專利名稱：一種提高秸稈還原糖含量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高秸桿還原糖含量的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，伴隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)的能源消費(fèi)逐漸增加。按照目前的開采和消耗速度估算，石油、天然氣和煤炭儲量只能供應(yīng)人類幾十年的時間。另一方面，隨著傳統(tǒng)能源的大量使用，環(huán)境污染問題也愈發(fā)嚴(yán)重，人類面臨著資源短缺和環(huán)境污染的雙重壓力。為了有效應(yīng)對這個全球性的難題，越來越多的國家把目光投在了可再生能源的開發(fā)和利用上來(A. J. Ragauskas, 2006)。目前，生物質(zhì)能源以其資源存量大、使用清潔的優(yōu)點越來越成為了發(fā)展的熱點(J. A. Antonius, 2006)。據(jù)有關(guān)部門估計,在未來十年間,可再生能源在全球能源中的比例會越來越大，預(yù)計會達(dá)到30%左右。目前生物質(zhì)能源主要是指生物柴油、燃料乙醇、沼氣等，目前來說，燃料乙醇是使用和生產(chǎn)最大的一種生物質(zhì)能源，也是一種很有市場潛力的可替代乙烯的重要工業(yè)原料(C. Martin, 2002)。因此，以多樣性生物質(zhì)為原料生產(chǎn)生物乙醇，既是解決我國農(nóng)村生物制廢棄資源、建設(shè)社會主義新農(nóng)村的重要手段，也是保障社會可持續(xù)發(fā)展的重要需求。纖維素是地球上分布最廣、含量最豐富、可以再生的一種天然多糖，纖維素是由纖維素二糖重復(fù)單元通過β - 1，4D糖苷鍵連接而成的高分子。纖維素中的葡萄糖屬于β - D-吡喃葡萄糖，由于它含有大量的羥基而容易形成分子內(nèi)和分子間氫鍵，使原本應(yīng)該親水的高分子鏈難溶、難熔，從而限制了其深加工和資源利用(張俐娜，2005)。因此通過特定的處理方法和技術(shù)手段改善纖維素的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，進(jìn)而形成一種具備新的生物特性高聚物具有十分重要的理論意義和經(jīng)濟(jì)價值。秸桿是木質(zhì)纖維素物質(zhì)的一種主要成分，以秸桿為原料來生產(chǎn)生物乙醇的技術(shù)已經(jīng)見于報導(dǎo)，這些技術(shù)工藝主要包含三個過程；即秸桿原料的預(yù)處理過程、原料的酶水解過程、生物發(fā)酵制取燃料乙醇的過程。目前為止，在這個工藝過程中，還存在幾個比較突出的問題，如過于昂貴的預(yù)處理費(fèi)用、高轉(zhuǎn)化率的微生物菌種還比較缺乏、酶解成本過高等。綜合起來講，預(yù)處理部分的成本要占整個處理成本的三分之一。目前秸桿的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和纖維素的結(jié)晶區(qū)使得纖維素酶的作用受到限制，纖維素酶很難進(jìn)入其中，這制約了生物降解反應(yīng)的有效進(jìn)行。因此，必須通過各種預(yù)處理手段對其進(jìn)行有效的預(yù)處理，應(yīng)用較多的方法包括物理的和化學(xué)的方法，這些方法都要達(dá)到破壞木質(zhì)纖維素的母體結(jié)構(gòu)，分離纖維素與木質(zhì)素、半纖維素的結(jié)合狀態(tài)，降低纖維素的結(jié)晶度，增加秸桿的孔隙率的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種提高秸桿還原糖含量的方法。本發(fā)明提供的提高秸桿還原糖含量的方法，包括如下步驟將秸桿進(jìn)行輻照。上述方法所述輻照步驟中，累計輻照劑量為50-1OOOkGy，優(yōu)選200-800kGy，更優(yōu)選 300-800kGy,具體為 200、300、500、800、1000、500-800、300-500、300_1000 或200-500kGy，輻照劑量率為O. 5kGy/h，輻照源6°Co - Y射線輻照源。所述方法，還包括如下步驟在所述輻照步驟之前將秸桿進(jìn)行粉碎，粉碎后秸桿的粒度為20-180目，優(yōu)選100目。所述方法，還包括如下步驟在所述輻照步驟之后，將所得秸桿酶解。所述酶解步驟中，所用酶為纖維素酶，酶活為1450-1500FPU/g，優(yōu)選1472FPU/g，該酶活的定義為在37°C，pH值為5. 