專利名稱：一種生物質(zhì)酶解糖化預(yù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物質(zhì)預(yù)處理，具體涉及一種生物質(zhì)酶解糖化預(yù)處理方法。
背景技術(shù)：
木質(zhì)生物質(zhì)資源是植物通過光合作用生成的有機(jī)資源，主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素3種高分子物質(zhì)構(gòu)成，如樹木、農(nóng)作物秸稈等，是世界上最豐富的碳水化合物資源。隨著地球上不可再生資源的日益枯竭，利用生物技術(shù)將木質(zhì)生物質(zhì)進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化具有重大意義。利用酶水解可以將其中的纖維素和半纖維素轉(zhuǎn)化為單糖、低聚糖、有機(jī)酸等高附加值產(chǎn)品，提高利用率，這是目前生物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但由于天然纖維的表面對生物酶具有阻抗作用，致使直接酶處理效率低下，要實(shí)現(xiàn)高的酶解效率，則必須進(jìn)行一定的預(yù)處理，以增加其表面與酶的結(jié)合。目前常見的預(yù)處理方法主要有以下幾種堿性亞硫酸鹽預(yù)處理、熱水預(yù)提取、蒸汽爆破預(yù)處理、稀酸預(yù)處理、氨水及有機(jī)溶劑預(yù)處理等。其中，堿性亞硫酸鹽預(yù)處理與其它的預(yù)處理相比具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)相對于酸性預(yù)處理對設(shè)備的腐蝕較少，并且在預(yù)處理過程中不會(huì)產(chǎn)生糠醛等發(fā)酵抑制劑；(2)堿性亞硫酸鹽預(yù)處理過程中木質(zhì)素的部分磺化可增強(qiáng)其與親水性纖維素酶的結(jié)合，從而有利于提高后續(xù)纖維素酶的酶解效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對天然木質(zhì)纖維原料直接酶解糖化效率低下的現(xiàn)狀，提供一種生物質(zhì)酶解糖化預(yù)處理方法，先將木質(zhì)纖維生物質(zhì)在弱堿性溶液中浸漬后進(jìn)行蒸煮預(yù)處理，然后再磨漿，磨后漿料再酶解。該方法可有效提高木質(zhì)纖維原料的酶解糖化效果。本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
(1)預(yù)浸漬工藝將木質(zhì)纖維生物質(zhì)風(fēng)干后，在室溫條件下與浸漬液弱堿性溶液混合， 進(jìn)行預(yù)浸漬處理；
(2)蒸煮工藝預(yù)浸漬結(jié)束后，將浸漬后的木質(zhì)纖維生物質(zhì)與浸漬液進(jìn)行蒸煮預(yù)處理； 蒸煮溫度為16(Tl90°C，保溫時(shí)間為12(T240min，升溫時(shí)間為3(T60min ；
(3)磨漿工藝將蒸煮后漿液進(jìn)行兩段磨漿，磨后漿料經(jīng)水洗滌后，冷藏備用；一段磨盤間隙為0. 3 0. 4mm，二段磨盤間隙為0. Γθ. 15mm ；
(4)酶解工藝將磨后漿料進(jìn)行纖維酶解，得到酶解糖化液；纖維素酶相對于磨后漿料絕干質(zhì)量的用量為15 20FPU/g，酶解液固比為15:r20:lml/gjp Ig絕干漿料酶解時(shí)需要大約15 20ml的液相，這里的液相既包括酶解時(shí)加入的液體酶，又包括后來加入的水和pH 調(diào)節(jié)劑。作為優(yōu)選的，步驟(1)所述弱堿性溶液為NaOH和Na2SO3的混合溶液，其中NaOH和 Na2SO3的用量分別為木質(zhì)纖維生物質(zhì)絕干質(zhì)量的廣3%、8 1洲。進(jìn)一步的，所述弱堿性溶液與木質(zhì)纖維生物質(zhì)的液固比為3:廣5: lml/g，預(yù)浸漬時(shí)間為8 1池。
