專利名稱：一種水葫蘆的預(yù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微生物發(fā)酵工程領(lǐng)域，具體涉及一種預(yù)處理水葫蘆以利于微生物及其酶的降解和轉(zhuǎn)化水葫蘆生產(chǎn)乙醇的方法。
背景技術(shù)：
水葫蘆，又名鳳眼蓮，為多年生漂浮性草本植物。其原產(chǎn)于巴西，因其具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力、能起到美化環(huán)境、凈化水質(zhì)的作用，曾經(jīng)一度被全世界范圍內(nèi)引種。但其因繁殖能力強(qiáng)，能迅速的封鎖水面，導(dǎo)致水中其他植物、動(dòng)物物種消失，極大的破壞入侵地生態(tài)系統(tǒng)，被世界各國公認(rèn)為重要的入侵生物物種。就我國而言，至從1901年引入以來，已成為危害嚴(yán)重的外侵植物，目前，水葫蘆能見于我國華北、華東、華中和華南的19個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)，我國主要城市湖泊如太湖、滇池也都倍受水葫蘆蔓延成災(zāi)的困擾。截止目前，并沒有有效的環(huán)保途徑控制和減少水葫蘆的蔓延，也考慮到盡可能不產(chǎn)生次生污染物的原則，目前水葫蘆的治理主要是以打撈為主。目前，針對(duì)打撈出的水葫蘆生物量，利用的方式主要有飼料化、肥料化、用于造紙、制作手工藝品和家具、用做食用菌培養(yǎng)的基質(zhì)等。近年來，隨著世界石化能源危機(jī)加劇， 對(duì)替代能源技術(shù)的研發(fā)，特別是生物能源技術(shù)的研究倍受關(guān)注。因水葫蘆生長快、生物量大，不存在與人爭(zhēng)糧和與糧爭(zhēng)地的問題，且能減少水葫蘆及其打撈出廢棄生物量對(duì)湖泊生態(tài)和環(huán)境的影響，因此，水葫蘆的能源化研究可以追溯到20世紀(jì)70年代。早期關(guān)于水葫蘆能源化的研究主要其產(chǎn)甲烷特性及其發(fā)酵工藝的研究，如水葫蘆新鮮或者簡單干燥處理和粉碎的材料，與豬糞等混合后，自然發(fā)酵，產(chǎn)生甲烷等可燃性氣體。隨著對(duì)乙醇能源的需求，近年的研究轉(zhuǎn)向利用纖維素酶或者纖維素酶產(chǎn)生菌聯(lián)合酵母等微生物轉(zhuǎn)化水葫蘆木質(zhì)纖維素成分生產(chǎn)乙醇。但是，由于木質(zhì)素和半纖維素對(duì)纖維素的保護(hù)作用以及纖維素本身的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致了其難分解性的化學(xué)性質(zhì)，微生物降解和轉(zhuǎn)化水葫蘆等木質(zhì)纖維素的能力受到極大的限制。對(duì)天然木質(zhì)纖維素原料直接進(jìn)行纖維素酶水解時(shí)，其水解程度非常低。未經(jīng)預(yù)處理的原料，其水解率低于理論值的20%，而經(jīng)預(yù)處理后的水解率可達(dá)理論值的90%。因此，水葫蘆等木質(zhì)纖維素原料在進(jìn)行微生物發(fā)酵前必需進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，改變其天然化學(xué)結(jié)構(gòu)脫去木質(zhì)素，增加原料的疏松性以增加纖維素酶或微生物對(duì)纖維素的有效接觸，以提高纖維素的酶解轉(zhuǎn)化率才能有效地將木質(zhì)纖維素原料發(fā)酵轉(zhuǎn)化為乙醇。目前，木質(zhì)纖維素預(yù)處理方法主要有物理法、化學(xué)法、生物法和綜合法。就水葫蘆預(yù)處理而言，目前經(jīng)常采用的粉碎、干燥等比較簡單的預(yù)處理，并不能滿足能源微生物發(fā)酵轉(zhuǎn)化乙醇對(duì)木質(zhì)纖維素原料的要求，也不利于大量廢棄水葫蘆生物量的變廢為寶。