專利名稱:提高糖化效率的纖維素組合物及制糖方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物新能源領(lǐng)域，具體是涉及一種低能耗、低污染預(yù)處理木質(zhì)纖維素類植物材料提高糖化效率的方法。
背景技術(shù)：
由于全球人口的增加及工業(yè)化的發(fā)展，對能源的需求愈發(fā)增加，化石燃料的儲量日趨減少。同時(shí)，由于生產(chǎn)加工成本高，導(dǎo)致大量廢氣、廢物、廢水排放到環(huán)境中，加劇了地球溫暖化。環(huán)境問題已經(jīng)引起國際上的充分重視，一方面提倡節(jié)能減排，并從制度上加以約束，另一方面，開發(fā)新的可替代石油和天然氣的再生新能源熱潮在世界范圍內(nèi)興起。其中，利用富含淀粉且產(chǎn)量高的玉米或是富含糖的甜菜等植物生產(chǎn)柴油或乙醇作為燃料是典型的例子。此外還有諸如含油的樹木或作物轉(zhuǎn)化柴油等。但是利用樹木生產(chǎn)燃料會破壞 生態(tài)平衡，利用作物生產(chǎn)燃料會產(chǎn)生與人類爭地爭糧食等問題，因此，這方面的開發(fā)沒有潛力。近年來，利用農(nóng)林業(yè)下腳料生產(chǎn)乙醇或柴油的研究方興未艾，申報(bào)專利的也不少，生產(chǎn)工藝有以下幾種方法用高溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等直接糖化法，以及利用纖維素、半纖維素酶分解產(chǎn)生糖的糖化法。但是這些植物材料中富含的木質(zhì)素不能被分解利用，其獨(dú)特的解構(gòu)和分布也限制了包埋其中的纖維素及半纖維素的分解利用，使得乙醇或是柴油的得率過低，對造紙業(yè)也有影響。此外，高溫高壓法消耗能源太多，酸解法或堿解法涉及到酸或堿的中和，會造成環(huán)境污染。這些方法工藝復(fù)雜，對設(shè)備要求高，成本也高且破壞生態(tài)環(huán)境，即使是先用能夠分泌漆酶等分解木質(zhì)素分解酶的菌類預(yù)處理也涉及到成本高，工藝復(fù)雜等問題。因此，限制了農(nóng)林下腳料生產(chǎn)再生能源的開發(fā)。
公開號CN 101434977A(申請?zhí)?00810243558. 7)的中國專利文獻(xiàn)涉及一種處理木質(zhì)纖維素制糖的新方法，包括擠壓膨化預(yù)處理、纖維素酶復(fù)配和酶解糖化、糖液收集過程將至少兩種纖維素酶與木聚糖酶混合得到復(fù)配纖維素酶后，加入擠壓膨化預(yù)處理過的木質(zhì)纖維素原料中，一步酶解糖化處理得到總糖液。但其缺點(diǎn)是需要膨化處理的特殊設(shè)備，成本高，該專利中介紹的方法還包括將木質(zhì)纖維素用稀酸或稀堿預(yù)處理，也會增加對酸或堿的回收成本，增加環(huán)境負(fù)荷。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種提高糖化效率的纖維素組合物及制糖方法，以便降低糖化酶使用量，縮短糖化時(shí)間及提高糖化效率。
本發(fā)明的技術(shù)方案是提高糖化效率的纖維素組合物，由農(nóng)林下腳料、占農(nóng)林下腳料重量0. 1-15%的糠麩和占農(nóng)林下腳料重量0. 1-1%的添加劑組成。優(yōu)選的方案是，糠麩占農(nóng)林下腳料重量的1_15%，添加劑占農(nóng)林下腳料重量的0. 1-0. 5%。更優(yōu)選的方案是，糠麩占農(nóng)林下腳料重量的5-10%，添加劑占農(nóng)林下腳料重量的0. 3-0. 5%。
