，避免了由洗涤造成的糖分损失；酶解渣的固态发酵还具有同步糖化发酵的作用，进一步提高了乙醇的得率。
Description
一、技术领域
本发明属生物化工技术领域，具体涉及一种将植物纤维原料经纤维素酶水解和酵母发酵后制取乙醇的技术。
二、背景技术
乙醇俗称酒精，是一种重要的化学品，广泛应用于化工、能源、饮料、食品、轻工、农业等领域。乙醇的生产方法主要包括化学合成法和微生物发酵法，并以微生物发酵法为主。微生物发酵法制取乙醇的原料主要包括三类：淀粉质原料、糖质原料和植物纤维原料。目前，大规模商业化生产乙醇主要以淀粉质、糖质为原料，其工艺已经较为成熟，而以植物纤维原料制取乙醇的技术尚处于研究阶段。
随着工业文明进步的加快和社会经济的发展，对以石油为代表的化石资源的过度开采和使用，使人类社会不可避免地面临资源危机、能源危机和环境污染等问题，其中的能源短缺问题尤为突出。人类社会急需寻找清洁、可再生的替代能源，来源于生物质材料(包括淀粉质、糖质和植物纤维原料)的生物乙醇是良好的汽油替代品。尽管以淀粉质、糖质等粮食为原料生产乙醇的技术体系已经较为成熟，但从全球范围看，人类社会的粮食生产形势依然严峻，粮食基乙醇的生产不可能满足迅猛发展的汽车工业对燃料乙醇的大量需求。另一方面，地球上具有丰富的植物纤维资源，假如可以实现以可再生的植物纤维资源大规模生产乙醇作为汽油替代燃料，不仅可以达到节粮代粮的目的，而且可以实现资源的永续利用，符合循环经济的发展要求。
植物纤维原料生物法制取乙醇的关键技术主要包括原料预处理、纤维素酶制备、纤维素水解、糖液发酵4个关键技术，其中纤维素水解、发酵工艺是影响乙醇生产成本的关键因素之一。从降低乙醇生产成本的角度出发，植物纤维原料制取乙醇对水解、发酵工艺的要求，除了有较高的纤维素水解得率和较高的乙醇发酵糖利用率和乙醇得率外，还要求在生产过程中吨乙醇消耗的水、能耗尽可能低。
目前研究较多的纤维素水解、发酵技术主要包括以下三种：
1.低底物浓度纤维素水解、清液乙醇发酵。该法是国内外目前研究较多的方法之一，具体过程为：预处理的植物纤维原料在较低的底物浓度下水解，一般在底物浓度10-15％(固液重量比1∶10-1∶6.67)之间，水解结束后固液分离，并用一定量的水将固液分离后固体酶解渣中的糖分洗出，与前面糖液合并后直接发酵或浓缩到一定糖浓度后发酵成乙醇。该法的理由是：纤维素酶是一种属于反馈抑制的水解酶类，在纤维素水解过程中纤维素酶活性受到纤维素水解产物葡萄糖的反馈抑制，因此，高底物浓度导致的水解糖液中高糖浓度对纤维素酶的活性产生较高的抑制作用，降低了纤维素酶水解得率。所以在较低底物浓度下水解有利于提高水解得率。但该法存在以下缺点：(1)水解结束固液分离后，仍有一部分糖分存留于酶解渣中，需耗用大量水来洗涤，洗涤得到的糖液与前面固液分离得到的糖液合并后糖液浓度降低，如果不浓缩直接清液发酵，则得到的发酵醪液中乙醇浓度也较低，从而使后续的乙醇蒸馏消耗大量的蒸汽；如果将合并后的糖液浓缩后再发酵，因为洗涤额外增加的水分，糖液浓缩过程同样要消耗大量的蒸汽。(2)纤维素酶水解结束后采用固液分离、洗涤的工艺，不可能将酶水解渣中的糖分完全洗出，导致一部分糖分的损失。