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是利用低濃度的酸、堿在高溫條件下、對(duì)經(jīng)過干燥粉碎處理的水葫蘆進(jìn)行預(yù)處理，從而改變水葫蘆木質(zhì)纖維素的天然化學(xué)結(jié)構(gòu)、降低木質(zhì)素和半纖維素對(duì)纖維素的保護(hù)作用，改善水葫蘆木質(zhì)纖維素難分解的化學(xué)性質(zhì)、增加原料的疏松性以增加纖維素酶或微生物對(duì)纖維素的有效接觸。本發(fā)明該方法處理得到的水葫蘆木質(zhì)纖維素原料可以用于提高纖維素酶或纖維素利用微生物(厭氧細(xì)菌、真菌、酵母)發(fā)酵轉(zhuǎn)化水葫蘆木質(zhì)纖維素原料為乙醇等。本發(fā)明通過以下步驟實(shí)現(xiàn)(1)水葫蘆材料的收集，打撈新鮮水葫蘆，洗凈、干燥后，莖部和根部分開粉碎；( 以范式纖維素測(cè)定法測(cè)定水葫蘆中半纖維素、纖維素和木質(zhì)素含量；(3)在100°C下，用0. 5%、1%、2% &S04(w/V)預(yù)處理水葫蘆Ih ； (4)在100°C下， 用0. 5%U%>2% NaOH(w/v)預(yù)處理水葫蘆Ih ； (5)預(yù)處理水葫蘆發(fā)酵相關(guān)品質(zhì)評(píng)價(jià)，包括不同預(yù)處理后水葫蘆中半纖維素、纖維素和木質(zhì)素含量、商業(yè)纖維素酶RlO對(duì)不同預(yù)處理后水葫蘆樣品的酶解效率等。本發(fā)明使用的水葫蘆材料采用新鮮打撈的滇池水葫蘆，洗凈，晾干，80°C烘干，葉片、根部分別粉碎，葉片40目篩組分用于預(yù)處理。水葫蘆的酸預(yù)處理方法將上述過40目篩水葫蘆組分，以固液比1 10(v/v)加入裝有200mL 0. 5%U%>2% H2SO4(w/v)溶液的三角瓶中，100°C保溫lh。待冷卻，6層紗布過濾，濾渣水洗至中性，置于60°C烘干。水葫蘆的堿預(yù)處理方法將上述過40目篩水葫蘆組分，以固液比1 10(v/v)加入裝有200mL 0. 5% U % >2% NaOH(w/v)溶液的三角瓶中，100°C保溫lh。待冷卻，6層紗布過濾，濾渣水洗至中性，置于60°C烘干。半纖維素、纖維素和木質(zhì)素含量測(cè)定方法范氏測(cè)定纖維素含量法(1)原理植物性飼料經(jīng)中性洗滌劑煮沸處理，不溶解的殘?jiān)鼮橹行韵礈炖w維，主要為細(xì)胞壁成分，其中包括半纖維素、纖維素、木質(zhì)素和硅酸鹽。植物性飼料經(jīng)酸性洗滌劑處理，剩余的殘?jiān)鼮樗嵝韵礈炖w維，其中包括纖維素、木質(zhì)素和硅酸鹽。酸性洗滌纖維經(jīng) 72%硫酸處理后的殘?jiān)鼮槟举|(zhì)素和硅酸鹽，從酸性洗滌纖維值中減去72%硫酸處理后的殘?jiān)鼮轱暳系睦w維素含量。將72%硫酸處理后的殘?jiān)一?，在灰化過程中逸出的部分為酸性洗滌木質(zhì)素(ADL)的含量。(2)試劑中性洗滌劑(30g/L十二烷基硫酸鈉)準(zhǔn)確稱取18. 6g乙二胺四乙酸二鈉(Na2EDTA. 2H20,分析純)和6. 8g硼酸鈉(Na2B407 · 10H20,分析純)放入燒杯中，加入少量蒸餾水，加熱溶解后，再加入30g十二烷基硫酸鈉(C12H25Na04S，分析純)和IOml乙二醇乙醚(C4H1002，分析純)；再稱取4. 56g無水磷酸氫二鈉(Na2HP04，分析純)置于另一燒杯中，加入少量蒸餾水微微加熱溶解后，倒入前一個(gè)燒杯中，在容量瓶中稀釋至1000ml，其中PH值約為6. 9 7. 1 (pH值一般勿需調(diào)整)；IN硫酸量取約27.87ml濃硫酸(分析純，比重1. 84，98 ，徐徐加入已裝有 500ml蒸餾水的燒杯中，冷卻后注入IOOOml容量瓶定容，標(biāo)定；酸性洗滌劑O0g/L十六烷三甲基溴化銨)稱取20g十六烷三甲基溴化銨(CTAB， 分析純)溶于IOOOmllN硫酸，必要時(shí)過濾；(3)操作步驟中性洗滌纖維測(cè)定準(zhǔn)確稱取l.OOOOg樣品(通過40目篩)置于直筒燒杯中，加入IOOml中性洗滌劑和數(shù)滴十氫化萘及0. 