CN113881714A - 一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法 - Google Patents
一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113881714A CN113881714A CN202111236531.7A CN202111236531A CN113881714A CN 113881714 A CN113881714 A CN 113881714A CN 202111236531 A CN202111236531 A CN 202111236531A CN 113881714 A CN113881714 A CN 113881714A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fermentation
- xylitol
- liquid
- agricultural
- xylose
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 239000010902 straw Substances 0.000 claims abstract description 58
- HEBKCHPVOIAQTA-UHFFFAOYSA-N meso ribitol Natural products OCC(O)C(O)C(O)CO HEBKCHPVOIAQTA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- TVXBFESIOXBWNM-UHFFFAOYSA-N Xylitol Natural products OCCC(O)C(O)C(O)CCO TVXBFESIOXBWNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- 239000000811 xylitol Substances 0.000 claims abstract description 41
- 235000010447 xylitol Nutrition 0.000 claims abstract description 41
- HEBKCHPVOIAQTA-SCDXWVJYSA-N xylitol Chemical compound OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CO HEBKCHPVOIAQTA-SCDXWVJYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- 229960002675 xylitol Drugs 0.000 claims abstract description 41
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims abstract description 39
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims abstract description 39
- FBPFZTCFMRRESA-KVTDHHQDSA-N D-Mannitol Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-KVTDHHQDSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 229930195725 Mannitol Natural products 0.000 claims abstract description 34
- 239000000594 mannitol Substances 0.000 claims abstract description 34
- 235000010355 mannitol Nutrition 0.000 claims abstract description 34
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 30
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 10
- HEBKCHPVOIAQTA-QWWZWVQMSA-N D-arabinitol Chemical compound OC[C@@H](O)C(O)[C@H](O)CO HEBKCHPVOIAQTA-QWWZWVQMSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 claims abstract description 9
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims abstract description 9
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims abstract description 9
- 244000060011 Cocos nucifera Species 0.000 claims abstract description 8
- 235000013162 Cocos nucifera Nutrition 0.000 claims abstract description 8
- SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N D-xylopyranose Chemical compound O[C@@H]1COC(O)[C@H](O)[C@H]1O SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N 0.000 claims description 100
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 60
- PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N arabinose Natural products OCC(O)C(O)C(O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 55
- SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N beta-D-Pyranose-Lyxose Natural products OC1COC(O)C(O)C1O SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 55
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 45
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 25
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 25
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 23
- 235000011054 acetic acid Nutrition 0.000 claims description 18
- HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N furfural Chemical compound O=CC1=CC=CO1 HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 claims description 17
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 17
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 17
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 claims description 17