2.高底物浓度纤维素水解、带渣乙醇发酵。该法也是国内外目前研究较多的方法之一，具体过程为：预处理的植物纤维原料在较高的底物浓度下水解，一般在20-30％(固液重量比1∶5-1∶3.33)之间，水解结束后水解物不固液分离直接用于发酵。该法的理由是：鉴于低底物浓度纤维素水解尽管纤维素水解得率高，但固液分离、渣中糖分洗涤后的糖液浓度变稀，直接发酵导致所需发酵罐体积增加，浓缩后发酵浓缩则所需能耗大的问题，采取高底物浓度批式酶水解可获得较高浓度的糖液；同时酶水解结束后水解物直接发酵，避免了酶水解渣中糖分洗涤和洗涤导致糖分损失的问题；另外，酶水解后水解物直接发酵，在酶解过程中没有失活的部分纤维素酶，在发酵时仍然可以降解纤维素成葡萄糖，只是发酵温度(28-35℃)与酶水解温度(45-50℃)不统一，此时的酶水解效率较低。该法存在以下缺点：(1)由于高底物浓度水解，高底物浓度水解过程中生成的高浓度水解产物葡萄糖严重抑制了纤维素酶的活性，降低了纤维素酶水解的得率。(2)尽管是高底物浓度酶解，但研究表明，纤维素水解过程中底物浓度仍然存在一定限制，一般不能超过30％，底物浓度超过30％不仅纤维素水解得率大幅度下降，更重要的是工业过程植物纤维原料预处理后较难直接获得固形物浓度在30％以上的物料。而就是在底物浓度30％的物料水解，一般水解糖液中葡萄糖的浓度也只有在70-120g/L之间，由于水解物中含大量固体残渣，很难进行水解物的带渣浓缩，从而无法实现高糖浓度(180-250g/L)下的乙醇发酵，而对于乙醇生产而言，对发酵醪液中乙醇浓度的要求是越高越好。含葡萄糖浓度70-120g/L的糖液发酵，乙醇理论得率(1g葡萄糖经酿酒酵母发酵乙醇理论得率为0.51g)为35.7-61.2g/L，而含葡萄糖浓度180-250g/L的糖液发酵，乙醇理论得率可达91.8-127.5g/L，含高浓度乙醇的发酵醪液可以大幅度降低后续乙醇蒸馏所耗能量(蒸汽)。因此，本法虽然采用高底物浓度水解获得较高浓度的糖液，但水解物中葡萄糖浓度仍然受到限制，发酵后醪液中乙醇浓度仍然较低，不利于后续的乙醇蒸馏。(3)工业生产上传统的清液发酵过程无需搅拌，而高底物浓度纤维素经过酶水解后直接发酵，需要在搅拌条件下进行，耗能高。(4)清液发酵可实现酵母的循环利用，而带渣发酵由于酵母和酶水解渣不能有效分离而不能循环利用。
3.纤维素同步糖化发酵。具体过程为：纤维素的酶水解和乙醇发酵在同一反应器中进行。该法的理由是：鉴于纤维素的酶水解产物葡萄糖对纤维素酶能产生抑制作用，采用纤维素的酶水解和乙醇发酵在同一反应器中进行，目的是纤维素经纤维素酶水解的产物葡萄糖及时被酵母发酵成乙醇，从而解除酶水解产物对纤维素酶的抑制作用。但该法存在的缺点是：纤维素的酶水解和酵母乙醇发酵的温度不一致。纤维素的酶水解一般要求在45-50℃，而酵母乙醇发酵则要求温度在28-35℃，酶反应和乙醇发酵最适温度的差异严重影响了纤维素的酶水解过程和乙醇发酵过程，从而限制了该法在工业上的应用。
综上所述，从生产成本角度出发，目前研究的主要几种植物纤维原料纤维素酶水解、发酵工艺均存在着一些问题，有待于进一步优化。
三、发明内容
本发明的目的是：针对植物纤维原料的纤维素酶水解、发酵工艺存在水解得率低、水耗高、能耗高等的不足，提出一种更为高效、低成本的植物纤维原料酶水解、发酵生产乙醇的工艺方法。
本发明提出将植物纤维原料在较低底物浓度下进行高效水解，水解结束固液分离后，将清液浓缩到较高糖浓度进行清液发酵，固液分离后的酶解渣不洗涤直接固态发酵的酶解发酵工艺。该法既避免了低底物浓度酶解、发酵分开进行工艺中酶解渣洗涤耗用大量水和能耗高的问题；又避免了高底物浓度酶解、水解物直接发酵工艺中酶水解得率低、能耗高、不能实现高糖发酵和酵母回收循环利用的问题；同时酶解渣的固态发酵也具有同步糖化发酵的作用，可以进一步提高乙醇得率。
