分段加酶連續(xù)酶解制糖的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種分段加酶連續(xù)酶解制糖的方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中間歇酶解過(guò)程存在的操作過(guò)程多、酶解生產(chǎn)效率低、起始粘度高、能耗較高的問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)采用一種分段加酶連續(xù)酶解制糖的方法，包括以下步驟：a)將包括木質(zhì)纖維素、堿、水的物料連續(xù)地加入酶解反應(yīng)器，同時(shí)將酶在不同的物料停留時(shí)間處分段連續(xù)加入酶解反應(yīng)器中；b)通過(guò)分別控制堿、水、酶與木質(zhì)纖維素的質(zhì)量流量比，控制酶解反應(yīng)器內(nèi)pH為2～7、干物濃度為10～50％、酶加量為0.01～0.3g/g纖維素；c)控制酶解反應(yīng)器內(nèi)的溫度為20～80℃，得到含糖溶液從酶解反應(yīng)器出口排出的技術(shù)方案較好地解決了上述問(wèn)題，可用于酶解制糖生產(chǎn)中。
【專利說(shuō)明】分段加酶連續(xù)酶解制糖的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種分段加酶連續(xù)酶解制糖的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 進(jìn)入21世紀(jì)，全球能源危機(jī)、資源短缺和環(huán)境污染等問(wèn)題凸顯。在此背景下，世界 各國(guó)積極探索替代石油、煤炭和天然氣的可再生資源。木質(zhì)纖維素原料是地球上產(chǎn)量最大 的可再生資源，來(lái)源有木材、農(nóng)業(yè)廢棄物以及能源作物等，而絕大部分木質(zhì)纖維素原料尚未 得到有效利用。研究開發(fā)木質(zhì)纖維原料的轉(zhuǎn)化技術(shù)，關(guān)鍵是將木質(zhì)纖維素原料水解為糖。糖 可用于生產(chǎn)燃料或化工原料，從而降低對(duì)不可再生資源依賴和減少二氧化碳排放，對(duì)利用 可再生資源和改善生態(tài)環(huán)境等具有十分重要的意義。
[0003] 木質(zhì)纖維素原料轉(zhuǎn)化為糖的方法主要有酸解和酶解。酸解存在設(shè)備腐蝕、工藝條 件苛刻和廢水難以處理等一系列問(wèn)題。酶解工藝條件溫和，故酶解工藝成為木質(zhì)纖維素原 料轉(zhuǎn)化技術(shù)的研究熱點(diǎn)。
[0004] 根據(jù)酶解的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和酶的活性的研究，影響酶解反應(yīng)的主要因素包括：木質(zhì) 纖維素的結(jié)構(gòu)、干物濃度、酶加量、停留時(shí)間、溫度、pH等。
[0005] 酶是一種專門用于木質(zhì)纖維素酶解的生物催化劑。由于酶必須接觸和吸附到木 質(zhì)纖維素底物上才能將其水解為糖，而天然木質(zhì)纖維素原料結(jié)構(gòu)中存在許多物理和化學(xué)屏 障，使得木質(zhì)纖維素水解至糖的酶解得率較低，一般僅約10?20%。因此，必須對(duì)木質(zhì)纖維 原料進(jìn)行預(yù)處理，打破阻礙酶與木質(zhì)纖維素接觸和吸附屏障，從而有效地提高木質(zhì)纖維素 水解為糖的酶解得率。目前，木質(zhì)纖維素原料的預(yù)處理方法有機(jī)械粉碎、蒸汽爆破、酸處理、 堿處理或螺桿造壓瞬間膨化等。木質(zhì)纖維素原料首先經(jīng)過(guò)預(yù)處理得到的預(yù)處理物料，預(yù)處 理物料再通過(guò)酶解轉(zhuǎn)化為糖。
[0006] 文獻(xiàn)[張萬(wàn)忠等，玉米秸桿酶解條件優(yōu)化，大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，30(6): 436-439]中公開了以玉米秸桿為原料，在干物濃度約10% (固液比1:10)、酶加量30IU/g 纖維素、溫度55°C、pH = 4. 8、停留時(shí)間48小時(shí)的條件下，分別采用分批加酶和分批水解方 式進(jìn)行酶解，最終酶解得率分別為33. 42 %和27. 50%。
[0007] 目前，間歇酶解方法可用于生產(chǎn)，但間歇酶解方法存在以下問(wèn)題：