5g無水亞硫酸鈉。將燒杯套上冷凝裝置于電爐上，在5 IOmin內(nèi)煮沸，并持續(xù)保持微沸60min。煮沸完畢后，取下直筒燒杯，將燒杯中溶液倒入安裝在抽濾瓶上的已知重量的玻璃坩堝中進(jìn)行過濾，將燒杯中的殘?jiān)恳迫耄⒂梅兴疀_洗玻璃坩堝與殘?jiān)?，直洗至濾液呈中性為止。用20ml丙酮沖洗二次，抽濾。將玻璃坩堝置于105°C烘箱中烘池后，在干燥器中冷卻30min稱重，直稱至恒重。酸性洗滌纖維測(cè)定準(zhǔn)確稱取l.OOOOg樣品(通過40目篩)置于直筒燒杯中，加入IOOml酸性洗滌劑和數(shù)滴十氫化萘及0. 5g無水亞硫酸鈉。將燒杯套上冷凝裝置于電爐上，在5 IOmin內(nèi)煮沸，并持續(xù)保持微沸60min。趁熱用已知重量的玻璃坩堝抽濾，并用沸水反復(fù)沖洗玻璃坩堝及殘?jiān)翞V液呈中性為止。用少量丙酮沖洗殘?jiān)脸橄碌谋撼薀o色為止，并抽凈丙酮。將玻璃坩堝置于105°C烘箱中烘池后，在干燥器中冷卻30min稱重， 直稱至恒重。酸性洗滌木質(zhì)素和酸不溶灰分測(cè)定將酸性洗滌纖維加入72%酸，在20°C消化池后過濾，并沖洗至中性。消化過程中溶解部分為纖維素，不溶解的殘?jiān)鼮樗嵝韵礈炷举|(zhì)素和酸不溶灰分，將殘?jiān)娓刹⒆茻一蠹纯傻贸鏊嵝韵礈炷举|(zhì)素和酸不溶灰分的含量。(4)結(jié)果計(jì)算中性洗滌纖維含量的計(jì)算NDF(% ) = (ffl-W2)/WX100注W1_玻璃坩堝和NDF重(g)W2_玻璃坩堝重(g)W_試樣重(g)酸性洗滌纖維含量的計(jì)算ADF(% ) = (G1-G2)/GX100注G1_玻璃坩堝和ADF重(g)G2_玻璃坩堝重(g)W_試樣重(g)半纖維素含量的計(jì)算半纖維素(％ ) = NDF(% )-ADF(% )纖維素含量的計(jì)算纖維素=ADF(% )_經(jīng)72%酸處理后的殘?jiān)?％ )酸性洗滌木質(zhì)素(ADL)含量的計(jì)算ADL(% )=殘?jiān)?％ )_灰分(硅酸鹽，％ )預(yù)處理水葫蘆的纖維素酶水解方法每個(gè)反應(yīng)體系中加入0. 05M檸檬酸緩沖液 (0. lmol/L檸檬酸A液準(zhǔn)確稱取C6H8O7 -H2O 21. 014g于500ml燒杯中，用少量蒸餾水溶解后移入IOOOml容量瓶定容。0. lmol/L檸檬酸鈉B液準(zhǔn)確稱取Na3C6H5O7 · 2H20 29. 412g 于500ml燒杯中，用少量蒸餾水溶解后移入IOOOml容量瓶定容。取A液205ml，B液充分混勻于IOOOml容量瓶定容即為0. 05M pH4. 8的檸檬酸緩沖液)4. 8mL，0. 2mL纖維素酶(Yakult. Co 日本，Cellulase R-10，10mg/mL)，0. Ig 不同預(yù)處理的水葫蘆樣品。50°C, 130rpm,搖床溫浴48h。反應(yīng)結(jié)束，4°C，12000rpm, IOmin,取上清，用于總還原糖的測(cè)定。酶解液總還原糖測(cè)定方法取水解上清液0. 2ml加入20ml刻度試管中，同時(shí)加入 1. 8ml蒸餾水和aiil DNS溶液，充分搖勻后沸水浴5min，冷卻后用蒸餾水定容至20ml，充分混勻。于MOnm處測(cè)定吸光值。通過標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出相應(yīng)的還原糖濃度(mg/ml)總還原糖含量(mg)=(還原糖濃度測(cè)定值X5)/0.2。目前，水葫蘆乙醇發(fā)酵前預(yù)處理多采用常溫長時(shí)間(Mh)處理或者自發(fā)酵條件。 本發(fā)明采用低酸、堿(0. S^U^dKw/v)濃度、高溫(100°c，12rc )、短時(shí)間(Ih)條件對(duì)水葫蘆樣品進(jìn)行預(yù)處理，具有產(chǎn)物酶解效率高、還原糖得率高和節(jié)約時(shí)間等優(yōu)勢(shì)。