本发明的技术解决方案为：经过适当预处理的植物纤维原料在底物浓度10-15％(固液重量比1∶10-1∶6.67)下用纤维素酶批式水解36-72h，水解结束后水解物固液分离，固液分离获得的清液浓缩至糖液中葡萄糖浓度180-250g/L，浓缩糖液由酿酒酵母发酵成乙醇，固液分离得到的酶解渣不洗涤分离糖分、直接用酿酒酵母固态发酵成乙醇，具体工艺路线和主要工艺参数如下：
a.将预处理的植物纤维原料与纤维素酶混合，加入水，pH缓冲液或酸、碱，混合至底物浓度10-15％(固液重量比1∶10-1∶6.67)，控制pH值在4.80，反应体系中每克纤维素的纤维素酶用量为10-25FPIU，于50℃条件下酶解反应36h以上；
b.酶水解反应结束后，将水解物固液分离；
c.将步骤b中固液分离后的清液，经减压蒸发至糖液中葡萄糖浓度为180-250g/L，用酿酒酵母于30℃条件下发酵18-24h；
d.将步骤b中固液分离后获得的酶解渣，用酿酒酵母于酵母用量1～3×106/g酶解渣、28-38℃条件下固态发酵24h；
在上述方法中，原料的预处理可以是以提高纤维质原料中纤维素对纤维素酶的可及度所采用的物理、化学、生物或以上几种方法联合应用的方法；
所用的纤维素酶可以是以木霉(Trichoderma)、曲霉(Aspergillus)或其它细菌产生的能降解纤维素成葡萄糖的纤维素酶的一种或多种酶的复合物。
本发明的有益效果：纤维素在低底物浓度下(10-15％)水解，可以获得较高的水解得率，水解后糖液和水解渣分离，可以实现清液浓缩后的高糖(180-250g/L)发酵且工业规模上无需搅拌，高糖发酵获得的高乙醇浓度的醪液可降低后续乙醇蒸馏的蒸汽消耗，固液分离后的水解渣直接固态发酵可以避免从水解渣中洗涤糖分过程，降低了水耗和后续糖液浓缩的能耗，并避免了由洗涤造成的糖分损失，同时酶解渣的固态发酵还具有同步糖化发酵的作用，可以进一步提高乙醇得率。
四、附图说明
附图1为植物纤维原料纤维素酶解发酵制取乙醇的流程简图；
附图2为10％底物浓度下预处理玉米秸秆纤维素酶水解历程；
附图3为浓缩水解糖液乙醇发酵历程；
附图4为30％底物浓度酶水解后带渣乙醇发酵历程。
五、具体实施方式
典型实施例如下：
1.玉米秸秆的预处理
玉米秸秆粉碎至1-2cm，装入蒸汽爆破装置中于1.6-2.2MPa、停留时间2-6min条件下蒸汽爆破预处理，蒸汽爆破物料用1∶7.5-10的水洗涤，挤干物料，作为后续酶水解的底物。分析底物的水分、纤维素含量。结果表明，玉米秸秆经蒸汽爆破预处理、洗涤、挤干后，物料中水分含量60.68％，纤维素含量47.60％(干基)。
也可采用常用的稀酸预处理等其它现有的物理、化学、生物或多种方法联用的原料预处理方法。
2.底物浓度对玉米秸秆纤维素酶水解的影响
a.分别以固液重量比为7.5％、10.0％、12.5％、15.0％、17.5％和20.0％的底物浓度进行酶水解，按20FPIU/g纤维素的酶加量分别加入相应的纤维素酶，调整pH值在4.80，在低速搅拌、50℃的条件下酶解36h以上；所用的纤维素酶可以是以木霉(Trichoderma)、曲霉(Aspergillus)或其它细菌产生的能降解纤维素成葡萄糖的纤维素酶的一种或多种酶的复合物。