步驟(3)所述分段磨漿采用兩段盤磨，一段磨盤間隙0.3、. 4mm，二段盤磨間隙 0. 1 0. 15mm。步驟(4)所述酶解工藝具體條件如下酶解溫度45飛0°C，酶解時(shí)間48飛0h，酶解液初始ρΗ4· 5 5. 0。所述木質(zhì)纖維生物質(zhì)為針葉木、闊葉木、草類原料等，比如桉木或蔗渣。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1)、經(jīng)本發(fā)明預(yù)處理后再進(jìn)行酶解糖化，酶解液中不但糖得率高，并且相對于酸法預(yù)處理，本發(fā)明采用弱堿性溶液預(yù)處理，對設(shè)備的腐蝕較少，并且在預(yù)處理過程中不會(huì)產(chǎn)生糠醛、乙酸等發(fā)酵抑制劑；
(2)、相對于蒸汽爆破預(yù)處理，本發(fā)明的酶解糖得率高，有利于后續(xù)發(fā)酵；并且實(shí)驗(yàn)過程無需加壓操作，因此實(shí)驗(yàn)安全可靠，易于控制；
(3)、相對于高溫?zé)崴A(yù)處理，本發(fā)明預(yù)處理方法工藝簡單，條件較為溫和，所需能耗低，利于推廣；
(4)、相對于氨水及其他有機(jī)溶劑預(yù)處理，本發(fā)明預(yù)處理后不會(huì)產(chǎn)生有毒的廢棄物，對環(huán)境的影響較小。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。其他任何在未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、 結(jié)合、簡化，均為等效形式，同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實(shí)施例1
(1)精確量取水697ml于燒杯中，依次加入2.5gNa0H和20gNa2S03，不斷攪拌使其充分溶解，即可得弱堿性溶液。將上述弱堿性溶液加入到裝有250g絕干桉木片的水桶中，充分?jǐn)嚢枋鼓酒繚櫇?，在室溫條件下浸漬12h ；
(2)預(yù)浸漬到達(dá)規(guī)定時(shí)間后，將上述木片與浸漬液一起轉(zhuǎn)移至電加熱回轉(zhuǎn)式蒸煮鍋中進(jìn)行蒸煮預(yù)處理，，設(shè)定蒸煮溫度180°C、升溫時(shí)間60min、保溫時(shí)間120min，收集蒸煮后木片進(jìn)行下一步處理；
(3)蒸煮后所得木片采用常壓高濃磨漿機(jī)進(jìn)行兩段磨漿，其中一段磨盤間隙0.4mm，二段磨盤間隙0. 1mm。磨后漿料經(jīng)洗滌、甩干后冷藏備用；
(4)精確稱取磨后漿料80g(絕干)，進(jìn)行纖維素酶酶解。酶解具體條件如下溫度 46 士 TC，酶用量16FPU/g (以每克固體漿料計(jì))，調(diào)節(jié)酶解液固比20:1 (ml/g)，酶解時(shí)間 60h,酶解液初始pH4. 8。酶解完成后，離心取其上清液用Dionex ICS-3000型高效陰離子交換色譜(CarboPACTM PAl陰離子交換柱，ED檢測器，柱溫30°C，流速0. 650ml/min)分析酶解液中的葡萄糖、木糖含量。由離子色譜定量分析可知酶解液中葡萄糖對桉木原料中的葡萄糖的轉(zhuǎn)化率為 86. 32%，酶解液中木糖對桉木原料中的木糖的轉(zhuǎn)化率為51. 66%。實(shí)施例2
(1)精確量取水697ml于燒杯中，依次加入5. OgNaOH和25gNa2S03，不斷攪拌使其充分溶解，即可得弱堿性溶液。將上述弱堿性溶液加入到裝有250g絕干桉木的水桶中，充分?jǐn)嚢枋鼓酒繚櫇瘢谑覝貤l件下浸漬IOh ；
(2)預(yù)浸漬到達(dá)規(guī)定時(shí)間后，將上述木片與浸漬液一起轉(zhuǎn)移至電加熱回轉(zhuǎn)式蒸煮鍋中， 設(shè)定蒸煮溫度170°C、升溫時(shí)間45min、保溫時(shí)間180min，進(jìn)行蒸煮預(yù)處理。預(yù)處理結(jié)束后， 收集樣品進(jìn)行下一步處理；
(3)蒸煮后所得木片通過常壓高濃磨漿機(jī)進(jìn)行兩段磨漿，其中一段磨盤間隙0.3 mm，二段磨盤間隙0. 15mm。磨后漿料經(jīng)洗滌、甩干后冷藏備用；
