技术领域
[0001] 本
发明涉及
生物化工技术领域，具体涉及
纤维素酶解发酵制备乙醇的原料组合物及其方法和应用。
背景技术
[0002] 随着经济社会的迅速发展，资源消耗越来越快，资源紧缺已成为一个严峻的全球性问题，如何最大限度地利用资源是一个非常重要的方向。
[0003] 乙醇是一种应用广泛的物质，乙醇可做为燃烧清洁的高
辛烷值燃料，是
可再生能源，同时它还是优良的燃油品改善剂；酒精还可制成各种含
酒精饮料，具有较高的经济价值；我国制备乙醇的主要原料是陈化粮和木薯、甜
高粱,地瓜等
淀粉质或糖质非粮作物，国家发改委已核准了广西的木薯
燃料乙醇、内蒙的
甜高粱燃料乙醇和山东的木糖渣燃料乙醇等非粮试点等项目，为了进一步优化乙醇的原料结构，以农林废弃物等木质纤维素，如秸秆等，作为原料制取乙醇技术正在被高度重视。
[0004] 如果单单然而大多数
微生物酶解秸秆工艺所得的乙醇产品产率低，仅作为燃料乙醇经济价值小，
水耗和能耗高，又会产生大量残渣，究其原因，一方面是纤维素转化率低，在发酵过程中可以分解的实时单糖含量低，而且产生的抑制物又会影响微生物的活性，而增加单糖则会大大增加乙醇的成本。
[0005] 现有中国
专利文献CN108753846A公开了一种秸秆酶解发酵同步制备乙醇、木糖、木质素、纤维素纤维浆的工艺，包括原料预处理、酶解、分离、蒸馏纳滤和
反渗透纯化，在不改变工艺、设备的情况下，以玉米秸秆、麦秸秆、稻草秸秆为原料，针对每一种秸秆的特点研发与之相适应的纤维质酶，使秸秆有效组分极限化利用，同时结合膜分离技术同步制备多种产品，大大降低了工艺成本，但是膜工艺的运用，使得工艺难度增加，而且单就乙醇的转化率来说并不理想。
发明内容
[0006] 因此，本发明要解决的技术问题在于克服
现有技术中使用纤维素酶解发酵制备乙醇的转化率低，工艺复杂的技术
缺陷，公开了一种具有糖补充剂的纤维素酶解发酵制备乙醇的原料组合物及其方法和应用。
[0007] 为此,本发明公开了一种纤维素酶解发酵制备乙醇的原料组合物，按重量份数计，包括以下组分：新鲜秸秆80-90份，糖补充剂20-30份，
活性炭3-8份，其中，新鲜秸秆包括鲜玉米秸秆，所述鲜玉米秸秆重量份数为40-80份。
[0008] 优选的，还包括复合纤维素酶，所述复合纤维素酶包括内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-
葡萄糖苷酶、果胶质酶、蛋白酶和酒化酶。
[0009] 优选的，所述糖补充剂包括农业淀粉类废弃物、α-淀粉酶和
糖化酶，所述农业淀粉类废弃物包括甘薯、木薯、
马铃薯和红薯中的一种或多种，每克农业淀粉类废弃物使用的α-淀粉酶为3-8FPU，每克农业淀粉类废弃物使用的糖化酶为3-8FPU。
[0010] 优选的，所述新鲜秸秆为整株秸秆，所述新鲜秸秆还包括甜高粱秸秆、小麦秸秆、
大麦秸秆和谷物秸秆中的一种或多种。
[0011] 优选的，所述活性炭包括粉末活性炭和颗粒活性炭，所述粉末活性炭的粒度为100-300目，所述颗粒活性炭体积≥1cm3，
比表面积为600-1000m2/g，所述粉末活性炭和颗粒活性炭的
质量比为(1-3):10。
[0012] 本发明还公开了一种纤维素酶解发酵制备乙醇的方法，包括以下步骤：
[0013] 原料预处理：将新鲜秸秆和农业淀粉废弃物进行
粉碎和匀浆，制成原料
浆液；将α-淀粉酶、糖化酶溶于水，与活性炭混合均匀，制成活性炭-酶
混合液；
[0014] 发酵：将纤维素酶、活性炭-酶混合液加入原料浆液中，混合均匀，保持
温度为28-33℃，6-24h后密封，室内存储，保持温度为15-30℃，反应15-180天；
[0015] 纯化：过滤、微滤和