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 claims description 16
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 claims description 16
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 claims description 16
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 claims description 16
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 16
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 claims description 16
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 claims description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000005715 Fructose Substances 0.000 claims description 12
- 229930091371 Fructose Natural products 0.000 claims description 12
- RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N Fructose Chemical compound OC[C@H]1O[C@](O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N 0.000 claims description 12
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 12
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 10
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 claims description 10
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 claims description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 9
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 claims description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 8
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 claims description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 235000017166 Bambusa arundinacea Nutrition 0.000 claims description 6
- 235000017491 Bambusa tulda Nutrition 0.000 claims description 6
- 235000015334 Phyllostachys viridis Nutrition 0.000 claims description 6
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 241001052560 Thallis Species 0.000 claims description 6
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims description 6
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 6
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims description 6
- 238000011218 seed culture Methods 0.000 claims description 6
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 claims description 6
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims description 5
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 5
- PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N arabinose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N 0.000 claims description 5
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 5
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims description 4
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims description 4
- AFVFQIVMOAPDHO-UHFFFAOYSA-N Methanesulfonic acid Chemical compound CS(O)(=O)=O AFVFQIVMOAPDHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 claims description 4
- 235000010633 broth Nutrition 0.000 claims description 4
- 229940041514 candida albicans extract Drugs 0.000 claims description 4
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 238000012258 culturing Methods 0.000 claims description 4
- HEBKCHPVOIAQTA-NGQZWQHPSA-N d-xylitol Chemical compound OC[C@H](O)C(O)[C@H](O)CO HEBKCHPVOIAQTA-NGQZWQHPSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052564 epsomite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 claims description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 4
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 4
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 4
- 239000012138 yeast extract Substances 0.000 claims description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 108700040099 Xylose isomerases Proteins 0.000 claims description 3
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 3
- 239000011425 bamboo Substances 0.000 claims description 3
