Способ получения спирта из лигноцеллюлозного сырья

Изобретение относится к биохимической промышленности. Способ предусматривает измельчение лигноцеллюлозного сырья в две стадии: на первой - до размеров частиц не более 20×20×5 мм, на второй - до размера частиц не более 50 мкм, смешивание измельченного сырья с водой с получением замеса и поточную обработку замеса ультразвуком. Затем в замес вносят мезофильные ферментные препараты, содержащие целлюлазу, β-глюканазу, ксиланазу, целлобиазу, и осуществляют осахаривание, сбраживание и выделение спирта из бражки брагоректификацией. 1 табл.

 

Изобретение относится к биохимической промышленности и может быть использовано при производстве этилового спирта технического назначения из лигноцеллюлозного сырья.

Известен способ получения этилового спирта, согласно которому растительное сырье подвергают двухстадийному гидролизу с раздельным отбором гексозной и пентозной фракций, осуществляют подготовку сусла, гексозную часть направляют на сбраживание Saccharomyces cerevisiae «Я», пентозную ферментируют в присутствии штамма дрожжей, взятого из ряда Pachysolen tannophilus ВКПМ У-1532, P. tannophilus ВКПМ У-1634, Candida tropicalis ВКПМ У-1633, Candida shehatae ВКПМ У-1632, при Т=30-32°С, рН=4,3-4,5, перемешивании и аэрации, культуральную жидкость соединяют с бражкой, полученной из гексозной части, и направляют на перегонку и ректификацию (RU 2095415, С12Р 7/06, опубл. 10.11.1997).

К недостаткам известной технологии можно отнести большую материалоемкость, использование в технологии большого количества оборотной воды и получение сильно разбавленного сусла, низкую экологичность производства (работа с концентрированными минеральными кислотами), технологическую сложность производства, связанную с необходимостью разделения технологических потоков по основному сбраживаемому компоненту, и совмещенное использование сложнокультивируемых штаммов микроорганизмов.

Известен способ получения спирта из низкомолекулярных сахаров, заключающийся в комплексной обработке лигноцеллюлозного сырья комплексом биологических и физических факторов, проводящей к его гидролизу. Полученное сусло сбраживается дрожжами Saccharomyces cerevisiae или бактериями (к примеру, - Zymomonas mobilis и Clostridium thermocellum) от 24 до 96 часов при температурах в диапазоне от 26°С до 40°С с последующей ректификацией продукта из браги (RU 2490326 С2, опубл. 28.04.2009).

К недостаткам технологии можно отнести большую материалоемкость, использование различных методов физической обработки в широких диапазонах интенсивностей без обоснования влияния, оказываемого на конкретный вид сырья, низкую экологичность производства (работа с концентрированными минеральными кислотами), технологическую сложность производства, связанную с использованием комплекса факторов, и использование сложнокультивируемых штаммов микроорганизмов.

Технический результат заключается в снижении ресурсо- и материалоемкости технологии за счет отказа от обработки концентрированными минеральными кислотами, использования статичного соотношения между гидролизуемой древесиной и водой, а также энергетических затрат за счет более тонкого измельчения сырья, исключения стадии физико-химической делигнификации сырья, проведения ферментативного гидролиза при более низкой температуре. Кроме того, увеличивается выход спирта с единицы сырья за счет более полного использования полисахаридов растительного сырья.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения спирта из лигноцеллюлозного сырья, предусматривающем измельчение сырья, получение замеса, внесение в него ферментов, осахаривание, сбраживание и выделение спирта из бражки брагоректификацией, измельчение лигноцеллюлозного сырья проводят в две стадии, на первой - до размеров частиц не более 20×20×5 мм, на второй - до размера частиц не более 50 мкм, смешивают измельченное лигноцеллюлозное сырье с водой в соотношении 1:6,8 - 1:7,2 с последующей поточной обработкой полученного замеса ультразвуком в течение 5-10 мин. В полученном замесе рН доводят до 4,5-4,6 1 н. H2SO4, добавляют мезофильные ферментные препараты, содержащие целлюлазу в количестве 2,7 ед., β-глюканазу - 3,6 ед., ксиланазу - 2,3 ед., целлобиазу - 4,5 ед. на 1 г сырья, проводят термостатирование замеса при температуре 55°С в течение 4 час при перемешивании и затем охлаждают до 30-32°С. Далее вносят активированные дрожжи Sacch. cerevisiae в количестве 1010-1012 клеток на 1 мл сусла и проводят сбраживание при температуре 28-30°С в течение 96 часов.

Двухстадийность метода позволяет снизить энергнозатраты и сократить продолжительность второй стадии диспергирования. Такое тонкое измельчение позволяет исключить применение жестких методов предобработки, например, таких как гидролиз с использованием концентрированных кислот или щелочей.

Повышение мощности ультразвукового излучения свыше 1,7 кВт нецелесообразно, поскольку приведет к незначительному возрастанию эффективности последующего гидролиза. Если мощность ультразвукового излучения будет меньше 1,2 кВт, то не будут наблюдаться разрывы связей и уменьшение кристалличности целлюлозы. Частота механического резонанса оптимальна для сырья с указанной степенью помола.

В охлажденную массу вносят активированные дрожжи Sacch. cerevisiae. Возможно использование других рас дрожжей при условии потребления ими широкого спектра простых сахаров и устойчивости к смолам и лигносульфонату.

Способ осуществляют следующим образом. Берут лигноцеллюлозное сырье влажностью 10-12%. Измельчение на первой стадии производят до размеров частиц не более 20×20×5 мм. Вторая стадия - измельчение до размера частиц не более 50 мкм. Для получения замеса берут измельченное лигноцеллюлозное сырье, смешивают с водой в соотношении 1:6,8 - 1:7,2 и механически перемешивают замес до однородной массы. На этом этапе проводят поточную обработку ультразвуком 5-10 мин (мощность излучателя - 1,2-1,7 кВт, частота механического резонанса - 20,35-23,65 кГц, скорость циркуляции - 10 л/мин) компонентов помола для ускорения получения однородного замеса, уменьшения уровня контаминации замеса и кавитационного воздействия на частицы помола. В полученном замесе рН доводят до 4,5-4,6 1 н. H2SO4. Температура в смесителе не выше 50°С. При этой температуре добавляют мезофильные ферментные препараты в количестве: целлюлаза 2,7 ед., β-глюканазу - 3,6 ед., ксиланазу - 2,3 ед., целлобиазу - 4,5 ед. на 1 г сырья. Далее проводят термостатирование замеса при температуре 55°С и выдержке 4 часа при перемешивании. Окончательное высвобождение редуцирующих сахаров должно составлять не менее 2,2 г/100 см3 при высвобождении глюкозы не менее 1,5 г/10 см3. Далее массу охлаждают естественным способом до 30-32°С. Затем вносят активированные дрожжи Sacch. cerevisiae в количестве 1010-1012 клеток на 1 мл сусла и передают на сбраживание в чаны при температуре 28-30°С на 96 часов. Конечное содержание спирта в бражке достигает 1,8-1,95% (объемных) за счет высокой концентрации сбраживаемых сахаров в исходном сусле, а также снижения их потерь при кислотном гидролизе. В табл. 1 приведены сравнительная характеристика процессов при классическом (прототипе) и предлагаемом способе.

По сравнению с известным решением предлагаемый способ позволяет снизить ресурсо- и материалоемкости технологии за счет отказа от обработки концентрированными минеральными кислотами, использования статичного соотношения между гидролизуемой древесиной и водой, а также энергетические затраты за счет более тонкого измельчения сырья, исключения стадии физико-химической делигнификации сырья, проведения ферментативного гидролиза при более низкой температуре. Кроме того, увеличивается выход спирта с единицы сырья за счет высокой концентрации сбраживаемых сахаров в исходном сусле, а также снижения их потерь при кислотном гидролизе при более полном использовании полисахаридов растительного сырья.

Способ получения спирта из лигноцеллюлозного сырья, предусматривающий измельчение сырья, получение замеса, внесение в него ферментов, осахаривание, сбраживание и выделение спирта из бражки брагоректификацией, отличающийся тем, что измельчение лигноцеллюлозного сырья проводят в две стадии, на первой - до размеров частиц не более 20×20×5 мм, на второй - до размера частиц не более 50 мкм, смешивают измельченное лигноцеллюлозное сырье с водой в соотношении 1:6,8 - 1:7,2 с последующей поточной обработкой полученного замеса ультразвуком в течение 5-10 мин, в полученном замесе рН доводят до 4,5-4,6 1 н. H2SO4, добавляют мезофильные ферментные препараты, содержащие целлюлазу в количестве 2,7 ед., β-глюканазу - 3,6 ед., ксиланазу - 2,3 ед., целлобиазу - 4,5 ед. на 1 г сырья, проводят термостатирование замеса при температуре 55°С в течение 4 час при перемешивании и затем охлаждают до 30-32°С, а далее вносят активированные дрожжи Sacch. cerevisiae в количестве 1010-1012 клеток на 1 мл сусла и проводят сбраживание при температуре 28-30°С в течение 96 часов.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к производству этилового спирта технического назначения. Способ предусматривает измельчение лигноцеллюлозного сырья в две стадии, на первой - до размеров частиц не более 20×20×5 мм, на второй - до размера частиц не более 50 мкм, смешивание измельченного сырья с 5%-ным раствором серной кислоты с получением замеса, поточную обработку последнего ультразвуком, осахаривание ферментными препаратами, термостатирование при 45-55°С, сбраживание и выделение спирта из бражки брагоректификацией.

Изобретение относится к технологиям и оборудованию для производства топливного спирта из целлюлозы, а конкретно - к предварительной обработке лигноцеллюлозного сырья, используемого для производства этанола.

Изобретение относится к области биотехнологии. .

Изобретение относится к переработке отходов, а именно к получению из них этанола. .

Изобретение относится к биотехнологии и предназначено для повышения эффективности биотехнологического получения этанола из целлюлозосодержащего сырья. .

Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано при производстве ферментов, белка, этилового спирта, кормов и др. .

Изобретение относится к спиртовой промышленности и может быть использовано при получении этилового спирта из отходов сельскохозяйственного производства. .

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложена композиция для получения продукта, выбранного из группы, состоящей из спиртов, органических кислот, сахаров, углеводородов и их смесей. Композиция содержит целлюлозный или лигноцеллюлозный материал и целлюлолитический фермент и/или микроорганизм, вызывающий ферментативные процессы. Целлюлозный или лигноцеллюлозный материал имеет пик максимальной молекулярной массы, определенной гель-проникающей хроматографией, менее чем примерно 25000 и кристалличность менее чем примерно 55%, определенной дифракцией рентгеновских лучей, где материал имеет объемный вес менее чем примерно 0,5 г/см3, определенный согласно ASTM D18 95B. Преимуществом изобретения является повышение способности целлюлозного или лигноцеллюлозного материала к ферментации. 12 з.п. ф-лы, 40 ил., 9 табл., 20 пр.

Изобретение относится к биотехнологической промышленности. Предложен способ получения химического вещества, продуцируемого микроорганизмом(ами) посредством непрерывной ферментации сахарного сиропа, полученного из целлюлозосодержащей биомассы. Способ включает фильтрацию культуральной жидкости через разделительную мембрану, сохранение не подвергнутой фильтрованию жидкости или возвращение не подвергнутой фильтрованию жидкости в культуральной(ую) жидкости(ь), добавление в культуральную жидкость исходного материала для ферментации и выделение химического продукта. Используемый микроорганизм(ы) подвергается подавлению катаболитами. Отношение пентозы к гексозе в сахарном сиропе от 1:9 до 9:1. Концентрация пентозы в фильтрате не более 5 г/л, при этом пентозой является ксилоза. Изобретение обеспечивает высокий выход химического вещества. 4 з.п. ф-лы, 35 табл., 37 пр.

Изобретение относится к биотехнологической промышленности. Предложен способ получения химического вещества, продуцируемого микроорганизмом(ами) путем непрерывной ферментации сахарного сиропа, полученного из целлюлозосодержащей биомассы. Способ включает фильтрацию культуральной жидкости микроорганизма(ов) через разделительную мембрану; сохранение не прошедшей через фильтр жидкости в культуральной жидкости или возврат обратным потоком не прошедшей через фильтр жидкости в культуральную жидкость; добавление исходного сырья для ферментации в культуральную жидкость; извлечение продукта. Соотношение пентозы к гексозе в сахарном сиропе от 1:9 до 9:1, при этом пентозой является ксилоза. Коэффициент переноса кислорода(KLa) равняется от 5 до 300 час-1. Для метаболизма пентозы микроорганизм(ы) использует(ют) редуктазу ксилозы и дегидрогеназу ксилита. Изобретение обеспечивает высокий выход химического вещества. 6 з.п. ф-лы, 8 табл., 25 пр.
Изобретение относится к биотехнологии. Предложены варианты способа переработки биомассы растительного происхождения в переработанную, подходящую для использования в качестве топлива. Биомасса включает части растений, выбранные из частей деревьев, листьев и корней, и микроорганизмы, встречающиеся в природной биомассе. Способ предусматривает приготовление суспензии диспергированием биомассы в жидкости на водной основе, выдерживание суспензии в условиях, подходящих для аэробного разложения микроорганизмами, выделение, промывание и высушивание переработанной биомассы и выделение экстракта биомассы. Предложен способ разделения экстракта биомассы на водный выходящий поток и водный концентрат. Предложен способ сжигания переработанной биомассы. Группа изобретений позволяет получить биомассу с меньшим количеством нежелательных компонентов. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 пр.

Группа изобретений относится к среде для ферментации синтез-газа и способу ферментации синтез-газа. Среда для ферментации синтез-газа содержит от 546 до 838 частей на миллион ионов NH4+, от 31,8 до 279 частей на миллион ионов фосфора, от 39,3 до 118 частей на миллион ионов калия, от 8,4 до 16,8 частей на миллион ионов железа, от 14,8 до 59,8 частей на миллион ионов магния, и 250 частей на миллион цистеина HCl, при этом среда для ферментации содержит менее чем 0,025 части на миллион ионов бора, менее чем 0,0025 части на миллион ионов марганца, менее чем 0,001 части на миллион ионов молибдена и менее чем 0,01 части на миллион ионов меди. Способ ферментации синтез-газа с использованием ацетогенных бактерий предусматривает ферментацию синтез-газа в указанной ферментационной среде. Изобретение обеспечивает удельный выход продукта за один проход в единицу (STY) по меньшей мере 1 грамма этанола/(л⋅сутки⋅грамм клеток). 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 10 табл., 10 пр.
Наверх