圖1葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線。圖2預(yù)處理前水葫蘆中纖維素，半纖維素、木質(zhì)素含量測(cè)定。圖3不同預(yù)處理后水葫蘆中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量。
圖4不同預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)水葫蘆中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的相對(duì)去除率。圖5纖維素酶RlO對(duì)不同預(yù)處理水葫蘆材料的水解轉(zhuǎn)化率。圖6纖維素酶RlO處理對(duì)不同預(yù)處理水葫蘆材料的纖維素水解率。圖7不同預(yù)處理水葫蘆材料經(jīng)纖維素酶RlO處理后還原糖測(cè)定。
具體實(shí)施例方式(1)水葫蘆材料的收集，打撈新鮮水葫蘆，洗凈、干燥后，莖部和根部分開粉碎； (2)以范式纖維素測(cè)定法測(cè)定水葫蘆中半纖維素、纖維素和木質(zhì)素含量；C3)在100°C下，用 0. 5%U%>2% H2SO4(w/v)預(yù)處理水葫蘆 Ih ；⑷在 100°C下，用 0. 5%、1%、2% NaOH(w/v) 預(yù)處理水葫蘆Ih ； 預(yù)處理水葫蘆發(fā)酵相關(guān)品質(zhì)評(píng)價(jià)，包括不同預(yù)處理后水葫蘆中半纖維素、纖維素和木質(zhì)素含量、商業(yè)纖維素酶RlO對(duì)不同預(yù)處理后水葫蘆樣品的酶解效率等。 本發(fā)明使用的水葫蘆材料采用新鮮打撈的滇池水葫蘆，洗凈，晾干，80°C烘干，葉片、根部分別粉碎，葉片40目篩組分用于預(yù)處理。水葫蘆的酸預(yù)處理方法將上述過40目篩水葫蘆組分，以固液比1 10(v/v)加入裝有200mL 0. 5%U%>2% H2SO4(w/v)溶液的三角瓶中，100°C保溫lh。待冷卻，6層紗布過濾，濾渣水洗至中性，置于60°C烘干。水葫蘆的堿預(yù)處理方法將上述過40目篩水葫蘆組分，以固液比1 10(v/v)加入裝有200mL 0. 5% U % >2% NaOH(w/v)溶液的三角瓶中，100°C保溫lh。待冷卻，6層紗布過濾，濾渣水洗至中性，置于60°C烘干。實(shí)施例1 制作葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線葡萄糖是纖維素水解的主要產(chǎn)物。因此，通過測(cè)定不同預(yù)處理后水葫蘆樣品經(jīng)纖維素酶解后，酶解液中葡萄糖的含量，可以比較不同預(yù)處理?xiàng)l件的優(yōu)劣。樣品中葡萄糖產(chǎn)量的測(cè)定，首先需要制備葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線，其基本過程如下(1) lmg/mL葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液準(zhǔn)確稱取80°C烘至恒重的分析純葡萄糖lOOmg，置于小燒杯中，加少量蒸餾水溶解后，轉(zhuǎn)移到IOOmL容量瓶中，用蒸餾水定容至IOOmL,混勻，4°C冰箱中保存?zhèn)溆谩?2) 3，5- 二硝基水楊酸(DNS)試劑將6. 3g DNS和2M NaOH溶液，加到500mL含有185g酒石酸鉀鈉的熱水溶液中，再加5g結(jié)晶酚和5g亞硫酸鈉，攪拌溶解，冷卻后加蒸餾水定容至IOOOmL,貯于棕色瓶中備用。