专利摘要

本发明公开了一种稀酸法制备生物质燃料工艺中糠醛的降解方法，包括：（1）将植物纤维用稀酸进行预处理，产生的植物纤维、糠醛及其衍生物的混合物，用碱调节pH值，然后采用纤维素酶进行酶解，产生可发酵的糖；（2）将斜面培养的糠醛降解菌接入液体培养基中，培养、离心收集细胞沉淀；（3）向步骤（1）的稀酸-纤维素酶酶解糖液中添加无机盐配置成培养基，将步骤（2）的得到的糠醛降解菌与酿酒酵母一起接种到（1）所述的培养基中进行发酵，在发酵制备生物质燃料的同时降解糠醛。本发明提供的一种方法糠醛等抑制剂降解效率高、成本低，绿色环保，适于大规模应用。

权利要求

1.一种稀酸法制备生物质燃料工艺中糠醛的降解方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）将植物纤维用稀酸进行预处理，产生的植物纤维、糠醛及其衍生物的混合物，用碱调节pH值，然后采用纤维素酶进行酶解，产生可发酵的糖；

（2）将斜面培养的糠醛降解菌接入糠醛降解菌液体培养基中，培养、离心收集细胞沉淀，并对细胞进行处理；

（3）向步骤（1）的稀酸-纤维素酶酶解糖液中添加无机盐和生长因子配置成培养基，将步骤（2）的得到的糠醛降解菌与酿酒酵母按照1:2～5的重量比一起接种到所述的培养基中进行发酵，在发酵制备生物质燃料的同时降解糠醛。

2.根据权利要求1所述的稀酸法制备生物质燃料工艺中糠醛的降解方法，其特征在于：步骤（1）中，所述稀酸为稀硫酸、稀盐酸或稀磷酸。

3.根据权利要求1所述的稀酸法制备生物质燃料工艺中糠醛的降解方法，其特征在于：步骤（1）中，pH值调节为4.8-5.0。

4.根据权利要求1所述的稀酸法制备生物质燃料工艺中糠醛的降解方法，其特征在于：步骤（2）中，所述的糠醛降解菌为贪铜菌。

5.根据权利要求1所述的稀酸法制备生物质燃料工艺中糠醛的降解方法，其特征在于：步骤（2）中细胞进行处理方式为用液体培养基进行悬浮或者对细胞进行固定化。

6.根据权利要求1所述的稀酸法制备生物质燃料工艺中糠醛的降解方法，其特征在于：步骤（3）中所述的发酵方式为混合发酵。

说明书

技术领域

本发明涉及一种稀酸法制备生物质燃料工艺中糠醛的降解方法。

背景技术

目前石油等化石资源的逐渐枯竭，利用可再生资源生产生物能源的研究越来越受到国内外研究者的关注。纤维素是地球上最丰富的可再生资源，具有价廉、可降解和减少生态环境污染等优点，因此用木质纤维素生产生物燃料替代石油燃料，对社会经济的可持续发展具有重要的意义。

在以木质纤维素为原料生产生物燃料的研究开发领域中,木质纤维素的稀酸水解被人为是最容易实现商业化的生产工艺,国内外在该领域进行了大量和深入的研究。但到目前为止,国内外在用稀酸水解木质纤维素生产燃料方面还存在着一些问题未能解决,其中一个重要问题是稀酸水解木质纤维素时会产生糠醛及其衍生物，这些物质会抑制微生物发酵产生生物燃料。

木质纤维素由纤维素、半纤维素与木质素构成，天然植物秸秆中半纤维素占14-30%的比例，半纤维素经过酸水解工艺生成木糖为主的五碳糖。酸水解过程中水解温度在100^oC以上的高温高压状态进行，水解过程中部分五碳糖在酸催化下转化成糠醛和糠醛的衍生物，酸水解液成分复杂，包括糠醛、羟甲级糠醛、葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖等10余种成分，其中糠醛含量较低，一般占水解液的3-9%，因此回收成本较高、回收利用的价值较低。

目前降解糠醛及其衍生物的方法很多，主要有漆酶处理降解糠醛类物质、TiO₂催化超声降解糠醛、微电解-UASB组合工艺、微波氧化降解糠醛。这些工艺都存在成本高的缺点。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种经济、环保的稀酸法制备生物质燃料工艺中糠醛的降解方法，可以避免含糠醛废水的处理费用，减少生物质燃料生产过程中产生的废水，加速生物质燃料工业化进程。