超滤，滤除残渣，通过蒸馏得到乙醇。
[0016] 优选的，在原料预处理步骤后，在原料浆液中加入
醋酸钾，所述醋酸钾与所述原料浆液的质量比是(1-2):100。
[0017] 本发明还公开了上述纤维素酶解发酵制备乙醇的原料组合物制备的乙醇或上述纤维素酶解发酵制备乙醇的方法制备的乙醇在能源领域的应用。
[0018] 本发明还公开了上述纤维素酶解发酵制备乙醇的原料组合物制备的乙醇或上述纤维素酶解发酵制备乙醇的方法制备的乙醇在酒饮料领域的应用。
[0019] 本发明还公开了上述纤维素酶解发酵制备乙醇的原料组合物或上述纤维素酶解发酵制备乙醇的制备方法在
饲料领域的应用，所述原料组合物制备乙醇得到的残渣或所述纤维素酶解发酵制备乙醇的方法制备乙醇得到的残渣用作动物饲料的原料。
[0020] 本发明还公开了上述纤维素酶解发酵制备乙醇的原料组合物或上述纤维素酶解发酵制备乙醇的制备方法在
有机肥领域的应用，所述原料组合物制备乙醇得到的残渣或所述纤维素酶解发酵制备乙醇的方法制备乙醇得到的残渣用作有机肥的原料。
[0021] 本发明技术方案，具有如下优点：
[0022] 1.本发明所述纤维素酶解发酵制备乙醇的原料组合物包括新鲜秸秆，糖补充剂体系，纤维素酶和活性炭，所述新鲜秸秆包括鲜玉米秸秆，每80-90份新鲜秸秆中包括40-50份的鲜玉米秸秆，鲜玉米秸秆中包括质量分数12％-15％的糖分，含糖量高，在发酵过程中，足够高的含糖量能维持发酵启动阶段的
酵母菌活性，另一方面，新鲜秸秆的表面存在野生微生物群，其中包括适合在该植株上生存的野生酵母菌群，针对每一种秸秆各自的酵母菌群，使秸秆的有效组分极限化利用；所述糖补充剂能补充在发酵过程中损失的单糖，减缓酵母菌因为存活的时间长产生功能衰退而导致竞争
力弱发生死亡，维持酵母菌的活性；所述纤维素酶能将秸秆中的纤维素酶解成单糖，成为酵母菌能使用的糖类物质；所述活性炭在发酵过程中不仅能吸收发酵过程产生的发酵抑制物，还能浮于酶解液的表面，使得热量难以散发，起到保温的作用，有利于酵母菌的繁殖和活性。
[0023] 2.本发明所述纤维素酶解发酵制备乙醇的原料组合物中的糖补充剂体系包括农业淀粉类废弃物、α-淀粉酶和糖化酶，一方面淀粉在发酵过程中逐渐被酶解成单糖，补充发酵液中的糖含量，提高乙醇的浓度，同时延长发酵时间，消耗更多的纤维素，提高乙醇转化率，减少残渣的量，另一方面，将淀粉类废弃物转
化成乙醇，提高了农业废弃物的利用率，变废为宝。
[0024] 3.本发明所述纤维素酶解发酵制备乙醇的原料组合物中的纤维素酶包括内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶，能充分降解纤维素。
[0025] 4.本发明所述纤维素酶解发酵制备乙醇的原料组合物中的活性炭包括粉末活性炭和颗粒活性炭，所述粉末活性炭和颗粒活性炭都可以
吸附一部分α-淀粉酶和糖化酶，在发酵过程中随着发酵液中的α-淀粉酶和糖化酶量减少，活性炭中的α-淀粉酶和糖化酶会释放出一部分，补充酶的含量，同时也可吸附发酵过程中产生的发酵抑制物；粉末状的活性炭在发酵液中的活动性更强，能
接触到更多的发酵液，而且粉末状的活性炭也能吸附更多的α-淀粉酶和糖化酶。
[0026] 5.本发明所述的纤维素酶解发酵制备乙醇的方法，通过原料预处理、发酵和纯化，将新鲜秸秆制成的原料浆液、纤维素酶、糖补充剂体系和活性炭，通过简单的密封发酵，经过滤、微滤和超滤，滤除残渣，通过蒸馏得到乙醇，该方法工艺简单，发酵周期长，乙醇转化率高。
