一種利用玉米皮原料發酵生產丙酮丁醇的方法技術

本發明專利技術涉及一種利用玉米皮原料發酵生產丙酮丁醇的方法。本發明專利技術公開了一種利用玉米皮原料發酵生產丙酮丁醇的方法，包括發酵原料預處理得到可發酵產物，可發酵產物接ＡＢＥ菌種發酵，發酵液過濾蒸餾得到丙酮丁醇產品，其特征在于所述發酵原料包含玉米皮。本發明專利技術所述的方法利用玉米皮中的殘留淀粉和纖維素進行ＡＢＥ的發酵，同時殘渣還可再用作飼料，這既為ＡＢＥ的生產提供了一種新的途徑，解決了傳統ＡＢＥ的發酵生產與人爭糧的問題，同時又提高了玉米皮原料的利用率，這對提高ＡＢＥ發酵產業的競爭力、實現資源的可持續利用具有重要意義。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及。
技術介紹
丙酮、丁醇和乙醇都是重要的有機溶劑和化工原料，廣泛應用于噴漆、 炸藥、塑料、制藥、植物抽提取及有機玻璃、合成橡膠等工業。丙酮可作為 制造醋酸纖維素膠片薄膜、塑料和涂料的溶劑，又可用于生產甲基丙烯酸甲酯(MMA)、雙酚A、醇醛縮合物等化工產品。丁醇是新一代的生物燃料， 與現有的生物燃料相比，丁醇與汽油的混合比更高，無需對車輛進行改造， 同時具有顯著的環境效益，能降低溫室氣體的排放，因此，丁醇在未來的運 輸燃料結構中將會占有重要的比重。乙醇是良好的有機溶劑和消毒劑，其殺 菌作用較快，消毒效果可靠，對人刺激性小，無毒，對物品無損害，多用于 皮膚消毒以及醫療器械臨床的消毒。在二戰時期，丙酮、丁醇、乙醇(Acetone-butanol-ethanol，以下簡稱ABE) 主要是利用糧食發酵生產， 一直持續到80年代末期和90年代初期，發酵法 被日益成熟、成本低廉的石油化工法所取代。ABE的發酵法生產所用菌種主 要是梭菌，按ABE比例不同分為3:6:1傳統梭菌和2:7:1高丁醇比梭菌，所 得溶劑總量約20g/L， ABE三者比例約3:6:1或2:7:1。所用發酵原料主要是 玉米、糖蜜以及玉米和高粱、紅薯等混合物。現在隨著石油資源的日趨減少和環境問題的不斷惡化，利用可再生資源 微生物發酵生產ABE重新引起了世界各國的普遍關注，用玉米類糧食為原料 發酵ABE，不僅生產成本高，而且也違背了糧食安全戰略。研究人員開始利 用玉米和一些淀粉質原料混合發酵，在一定程度上降低了 ABE原料成本，也 有人在研究利用秸稈類原料發酵生產ABE，但秸稈類原料的預處理技術難度 大，產業化周期長。因此，如何在現階段大力發掘廉價、技術上可行的替代 原料來進行ABE生產，對于提高ABE發酵產業的競爭力、實現資源的可持續利用具有重要意義。玉米皮是玉米濕法粉碎生產玉米淀粉過程中的副產品，其中殘留淀粉含量在20-30%,蛋白含量約10%,纖維素含量約18°/。，半纖維素約45%，木 質素約1.0%,目前玉米皮主要是直接用作生產詞料，雖然降低了玉米皮深加 工的成本，但是玉米皮中的淀粉以及纖維素等沒有得到充分的利用，大大降 低了原料利用率。如果將玉米皮原料中的殘留淀粉和纖維素首先用于ABE 的發酵，發酵殘渣再用作飼料加工，這樣既為ABE的生產提供了一種新的原 料，同時又提高了玉米皮原料的利用率。基于上面的設想，我們開發了一種利用玉米皮原料發酵生產ABE的工藝 技術。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題在于提供一種利用玉米皮原料發酵生產丙酮 丁醇的方法，該方法為ABE的生產提供一種新原料，同時提高玉米皮的原料 利用率。本專利技術所要解決的技術問題可以通過以下技術方案來實現 ，包括發酵原料預處理得到可發酵產物，可發酵產物接ABE菌種發酵，發酵液過濾蒸餾得到丙酮丁醇產品，其特征在于所述發酵原料包含玉米皮。在一些實施方式中，所述發酵原料預處理得到可發酵產物步驟包括將玉米皮加水混合，調節初始pH 6.5-7.5， 121-13(TC蒸煮1-1.5小時，即得到可發酵產物。在一優選實施例子里，所述初始pH值優選為7.0。在一些實施方式中，所述發酵原料還可為玉米皮和其它淀粉原料混合物， 混合物中各組分含量以可發酵產物總糖含量控制在5-6%來任意配制，所述發 酵原料預處理得到可發酵產物步驟包括將玉米皮和其它淀粉原料混合物加水 混合，121-130'C蒸煮1-1.5小時，即得到可發酵產物。在一優選實施例子里，所述的其它淀粉質原料可以是玉米、木薯、紅薯 等中的一種或幾種的混合物。