所述的提高糖化效率的纖維素組合物，優(yōu)選的方案是，所述添加劑為無機(jī)鹽、陰離子表面活性劑或非離子表面活性劑。更優(yōu)選的是，所述的無機(jī)鹽為鈉鹽或錳鹽，所述的鈉鹽具體是硫酸鈉、亞硫酸鈉或亞硫酸氫鈉，所述的猛鹽具體是高猛酸鉀、硫酸猛或氯化猛。
所述的提高糖化效率的纖維素組合物，優(yōu)選的方案是，所述的陰離子表面活性劑具體是烷基二苯基氧化物二磺酸鹽、二辛基磺基丁二酸酯、磷酸酯或磺酸鹽，所述的非離子表面活性劑具體是低泡沫表面活性劑、嵌段聚醚和E0/P0共聚物、支鏈醇聚氧乙烯醚、仲醇聚氧乙烯醚、烷基糖苷或特殊烷氧基化物。
所述的提高糖化效率的纖維素組合物，優(yōu)選的方案是，所述的農(nóng)林下腳料是指秸桿、鋸末、棉籽皮、樹枝、甘蔗渣或甜菜渣。
本發(fā)明還提供了所述的提高糖化效率的纖維素組合物的制糖方法，步驟如下
(I)將各原料混合后粉碎，過1525目篩，得細(xì)粉；
(2)將步驟(I)所得細(xì)粉用蒸餾水懸濁，加入糖化酶，調(diào)pH為4. 0-5. 0，于45-55°C下震蕩培養(yǎng)30-50h，農(nóng)林下腳料與所用蒸餾水之比為I : 45-55(質(zhì)量體積)。
(3)過濾或離心，上清液即為含有糖類的可用于生物轉(zhuǎn)化乙醇或柴油的原料(分解纖維素得到葡萄糖，分解半纖維素得到木糖和葡萄糖)。
所述的制糖方法，優(yōu)選的方案是，步驟如下
(I)將各原料混合后粉碎，過20目篩，得細(xì)粉；
(2)將步驟(I)所得細(xì)粉用蒸餾水懸濁，加入糖化酶，調(diào)pH為4.5，于50°C下震蕩培養(yǎng)36h，農(nóng)林下腳料與所用蒸餾水之比為I : 50(質(zhì)量體積)。
(3)過濾或離心，上清液即為含有糖類的可用于生物轉(zhuǎn)化乙醇或柴油的原料。
所述的制糖方法，優(yōu)選的方案是，所述糖化酶為纖維素酶或半纖維素酶，所述的纖維素酶具體是纖維素酶EN0029，所述的半纖維素酶具體是木聚糖酶。所述糖化酶中纖維素酶與木聚糖酶的使用比例是每克原料加入纖維素酶80-160U，加入木聚糖酶20-40U (即兩種酶的使用比例是4 1，使用量為100-200U/g)。
在本發(fā)明中，所述的糠麩是指米糠麥麩等富含植物種子糊粉層成分的農(nóng)副產(chǎn)品。所述的鈉鹽以亞硫酸氫鈉較為經(jīng)濟(jì)，性價(jià)比高。
本技術(shù)利用富含木質(zhì)素纖維素的農(nóng)林植物下腳料，能夠減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)，變廢為寶，同時(shí)，本技術(shù)由于在原料中同時(shí)摻加了糠麩及活性劑等成分，在粉碎的同時(shí)這些成分會加劇木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)破壞，使用簡易的粉碎機(jī)就能夠達(dá)到或是超過膨化處理、高壓處理等繁瑣方法達(dá)到的效果，本設(shè)計(jì)的處理方法能夠大幅降低能耗和成本，預(yù)處理方法對環(huán)境安全且處理效果好，同時(shí)能夠大幅提高糖的得率。
除此之外，本發(fā)明的技術(shù)效果還體現(xiàn)在
I、不需要特殊的設(shè)備，只需要普通的粉碎機(jī)械。
2、不使用酸和堿等化學(xué)處理方法，生產(chǎn)工藝中不涉及酸堿中和以及酸或堿回收等操作，也不使用高溫水解等方法，因此，生產(chǎn)成本低廉，不污染環(huán)境。