- 238000011033 desalting Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 3
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 claims description 3
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000003895 organic fertilizer Substances 0.000 claims description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 3
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 3
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims description 3
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims description 3
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 3
- 239000004753 textile Substances 0.000 claims description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 238000010411 cooking Methods 0.000 claims description 2
- 230000003311 flocculating effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 2
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 claims description 2
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 claims description 2
- 229940098779 methanesulfonic acid Drugs 0.000 claims description 2
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 claims description 2
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 claims description 2
- 235000010981 methylcellulose Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 2
- 238000011027 product recovery Methods 0.000 claims description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 2
- 244000082204 Phyllostachys viridis Species 0.000 claims 1
- 210000002429 large intestine Anatomy 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 18
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 235000013305 food Nutrition 0.000 abstract description 7
- 238000007670 refining Methods 0.000 abstract description 7
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 abstract description 4
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002689 soil Substances 0.000 abstract description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 2
- 239000004016 soil organic matter Substances 0.000 abstract 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 11
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 11
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N D-Glucitol Natural products OC[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N 0.000 description 5
- 235000003599 food sweetener Nutrition 0.000 description 5
- 239000000413 hydrolysate Substances 0.000 description 5
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 5
- 239000000600 sorbitol Substances 0.000 description 5
- 239000003765 sweetening agent Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009903 catalytic hydrogenation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000010903 husk Substances 0.000 description 4
- 241000512259 Ascophyllum nodosum Species 0.000 description 3
- 241000209128 Bambusa Species 0.000 description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 3
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 3
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 description 3
- 241001330002 Bambuseae Species 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N D-glucitol Chemical compound OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002154 agricultural waste Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- NOESYZHRGYRDHS-UHFFFAOYSA-N insulin Chemical compound