(4)精確稱取預(yù)處理后漿料80g(絕干)，進(jìn)行纖維素酶酶解。酶解具體條件如下溫度 47 士 1°C，酶用量18FPU/g (以每克固體漿料計(jì))，酶解液固比18:1 (ml/g)，酶解時(shí)間60 h， 酶解液初始PH 4.8。酶解完成后，離心取其上清液用Dionex ICS-3000型高效陰離子交換色譜(CarboPACTM PAl陰離子交換柱，ED檢測器，柱溫30 °C，流速0.650 ml/min)分析酶解液中的葡萄糖、木糖含量。由離子色譜定量分析可知酶解液中葡萄糖對桉木原料中的葡萄糖的轉(zhuǎn)化率為 85. 20 %，酶解液中木糖對桉木原料中的木糖的轉(zhuǎn)化率為59. 18 %。實(shí)施例3
(1)精確量取水697ml于燒杯中，依次加入7. 5gNaOH和30gNa2S03，不斷攪拌使其充分溶解，即可得弱堿性溶液。將上述弱堿性溶液加入到裝有250g絕干桉木的水桶中，充分?jǐn)嚢枋鼓酒繚櫇瘢谑覝貤l件下浸漬他。(2)預(yù)浸漬到達(dá)規(guī)定時(shí)間后，將上述木片與浸漬液一起轉(zhuǎn)移至電加熱回轉(zhuǎn)式蒸煮鍋中，設(shè)定蒸煮溫度160°C、升溫時(shí)間30min、保溫時(shí)間240min，進(jìn)行蒸煮預(yù)處理。預(yù)處理結(jié)束后，收集樣品進(jìn)行下一步處理；
(3)蒸煮后所得木片通過常壓高濃磨漿機(jī)進(jìn)行兩段磨漿，其中一段磨盤間隙0.4mm，二段磨盤間隙0. 1mm。磨后漿料經(jīng)洗滌、甩干后冷藏備用；
(4)精確稱取預(yù)處理后漿料80g(絕干)，在恒溫振蕩器內(nèi)進(jìn)行纖維素酶酶解。酶解具體條件如下溫度48士 1°C，酶用量20FPU/g (以每克固體漿料計(jì))，調(diào)節(jié)酶解液固比15 1 (ml/ g)，酶解時(shí)間^h，酶解液初始pH4. 6。酶解完成后，離心取其上清液用Dionex ICS-3000型高效陰離子交換色譜(CarboPACTM PAl陰離子交換柱，ED檢測器，柱溫30°C，流速0. 650ml/ min)分析酶解液中的葡萄糖、木糖含量。由離子色譜定量分析可知酶解液中葡萄糖對桉木原料中的葡萄糖的轉(zhuǎn)化率為 92. 75%，酶解液中木糖對桉木原料中的木糖的轉(zhuǎn)化率為70. 87%。實(shí)施例4
(1)精確量取水697ml于燒杯中，依次加入7.5gNa0H和25gNa2S03，不斷攪拌使其充分溶解，即可得弱堿性溶液。將上述弱堿性溶液加入到裝有250g絕干桉木的水桶中，充分?jǐn)嚢枋鼓酒繚櫇?，在室溫條件下浸漬12h ；
(2)預(yù)浸漬到達(dá)規(guī)定時(shí)間后，將上述木片與浸漬液一起轉(zhuǎn)移至電加熱回轉(zhuǎn)式蒸煮鍋中， 設(shè)定蒸煮溫度190°C、升溫時(shí)間60min、保溫時(shí)間180min，進(jìn)行蒸煮預(yù)處理。預(yù)處理結(jié)束后， 收集樣品進(jìn)行下一步處理；
(3)蒸煮后所得木片通過常壓高濃磨漿機(jī)進(jìn)行兩段磨漿，其中一段磨盤間隙0.4mm，二段磨盤間隙0. 1mm。磨后漿料經(jīng)洗滌、甩干后冷藏備用；
(4)精確稱取預(yù)處理后漿料80g(絕干)，進(jìn)行纖維素酶酶解。酶解具體條件如下溫度49 士 1°C，酶用量20FPU/g (以每克固體漿料計(jì))，調(diào)節(jié)酶解液固比20:1 (ml/g)，酶解時(shí)間 48h，酶解液初始pH5. 0。酶解完成后，離心取其上清液用Dionex ICS-3000型高效陰離子交換色譜(CarboPACTM PAl陰離子交換柱，ED檢測器，柱溫30°C，流速0. 650 ml/min)分析酶解液中的葡萄糖、木糖含量。由離子色譜定量分析可知酶解液中葡萄糖對桉木原料中的葡萄糖的轉(zhuǎn)化率為 89. 42%，酶解液中木糖對桉木原料中的木糖的轉(zhuǎn)化率為58. 93%。實(shí)施例5
(1)精確量取水697ml于燒杯中，依次加入7.5gNa0H和30gNa2S03，不斷攪拌使其充分溶解，即可得弱堿性溶液。將上述弱堿性溶液加入到裝有250g絕干蔗渣的水桶中，充分?jǐn)嚢枋拐嵩繚櫇?，在室溫條件下浸漬IOh ；
(2)預(yù)浸漬到達(dá)規(guī)定時(shí)間后，將上述蔗渣與浸漬液一起轉(zhuǎn)移至電加熱回轉(zhuǎn)式蒸煮鍋中， 設(shè)定蒸煮溫度170°C、升溫時(shí)間60min、保溫時(shí)間180min，進(jìn)行蒸煮預(yù)處理。預(yù)處理結(jié)束后， 收集樣品進(jìn)行下一步處理；