(3)制作葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線取11支20mL具塞刻度試管編號(hào)，按表1分別加入濃度為lmg/mL的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液、 蒸餾水和3，5-二硝基水楊酸(DNS)試劑，配成不同葡萄糖含量的反應(yīng)液。將各管搖勻，在沸水浴中準(zhǔn)確加熱5min，取出，冷卻至室溫，用蒸餾水定容至20mL，加塞后顛倒混勻，在分光光度計(jì)上進(jìn)行比色。調(diào)波長MOnm，用0號(hào)管調(diào)零點(diǎn)，測(cè)出1-10號(hào)管的光密度值。以光密度值為縱坐標(biāo)，葡萄糖含量(mg)為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。表1葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線制作lmg/mL葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液 GnL)蒸餾水 CmL)DNS (mL)葡萄糖《 (mg)
0022010. 21.820. 220.41.620.430.61.420.640.81. 220.851.01.021.061. 20.821. 271.40.621.481.60.421.691.80. 221.8102.0022.0 實(shí)施例2 預(yù)處理前水葫蘆中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量測(cè)定新鮮打撈的水葫蘆材料，洗凈，晾干，80°C烘干，葉片、根部分別粉碎，葉片40目篩組分用于纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量測(cè)定。準(zhǔn)確稱取l.OOOOg過40目篩樣品，用范氏測(cè)定纖維素含量法測(cè)定各組分含量。預(yù)處理前，水葫蘆干物質(zhì)中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量分別為25. 8%，32. 4%和14. 2%。實(shí)施例3 水葫蘆的預(yù)處理將過40目篩水葫蘆組分，以固液比1 10 (ν/ν)加入裝有200mL 0.5%U%>2% H2SO4(w/v) ^PO. 5%U%>2%Na0H(w/v)溶液的三角瓶中，100°C保溫lh。待冷卻，6層紗布過濾，濾渣水洗至中性，置于60°C烘干。水葫蘆樣品以固液比1 10(v/v)加入裝有200mL 水的三角瓶，100°C保溫lh，收集后作為對(duì)照。烘干后的樣品用于發(fā)酵相關(guān)品質(zhì)評(píng)價(jià)。實(shí)施例4 不同預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)水葫蘆發(fā)酵相關(guān)品質(zhì)的影響高溫條件下低濃度的酸、堿對(duì)水葫蘆的預(yù)處理能能破壞水葫蘆木質(zhì)纖維素的天然化學(xué)結(jié)構(gòu)、降低木質(zhì)素和半纖維素對(duì)纖維素的保護(hù)作用，從而改善木質(zhì)纖維素難分解的化學(xué)性質(zhì)、增加原料的疏松性以增加纖維素酶或微生物對(duì)纖維素的有效接觸。因此，本發(fā)明從以下幾個(gè)方面對(duì)不同預(yù)處理后水葫蘆的發(fā)酵相關(guān)品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)以尋找優(yōu)化的預(yù)處理?xiàng)l件， 包括不同預(yù)處理后水葫蘆中半纖維素、纖維素和木質(zhì)素含量、商業(yè)纖維素酶RlO對(duì)不同預(yù)處理后水葫蘆樣品的酶解效率等。