[0027] 6.本发明所述纤维素酶解发酵制备乙醇的原料组合物或纤维素酶解发酵制备乙醇的制备方法，制备的乙醇可以作为燃料使用，也可以作为酒饮料，具有较高的经济价值，其发酵之后产生的残渣，除去活性炭，可做为动物饲料或者有机肥的原料，能对秸秆做最大价值的应用，而且减少对环境的负担，是一种绿色产业，具有实用性和良好的应用前景。
具体实施方式
[0028] 提供下述
实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
[0029] 实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用
试剂或仪器未注明制备厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
[0030] 实施例1
[0031] 本实施例提供了一种纤维素酶解发酵制备乙醇的具体实施方法，包括以下步骤：
[0032] 原料预处理：将40kg鲜玉米秸秆，5kg甜高粱秸秆，5kg大麦秸秆，20kg小麦秸秆，20kg谷物秸秆，5kg甘薯，5kg木薯，5kg马铃薯和5kg红薯，切碎，匀浆，制成原料浆液；将
160000FPU的α-淀粉酶和160000FPU的糖化酶溶于5kg纯水中，并与0.1kg粒度为100-200目的粉末活性炭和7.9kg比表面积为600-700m2/g，体积为1-100cm3的颗粒活性炭混匀，制成活性炭-酶混合液；
[0033] 发酵：将活性炭-酶混合液加入到原料匀浆中，加入1.1kg醋酸钾，然后加入内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶各180000FPU，再加入蛋白酶2000FPU、果胶质酶5000FPU和酒化酶5000FPU，于
发酵罐中混合均匀，保持温度为29-31℃，敞开放置12h，然后密封，室内存储，保持温度为15-30℃发酵180天；
[0034] 纯化：打开发酵罐，滤出活性炭和发酵残渣，将滤液送入微滤和超滤装置，对得到的含有乙醇的溶液进行蒸馏，即得乙醇，经计量为7.32kg。
[0035] 后处理：将滤除活性炭的残渣进行淋洗，送入饲料制备线，作为动物饲料的制备原料。
[0036] 实施例2
[0037] 本实施例提供了一种纤维素酶解发酵制备乙醇的具体实施方法，包括以下步骤：
[0038] 原料预处理：将50kg鲜玉米秸秆，10kg甜高粱秸秆，10kg小麦秸秆，10kg谷物秸秆，10kg甘薯，10kg木薯和9kg马铃薯，切碎，匀浆，制成原料浆液；将210000FPU的α-淀粉酶和
210000FPU的糖化酶溶于5kg纯水中，并与1kg粒度为200-300目的粉末活性炭和4kg比表面积为900-1000m2/g，体积为10-300cm3的颗粒活性炭混匀，制成活性炭-酶混合液；
[0039] 发酵：将活性炭-酶混合液加入到原料匀浆中，加入2.2kg醋酸钾，然后加入内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶各240000FPU，再加入蛋白酶3000FPU、果胶质酶5000FPU和酒化酶5000FPU，于发酵罐中混合均匀，保持温度为28-30℃，敞开放置12h，然后密封，室内存储，保持温度为15-30℃发酵15天；
[0040] 纯化：打开发酵罐，滤出活性炭和发酵残渣，将滤液送入微滤和超滤装置，对得到的含有乙醇的溶液进行蒸馏，即得乙醇，经计量为5.83kg。
[0041] 后处理：将滤除活性炭的残渣进行淋洗，送入有机肥制备线，作为有机肥的制备原料。
[0042] 实施例3
[0043] 本实施例提供了一种纤维素酶解发酵制备乙醇的具体实施方法，包括以下步骤：