(3)蒸煮后所得蔗渣通過常壓高濃磨漿機(jī)進(jìn)行兩段磨漿，其中一段磨盤間隙0.4mm，二段磨盤間隙0. 1mm。磨后漿料經(jīng)洗滌、甩干后冷藏備用；
(4)精確稱取預(yù)處理后漿料80g(絕干)，在恒溫振蕩器內(nèi)進(jìn)行纖維素酶酶解。酶解具體條件如下溫度48士 1°C，酶用量20FPU/g (以每克固體漿料計(jì))，調(diào)節(jié)酶解液固比15:1 (ml/ g)，酶解時(shí)間48h，酶解液初始pH4. 8。酶解完成后，離心取其上清液用Dionex ICS-3000型高效陰離子交換色譜(CarboPACTM PAl陰離子交換柱，ED檢測器，柱溫30°C，流速0. 650ml/ min)分析酶解液中的葡萄糖、木糖含量。由離子色譜定量分析可知酶解液中葡萄糖對蔗渣原料中的葡萄糖的轉(zhuǎn)化率為 83. 19%，酶解液中木糖對蔗渣原料中的木糖的轉(zhuǎn)化率為65. 84%。
權(quán)利要求
1.1、一種生物質(zhì)酶解糖化預(yù)處理方法，其特征在于步驟如下(1)預(yù)浸漬工藝將木質(zhì)纖維生物質(zhì)風(fēng)干后，在室溫條件下與浸漬液弱堿性溶液混合， 進(jìn)行預(yù)浸漬處理；(2)蒸煮工藝預(yù)浸漬結(jié)束后，將浸漬后的木質(zhì)纖維生物質(zhì)與浸漬液進(jìn)行蒸煮預(yù)處理； 蒸煮溫度為16(Tl90°C，保溫時(shí)間為12(T240min，升溫時(shí)間為3(T60min ；(3)磨漿工藝將蒸煮后漿液進(jìn)行兩段磨漿，磨后漿料經(jīng)水洗滌后，冷藏備用；一段磨盤間隙為0. 3 0. 4mm，二段磨盤間隙為0. Γθ. 15mm ；(4)酶解工藝將磨后漿料進(jìn)行纖維素酶酶解，加水調(diào)節(jié)，使得酶解液固比為15:廣20:1!111/^，得到酶解糖化液；纖維素酶相對于磨后漿料絕干質(zhì)量的用量為15 20FPU/ g°
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(1)所述弱堿性溶液為NaOH和Na2SO3 的混合溶液，其中NaOH和Na2SO3的用量分別為木質(zhì)纖維生物質(zhì)絕干質(zhì)量的廣3%、8 1洲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述弱堿性溶液與木質(zhì)纖維生物質(zhì)絕干質(zhì)量的液固比為2. 5:廣5: lml/g，預(yù)浸漬時(shí)間為8 12h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(4)所述酶解工藝具體條件如下酶解溫度45 50°C，酶解時(shí)間48 60h，酶解液初始pH4. 5 5. O。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的方法，其特征在于所述木質(zhì)纖維生物質(zhì)為桉木或蔗渣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)酶解糖化預(yù)處理方法。是將風(fēng)干后的木質(zhì)纖維生物質(zhì)原料與弱堿性溶液混合進(jìn)行預(yù)浸漬，再進(jìn)行蒸煮，蒸煮溫度為160~190℃，保溫時(shí)間為120~240min，升溫時(shí)間為30~60min；然后將蒸煮后漿液進(jìn)行兩段磨漿，一段磨盤間隙為0.3~0.4mm，二段磨盤間隙為0.1~0.15mm；最后再向磨后漿料中加入纖維素酶進(jìn)行酶解，得到酶解糖化液。本發(fā)明采用熱化學(xué)與機(jī)械相結(jié)合的預(yù)處理方對生物質(zhì)原料進(jìn)行預(yù)處理，然后再酶解糖化，通過對酶解液成分分析發(fā)現(xiàn)酶解液中不但糖得率高，并且不會(huì)產(chǎn)生糠醛、乙酸等后續(xù)發(fā)酵抑制劑。
文檔編號(hào)C12P19/14GK102399843SQ20111037051
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月21日
發(fā)明者尉慰奇, 武書彬 申請人:華南理工大學(xué)