3、在使用的酶量減少的情況下仍能獲得較高的轉(zhuǎn)化率，而且糖化處理時(shí)間縮短，節(jié)省了成本和時(shí)間，能夠提高工作效率。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的方案，但保護(hù)范圍不被此限制。
實(shí)施例中所用原料用量及其他數(shù)據(jù)指標(biāo)見表1，對照例中的農(nóng)林下腳料為稻草或鋸末(針對各實(shí)例選用相應(yīng)的原料)，所用鈉鹽為亞硫酸氫鈉，錳鹽為硫酸錳，所用糖化酶為纖維素酶EN0029(購自上海斯高勒生物有限公司，酶活為1500U/ml)和木聚糖酶(購自山東澤生生物科技公司，酶活為1500U/ml)。
實(shí)施例I :利用提高糖化效率的纖維素組合物的制糖方法，步驟如下
(I)將各原料(所用農(nóng)林下腳料為稻草，所用添加劑為錳鹽，具體為硫酸錳，購自普通試劑公司)按照表I的用量混合后粉碎，過15目篩，得細(xì)粉；
(2)將步驟(I)所得細(xì)粉用蒸餾水懸濁，加入糖化酶，調(diào)pH為4.0，于45°C下震蕩培養(yǎng)50h。
(3)過濾或離心，上清液即為含有糖類的可用于生物轉(zhuǎn)化乙醇或柴油的原料。
實(shí)施例2 :提高糖化效率的纖維素組合物的制糖方法，步驟如下
(I)將各原料(所用農(nóng)林下腳料為稻草，所用添加劑為陰離子表面活性劑，具體是烷基二苯基氧化物二磺酸鹽，購自普通試劑公司)按照表I的用量混合后粉碎，過25目篩，得細(xì)粉；
(2)將步驟(I)所得細(xì)粉用蒸餾水懸濁，加入糖化酶，調(diào)pH為5.0，于55°C下震蕩培養(yǎng)30h。
(3)過濾或離心，上清液即為含有糖類的可用于生物轉(zhuǎn)化乙醇或柴油的原料。
實(shí)施例3 :提高糖化效率的纖維素組合物的制糖方法，步驟如下
(I)將各原料(所用農(nóng)林下腳料為稻草，所用添加劑為非離子表面活性劑，具體是支鏈醇聚氧乙烯醚，購自普通試劑公司)按照表I的用量混合后粉碎，過20目篩，得細(xì)粉；
(2)將步驟(I)所得細(xì)粉用蒸餾水懸濁，加入糖化酶，調(diào)pH為4.5，于50°C下震蕩培養(yǎng)36h。
(3)過濾或離心，上清液即為含有糖類的可用于生物轉(zhuǎn)化乙醇或柴油的原料。
實(shí)施例4 :提高糖化效率的纖維素組合物的制糖方法，步驟同實(shí)施例1，但所用農(nóng)林下腳料為甜菜渣，所用鈉鹽為亞硫酸氫鈉，調(diào)PH為4. 0，于45°C下震蕩培養(yǎng)28h。
實(shí)施例5 :提高糖化效率的纖維素組合物的制糖方法，驟同實(shí)施例2，但所用農(nóng)林下腳料為鋸末，調(diào)pH為5. 0，于55°C下震蕩培養(yǎng)50h。
實(shí)施例6 :提高糖化效率的纖維素組合物的制糖方法驟同實(shí)施例3，但所用農(nóng)林下腳料為樹枝，調(diào)pH為4. 5，于50°C下震蕩培養(yǎng)36h。
計(jì)算糖的轉(zhuǎn)化率方法是將過濾后所得殘?jiān)娓珊蠓Q重。糖的轉(zhuǎn)化率=(糖化前原料重糖化后殘?jiān)?/糖化前原料重*100% (糖化前后原料重均扣除糠麩和鈉鹽)。
表I
原料序號原料巫g 蒸餾水ml 糖化酶U pH 溫度°C 轉(zhuǎn)化率
___%
對照例〗、稻草+糠麩+ I100+0丄05000 20000 4.04520
袖上卜'
_2 100+10+0 4500 18000 4.5_50_33
2、鋸末+糠麩 + 3 100+0-0 5000 20000 4.04521
* '~
4 100+15104500180004. 5__50__32[0044]