b.水解结束后，分别将上述水解物用离心机于4000转/分条件下离心10min，取上清液适当稀释后测定其中的葡萄糖浓度和纤维二糖浓度，并计算酶水解得率。底物浓度对玉米秸秆纤维素酶水解得率的影响作用如表1。
葡萄糖和纤维二糖浓度采用高效液相色谱法(HPLC)测定。色谱条件如下：色谱仪：Agilent1 100高效液相色谱仪；色谱柱：Bio-Rad Aminex HPX-87H；流动相：0.005mol/L硫酸，流速：0.6ml/min；柱温：55℃；检测器：示差折光检测器；进样量：10μL。外标法测定。
纤维素酶水解得率计算如下：
式中：
C1-水解液稀释后葡萄糖和纤维二糖浓度，g/L；
D1-稀释倍数；
V1-水解体系中液体体积，L；
W-底物绝干重，g；
0.9-葡萄糖、纤维二糖与纤维素的转换系数；
0.476-原料中纤维素含量，％。
表1 底物浓度对玉米秸秆纤维素酶水解得率的影响
| 底物浓度(％) | 7.5 | 10.0 | 12.5 | 15.0 | 17.5 | 20.0 |
| 酶水解得率(％) | 81.61 | 80.98 | 78.22 | 76.56 | 71.50 | 68.99 |
结果表明，底物浓度对蒸汽爆破预处理玉米秸秆的纤维素酶水解影响较大，在每克纤维素的酶用量相同的条件下，当底物浓度低于15.0％时可以获得较高的酶水解得率。
3.10％底物浓度(固液重量比1∶10)下预处理玉米秸秆的纤维素酶水解
a.将蒸馏水于121℃灭菌15min，冷却后加入已空罐灭菌的生化反应器中；
b.取1中所得的玉米秸秆蒸汽爆破洗涤物料，在搅拌的情况下加入上述生化反应器中，充分搅拌后用少量固体氢氧化钠中和至pH值为4.80；
c.将反应体系升温至50℃，按20FPIU/g纤维素的酶加量加入纤维素酶，于低速搅拌、50℃条件下水解36h以上。水解过程中前12h每隔4h取样一次、12h后每隔12h取样，样品于4000转/分条件下离心10min后取上清液用HPLC测定水解液中葡萄糖和纤维二糖浓度、并计算酶水解得率。水解历程如附图2。
d.水解结束后，将水解物于4000转/分条件下离心10min，上清液用于后续水解糖液的浓缩发酵，离心固体渣用于后续酶解渣的固态发酵。
结果表明，蒸汽爆破预处理的玉米秸秆，在底物浓度10％、酶用量20FPIU/g纤维素、pH值4.80、50℃的条件下经纤维素酶水解48h，水解糖液中葡萄糖浓度为35.28g/L，纤维二糖浓度为4.11g/L，纤维素水解得率为74.48％。
4.水解糖液的浓缩、浓缩糖液的发酵
a.将3中蒸汽爆破预处理玉米秸秆经纤维素酶水解后的离心上清液，在旋转蒸发器中于70℃、160mbar下真空浓缩约5.5倍，用HPLC分析浓缩糖液中的葡萄糖，浓度为189.5g/L；
b.在上述浓缩糖液中加入0.24g/L尿素、0.08g/L硫酸镁、0.08g/L氯化锌、0.20g/L氯化钙和活性酿酒酵母干粉使酵母OD值为15，在低速搅拌、30℃的条件下发酵16h以上，每隔4h取样于4000转/分条件下离心10min，取上清液适当稀释后用HPLC法测定葡萄糖和乙醇浓度，并计算糖利用率和乙醇得率。浓缩水解糖液发酵结果如附图3。
葡萄糖和乙醇浓度采用高效液相色谱法(HPLC)测定，色谱条件如下：色谱仪：Agilent1 100高效液相色谱仪；色谱柱：Bio-Rad Aminex HPX-87H；流动相：0.005mol/L硫酸，流速：0.6ml/min；柱温：55℃；检测器：示差折光检测器；进样量：10μL。外标法测定。