[0008] 1)操作過(guò)程多，生產(chǎn)效率低。間歇酶解在每一批的生產(chǎn)中均需要經(jīng)過(guò)加料、反應(yīng)、 出料和設(shè)備清洗等四個(gè)過(guò)程，操作過(guò)程較多，設(shè)備利用率低，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低；
[0009] 2)起始粘度高。木質(zhì)纖維素酶解過(guò)程的物料粘度變化特點(diǎn)是初始時(shí)的黏度高，隨 著酶解反應(yīng)的進(jìn)行，物料逐漸粘度降低。間歇酶解方法在反應(yīng)起始時(shí)存在物料粘度高的問(wèn) 題，導(dǎo)致間隙酶解方法在起始時(shí)的攪拌能耗較大。
[0010] 本發(fā)明有針對(duì)性的解決了上述問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有技術(shù)中間歇酶解過(guò)程存在的操作過(guò)程多、酶解 生產(chǎn)效率低、起始粘度高、能耗較高的問(wèn)題，提供一種新的分段加酶連續(xù)酶解制糖的方法。 該方法具有操作過(guò)程簡(jiǎn)單、酶解生產(chǎn)效率高、起始粘度低、能耗較低的優(yōu)點(diǎn)。
[0012] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種分段加酶連續(xù)酶解制糖的方 法，包括以下步驟：a)將包括木質(zhì)纖維素、堿、水的物料連續(xù)地加入酶解反應(yīng)器，同時(shí)將酶 在不同的物料停留時(shí)間處分段連續(xù)加入酶解反應(yīng)器中；b)通過(guò)分別控制堿、水、酶與木質(zhì) 纖維素的質(zhì)量流量比，控制酶解反應(yīng)器內(nèi)pH為2?7、干物濃度為10?50%、酶加量為 0. 01?0. 3g/g纖維素；c)控制酶解反應(yīng)器內(nèi)的溫度為20?80°C，得到的含糖溶液連續(xù)地 從酶解反應(yīng)器出口排出，通過(guò)控制含糖溶液的質(zhì)量流量來(lái)控制酶解反應(yīng)器內(nèi)的物料停留時(shí) 間為8?120小時(shí)。
[0013] 上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述木質(zhì)纖維素選自玉米秸桿、稻秸桿、麥秸桿、蘆葦或 豆秸，木質(zhì)纖維素在加入酶解反應(yīng)器需要經(jīng)過(guò)預(yù)處理，預(yù)處理采用酸處理或螺桿造壓瞬間 膨化處理中的至少一種。
[0014] 上述技術(shù)方案中，更優(yōu)選地，預(yù)處理方法是螺桿造壓瞬間膨化處理。
[0015] 上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述在酶解反應(yīng)器上設(shè)置夾套，通過(guò)控制夾套中冷卻水 或熱水的流量來(lái)控制酶解反應(yīng)器內(nèi)的溫度為20?80°C。
[0016] 上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述堿為氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鉀中的至少一種； 干物濃度為12?28% ;酶為里氏木霉或黑曲霉中的至少一種。
[0017] 上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述酶解反應(yīng)器為全返混釜式反應(yīng)器、多級(jí)串聯(lián)釜式反 應(yīng)器或管式反應(yīng)器中的至少一種。
[0018] 上述技術(shù)方案中，更優(yōu)選地，所述酶解反應(yīng)器是管式反應(yīng)器，從酶解反應(yīng)器上沿物 料流動(dòng)方向設(shè)置的至少兩個(gè)進(jìn)料口加入酶。
[0019] 上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，按物料總停留時(shí)間等分為16段，分段連續(xù)將酶加入酶 解反應(yīng)器。
[0020] 上述技術(shù)方案中，更優(yōu)選地，所述按物料總停留時(shí)間等分為10段，分段連續(xù)將酶 加入酶解反應(yīng)器。
[0021] 上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述堿與木質(zhì)纖維素的質(zhì)量流量比為0. 001?0. 1，水 與木質(zhì)纖維素的質(zhì)量流量比為0. 001?10,酶與木質(zhì)纖維素的質(zhì)量流量比為0. 001?0. 1， 木質(zhì)纖維素中纖維素的含量為20?60%。