在一優選實施例子里，所述初始pH值優選為7.0。在一些實施方式中，所述預處理步驟包括將玉米皮加溶液混合，121-13(TC條件下蒸煮1-1.5小時，冷卻至室溫，調節pH在4.8-5.0,加入酶進行 酶解，得到的玉米皮水解液過濾去除固形物后115'C滅菌15-20分鐘，得到 可發酵產物。所述溶液選自水，1%稀硫酸，1%氫氧化鈉溶液中之一，優選水。水煮 預處理，不會產生對后續發酵抑制物質。。所述酶為商用糖化酶和纖維素酶；酶解溫度大約5(TC;酶解時間大約48 小時；所述玉米皮和水的固液比為h 4~7中之一，優選為1: 6;所述纖維 素酶的用量為20-30u/g底物。所述ABE菌種包括EA2018、 EA2019系列高丁醇ABE菌種以及8008、 8011、 8012、 8016、 8017等傳統ABE菌種的一種或幾種。本專利技術所述的方法利用玉米皮中的殘留淀粉和纖維素進行ABE的發酵， 同時殘渣還可再用作飼料，這既為ABE的生產提供了一種新的途徑，解決了 傳統ABE的發酵生產與人爭糧的問題，同時又提高了玉米皮原料的利用率， 這對提高ABE發酵產業的競爭力、實現資源的可持續利用具有重要意義。附圖說明圖1.本專利技術所述方法的技術路線圖之一。 圖2.本專利技術所述方法的技術路線圖之一。 圖3.本專利技術所述方法的技術路線圖之一。具體實施例方式為了使本專利技術實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了 解，下面結合具體圖示，進一步闡述本專利技術。運用本專利技術將玉米皮原料生產ABE的三條工藝路線具體實施步驟如下 工藝一根據發酵糖濃度的需要，稱取一定量玉米皮加水按照一定比例混合，調節初始pH至7.0左右，121-13(TC蒸煮l-1.5小時，煮好的培養基冷卻至37-40°C，接ABE菌種發酵，發酵溫度在37—40。C ，發酵周期48—60 小時。參見圖1。工藝二根據發酵糖濃度的需要，稱取一定量玉米皮和其它淀粉質的混 合物加水按照一定比例混合，121-13(TC蒸煮l-1.5小時，煮好的培養基冷卻 至37-40°C，接ABE菌種發酵，發酵溫度在37—4(TC，發酵周期48_60小時。 參見圖2。工藝三稱取一定量的玉米皮加水混合浸泡后，121-130'C蒸煮1-1.5小 時，冷卻至室溫，調節pH至4.8-5.0，加入糖化酶和纖維素酶，5(TC條件下 酶解48小時，得到的玉米皮水解液過濾，將得到的濾液滅菌接入ABE菌種 發酵，發酵溫度在37—4(TC，發酵周期48—60小時。參見圖3。實施例l:玉米皮原料直接蒸煮發酵ABE (菌種從中科院植生所購得， 以下同)稱取37.5克玉米皮加水150ml，調節pH至7.0，共三組平行樣，121°C 蒸煮1小時，冷卻至37-4(TC左右，接ABE菌種發酵，發酵溫度在37"C，發 酵周期48小時。發酵結束后，將發酵液12000轉/分鐘，離心5分鐘，取出后用氣相色譜 測定丙酮、丁醇、乙醇的含量，溶劑測定結果如表l。表l單獨玉米皮原料發酵ABE結果<table>table see original document page 7</column></row><table>從表中結果可以看出，當玉米皮中的殘留淀粉較高的時候，完全可以先將殘留淀粉用于ABE發酵，發酵濾渣再用于飼料加工。實施例2:玉米皮和木薯混合發酵按照固液比l: 5， 1: 7， 1: 9稱取玉米皮加水混合，三個比例的混合物中分別加入3%， 4%， 5%的木薯粉，每組3個平行樣，12rC蒸煮l小時， 冷卻至37-4(TC左右，接ABE菌種發酵，發酵溫度在37本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用玉米皮原料發酵生產丙酮丁醇的方法，包括發酵原料預處理得到可發酵產物，可發酵產物接ＡＢＥ菌種發酵，發酵液過濾蒸餾得到丙酮丁醇產品，其特征在于所述發酵原料包含玉米皮。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：沈兆兵，杜風光，史吉平，楊晟，劉鉞，顧陽，楊蘊劉，姜衛紅，陳波，董義偉，孫沛勇，
申請(專利權)人：上海天之冠可再生能源有限公司，上海工業生物技術研發中心，
類型：發明
國別省市：31[中國|上海]