葡萄糖利用率计算如下：
葡萄糖利用率(％)＝[(189.5-C2×D2)/189.5]×100
式中：
C2-发酵液稀释后葡萄糖浓度，g/L；
D2-测定葡萄糖浓度时的稀释倍数；
189.5-初始葡萄糖浓度，g/L。
乙醇得率计算如下：
式中：
C2-发酵液稀释后葡萄糖浓度，g/L；
D2-测定葡萄糖浓度时的稀释倍数；
C3-发酵液稀释后乙醇浓度，g/L；
D3-测定乙醇浓度时的稀释倍数；
189.5-初始葡萄糖浓度，g/L；
0.51-葡萄糖和乙醇的理论糖醇转化率。
结果表明，葡萄糖浓度为189.50g/L的浓缩水解糖液经酿酒酵母20h发酵，发酵醪液中葡萄糖浓度为0.99g/L、乙醇浓度为91.31g/L，糖利用率和乙醇得率分别为99.48％和94.98％。
5.酶解渣的固态发酵
5.1酵母用量对酶解渣固态发酵的影响
a.取步骤3中蒸汽爆破预处理玉米秸秆经纤维素酶水解、水解物离心得到的沉淀酶解渣，测定水分含量为74.01％；取少量渣经水洗、离心分离后取上清液用HPLC测定其中葡萄糖浓度，并换算成每克渣所含的葡萄糖量。结果表明，每克渣所含葡萄糖的量为26.3mg；
b.分别取步骤3中蒸汽爆破预处理玉米秸秆经纤维素酶水解、水解物离心得到的酶解渣，每克酶解渣加入尿素1.78×10-4克、硫酸镁5.92×10-5克、氯化锌5.92×10-5克和氯化钙1.48×10-4克，加入活性酿酒酵母悬浮液，控制酵母含量分别为1×106、1.5×106、2×106、2.5×106、3×106个/g酶解渣。在30℃、低速搅拌的条件下发酵24h；
c.发酵24h后，分别将发酵曲取出，加入蒸馏水充分搅拌后于4000转/分条件下离心10min，取上清液测定乙醇浓度和葡萄糖浓度，并计算糖利用率和乙醇得率。酵母浓度对酶解渣固态发酵的影响作用见表2。
表2 酵母浓度对酶解渣固态发酵的影响
| 酵母浓度(个/g酶解渣) | 1×106 | 1.5×106 | 2×106 | 2.5×106 | 3×106 |
| 初始葡萄糖(g) | 1.97 | 1.97 | 1.97 | 1.97 | 1.97 |
| 发酵曲残糖(g) | 0.12 | 0.07 | 0.02 | 0.07 | 0.05 |
| 发酵曲乙醇(g) | 1.14 | 1.22 | 1.23 | 1.16 | 1.16 |
| 糖醇转化率 | 0.579 | 0.619 | 0.624 | 0.589 | 0.589 |
备注：(1)发酵规模酶解渣75g；(2)糖醇转化率以初始葡萄糖1.97g为计算基准，即糖醇转化率＝发酵曲乙醇质量/1.97。
结果表明，酶解渣经酿酒酵母固态发酵，可将其中的葡萄糖转化为乙醇。当酵母浓度为2×106个/g酶解渣时，酶解渣固态发酵24h，酶解渣中残糖最低，乙醇量达到最大。75g酶解渣固体发酵24h，酶解渣中残糖和乙醇分别为0.02g和1.23g，糖醇转化率达到最大0.624。糖醇转化率高于理论转化率0.51，是由于在固态发酵过程中，酶解渣中残余的纤维素酶在固态发酵过程中，部分水解酶解渣中残留的纤维素成葡萄糖并被酵母发酵成乙醇，即起到了同步糖化发酵(SSF)的作用。
5.2温度对酶解渣固态发酵的影响