N1C(=O)C(NC(=O)C(CCC(N)=O)NC(=O)C(CCC(O)=O)NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(NC(=O)CN)C(C)CC)CSSCC(C(NC(CO)C(=O)NC(CC(C)C)C(=O)NC(CC=2C=CC(O)=CC=2)C(=O)NC(CCC(N)=O)C(=O)NC(CC(C)C)C(=O)NC(CCC(O)=O)C(=O)NC(CC(N)=O)C(=O)NC(CC=2C=CC(O)=CC=2)C(=O)NC(CSSCC(NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(CC=2C=CC(O)=CC=2)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(C)NC(=O)C(CCC(O)=O)NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(CC=2NC=NC=2)NC(=O)C(CO)NC(=O)CNC2=O)C(=O)NCC(=O)NC(CCC(O)=O)C(=O)NC(CCCNC(N)=N)C(=O)NCC(=O)NC(CC=3C=CC=CC=3)C(=O)NC(CC=3C=CC=CC=3)C(=O)NC(CC=3C=CC(O)=CC=3)C(=O)NC(C(C)O)C(=O)N3C(CCC3)C(=O)NC(CCCCN)C(=O)NC(C)C(O)=O)C(=O)NC(CC(N)=O)C(O)=O)=O)NC(=O)C(C(C)CC)NC(=O)C(CO)NC(=O)C(C(C)O)NC(=O)C1CSSCC2NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(NC(=O)C(CCC(N)=O)NC(=O)C(CC(N)=O)NC(=O)C(NC(=O)C(N)CC=1C=CC=CC=1)C(C)C)CC1=CN=CN1 NOESYZHRGYRDHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 2
- XDIYNQZUNSSENW-NUVHGKSTSA-N (2r,3s,4s,5r)-2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;(2r,3s,4r,5r)-2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal Chemical compound OC[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C=O.OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C=O XDIYNQZUNSSENW-NUVHGKSTSA-N 0.000 description 1
- CDVZCUKHEYPEQS-FOASUZNUSA-N (2s,3r,4r)-2,3,4,5-tetrahydroxypentanal;(2r,3s,4r)-2,3,4,5-tetrahydroxypentanal Chemical compound OC[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C=O.OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)C=O CDVZCUKHEYPEQS-FOASUZNUSA-N 0.000 description 1
- IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-2,4-dioxo-1,3-diazinane-5-carboximidamide Chemical compound CN1CC(C(N)=N)C(=O)NC1=O IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000009304 Acute Kidney Injury Diseases 0.000 description 1
- 235000018185 Betula X alpestris Nutrition 0.000 description 1
- 235000018212 Betula X uliginosa Nutrition 0.000 description 1
- 241000186000 Bifidobacterium Species 0.000 description 1
- 206010048962 Brain oedema Diseases 0.000 description 1
- 108010059892 Cellulase Proteins 0.000 description 1
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 1
- 208000010412 Glaucoma Diseases 0.000 description 1
- 102000004877 Insulin Human genes 0.000 description 1
- 108090001061 Insulin Proteins 0.000 description 1
- 241000186660 Lactobacillus Species 0.000 description 1
- 208000008589 Obesity Diseases 0.000 description 1
- 108010009736 Protein Hydrolysates Proteins 0.000 description 1
- 208000033626 Renal failure acute Diseases 0.000 description 1
- 241000235342 Saccharomycetes Species 0.000 description 1
- 240000006394 Sorghum bicolor Species 0.000 description 1
- 235000011684 Sorghum saccharatum Nutrition 0.000 description 1
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 description 1
- 244000098338 Triticum aestivum Species 0.000 description 1
- 201000011040 acute kidney failure Diseases 0.000 description 1
- 208000012998 acute renal failure Diseases 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N alpha-D-galactose Chemical compound OC[C@H]1O[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 208000006752 brain edema Diseases 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229940106157 cellulase Drugs 0.000 description 1
- 239000007910 chewable tablet Substances 0.000 description 1
- 235000009508 confectionery Nutrition 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000012024 dehydrating agents Substances 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 206010012601 diabetes mellitus Diseases 0.000 description 1
- 238000007907 direct compression Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000005008 domestic process Methods 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000029142 excretion Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 235000013373 food additive Nutrition 0.000 description 1
- 239000002778 food additive Substances 0.000 description 1