技术方案：本发明所述稀酸法制备生物质燃料工艺中糠醛的降解方法，包括如下步骤：

（1）将植物纤维用稀酸进行预处理，产生的植物纤维、糠醛及其衍生物的混合物，用碱调节pH值，然后采用纤维素酶进行酶解，产生可发酵的糖；

（2）将斜面培养的糠醛降解菌接入糠醛降解菌液体培养基中，培养、离心收集细胞沉淀，并对细胞进行处理；所述糠醛降解菌液体培养基的成分为：0.15g 酵母膏，1.55 g K₂HPO₄, 0.85 g NaH₂HPO₄·2H₂0, 2.0 g (NH₄)₂SO₄, 0.1 g MgCl₂·6H₂0, 10 mg EDTA, 2 mg ZnSO4·7H₂0, 1 mg CaCl₂·2H₂0, 5 mg FeSO₄·7H₂0, 0.2 mg Na₂MoO₄·2H₂0, 0.2 mg CuSO₄·5H₂0, 0.4 mg CoCl₂·6H₂0, and 1 mg MnCl₂·2H₂0，并且调节pH为5.0；所述糠醛降解菌为贪铜菌；

（3）向步骤（1）的稀酸-纤维素酶酶解糖液中添加无机盐和生长因子配制成液体培养基（成分同糠醛降解菌液体培养基），将步骤（2）的得到的糠醛降解菌与酿酒酵母按照1:2-5的重量比，同时接种到所述的培养基中进行混合发酵，在发酵制备生物质燃料的同时降解糠醛。

由于贪铜菌生长较慢，利用葡萄糖等生物质降解糖的效率低，而酿酒酵母等能源微生物的生长较快，利用糖类能力强。因此，本发明采用贪铜菌与酿酒酵母等能源微生物进行混菌发酵。一边降解糠醛等抑制剂一边高效发酵制备生物质燃料。

优选的，步骤（1）中，pH值为4.8-5.0，此时纤维素酶的酶解效果最好。

对离心收集的糠醛降解菌细胞可以是游离细胞也可以是固定化的细胞，步骤（2）中，细胞处理方式为用液体培养基进行悬浮或者对细胞进行固定化。虽然固定化和游离的细胞均可用于后续工艺，但是固定化的细胞在长时间处理效果好，主要是因为固定化细胞比较稳定，对于糠醛的毒害死亡较少，而且可以回收再利用，所以比较优选的处理方式为对细胞进行固定化。

所述细胞固定化为采用海藻酸钠和聚乙烯醇试剂对糠醛降解菌细胞进行固定化。

有益效果：1、本发明方法采用微生物降解对生物质燃料生产过程产生的糠醛进行降解，微生物降解糠醛不会产生新的污染物，具有经济、简捷,环保的优点，适于大规模应用；2、本发明方法针对稀酸处理产生糠醛类抑制剂的缺点，利用糠醛降解菌（贪铜菌）可以高效降解糠醛类衍生物，而较少利用木质纤维素降解产生的糖的优势，本发明采用贪铜菌与酿酒酵母等能源微生物进行混菌发酵，一边降解糠醛等抑制剂一边发酵制备生物质燃料。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1  稀硫酸处理甘蔗渣制备生物乙醇过程除糠醛

步骤如下：

（1）稀硫酸预处理甘蔗渣与酶解：在121^oC条件下，用0.5%稀硫酸进行预处理100g/L的甘蔗渣3h，处理后物料中含有约5% (w/v)的糠醛及其衍生物，处理后用氢氧化钠调节pH至4.8（纤维素酶最佳酶解条件），采用里氏木霉来源的纤维素酶进行酶解48h产生可发酵的糖；

（2）糠醛降解菌（贪铜菌Cupriavidus basilensis）细胞的准备：将斜面培养的贪铜菌Cupriavidus basilensis ACCC02582接入液体培养基中，培养36h，5000r/min离心收集细胞沉淀。细胞固定化采用海藻酸钠和聚乙烯醇试剂对贪铜菌细胞进行固定化，称量海藻酸钠和聚乙烯醇加入100ml 蒸馏水，100℃ 水浴溶解，配成不同的混合载体，然后在各个载体中分别加入 1g 湿贪铜菌细胞 ( 菌体由活化培养基发酵 36h 后离心得到) ，混匀； 称取 3g的无水氯化钙分别加入到 100ml 的饱和硼酸溶液中，制备成交联剂，再将混有贪铜菌细胞的载体用 1ml 注射器匀速滴入交联剂中。