a.取步骤3中蒸汽爆破预处理玉米秸秆经纤维素酶水解、水解物离心得到的沉淀酶解渣，测定水分含量为74.01％；取少量渣经水洗、离心分离后取上清液用HPLC测定其中葡萄糖浓度，并换算成每克渣所含的葡萄糖量。结果表明，每克渣所含葡萄糖的量为26.3mg左右；
b.分别取步骤3中蒸汽爆破预处理玉米秸秆经纤维素酶水解、水解物离心得到的酶解渣，每克酶解渣加入尿素1.78×10-4克、硫酸镁5.92×10-5克、氯化锌5.92×10-5克和氯化钙1.48×10-4克，加入活性酿酒酵母悬浮液，控制酵母含量为2×106个/g酶解渣。分别在28、30、32、34、36、38、40℃，低速搅拌的条件下发酵24h；
c.发酵24h后，分别将发酵曲取出，加入蒸馏水充分搅拌后于4000转/分条件下离心10min，取上清液测定乙醇浓度和葡萄糖浓度，并计算糖利用率和乙醇得率。温度对酶解渣固态发酵的影响作用见表3。
表3温度对酶解渣固态发酵的影响
| 温度(℃) | 28 | 30 | 32 | 34 | 36 | 38 | 40 |
| 初始葡萄糖(g) | 1.97 | 1.97 | 1.97 | 1.97 | 1.97 | 1.97 | 1.97 |
| 发酵曲残糖(g) | 0.09 | 0.03 | 0.03 | 0.07 | 0.05 | 0.24 | 2.09 |
| 发酵曲乙醇(g) | 1.19 | 1.20 | 1.24 | 1.28 | 1.28 | 1.28 | 0.40 |
| 糖醇转化率 | 0.604 | 0.609 | 0.629 | 0.650 | 0.650 | 0.650 | 0.203 |
备注：(1)发酵规模酶解渣75g；(2)糖醇转化率以初始葡萄糖1.97g为计算基准，即糖醇转化率＝发酵曲乙醇质量/1.97。
结果表明，温度对酶解渣固态发酵影响较大。当酵母浓度为2×106个/g酶解渣、温度36℃时酶解渣固态发酵24h，酶解渣中残糖最低，乙醇量达到最大。75g酶解渣固体发酵24h，酶解渣中残糖和乙醇分别为0.05g和1.28g，糖醇转化率达到最大0.650。造成上述的原因是酶截渣固态发酵中存在同步糖化发酵的作用，而同步糖化发酵中酶最适反应温度和酵母乙醇发酵温度不一致，酶反应最适温度在50℃左右，乙醇发酵最适温度在30℃左右。因此酶解渣固态发酵存在一个温度平衡点，其最佳值可定为36℃。
比较例1：蒸汽爆破预处理玉米秸秆低底物浓度酶解、洗涤
a.取典型实施例步骤1中的玉米秸秆蒸汽爆破洗涤物料，以固液重量比为10％的底物浓度、20FPIU/g纤维素的酶用量，调整pH值为4.80，在低速搅拌、50℃的条件下酶解48h；
b.上述酶解结束后，将水解物于4000转/分条件下离心10min，得上清液1；在离心沉淀(酶解渣)中加入蒸馏水并充分搅拌后，于4000转/分条件下离心10min，得上清液2；在第二次离心沉淀中加入蒸馏水并充分搅拌后，于4000转/分条件下离心10min，得上清液3。用HPLC法分别测定上清液1、上清液2和上清液3中葡萄糖浓度，并计算洗涤过程葡萄糖回收率。合并上清液，用HPLC测定合并上清液中葡萄糖浓度。实验结果如表3。
表3 洗涤过程对酶水解物中葡萄糖回收率的影响
| 酶水解物 | 上清液1 | 上清液2 | 上清液3 | |
| 体积(ml) | 200 | 157 | 107 | 104 |
| 葡萄糖浓度g/L) | 36.02 | 36.02 | 7.76 | 2.02 |