- 229930182830 galactose Natural products 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000008216 herbs Nutrition 0.000 description 1
- FBPFZTCFMRRESA-UHFFFAOYSA-N hexane-1,2,3,4,5,6-hexol Chemical compound OCC(O)C(O)C(O)C(O)CO FBPFZTCFMRRESA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 229940125396 insulin Drugs 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 210000003734 kidney Anatomy 0.000 description 1
- 229940039696 lactobacillus Drugs 0.000 description 1
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 150000002772 monosaccharides Chemical class 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 235000020824 obesity Nutrition 0.000 description 1
- 239000000546 pharmaceutical excipient Substances 0.000 description 1
- 239000002574 poison Substances 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 239000000661 sodium alginate Substances 0.000 description 1
- 235000010413 sodium alginate Nutrition 0.000 description 1
- 229940005550 sodium alginate Drugs 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 150000005846 sugar alcohols Polymers 0.000 description 1
- BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M sulfonate Chemical compound [O-]S(=O)=O BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 235000019605 sweet taste sensations Nutrition 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
- C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
- C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
- C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
- C12P7/08—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate
- C12P7/10—Ethanol, i.e. non-beverage produced as by-product or from waste or cellulosic material substrate substrate containing cellulosic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
- C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
- C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
- C12P7/18—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic polyhydric
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
- C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
- C12P7/54—Acetic acid
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
- C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
- C12P7/56—Lactic acid
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P2201/00—Pretreatment of cellulosic or lignocellulosic material for subsequent enzymatic treatment or hydrolysis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P2203/00—Fermentation products obtained from optionally pretreated or hydrolyzed cellulosic or lignocellulosic material as the carbon source
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
Landscapes
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Zoology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Microbiology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,属于生物工程技术,生物质能源,碳减排,碳中和,农业种植,食品,新材料,发酵,环保,饲料等技术领域。本发明利用农林废弃物‑‑‑秸秆,稻壳,椰壳,锯末等生物质原料,经水洗,水解后,通过生物工程技术发酵生产木糖醇,阿拉伯糖醇,甘露醇等,从而达到综合利用农林废弃物,生产生物基的产品和生物基的能源,改善环境,提高土壤有机质,为以秸秆为原料的生物炼制,综合利用秸秆等废弃物,提供了基于现代生物工程科技的一系列技术,进行可持续的,低碳的清洁生产,进而达到修复土壤,减少化肥的使用,保护环境的目的。
Description
技术领域
本发明属于生物工程技术,生物质能源,碳减排,碳中和,农业种植,食品,新材料,发酵,环保,饲料等技术领域,具体涉及一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法。
背景技术
由于木质纤维素生物质,如农作物秸秆,稻壳,椰壳,竹子,锯末等农林废弃物的组分和结构复杂,回收利用这些农林废弃物,是个技术上难解的问题。
例如,玉米秸秆中约含有35%的半纤维素,30%纤维素,25%的木质素,10%的水溶物,包含多种单糖,蛋白,无机盐(N,P,K,S)等,如果先把秸秆中的水溶物中的果糖,葡萄糖分离出来,发酵成甘露醇及乳酸,醋酸;无机盐(N,P,K,S)等还田,然后再把半纤维素中的五元糖(木糖/阿拉伯糖)转化成高附加值的木糖醇,阿拉伯糖醇等产品,并把剩下的高热值,低硫和氮含量的渣子,制成清洁的黑颗粒燃料,或者进一步的把纤维素,木质素分离出来作为纤维素,木质素产品,将大大的提高秸秆的价值。
木糖醇是白色晶体,外表和蔗糖相似,是多元醇中最甜的甜味剂,味凉、甜度相当于蔗糖,热量是蔗糖的60%,是未来的甜味剂,是蔗糖和葡萄糖替代品。木糖醇从60年代开始应用于食品中,在一些国家它是很受糖尿病人欢迎的一种甜味剂。在美国,为了某些特殊目的可以作为食品添加剂,不受用量限制的加入食品中。