[0044] 原料预处理：将60kg鲜玉米秸秆，8kg甜高粱秸秆，6kg大麦秸秆，7kg小麦秸秆，10kg谷物秸秆，8kg木薯，9kg马铃薯和9kg红薯，切碎，匀浆，制成原料浆液；将150000FPU的α-淀粉酶和150000FPU的糖化酶溶于5kg纯水中，并与1.1kg粒度为200-300目的粉末活性炭和3.9kg比表面积为700-800m2/g，体积为1-100cm3的颗粒活性炭混匀，制成活性炭-酶混合液；
[0045] 发酵：将活性炭-酶混合液加入到原料匀浆中，加入1.5kg醋酸钾，然后加入内切葡聚糖酶180000FPU、外切葡聚糖酶270000FPU和β-葡萄糖苷酶360000FPU，再加入蛋白酶5000FPU、果胶质酶8000FPU和酒化酶8000FPU，于发酵罐中混合均匀，保持温度为30-33℃，敞开放置24h，然后密封，室内存储，保持温度为15-30℃发酵60天；
[0046] 纯化：打开发酵罐，滤出活性炭和发酵残渣，将滤液送入微滤和超滤装置，对得到的含有乙醇的溶液进行蒸馏，即得乙醇，经计量为7.52kg。
[0047] 后处理：将滤除活性炭的残渣进行淋洗，送入有机肥制备线，作为有机肥的制备原料。
[0048] 实施例4
[0049] 本实施例提供了一种纤维素酶解发酵制备乙醇的具体实施方法，包括以下步骤：
[0050] 原料预处理：将
[0051] 70kg鲜玉米秸秆，5kg甜高粱秸秆，5kg大麦秸秆，10kg小麦秸秆，9kg甘薯，9kg木薯，9kg红薯，切碎，匀浆，制成原料浆液；将110000FPU的α-淀粉酶和110000FPU的糖化酶溶于5kg纯水中，并与0.8kg粒度为200-300目的粉末活性炭和4.2kg比表面积为900-1000m2/3
g，体积为1-100cm的颗粒活性炭混匀，制成活性炭-酶混合液；
[0052] 发酵：将活性炭-酶混合液加入到原料匀浆中，加入1.5kg醋酸钾，然后加入内切葡聚糖酶270000FPU、外切葡聚糖酶360000FPU和β-葡萄糖苷酶180000FPU，再加入蛋白酶5000FPU、果胶质酶8000FPU和酒化酶8000FPU，于发酵罐中混合均匀，保持温度为30-33℃，敞开放置24h，然后密封，室内存储，保持温度为15-30℃发酵90天；
[0053] 纯化：打开发酵罐，滤出活性炭和发酵残渣，将滤液送入微滤和超滤装置，对得到的含有乙醇的溶液进行蒸馏，即得乙醇，经计量为7.942kg。
[0054] 后处理：将滤除活性炭的残渣进行淋洗，送入饲料制备线，作为动物饲料的制备原料。
[0055] 实施例5
[0056] 本实施例提供了一种纤维素酶解发酵制备乙醇的具体实施方法，包括以下步骤：
[0057] 原料预处理：将80kg鲜玉米秸秆，10kg小麦秸秆和20kg木薯，切碎，匀浆，制成原料浆液；将60000FPU的α-淀粉酶和60000FPU的糖化酶溶于5kg纯水中，并与0.3kg粒度为200-300目的粉末活性炭和2.7kg比表面积为700-900m2/g，体积为1-100cm3的颗粒活性炭混匀，制成活性炭-酶混合液；
[0058] 发酵：将活性炭-酶混合液加入到原料匀浆中，加入1.5kg醋酸钾，然后加入内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶各270000FPU，再加入蛋白酶2000FPU、果胶质酶5000FPU和酒化酶5000FPU，于发酵罐中混合均匀，保持温度为29-31℃，敞开放置12h，然后密封，室内存储，保持温度为15-30℃发酵120天；
[0059] 纯化：打开发酵罐，滤出活性炭和发酵残渣，将滤液送入微滤和超滤装置，对得到的含有乙醇的溶液进行蒸馏，即得乙醇，经计量为8.03kg。