[0022] 本發(fā)明中，干物濃度的計(jì)算公式為：
[0023]

【權(quán)利要求】
1. 一種分段加酶連續(xù)酶解制糖的方法，包括以下步驟： a) 將包括木質(zhì)纖維素、堿、水的物料連續(xù)地加入酶解反應(yīng)器，同時(shí)將酶在不同的物料停 留時(shí)間處分段連續(xù)加入酶解反應(yīng)器中； b) 通過(guò)分別控制堿、水、酶與木質(zhì)纖維素的質(zhì)量流量比，控制酶解反應(yīng)器內(nèi)pH為2? 7、干物濃度為10?50%、酶加量為0. 01?0. 3g/g纖維素； c) 控制酶解反應(yīng)器內(nèi)的溫度為20?80°C，得到的含糖溶液連續(xù)地從酶解反應(yīng)器出口 排出，通過(guò)控制含糖溶液的質(zhì)量流量來(lái)控制酶解反應(yīng)器內(nèi)的物料停留時(shí)間為8?120小時(shí)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述分段加酶連續(xù)酶解制糖的方法，其特征在于所述木質(zhì)纖維素選 自玉米秸桿、稻秸桿、麥秸桿、蘆葦或豆秸，木質(zhì)纖維素在加入酶解反應(yīng)器需要經(jīng)過(guò)預(yù)處理， 預(yù)處理采用酸處理或螺桿造壓瞬間膨化處理中的至少一種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述分段加酶連續(xù)酶解制糖的方法，其特征在于所述預(yù)處理方法是 螺桿造壓瞬間膨化處理。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述分段加酶連續(xù)酶解制糖的方法，其特征在于所述在酶解反應(yīng) 器上設(shè)置夾套，通過(guò)控制夾套中冷卻水或熱水的流量來(lái)控制酶解反應(yīng)器內(nèi)的溫度為20? 80。。。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述分段加酶連續(xù)酶解制糖的方法，其特征在于所述堿為氫氧化 鈉、氫氧化鈣、氫氧化鉀中的至少一種；干物濃度為12?28%;酶為里氏木霉或黑曲霉中的 至少一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述分段加酶連續(xù)酶解制糖的方法，其特征在于所述酶解反應(yīng)器為 全返混釜式反應(yīng)器、多級(jí)串聯(lián)釜式反應(yīng)器或管式反應(yīng)器中的至少一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述分段加酶連續(xù)酶解制糖的方法，其特征在于所述酶解反應(yīng)器是 管式反應(yīng)器，從酶解反應(yīng)器上沿物料流動(dòng)方向設(shè)置的至少兩個(gè)進(jìn)料口加入酶。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述分段加酶連續(xù)酶解制糖的方法，其特征在于按物料總停留時(shí)間 等分為16段，分段連續(xù)將酶加入酶解反應(yīng)器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述分段加酶連續(xù)酶解制糖的方法，其特征在于所述按物料總停留 時(shí)間等分為10段，分段連續(xù)將酶加入酶解反應(yīng)器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述分段加酶連續(xù)酶解制糖的方法，其特征在于所述堿與木質(zhì)纖 維素的質(zhì)量流量比為〇. 001?〇. 1，水與木質(zhì)纖維素的質(zhì)量流量比為〇. 001?10,酶與木質(zhì) 纖維素的質(zhì)量流量比為〇. 001?〇. 1，木質(zhì)纖維素中纖維素的含量為20?60%。
【文檔編號(hào)】C12P19/14GK104388495SQ201410719778
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月1日
【發(fā)明者】陳棟, 繆晡, 許天宇, 丁偉軍, 羅翔明, 趙凱烽 申請(qǐng)人:中石化上海工程有限公司, 中石化煉化工程（集團(tuán)）股份有限公司