目前国内外木糖醇采用的都是化学合成法,即两步法,第一步是经过一系列的精制提取手段,得到高纯度的结晶木糖(>98%),第二步是对高纯木糖高压加氢合成木糖醇;国外是利用白桦树提取木糖(北欧),但目前的原料受限制,产能无法提高;国内是利用玉米芯提取木糖,然后都要经高压催化加氢,生产木糖醇。由于加氢催化剂对杂质非常敏感,微量的杂质都会使催化剂中毒失效,提取的木糖必需要经过一系列的精制/提纯工艺得到纯的木糖晶体,例如,需要经过多次离子交换,脱盐,脱色,浓缩,结晶,得到纯度大于98%的晶体木糖,这个过程中,总的木糖产率低于40%,排污量大,木糖的成本高,每吨结晶木糖,伴生一吨的母液,其中含大量的木糖,阿拉伯糖,葡萄糖和半乳糖,无法回收,只能作为废物排放,增加了污水处理成本。目前,木糖晶体的成本占木糖醇的成本的70%以上,由此可以看到,木糖醇生产的主要成本是原料木糖,由于生产结晶木糖的工艺复杂,成本很高,很难降下来,使木糖醇的价格高,大大限制了产品的使用。市场上急需一种新的工艺,来降低木糖醇的成本,使更多的糖尿病患者可使用这个产品,改善他(她)们的健康。
秸秆中的六碳糖还可以经生物炼制的手段转化为甘露醇,乳酸,醋酸,乙醇等产品。甘露醇是一种己六醇,广泛用于医药,食品,化工等工业中,由于其在体内的代谢不受胰岛素控制,不会引起血糖上升,并且热值低,可做为糖尿病人及肥胖病人的良好甜味剂,它的甜度与蔗糖相同,但热量只有蔗糖的40%(4.0对1.6kcal/kg);甘露醇因溶解时吸热,有甜味,对口腔有舒服感,故更广泛用于醒酒药、口中清凉剂等咀嚼片的制造,其颗粒型专作直接压片的赋形剂。甘露醇是一种高渗性的组织脱水剂,临床上广泛应用于治疗脑水肿,预防急性肾衰,治疗青光眼,加速毒物及药物从肾脏的排泄。
甘露醇传统的生产方法有:1:海带提取法,海带提取法是我国目前生产甘露醇的主要方法,是在海带提取碘及海藻酸钠后的废水中提取甘露醇,约10t海带可得1t甘露醇。该法可得到单一的甘露醇,免去了与山梨醇分离这一工序,精制纯度高,但该法收率低,精制手续麻烦,同时生产成本高,原料来源受地区、季节限制。目前已没有厂家用这个方法。2:以蔗糖为原料的催化氢化法,蔗糖水溶液加酸水解成葡萄糖和果糖,在金属镍的催化下,120-160度,100-150大气压下,与氢气进行催化加氢还原反应,葡萄糖转化为山梨醇,果糖转化为大致等量的山梨醇和甘露醇。实际产物中,山梨醇占80%,甘露醇占20%。一般5.2t白糖可得到1t甘露醇。
目前市场上生产甘露醇通用的是蔗糖,在金属镍的高压加氢催化下,该法的催化加氢,需要高压特殊设备,操作危险,产品纯度低,残留重金属,三废量大,副产的山梨醇用途有限,限制了甘露醇产能的提高,使其生产成本难以下降,大大限制了甘露醇在甜味剂方面的应用增长,同时,需要使用高纯度的蔗糖原料,成本高。
由于传统方法存在高能耗,高污染及高成本的缺陷,大大限制了它的应用,市场上急需一种绿色、低成本的新技术,而生物发酵工程技术为此提供了可能。
发明内容
本发明的目的是为了解决秸秆利用率低、木糖醇和甘露醇制备过程成本高、污染大、效率低,直接燃烧秸秆回报率低等问题,提供一种基于生物工程技术的,以农林废弃物生物质为原料的生物炼制的综合利用方法。
生物发酵有一系列优点,在绿色的条件下,可以生产出多种高纯度的纯天然的食品,以木糖,葡萄糖,果糖做起始物,利用微生物、对原料进行酶转化,生产木糖醇,甘露醇,乳酸,蛋白饲料。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案如下:
一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,所述方法具体步骤为:
步骤一:秸秆或其它生物质,经热水洗,过滤,滤出秸秆,滤液经膜浓缩,得到含水溶的葡萄糖,果糖,蛋白质,氨基酸,磷,钾,硫的液体,经浓缩,微生物发酵,得到甘露醇,乳酸,醋酸;分离出甘露醇,乳酸,醋酸后的菌体和残液作有机肥;
步骤二:将步骤一过滤得到的秸秆经生物酶或酸水解,其中的半纤维素水解成木糖,阿拉伯糖,葡萄糖,醋酸,经过滤后,得到秸秆残渣和液体部分,然后液体部分再进行浓缩,得到醋酸和粗木糖液,粗木糖液经纳滤膜过滤得到聚合度2-7的低聚木糖产品;
步骤三:将步骤二得到的粗木糖液经纳滤膜浓缩,滤出的水中含硫酸,粗木糖液中70%的硫酸可以回收,循环使用;
步骤四:将步骤三经纳滤膜浓缩的粗木糖液用碳酸钠中和后,发酵生产木糖醇。
本发明相对于现有技术的有益效果为:本发明投产后,将是世界上第一家直接利用秸秆,稻壳,竹子,椰壳,锯末等农业废弃物,经水洗,水解后,不需经过精制结晶,利用微生物发酵生产甘露醇,木糖醇,乳酸,醋酸。由于生产过程中没有对环境有害的三废,可以做到零排放,并且生产过程中没有使用任何有害物质,是一个全绿色项目,并且产品二氧化碳的排放量都低于传统的工艺,符合低碳的要求。秸秆中全部的物质都高效的转化为高附加值的产品。
本发明根据木质纤维素的特点和组分,利用现代生物科技,开发了一整套的以秸秆,稻壳,椰壳,锯末为原料的综合利用的方法。可以把其中的全部物质,根据其不同的组成和特点,分步的,高效的转化足足为高附加值的系列产品,使它们变废为宝,变成了一系列高价值的生物基原料和生物基能源产品,解决了秸秆的难处理、回收产值低问题,同时为木糖醇,甘露醇,乳酸,糠醛等产品提供一个新的原料来源。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明,但并不局限于此,凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,均应涵盖在本发明的保护范围中。
本发明利用农林废弃物---秸秆(包括,玉米,水稻,小麦,高粱等),稻壳,椰壳,锯末或陆地上的木本,草本植物,如:竹子,王草,等生物质原料,经水洗,水解后,通过生物工程技术发酵生产木糖醇,阿拉伯糖醇,甘露醇,乳酸,醋酸并联产,有机/无机肥(N,P,K),医用绷带等,从而达到综合利用农林废弃物,生产生物基的产品和生物基的能源,改善环境,提高土壤有机质,为以秸秆为原料的生物炼制,综合利用秸秆等废弃物,提供了基于现代生物工程科技的一系列技术,进行可持续的,低碳的清洁生产,进而达到修复土壤,减少化肥的使用,保护环境的目的。
生物炼制,是把可再生的(木质)生物质经过复杂的绿色环保的生物工程工艺过程转化为能量和许多有益的基本原料/化学品,产品包括:食品,饲料,化学品,建材等等。本发明就是以秸秆及农业废弃物为原料,利用生物工程技术,经过生物炼化,转化为一系列的生物基的产品和生物基的能源的过程。
本发明中,玉米秸秆水洗分离出水溶物,水溶物含葡萄糖,果糖,NPK,蛋白质/氨基酸,是一个理想的发酵原料,经浓缩可以做直接利用双歧杆菌发酵生产甘露醇,联产乳酸,醋酸,产品提取后剩下的菌体及母液是理想的含NPK的液体肥或无土种植的营养液。制备玉米秸秆水解液的工艺具体为:玉米秸秆加入水解釜,加入0.2%硫酸,升温到100-120度,保温2小时,经过过滤去除不溶物,得到水解液,不溶物经漂洗烘干,得到的渣子含40%的木质素,60%的纤维素,可以进一步处理。
得到的液体水解液加入CaCO3中和,经过过滤去除不溶物,然后蒸发浓缩至15wt%的粗木糖液。经过HPLC分析,含固量如下:
名称 | 木糖 | 阿拉伯糖 | 葡萄糖 | 半乳糖 | 其他 |
含量,wt% | 65% | 10% | 15% | 5% | 5% |
本发明以秸秆残渣为原料的黑颗粒燃料。秸秆渣经脱水干燥后(水分<15%),经挤压机,压成颗粒,热量大于4500大卡/公斤,硫和氮的含量大大地低于秸秆。可以代替煤炭。纤维素木质素的分离:秸秆渣的主要组分是纤维素和木质素,纤维素和木质素的分离。以秸秆渣为原料,经4%的碱液在90度煮3小时,过滤,得到的不溶物是纤维素。滤液经调酸,木质素析出,过滤得到木质素,木质素可以进一步的处理,得到磺酸纤维素。纤维素可以直接用作纸浆原料,或纺织行业的可溶性纤维素。纤维素也可以经纤维素酶水解成葡萄糖,经葡萄糖异构酶转化为果糖,乳酸菌发酵得到甘露醇,乳酸,醋酸。玉米秸秆水解液制备糠醛:含木糖的水解液加热到160-180度,保温2小时后,木糖脱水变成糠醛。精制后得到98%的糠醛。秸秆渣的主要组分是木质素和纤维素,C:H比例高,N,S及灰分含量低,是一个理想的制氢气的原料,比煤炭好,同时减少CO2排放。
具体实施方式一:本实施方式记载的是一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,生物质泛指含木质纤维素的生物质,可以包括,但不限于秸秆,稻壳、椰壳、锯末,竹子等,陆地上的所有的,草本,木本植物的根,茎,叶,皮,果实,都是含有木质纤维素的,木质纤维素含水溶物,半纤维素,木质素,纤维素。所述方法具体步骤为:
步骤一:秸秆或其它生物质,经热水洗,过滤,滤出秸秆,滤液经膜浓缩,得到含水溶的葡萄糖,果糖,蛋白质,氨基酸,磷,钾,硫的液体,经浓缩,微生物发酵,得到甘露醇,乳酸,醋酸;分离出甘露醇,乳酸,醋酸后的菌体和残液作有机肥;
步骤二:将步骤一过滤得到的秸秆经生物酶或酸水解,其中的半纤维素水解成木糖,阿拉伯糖,葡萄糖,醋酸,经过滤后,得到秸秆残渣和液体部分,然后液体部分再进行浓缩,得到醋酸和粗木糖液,水解过程中,可以分离出部分水解液(即生产低聚木糖产品),粗木糖液经纳滤膜过滤得到聚合度2-7的低聚木糖产品;
步骤三:将步骤二得到的粗木糖液经纳滤膜浓缩,滤出的水中含硫酸,水解过程中加入的硫酸约70%在滤出的水中,可以回收,循环使用,节省成本;
步骤四:将步骤三经纳滤膜浓缩的粗木糖液用碳酸钠中和后,发酵生产木糖醇。
具体实施方式二:具体实施方式一所述的一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,步骤一中,将秸秆替换为稻壳、竹子、椰壳或锯末中的一种。
具体实施方式三:具体实施方式一所述的一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,步骤四中,所述发酵生产木糖醇具体为:以粗木糖液为培养基,接入细菌发酵,并流加粗木糖液,发酵结束后,得到可供提取木糖醇和阿拉伯糖醇的发酵液,经发酵,浓缩,脱色,脱盐,结晶,离心,干燥,得到木糖醇和阿拉伯糖醇。
具体实施方式四:具体实施方式一或三所述的一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,所述步骤四具体为:
(1)一级种子培养
将大肠杆菌(ZUC-220,Zuchem CO。USA)或其它的细菌(如酵母菌)的冷冻(-70℃)细胞,接种培养在含有2000ml LB培养基,在种子罐中36~38℃,220~260rpm,培养12~16小时,然后将该种子培养物转移到5000L种子罐中发酵培养,其中,种子罐培养的培养基包括2~5w/v%的粗木糖,0.2~2.0w/v%的酵母提取物,0.2~2.0w/v%的葡萄糖,0.2~2.0w/v%的K2PO4、0.01~0.2w/v%的MgSO4·7H2O;
(2)发酵罐培养
然后将该种子培养物转移到80000L发酵罐中,以在主培养物中生产木糖醇,为了减小原料对菌体活性的抑制,决定采补料有连续发酵的方式,提高产率;
发酵罐中包括5~10w/v%的木糖,0.2~2.0w/v酵母膏,0.2~2.0w/v%的葡萄糖,0.2~1.0w/v%的NaCl,0.2~2.0w/v%的K2PO4,0.01~0.2w/v%的MgSO4·7H2O;
其中,发酵罐的发酵条件为:温度在36~38℃,pH 6.5~7.5,搅拌速度为80~100rpm,培养基中溶解氧浓度为空气饱和度的20~40%;
接种后12-14小时开始补料,补料速度在200-600L/分钟,最终体积为70000L,加入20000L木糖和葡萄糖的混合溶液;
(3)通过配备Sugar-Pak I柱的高效液相色谱(HPLC)测量木糖醇,葡萄糖,其他糖的量,直至木糖在培养基中完全消耗,其他糖被全部消耗掉,结束发酵,时间在36-48小时,发酵液中含木糖醇80-150克/升,少量的阿拉伯糖醇;
(4)发酵液的后处理和产品回收
将发酵液分离除去细胞和其他残留物,得到清液:利用高速离心机离心分离除去细胞;初步浓缩,利用多效蒸发器蒸发浓缩得到干重45-55wt%的木糖醇液;脱色,利用活性炭脱色,前步的木糖醇液体中加入重量比5-30wt%的活性炭,在50-65℃温度,搅拌45~120分钟,过滤除去活性炭;得到的木糖醇液体进行回收木糖醇,进一步浓缩至80-85wt%放入结晶机中,从85℃开始慢慢降温到62℃时,加入分散于乙醇中的晶种,加入量在0.0001-0.001wt%之间,继续降温至15℃,利用过滤式离心机,回收木糖醇晶体,漂洗后,干燥得到合格的产品。
具体实施方式五:具体实施方式一所述的一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,步骤四中,所述发酵生产木糖醇具体为:以酸性的粗木糖液为原料(前述水解是在酸性的条件下进行),经过热脱水,转化为糠醛,蒸馏后得到糠醛和酸性的残液,残液循环回秸秆水解使用。
具体实施方式六:具体实施方式一所述的一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,步骤二中,秸秆残渣的四种处理方式为:
部分玉米秸秆残渣经烘干造粒,得到热值大于5000大千卡/公斤的可以替代煤炭的燃料;
部分玉米秸秆残渣经合成气生产氢气,由于玉米秸秆经过水洗,水解,去除了秸秆中的N,P,S和盐分,及半纤维素,残渣的C的含量和纯度高,制造氢气的效率高、成本低于直接使用秸秆;
玉米秸秆残渣经碱煮,得到的悬浮液,经过滤,烘干,得到纤维素,纤维素有以下三种处理方式:(1)加工成甲基纤维素纺织;(2)水解成葡萄糖,发酵成酒精;(3)经葡萄糖异构酶,转化成果糖,经细菌发酵,转化为甘露醇,乳酸,醋酸,乙醇;
玉米秸秆残渣经碱煮,得到的洗液,经酸化,絮凝,过滤,烘干,得到高纯度的木质素,进一步加工成甲磺酸木质素。
Claims (6)
1.一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,其特征在于:所述方法具体步骤为:
步骤一:秸秆或其它生物质,经热水洗,过滤,滤出秸秆,滤液经膜浓缩,得到含水溶的葡萄糖,果糖,蛋白质,氨基酸,磷,钾,硫的液体,经浓缩,微生物发酵,得到甘露醇,乳酸,醋酸;分离出甘露醇,乳酸,醋酸后的菌体和残液作有机肥;
步骤二:将步骤一过滤得到的秸秆经生物酶或酸水解,其中的半纤维素水解成木糖,阿拉伯糖,葡萄糖,醋酸,经过滤后,得到秸秆残渣和液体部分,然后液体部分再进行浓缩,得到醋酸和粗木糖液,粗木糖液经纳滤膜过滤得到聚合度2-7的低聚木糖产品;
步骤三:将步骤二得到的粗木糖液经纳滤膜浓缩;
步骤四:将步骤三经纳滤膜浓缩的粗木糖液用碳酸钠中和后,发酵生产木糖醇。
2.根据权利要求1所述的一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,其特征在于:步骤一中,将秸秆替换为稻壳、竹子、椰壳或锯末中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,其特征在于:步骤四中,所述发酵生产木糖醇具体为:以粗木糖液为培养基,接入细菌发酵,并流加粗木糖液,发酵结束后,得到可供提取木糖醇和阿拉伯糖醇的发酵液,经发酵,浓缩,脱色,脱盐,结晶,离心,干燥,得到木糖醇和阿拉伯糖醇。
4.根据权利要求1或3所述的一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,其特征在于:所述步骤四具体为:
(1)一级种子培养
将大肠杆菌或其它的细菌的冷冻细胞,接种培养在含有2000ml LB培养基,在种子罐中36~38℃,220~260rpm,培养12~16小时,然后将该种子培养物转移到5000L种子罐中发酵培养,其中,种子罐培养的培养基包括2~5w/v%的粗木糖,0.2~2.0w/v%的酵母提取物,0.2~2.0w/v%的葡萄糖,0.2~2.0w/v%的K2PO4、0.01~0.2w/v%的MgSO4·7H2O;
(2)发酵罐培养
然后将该种子培养物转移到80000L发酵罐中,以在主培养物中生产木糖醇,为了减小原料对菌体活性的抑制,决定采补料有连续发酵的方式,提高产率;
发酵罐中包括5~10w/v%的木糖,0.2~2.0w/v酵母膏,0.2~2.0w/v%的葡萄糖,0.2~1.0w/v%的NaCl,0.2~2.0w/v%的K2PO4,0.01~0.2w/v%的MgSO4·7H2O;
其中,发酵罐的发酵条件为:温度在36~38℃,pH 6.5~7.5,搅拌速度为80~100rpm,培养基中溶解氧浓度为空气饱和度的20~40%;
接种后12-14小时开始补料,补料速度在200-600L/分钟,最终体积为70000L,加入20000L木糖和葡萄糖的混合溶液;
(3)通过配备Sugar-Pak I柱的高效液相色谱测量木糖醇,葡萄糖,其他糖的量,直至木糖在培养基中完全消耗,其他糖被全部消耗掉,结束发酵,时间在36-48小时,发酵液中含木糖醇80-150克/升,少量的阿拉伯糖醇;
(4)发酵液的后处理和产品回收