（3）共发酵制备生物质燃料：在步骤（1）的稀酸-纤维素酶酶解液中添加无机盐等成分配置成培养基，终浓度分别为0.15g 酵母膏，1.55 g K₂HPO₄, 0.85 g NaH₂HPO₄·2H₂0, 2.0 g (NH₄)₂SO₄, 0.1 g MgCl₂·6H₂0, 10 mg EDTA, 2 mg ZnSO4·7H₂0, 1 mg CaCl₂·2H₂0, 5 mg FeSO₄·7H₂0, 0.2 mg Na₂MoO₄·2H₂0, 0.2 mg CuSO₄·5H₂0, 0.4 mg CoCl₂·6H₂0, and 1 mg MnCl₂·2H₂0，并且调节pH为5.0。将贪铜菌游离细胞或固定化细胞（0.5%，v/v%）与酿酒酵母（2%，v/v%）同时接种在上述步骤得到的糖液中，进行混合发酵。

结果表明，经过混合发酵48h，游离的贪铜菌细胞与酿酒酵母混合发酵液中糠醛降解率90.5%；固定化贪铜菌细胞与酿酒酵母混合发酵液中糠醛降解率99.3%。

实施例2 稀硫酸处理玉米秸秆制备生物柴油过程除糠醛

步骤如下：

（1）稀硫酸预处理秸秆与酶解：在121^oC条件下，用0.8%稀硫酸进行预处理100g/L的玉米秸秆2h，处理后物料中含有约8% (w/v)的糠醛及其衍生物，处理后用10%(w/v)的氢氧化钠调节pH至4.8（纤维素酶最佳酶解条件），采用绿色木霉来源的纤维素酶进行酶解48h产生可发酵的糖；

（2）糠醛降解菌（贪铜菌Cupriavidus basilensis）细胞的准备：将斜面培养的贪铜菌Cupriavidus basilensis ACCC02582接入液体培养基中，培养36h，5000r/min离心收集细胞沉淀。细胞固定化采用海藻酸钠和聚乙烯醇试剂对贪铜菌细胞进行固定化，称量海藻酸钠和聚乙烯醇加入100ml 蒸馏水，100℃ 水浴溶解，配成不同的混合载体，然后在各个载体中分别加入 1g 湿贪铜菌细胞 ( 菌体由活化培养基发酵 36h 后离心得到) ，混匀； 称取 3g的无水氯化钙分别加入到 100ml 的饱和硼酸溶液中，制备成交联剂，再将混有贪铜菌细胞的载体用 1ml 注射器匀速滴入交联剂中。

（3）共发酵制备生物质燃料：在步骤（1）稀酸-纤维素酶酶解液中添加无机盐等成分配置成培养基，终浓度分别为0.15g 酵母膏，1.55 g K₂HPO₄, 0.85 g NaH₂HPO₄·2H₂0, 2.0 g (NH₄)₂SO₄, 0.1 g MgCl₂·6H₂0, 10 mg EDTA, 2 mg ZnSO4·7H₂0, 1 mg CaCl₂·2H₂0, 5 mg FeSO₄·7H₂0, 0.2 mg Na₂MoO₄·2H₂0, 0.2 mg CuSO₄·5H₂0, 0.4 mg CoCl₂·6H₂0, and 1 mg MnCl₂·2H₂0，并且调节pH为5.0。将贪铜菌游离细胞或固定化细胞（0.5%，v/v%）与酿酒酵母（2%，v/v%）同时接种在上述步骤得到的糖液中，进行混合发酵。

结果表明，经过混合发酵48h，游离的贪铜菌细胞与酿酒酵母混合发酵液中糠醛降解率88.2%；固定化贪铜菌细胞与酿酒酵母混合发酵液中糠醛降解率100%，固定化的细胞在长时间处理效果较好，主要是因为固定化细胞比较稳定，对于糠醛的毒害死亡较少。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

一种稀酸法制备生物质燃料工艺中糠醛的降解方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。