1、不同條件預(yù)處理對(duì)水葫蘆中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量的影響過40目篩水葫蘆組分，以固液比1 10(v/v)加入裝有200mL 0. 5%U%>2% H2SO4(w/v) ΡΟ. 5%U%>2%Na0H(w/v)溶液的三角瓶中，100°C保溫lh。待冷卻，6層紗布過濾，濾渣水洗至中性，置于60°C烘干。準(zhǔn)確稱取l.OOOOg不同處理的水葫蘆樣品，用范氏測(cè)定纖維素含量法測(cè)定其中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等各組分的含量。從圖3和圖4可以看出使用堿預(yù)處理方法的材料中木質(zhì)素含量比較低，木質(zhì)素的相對(duì)去除率也比較高，而未處理樣品和酸處理樣品中木質(zhì)素含量較高，相比于堿處理酸處理材料的木質(zhì)素相對(duì)去除率相對(duì)較低，由此可以看出酸預(yù)處理對(duì)材料的木質(zhì)素去除效果較差。圖3可以看出堿處理材料比酸處理材料的半纖維素含量高，而酸處理材料的半纖維素含量非常少，在121°C時(shí)酸處理幾乎將材料中全部的半纖維素去除。從兩圖中可以看出隨著堿濃度的增加纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的去除率逐漸升高。0. 5% NaOH預(yù)處理材料的木質(zhì)素含量高于其他堿處理方法，木質(zhì)素的去除率低。1 % NaOH與2% NaOH預(yù)處理材料木質(zhì)素的去除及材料中木質(zhì)素含量相差不大，并且NaOH中半纖維素的保留量較2% NaOH 高，所以堿處理中NaOH是比較理想的預(yù)處理方法。酸預(yù)處理對(duì)材料的纖維素成分影響較低，對(duì)木質(zhì)素和半纖維影響較大，尤其是半纖維素成分。與2% H2SO4處理的材料中半纖維素含量都低于1%。隨著酸濃度的升高木質(zhì)素的去除率逐漸增加，在2% H2SO4 時(shí)木質(zhì)素含量最低，去除率最高。因此，該圖顯示酸預(yù)處理中2% 預(yù)處理為最佳預(yù)處理方法。處理前樣品總質(zhì)量為10g，圖3中y軸代表各種處理?xiàng)l件下纖維素、半纖維素和木質(zhì)素在剩余樣品中的含量。2、不同條件預(yù)處理對(duì)水葫蘆纖維素酶解特性的影響在生物乙醇的生產(chǎn)過程中經(jīng)過預(yù)處理的木質(zhì)纖維素材料還需要進(jìn)行纖維素酶的水解，并將原料中的纖維素成分轉(zhuǎn)化為可溶性糖才能被酵母等乙醇發(fā)酵菌利用生產(chǎn)乙醇。 因此，不同條件預(yù)處理過的水葫蘆樣品要進(jìn)行纖維素酶的糖化水解，測(cè)定其糖化水解率、纖維素轉(zhuǎn)化率和酶解的還原糖產(chǎn)量，以此來衡量適合于乙醇發(fā)酵的水葫蘆預(yù)處理方法。預(yù)處理過的水葫蘆按照25FPU/g水葫蘆加入纖維素酶，按照固液比1 50加入pH 4. 8的檸檬酸緩沖溶液，50°C，130rpm，搖床溫浴48h。反應(yīng)結(jié)束，4°C，12000rpm，lOmin，取0. 2ml上清液，用于總還原糖的測(cè)定，分別得出水葫蘆的糖化水解率、纖維素轉(zhuǎn)化率和酶解的還原糖產(chǎn)量。水葫蘆的酶解的還原糖產(chǎn)量是通過測(cè)定得到吸光度值，然后在葡糖糖標(biāo)準(zhǔn)曲線上得到其毫克數(shù)，反推水解液中的還原糖產(chǎn)量。總還原糖量=(測(cè)定值X5)/0.2。糖化水解率為轉(zhuǎn)化為還原糖的纖維素占底物總質(zhì)量的比率。糖化水解率=總還原糖量XO. 9。纖維素轉(zhuǎn)化率為轉(zhuǎn)化為可溶性糖的纖維素占底物中總纖維素的比率。纖維素轉(zhuǎn)化率=糖化水解率/ 纖維素含量百分比。由圖可以看出，對(duì)照樣品的糖化水解率、纖維素轉(zhuǎn)化率和酶解的還原糖產(chǎn)量都比預(yù)處理樣品的低。