權(quán)利要求
1.提高糖化效率的纖維素組合物的制糖方法，其特征是，步驟如下 (1)將各原料混合后粉碎，過15-25目篩，得細(xì)粉； (2)將步驟(I)所得細(xì)粉用蒸餾水懸濁，加入糖化酶，調(diào)pH為4.0-5.0，于45-551下震蕩培養(yǎng)30-50h，農(nóng)林下腳料與所用蒸餾水之比為I : 45-55; (3)過濾或離心，上清液即為含有糖類的可用于生物轉(zhuǎn)化乙醇或柴油的原料； 所述的纖維素組合物，由農(nóng)林下腳料、占農(nóng)林下腳料重量0. 1-15%的糠麩和占農(nóng)林下腳料重量0. 1-1%的添加劑組成；所述的農(nóng)林下腳料是指秸桿、鋸末、棉籽皮、樹枝、甘蔗渣或甜菜渣；所述添加劑為無機(jī)鹽、陰離子表面活性劑或非離子表面活性劑；所用糖化酶為纖維素酶EN0029和木聚糖酶，纖維素酶與木聚糖酶的比例是4 1，使用量為100-200U/g。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的制糖方法，其特征是，步驟如下 (1)將各原料混合后粉碎，過20目篩，得細(xì)粉； (2)將步驟(I)所得細(xì)粉用蒸餾水懸濁，加入糖化酶，調(diào)pH為4.5，于50°C下震蕩培養(yǎng)36h，農(nóng)林下腳料與所用蒸餾水之比為I : 50; (3)過濾或離心，上清液即為含有糖類的可用于生物轉(zhuǎn)化乙醇或柴油的原料。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的制糖方法，其特征是，糠麩占農(nóng)林下腳料重量的5-10%，添加劑占農(nóng)林下腳料重量的0. 3-0. 5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的制糖方法，其特征是，所述的無機(jī)鹽為鈉鹽或錳鹽，所述的鈉鹽具體是硫酸鈉、亞硫酸鈉或亞硫酸氫鈉，所述的猛鹽具體是高猛酸鉀、硫酸猛或氯化猛。
5.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的制糖方法，其特征是，所述的陰離子表面活性劑具體是烷基二苯基氧化物二磺酸鹽、二辛基磺基丁二酸酯、磷酸酯或磺酸鹽，所述的非離子表面活性劑具體是低泡沫表面活性劑、嵌段聚醚和EO/PO共聚物、支鏈醇聚氧乙烯醚、仲醇聚氧乙烯醚、烷基糖苷或特殊烷氧基化物。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種提高糖化效率的纖維素組合物及制糖方法。該纖維素組合物，由農(nóng)林下腳料、占農(nóng)林下腳料重量0.1-15％的糠麩和占農(nóng)林下腳料重量0.1-1％的添加劑組成。該制糖方法能夠減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)，變廢為寶，同時(shí)，本技術(shù)設(shè)計(jì)的處理方法能夠大幅降低能耗和成本，預(yù)處理方法安全且處理效果好，同時(shí)能夠大幅提高糖的得率。
文檔編號C12P19/14GKCN102146211 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 201110000200
公開日2012年11月7日 申請日期2011年1月4日
發(fā)明者萬國峰, 劉立科, 張思亮, 張文會, 徐偉 申請人:聊城大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (5), 非專利引用 (1),