| 葡萄糖(g) | 7.20 | 5.66 | 0.83 | 0.21 |
| 葡萄糖回收率％) | 78.61 | 90.14 | 93.06 |
结果表明，蒸汽爆破预处理玉米秸秆在底物浓度10％(固液重量比1∶10)条件下酶解48h，水解糖液中葡萄糖浓度为36.02g/L，水解结束后离心固液分离糖液后，用相当于原底物固液比1∶10的水分二次洗涤，葡萄糖回收率为93.06％，合并三次固液分离的糖液，糖液中葡萄糖浓度为18.21g/L。因此，采用低底物浓度纤维素酶水解、酶解渣洗涤后糖液发酵工艺，尽管可得到较高的纤维素水解得率，但洗涤工艺一方面使糖液浓度稀释近一半，不仅增加了水耗，而且后续糖液的浓缩又增加了能耗，另一方面，采用本工艺仅能回收93％左右的葡萄糖。
比较例2：蒸汽爆破预处理玉米秸秆高底物浓度酶解、带渣发酵
a.取典型实施例步骤1中的玉米秸秆蒸汽爆破洗涤物料，以固液重量比为30％的底物浓度、20FPIU/g纤维素的酶用量，调整pH值为4.80，在低速搅拌、50℃的条件下酶解48h；取水解产物0.5ml于4000转/分条件下离心10min，上清液稀释后测定其中的葡萄糖和纤维二糖浓度，并计算水解得率；
b.将上述酶水解体系冷却到30℃，按水解体系中液体体积加入0.24g/L尿素、0.08g/L硫酸镁、0.08g/L氯化锌、0.20g/L氯化钙和活性酿酒酵母干粉使酵母OD值为15，于低速搅拌、30℃的条件下发酵36h。发酵过程中每隔4h取样1ml，于4000转/分条件下离心10min，上清液稀释后测定其中的乙醇和葡萄糖浓度，并计算糖醇转化率(糖醇转化率以发酵初始葡萄糖浓度为基准)。实验结果如附图4。
结果表明：蒸汽爆破预处理玉米秸秆在底物浓度30％、纤维素酶用量20FPIU/g纤维素、pH值4.80、50℃水解48h，水解液中葡萄糖浓度为69.47g/L，纤维二糖浓度为4.07g/L，纤维素水解得率为46.35％。该水解物不固液分离直接用酿酒酵母发酵，发酵32h，发酵醪液中葡萄糖浓度为1.03g/L，乙醇浓度为36.82g/L，糖醇转化率为0.53。
Claims (2)
1.一种植物纤维原料纤维素酶解发酵制取乙醇的方法，以经过预处理的植物纤维作原料，其特征是在底物浓度10-15％下用纤维素酶水解36h以上，水解结束后水解物固液分离，固液分离获得的清液浓缩后由酿酒酵母发酵成乙醇，固液分离得到的酶解渣直接用酿酒酵母固态发酵成乙醇，具体工艺路线和条件如下：
a.将预处理过的植物纤维原料与纤维素酶混合，加入水，pH缓冲液或酸、碱，混合至底物浓度10-15％，控制pH值在4.80，反应体系中每克纤维素的纤维素酶用量为10-25FPIU，于50℃的条件下酶解反应36h以上；
b.酶水解反应结束后，将水解物固液分离；
c.将步骤b中固液分离后的清液，经减压蒸发至糖液中葡萄糖浓度为180-250g/L，用酿酒酵母于30℃条件下发酵18-24h；
d.将步骤b中固液分离后获得的酶解渣，用酿酒酵母于酵母用量1～3×106/g酶解渣、28-38℃条件下固态发酵24h。
2.如权利要求1所述的植物纤维原料纤维素酶解发酵制取乙醇的方法，其特征是所用的纤维素酶是木霉(Trichoderma)、曲霉(Aspergillus)或其它细菌产生的能降解纤维素成葡萄糖的纤维素酶的一种或多种酶的复合物。
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