隨著堿濃度的升高堿預(yù)處理樣品的糖化水解率、纖維素轉(zhuǎn)化率和酶解的還原糖產(chǎn)量都逐漸增加。隨著酸濃度的增加，糖化水解率和酶解的還原糖產(chǎn)量逐漸升高，但因高濃度的酸預(yù)處理材料中纖維素脫除率升高，所以纖維素轉(zhuǎn)化率隨著酸濃度是升高而降低。從圖中可以看出在不同濃度不同條件的預(yù)處理方法中2% NaOH預(yù)處理的效果最好，所以對(duì)水葫蘆的乙醇發(fā)酵來說2% NaOH是最佳的水葫蘆預(yù)處理方法。
權(quán)利要求
1.一種水葫蘆的預(yù)處理方法，其特征是含有以下工藝步驟(1)水葫蘆材料的收集，打撈新鮮水葫蘆，洗凈、干燥后，葉片、莖部和根部分開粉碎；(2)以范式纖維素測(cè)定法測(cè)定水葫蘆中半纖維素、纖維素和木質(zhì)素含量；(3)在100°C下，用酸預(yù)處理水葫蘆Ih；(4)在100°C下，用堿預(yù)處理水葫蘆Ih；(5)預(yù)處理水葫蘆發(fā)酵相關(guān)品質(zhì)評(píng)價(jià)，包括不同預(yù)處理后水葫蘆中半纖維素、纖維素和木質(zhì)素含量、商業(yè)纖維素酶RlO對(duì)不同預(yù)處理后水葫蘆樣品的酶解效率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水葫蘆的預(yù)處理方法，其特征是所述干燥是在80°C烘干，葉片、莖部和根部分開粉碎時(shí)，過40目篩。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水葫蘆的預(yù)處理方法，其特征是所述步驟(3)在100°C 下，用酸預(yù)處理水葫蘆Ih是將過40目篩水葫蘆組分，以固液比1 10(v/v)加入裝有 200mL 0. 5%、1%或2% H2SO4(w/v)溶液的三角瓶中，100°C保溫lh，待冷卻，6層紗布過濾， 濾渣水洗至中性，置于60 V烘干。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水葫蘆的預(yù)處理方法，其特征是所述步驟(4)在100°C 下，用堿預(yù)處理水葫蘆Ih是將過40目篩水葫蘆組分，以固液比1 10(v/v)加入裝有 200mL 0. 5%、1%或2% NaOH(w/v)溶液的三角瓶中，100°C保溫lh，待冷卻，6層紗布過濾， 濾渣水洗至中性，置于600C烘干。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水葫蘆的預(yù)處理方法，含有以下工藝步驟(1)水葫蘆材料的收集，打撈新鮮水葫蘆，洗凈、干燥后，莖部和根部分開粉碎；(2)以范式纖維素測(cè)定法測(cè)定水葫蘆中半纖維素、纖維素和木質(zhì)素含量；(3)在100℃下，用0.5％、1％、2％H2SO4(w/v)預(yù)處理水葫蘆1h；(4)在100℃下，用0.5％、1％、2％NaOH(w/v)預(yù)處理水葫蘆1h；(5)預(yù)處理水葫蘆發(fā)酵相關(guān)品質(zhì)評(píng)價(jià)，包括不同預(yù)處理后水葫蘆中半纖維素、纖維素和木質(zhì)素含量、商業(yè)纖維素酶R10對(duì)不同預(yù)處理后水葫蘆樣品的酶解效率等。該方法處理得到的水葫蘆木質(zhì)纖維素原料可以用于提高纖維素酶或纖維素利用微生物(厭氧細(xì)菌、真菌、酵母)發(fā)酵轉(zhuǎn)化水葫蘆木質(zhì)纖維素原料為乙醇等。
文檔編號(hào)C12P19/14GK102199642SQ20111009271
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月13日
發(fā)明者嚴(yán)金平, 伊日布斯, 趙立峰 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)