新型木质纤维原料酶解发酵集成技术的应用基础研究

本项目针对木质纤维原料制取燃料乙醇研究中存在的过程高效性和低运行成本难以统一的问题，运用系统论的思想方法，对关键技术过程合理整合，实现木质纤维原料制取燃料乙醇关键过程（酶解、发酵）的高效性和集成技术生产成本的最小化相统一。提出基于"低底物浓度酶解-固液分离-清液浓缩发酵-酶解渣固态发酵"的新型纤维素酶解发酵集成技术的思路，通过对集成技术中低底物浓度酶解、纤维素酶组分在酶解渣上的吸附行为、含发酵抑制物质的浓缩糖液发酵、酶解渣固态发酵、基于添加β-葡萄糖苷酶的酶解渣固态发酵辅助技术及酶解渣固态发酵复杂体系中纤维素水解机制、水解动力学和乙醇发酵动力学的研究，建立新型纤维素酶解发酵集成技术的技术方法和工艺，并阐明集成技术关键过程的反应机制和动力学行为。研究成果可为木纤维原料制取燃料乙醇的产业化开发提供依据。

本项目建立了蒸汽爆破预处理玉米秸秆“低底物浓度纤维素酶水解、高糖发酵和酶解渣固态发酵”集成技术，并开展了酶解渣固态发酵机理和动力学的研究。低底物浓度纤维素酶水解可获得高纤维素酶水解得率；浓度200g/L葡萄糖的乙醇发酵可获得高的乙醇浓度，有利于降低后续乙醇蒸馏成本；酶解渣固态发酵中的纤维素同步糖化发酵提高了纤维素和乙醇的转化率，从而提高了单位原料的乙醇产量。175 g蒸汽爆破玉米秸秆在底物质量浓度100 g/L，纤维素酶用量20 FPIU/g（以纤维素计）、β−葡萄糖苷酶用量3IU/g（以纤维素计）下酶解48 h，酶解得率为74.89 %；酶解液经固液分离，上清液浓缩用于高糖浓清液发酵，葡萄糖利用率为99.56%，乙醇得率为理论得率的94.50 %；酶解渣经酿酒酵母于酵母用量为每克酶解渣2×106个、30 ℃下固态发酵24 h再变温至36 ℃发酵42 h，反应体系中乙醇质量为11.59 g。175g蒸汽爆破玉米秸秆经低底物浓度水解、高浓清液发酵、酶解渣固态发酵过程获得36.49 g乙醇，乙醇转化率为0.209g/g蒸汽爆破玉米秸秆。