将发酵液分离除去细胞和其他残留物,得到清液:利用高速离心机离心分离除去细胞;初步浓缩,利用多效蒸发器蒸发浓缩得到干重45-55wt%的木糖醇液;脱色,利用活性炭脱色,前步的木糖醇液体中加入重量比5-30wt%的活性炭,在50-65℃温度,搅拌45~120分钟,过滤除去活性炭;得到的木糖醇液体进行回收木糖醇,进一步浓缩至80-85wt%放入结晶机中,从85℃开始慢慢降温到62℃时,加入分散于乙醇中的晶种,加入量在0.0001-0.001wt%之间,继续降温至15℃,利用过滤式离心机,回收木糖醇晶体,漂洗后,干燥得到合格的产品。
5.根据权利要求1所述的一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,其特征在于:步骤四中,所述发酵生产木糖醇具体为:以酸性的粗木糖液为原料,经过热脱水,转化为糠醛,蒸馏后得到糠醛和酸性的残液,残液循环回秸秆水解使用。
6.根据权利要求1所述的一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法,其特征在于:步骤二中,秸秆残渣的四种处理方式为:
部分玉米秸秆残渣经烘干造粒,得到热值大于5000大千卡/公斤的可以替代煤炭的燃料;
部分玉米秸秆残渣经合成气生产氢气,由于玉米秸秆经过水洗,水解,去除了秸秆中的N,P,S和盐分,及半纤维素,残渣的C的含量和纯度高,制造氢气的效率高、成本低于直接使用秸秆;
玉米秸秆残渣经碱煮,得到的悬浮液,经过滤,烘干,得到纤维素,纤维素有以下三种处理方式:(1)加工成甲基纤维素纺织;(2)水解成葡萄糖,发酵成酒精;(3)经葡萄糖异构酶,转化成果糖,经细菌发酵,转化为甘露醇,乳酸,醋酸,乙醇;
玉米秸秆残渣经碱煮,得到的洗液,经酸化,絮凝,过滤,烘干,得到高纯度的木质素,进一步加工成甲磺酸木质素。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111236531.7A CN113881714A (zh) | 2021-10-23 | 2021-10-23 | 一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111236531.7A CN113881714A (zh) | 2021-10-23 | 2021-10-23 | 一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113881714A true CN113881714A (zh) | 2022-01-04 |
Family
ID=79013438
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111236531.7A Pending CN113881714A (zh) | 2021-10-23 | 2021-10-23 | 一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113881714A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115477553A (zh) * | 2022-10-28 | 2022-12-16 | 于立群 | 一种利用生物法生产糖醇有机肥料的方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101220381A (zh) * | 2007-01-08 | 2008-07-16 | 安徽丰原发酵技术工程研究有限公司 | 利用玉米芯或农林废弃物制备木糖醇的方法 |
CN102776244A (zh) * | 2012-06-21 | 2012-11-14 | 北京化工大学 | 综合利用玉米芯等农林废弃物生产多元糖醇及木质素的工艺 |
CN108949839A (zh) * | 2018-08-17 | 2018-12-07 | 哈尔滨依镁生物工程科技有限公司 | 一种高纯度木糖醇及其制备方法 |
CN113337547A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-09-03 | 于立群 | 一种酒糟综合再利用的方法 |
-
2021
- 2021-10-23 CN CN202111236531.7A patent/CN113881714A/zh active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101220381A (zh) * | 2007-01-08 | 2008-07-16 | 安徽丰原发酵技术工程研究有限公司 | 利用玉米芯或农林废弃物制备木糖醇的方法 |
CN102776244A (zh) * | 2012-06-21 | 2012-11-14 | 北京化工大学 | 综合利用玉米芯等农林废弃物生产多元糖醇及木质素的工艺 |
CN108949839A (zh) * | 2018-08-17 | 2018-12-07 | 哈尔滨依镁生物工程科技有限公司 | 一种高纯度木糖醇及其制备方法 |
CN113337547A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-09-03 | 于立群 | 一种酒糟综合再利用的方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115477553A (zh) * | 2022-10-28 | 2022-12-16 | 于立群 | 一种利用生物法生产糖醇有机肥料的方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2694875C (en) | Cellulase enzyme based method for the production of alcohol and glucose from pretreated lignocellulosic feedstock | |
CN101358218B (zh) | 一种利用秸秆生产木糖联产丙酮、丁醇和乙醇的方法 | |
CN100572543C (zh) | 利用玉米芯或农林废弃物制备木糖醇的方法 | |
CN102286571B (zh) | 一种清洁高效的制备木糖与l-阿拉伯糖的生产工艺 | |
CN101748158B (zh) | 一种以木质纤维素类生物质为原料发酵制备生物丁醇的方法 | |
CN101358214B (zh) | 利用秸秆生产糠醛耦合联产丙酮和丁醇的方法 | |
CN102776244A (zh) | 综合利用玉米芯等农林废弃物生产多元糖醇及木质素的工艺 | |
CN101215582B (zh) | 利用秸秆原料发酵生产琥珀酸的方法 | |
KR20080074687A (ko) | 열대과일 바이오매스 부산물로부터 제조된 자일로스와아라비노스를 포함하는 가수분해 당화액을 이용한자일리톨의 제조방법 | |
JPH05503844A (ja) | キシリトールおよびエタノールの同時生産方法 | |
CN106834368A (zh) | 一种利用木质纤维素发酵生产l‑乳酸的方法 | |
CN102363795A (zh) | 利用木质纤维素联产乳酸和乙醇的方法 | |
CN101914589A (zh) | 利用微生物生产低聚木糖的新方法 | |
CN111363765B (zh) | 发酵制备乳酸的方法 | |
CN113337547A (zh) | 一种酒糟综合再利用的方法 | |
CN100593572C (zh) | 一种玉米秸秆类农林废弃物的新用途 | |
CN101624584A (zh) | 一种内切型木聚糖酶的制备方法 | |
CN113881714A (zh) | 一种基于生物工程技术的农林废弃物生物质的生物炼制的综合利用方法 | |
CN102511650B (zh) | 一种利用菊芋糟渣发酵生产蛋白饲料的方法 | |
CN108374024B (zh) | 用甜高粱秆和玉米联产乙醇、果糖及多种副产品的方法 | |
CN112746088A (zh) | 一种以木质纤维素为原料发酵联产木糖醇和燃料乙醇的方法 | |
CN101475965B (zh) | 一种用大枣制备乙醇的方法 | |
CN112522121B (zh) | 一种克鲁维酵母及其在生产木糖醇中的应用 | |
CN1884563A (zh) | 一种以汽爆秸秆为原料发酵生产柠檬酸的方法 | |
CN110904159A (zh) | 一种联产阿魏酰寡糖和乙醇的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |