1 / 41
文档名称:

发酵的制作方法 1.docx

格式:docx   大小:40KB   页数:41页
下载后只包含 1 个 DOCX 格式的文档,没有任何的图纸或源代码,查看文件列表

如果您已付费下载过本站文档,您可以点这里二次下载

分享

预览

发酵的制作方法 1.docx

上传人:开心果 2023/3/20 文件大小:40 KB

下载得到文件列表

发酵的制作方法 1.docx

文档介绍

文档介绍:该【发酵的制作方法 1 】是由【开心果】上传分享,文档一共【41】页,该文档可以免费在线阅读,需要了解更多关于【发酵的制作方法 1 】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。发酵的制作方法
专利名称:发酵的制作方法
技术领域:
本发明涉及用于从得自纤维素的浆料制备目标化学品的方法、用于从得自纤维素的浆料制备目标化学品的系统和发酵的得自纤维素的水解产物的用途。
背景技术:
全球变暖、石油消耗和能源安全已成为发展可代替得自石油的燃料(如汽油和柴油)的可再生燃料的主要驱动力。当前,乙醇是最常使用的可再生汽车燃料。它通过纤维素生物质如含糖或含淀粉原料的发酵来大量生产。然而,这些作物的供应相对有限,并且它们中的许多被认为是人类食物来源。另一方面,包含木质素的纤维素生物质(木质纤维生物质)是更为丰富且价格较低的原料,其具有提供更高净能量获得的潜力。在木质纤维素中,纤维素和半纤维素与木质素紧密结合,多酚化合物将纤维素和半纤维素聚合物连接在一起,从而提供了具有刚性和机械强度的木质纤维素。在从纤维素生物质生产乙醇中,通常使用多种预处理和水解步骤以将所述纤维素和半纤维素多糖降解成能发酵的糖类。然后,通常通过用微生物如酵母发酵而将所述能发酵的糖类转变为乙醇,并通过蒸馏收取乙醇。在将纤维素生物质用各种酸进行汽蒸和浸渍后,高温下的水解产生了固体和液体的得自纤维素的材料的浆料。酸催化的水解可在两步中进行以同时降解半纤维素和纤维素聚合物,或通过半纤维素的水解进行较温和的预处理,随后进行酶处理以进一步降解纤维素聚合物。为了促进从酸性水解而获得的水解产物的良好发酵,浆料必须进行过滤和洗涤,
通常通过压滤机,以除去浆料的固体级分。然而,过滤和随后的洗涤可导致能发酵的糖类的损失。为了使洗涤顺序优化和使糖损失最小化,需要大量的生产用水,这导致了水解产物的稀释。稀释的水解产物既而又伴有较高的蒸馏成本。此外,在未除去固体级分的情况下的水解产物的发酵不是最佳解决方案,因为固体物料的存在阻止了发酵微生物的再循环,因此需要连续地培养新的发酵生物体,这费力又昂贵。可通过使用SSF(同时进行糖化水解和发酵)方法而克服与酸性水解有关的一些问题,其中将能够水解多糖的酶和发酵微生物直接与浆料混合。然而,在该情况中,发酵生物体也不能再循环,这具有如上所述的负面后果。此外,酶水解和发酵过程的温度必须相同,这对于两种反应中的任一种都不是最佳的。而且,SSF需要强烈搅拌和冷却所述浆料,这增加了方法的复杂性。
发明内容
总的来说,在现有技术中,对由纤维素和木质纤维生物质来制备乙醇的改进发酵方法存在需求。本发明的目的是提供从得自纤维素的浆料制备目标化学品如乙醇。此外,本发明的一些方面的目的是提供所述目标化学品的能量有效的生产。
本发明一些方面的进一步的目的是提供在所述目标化学品生产中的改善的方法经济性。为了在本发明的某些方面提供本发明所提供的各种特征和组合之目的,下面给出了本发明实施方式的非限定性和分项化的列表。,包括a)在容器中提供包含能发酵的糖类的得自纤维素的浆料;b)从所述得自纤维素的浆料中分离包含部分所述能发酵的糖类的液体级分;c)将所述液体级分输送到发酵罐中;d)在所述发酵罐中使所述液体级分中的能发酵的糖类发酵以提供包含所述目标化学品的发酵液;和e)将所述发酵液返回到所述容器中。,其中步骤b)的分离在提供所述液体级分和悬浮固体级分的分离器中进行,所述悬浮固体级分返回到所述容器。,其中步骤b)的所述分离包含过滤或倾析。,其中在步骤e)期间从所述发酵液中收取所述目标化学品。-3任一项所述的方法,其中从所述容器中收取所述目标化学品。,其中所述容器中的温度为至少70°C。-3任一项所述的方法,进一步包括f)在目标物收取单元中,从所述容器的至少部分内容物中收取所述目标化学品。-7任一项所述的方法,其中通过蒸馏进行所述目标化学品的所述收取。
,其中所述目标化学品选自乙醇、丁醇和琥珀酸。,其中步骤d)包含使所述液体级分接触发酵生物体以得到所述发酵液。,其中所述发酵生物体保留所述发酵罐中。,其中通过淀积、-12所述的方法,其中所述目标化学品为乙醇和所述发酵生物体为酵母。,其中步骤a)的所述得自纤维素的浆料通过包含如下的方法获得al)提供任选地经预处理的纤维素生物质;和bl)将来自步骤al)的所述纤维素生物质在与所述容器相分开的至少一个水解单元中进行水解,以获得所述得自纤维素的浆料。,其中所述水解是两步酸性水解。-13任一项所述的方法,其中步骤a)的所述得自纤维素的浆料通过包含如下的方法获得a2)提供任选地经预处理的纤维素生物质;和
b2)将所述纤维素生物质在所述容器中进行酶水解以得到所述得自纤维素的浆料。,其中在步骤W)中使用糖化水解酶,并将所述糖化水解酶从所述容器中进一步回收和再使用。-17任一项所述的方法,其中所述容器中的所述浆料的温度在30-100°C之间,如在40-70°C之间,和所述发酵罐中的所述液体级分的温度在25_90°C之间,如在之间。-18
任一项所述的方法,其中所述纤维素生物质为木质纤维生物质,如甘蔗渣或木材。,其中步骤e)包括通过将所述发酵液与步骤c)的所述液体级分热接触而对所述发酵液加热。,其中所述热接触是在换热器中实现的。,其中通过泵送进行c)的输送和/或e)的返回。,其中所述得自纤维素的浆料具有5%-约30%的悬浮固体含量。,包含用来容纳包含能发酵的糖类的得自纤维素的浆料的至少一个容器;用于从所述浆料中分离包含能发酵的糖类的液体级分的分离器,所述分离器连接到所述容器;用于将所述液体级分中的至少部分所述能发酵的糖类进行发酵以产生发酵液的发酵罐,所述发酵罐包含入口和出口;连接所述分离器与所述发酵罐入口的第一连线和连接所述发酵罐出口与所述容器的第二连线。,其中连接所述分离器与所述发酵罐的所述第一连接装置是用于将所述液体级分从所述分离器输送到所述发酵罐中的第一输送装置,和所述第二连接装置是用于将所述发酵液从所述发酵罐输送到所述容器中的第二输送装置。,进一步包含用于泵送所述液体级分的第一泵和/或用于泵送所述发酵液的第二泵,所述第一泵布置在所述第一输送装置上,所述第二泵布置在所述第二输送装置上。
,其中所述分离器包含浆料入口、液体级分出口和悬浮固体级分出口,所述系统进一步包含用于将至少部分所述浆料从所述容器输送到所述分离器的第三输送装置,和用于将所述悬浮固体级分从所述分离器输送到所述容器的第四输送装置,所述第一输送装置连接到所述分离器的所述液体级分出口,所述第三输送装置连接到所述容器和所述分离器的所述浆料进口,和所述第四输送装置连接到所述分离器的所述固体级分出口和所述容器。,进一步包含
用于泵送所述浆料的第三泵,所述泵布置在所述第三输送装置上。,其中所述分离器包含至少一个过滤器、倾析器或离心机。-任一项所述的系统,进一步包含用于将热量从所述液体级分输送到所述发酵液的换热器,所述换热器布置在所述第一输送装置和所述第二输送装置上。,其包含所述第一泵和第二泵,其中所述第一泵布置在所述第一输送装置上的所述换热器的上游,和所述第二泵布置在所述第二输送装置上的所述换热器的上游。-31任一项所述的系统,其中所述容器装备有加热器。-32任一项所述的系统,进一步包含布置在所述第二输送装置上的目标化学品收取装置。
,其中所述目标化学品收取装置包含至少一个蒸馏单兀。-32任一项所述的系统,其中所述容器适配成从所述容器中收取所述目标化学品。,其中蒸馏装置布置在所述容器上。,其中所述蒸馏装置包含蒸馏塔。-32任一项所述的系统,进一步包含从所述容器的至少部分内容物中收取目标化学品的目标物收取单元,所述目标物收取单元连接到所述容器。-38任一项所述的系统,其中所述发酵罐装备有冷却器。-39任一项所述的系统,其中所述发酵罐适配成保留发酵期间在所述发酵罐中提供的发酵生物体。,其中所述发酵罐适配成保留酵母。-41任一项所述的系统,进一步包含用于水解纤维素生物质并提供所述得自纤维素的浆料的至少一个水解单元,所述至少一个水解单元连接到所述容器。-41任一项所述的系统,进一步包含连接到所述容器的用于从所述容器中回收酶的酶回收装置。,所述系统包含用于容纳包含所述发酵剂和所述目标化学品的液体的发酵罐;具有低于在所述发酵罐中的所述液体的表面的第一端和高于所述表面的第二端的至少一个管道;其中所述至少一个管道的直径配置成使得施加到所述至少一个管道的所述第二端的负压引起包含所述目标化学品的液体以低于所述发酵剂的平均沉降速率的速率从所述至少一个管道的所述第一端升至所述第二端,其中包含所述目标化学品的液体从所述至少一个管道的所述第二端排出且所述发酵剂保留在所述发酵罐中。
,所述方法包括以下步骤a)在发酵罐中提供包含所述目标化学品和发酵剂的液体,所述发酵罐包含具有低于在所述发酵罐中的所述液体的表面的第一端和高于所述表面的第二端的至少一个管道;b)向所述至少一个管道的所述第二端施加负压,使得包含所述目标化学品的液体从所述至少一个管道的所述第一端升至所述第二端,其中所述至少一个管道的直径配置为使得包含所述目标化学品的液体以低于所述发酵剂的平均沉降速率的速率升高,其中包含所述目标化学品的液体从所述至少一个管道的所述第二端排出且所述发酵剂保留在所述发酵罐中。发明详述在本发明中,提供了用于提供目标化学品的方法,包括a)在容器中提供包含能发酵的糖类的得自纤维素的浆料;b)从所述得自纤维素的浆料中分离包含部分所述能发酵的糖类的液体级分;c)将所述液体级分输送到发酵罐中;d)在所述发酵罐中使在所述液体级分中的能发酵的糖类进行发酵以提供包含所述目标化学品的发酵液;和e)将所述发酵液返回到所述容器中。“目标化学品”
是指可通过能发酵的糖类的发酵而制得的感兴趣的化学品。“浆料”是指固体在液体中的半流体悬浮液,即悬浮在液体中的固体物料。因此得自纤维素的浆料是其中固体含量具有纤维素来源的浆料。“能发酵的糖类”如能发酵的单糖和二糖是指可以例如通过微生物发酵剂转化如发酵成目标化学品的糖。能发酵的单糖可包含具有不同碳原子数目的单糖,如具有五个碳原子的戊糖、具有六个碳原子的己醣以及具有七个碳原子的庚糖。能发酵的二糖的实例为果糖。通常,何种糖类能视作能发酵的糖类取决于所使用的发酵剂。也就是说,能发酵的糖类是可通过发酵剂而发酵的那些。在本发明的情况中,见下文,当在所述发酵罐中提供酶β-葡萄糖苷酶时,“能发酵的糖类”包括纤维二糖。“容器”是指能容纳所研究的物料的任何结构体,并且其可由不同材料如金属、不锈钢等组成。从所述得自纤维素的浆料中分离包含部分所述能发酵的糖类的液体级分是指将所述得自纤维素的浆料分类成不同级分,其中至少一个级分是液体,即具有低含量的悬浮固体,且所述液体级分包含至少部分所述能发酵的糖类。所述液体级分在任何情况下具有比所述得自纤维素的浆料的悬浮固体含量低的悬浮固体含量。优选地,悬浮固体含量低于5g/l,如低于2g/l,如低于lg/Ι,,。使能发酵的糖类发酵是指通过发酵将所述能发酵的糖类转化成所述目标化学品。发酵是本领域技术人员所公知的工艺,且通常通过微生物来进行。
“发酵罐”是指适用于所研究的发酵反应的容器。此外,在本发明中,提供了用于使糖类发酵成目标化学品的系统,包含用来容纳包含能发酵的糖类的得自纤维素的浆料的容器;用于从所述浆料中分离包含能发酵的糖类的液体级分的分离器,所述分离器连接到所述容器;用于使所述液体级分中的至少部分所述能发酵的糖类发酵以生产发酵液的发酵罐,所述发酵罐包含入口和出口;连接所述分离器与所述发酵罐入口的第一连接装置和连接所述发酵罐出口与所述容器的第二连接装置。“连接装置,,是指任何形式的连接装置,液体可以通过该连接装置从一个单元流向另一个单元。例如,连接装置可为具有膜(membrane)或筛孔状结构的接口。根据本发明所述的方法和系统的各方面是基于洞察到的以下情况用于从得自纤维素的浆料提供目标化学品的发酵可如下进行从所述得自纤维素的浆料中分离液体级分,使分离的液体发酵并将来自发酵的液体返回到所述得自纤维素的浆料中,以及这样的发酵具有许多积极效果。优选地,基本上所有的如至少90%(ν/ν)或95%(ν/ν)的来自所述发酵的液体返回到所述得自纤维素的浆料中。根据本发明可以理解,将所述发酵液返回到所述得自纤维素的浆料(从而与其混合),而不是返回到方法的较早的阶段中如返回到制备所述得自纤维素的浆料的任何步骤(如纤维素生物质的预处理)中。如果在纤维素生物质的酸解之后使用公开的方法和系统,则可基本上减少或避免使用额外的水来洗涤所述浆料。通过从所述浆料中分离液体级分并然后返回发酵液,所述浆料反而用所述发酵液洗涤,促进了单糖从所述浆料的固体成分中释放。因此,需要较少的外部生产用水,这既而获得对目标化学品较小稀释,并促进了目标化学品的有效收取。而且,如果所公开的方法和系统与得自纤维素的浆料的酶水解一起使用,则在容器中酶水解期间的温度与在发酵罐中发酵期间的温度可保持不同,因为所述容器与所述发酵罐是分离的。