[0060] 后处理：将滤除活性炭的残渣进行淋洗，送入有机肥制备线，作为有机肥的制备原料。
[0061] 对比例1
[0062] 本对比例提供了一种纤维素酶酶解发酵制备乙醇的具体实施方式，包括以下步骤：
[0063] 原料预处理：将60kg鲜玉米秸秆，5kg甜高粱秸秆，5kg大麦秸秆，20kg小麦秸秆，20kg谷物秸秆，切碎，匀浆，制成原料浆液；
[0064] 发酵：将0.1kg粒度为100-200目的粉末活性炭和7.9kg比表面积为600-700m2/g，体积为1-100cm3的颗粒活性炭加入到原料匀浆中混合均匀，加入1.5kg醋酸钾，然后加入内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶各180000FPU，再加入蛋白酶2000FPU、果胶质酶5000FPU和酒化酶5000FPU，于发酵罐中混合均匀，保持温度为29-31℃，敞开放置12h，密封，室内存储，保持温度为15-30℃发酵180天；
[0065] 纯化：打开发酵罐，滤出活性炭和发酵残渣，将滤液送入微滤和超滤装置，对得到的含有乙醇的溶液进行蒸馏，即得乙醇，经计量为5.03kg。
[0066] 对比例2
[0067] 本对比例提供了一种纤维素酶酶解发酵制备乙醇的具体实施方式，包括以下步骤，原料预处理：将40kg鲜玉米秸秆，5kg甜高粱秸秆，5kg大麦秸秆，20kg小麦秸秆，20kg谷物秸秆，5kg甘薯，5kg木薯，5kg马铃薯和5kg红薯，切碎，匀浆，制成原料浆液；
[0068] 发酵：将160000FPU的α-淀粉酶和160000FPU的糖化酶溶于5kg纯水中，加入到原料匀浆中，加入1.5kg醋酸钾，然后加入内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶各180000FPU，再加入蛋白酶2000FPU、果胶质酶5000FPU和酒化酶5000FPU，于发酵罐中混合均匀，保持温度为29-31℃，敞开放置12h，然后密封，室内存储，保持温度为15-30℃发酵180天；
[0069] 纯化：打开发酵罐，滤出活性炭和发酵残渣，将滤液送入微滤和超滤装置，对得到的含有乙醇的溶液进行蒸馏，即得乙醇，经计量为5.98kg。
[0070] 对比例3
[0071] 本对比例提供了一种纤维素酶酶解发酵制备乙醇的具体实施方式，包括以下步骤，
[0072] 原料预处理：将40kg鲜玉米秸秆，5kg甜高粱秸秆，5kg大麦秸秆，20kg小麦秸秆，20kg谷物秸秆，5kg甘薯，5kg木薯，5kg马铃薯和5kg红薯，切碎，匀浆，制成原料浆液；
[0073] 发酵：将160000FPU的α-淀粉酶和160000FPU的糖化酶溶于5kg纯水中，加入到原料匀浆中，并将0.1kg粒度为100-200目的粉末活性炭和7.9kg比表面积为600-700m2/g，体积3
为1-100cm 的颗粒活性炭加入到原料匀浆中，然后加入内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶各180000FPU，再加入蛋白酶2000FPU、果胶质酶5000FPU和酒化酶5000FPU，于发酵罐中混合均匀，然后密封，室内存储，保持温度为15-30℃发酵180天；
[0074] 纯化：打开发酵罐，滤出活性炭和发酵残渣，将滤液送入微滤和超滤装置，对得到的含有乙醇的溶液进行蒸馏，即得乙醇，经计量为6.56kg。
[0075] 上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的
基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