5的條件下，每分鐘催化I μ mol纖維素所需要的酶量為I個酶活力單位；加入量為10-70mg酶/g底物，優(yōu)選50mg酶/g底物，所述底物為按照前述方法處理后所得產(chǎn)物；溫度為35-60°C，優(yōu)選50°C，時間為6-72小時，優(yōu)選48小時；pH值為 4. 0-5. 2，優(yōu)選 4. 8。所述方法，還包括如下步驟在所述酶解步驟之后將秸桿浸泡于堿的水溶液中。其中，所述堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水；所述堿的水溶液的質(zhì)量百分濃度為O. 25%_10%，具體為O. 25-4%或4%或2%或O. 25-2% 或 O. 5-4% 或 O. 5-2% 或 2-4% 或 O. 5% 或 1% 或 O. 25-1% 或 O. 5-1% 或 1-2% ；所述浸泡步驟中，時間為1-24小時，優(yōu)選10小時，具體為1-10小時或4-10小時或7-10小時或I小時或4小時或7小時或4-7小時；所述方法，還包括如下步驟在前述各方法的所有步驟之后，將所得秸桿室溫放置。所述放置步驟中，時間為0-30天，優(yōu)選16-20天，且時間不為0，具體為16天或20天或4天或8天或12天或4-20天或8-20天或12-16天或12-20天。上述方法適用于各種農(nóng)作物的秸桿，所述農(nóng)作物具體為玉米、小麥、水稻、棉花或甘蔗。本發(fā)明提供的提高秸桿還原糖含量的方法，具有操作簡單、所需處理時間短暫、明顯提高得糖率以及環(huán)境友好的獨特優(yōu)勢。輻照作用可改變玉米秸桿組織結(jié)構(gòu)特性，部分纖維素、半纖維素在輻照作用下被直接降解成小分子糖，致使輻照后的材料中還原糖含量增加。另一方面輻照作用于木質(zhì)纖維的空間結(jié)構(gòu)，破壞了纖維素與半纖維素和木質(zhì)素之間的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，利于纖維素酶進(jìn)入木質(zhì)纖維素內(nèi)部，擴(kuò)大了與纖維素的接觸面積，從而使酶解效率得以提聞。實驗結(jié)果表明，較高劑量能明顯提高玉米秸桿還原糖的含量，經(jīng)IOOOkGy劑量輻照后，玉米秸桿還原糖含量增加了 78. 07mg/g，增長率為317. 35%。輻照和酶解混合處理有明顯的協(xié)同效應(yīng)，粉碎至O. 150mm的秸桿，經(jīng)IOOOkGy劑量輻照后，其還原糖酶解得率為20. 51%。同時發(fā)現(xiàn)輻照后效應(yīng)對玉米秸桿酶解產(chǎn)糖有明顯的影響，以500kGy輻照的玉米秸桿，其輻照后還原糖得率在20d時達(dá)到最大值，還原糖得率與初始相比提高了 13. 68%ο較低劑量輻照(0-200kGy)對玉米秸桿酶解還原糖得率作用不明顯，但可大幅降低后續(xù)堿浸泡所需的用量和時間，與未經(jīng)輻照相比，處理堿液濃度和時間分別從10%和24h降低為2%和10h，這對降低成本和保護(hù)環(huán)境具有重要意義。


圖I為輻照劑量對玉米秸桿還原糖含量的影響。圖2為輻照酶解對玉米秸桿酶解產(chǎn)糖率的影響。圖3為輻照劑量對玉米秸桿粉末酶解還原糖得率的影響。圖4為輻照后效應(yīng)對玉米秸桿酶解產(chǎn)糖率的影響。圖5為輻照與弱堿液協(xié)同處理對玉米秸桿酶解產(chǎn)糖率的影響。圖6為NaOH溶液濃度對還原糖得率的影響。圖7為接枝率對吸附容量的影響。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明并不限于以下實施例。所述方法如無特別說明均為常規(guī)方法。所述原材料如無特別說明均能從公開商業(yè)途徑而得。下述實施例所用材料與試劑如下所示玉米秸桿，采自中國農(nóng)科院作物所試驗基地；纖維素酶，國藥集團(tuán)有限公司；乙酸、乙酸鈉、3，5- 二硝基水楊酸、氫氧化鈉等均為分析純試劑。所用實驗儀器如下所用輻照源為中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院原子能利用研究所的6tlCo Y射線輻照源，劑量率為O. 5kGy/h，吸收劑量均采用重鉻酸銀(Ag2Cr207)劑量計標(biāo)定，劑量計與中國計量科學(xué)院比對(NDAS)，誤差〈±3%。電子天平上海精密儀器儀表有限公司；紅外光譜儀BRUKERTENS0R37 ；水浴恒溫振蕩器THZ-82A型；紫外可見分光光度計北京普析通用儀器有限責(zé)任公司，T6型。紅外掃描中，所用紅外光譜儀的型號為BRUKER TENS0R37，KBr壓片法，在4000cm 1 600cm 1區(qū)間掃描。玉米秸桿中纖維素、半纖維素、木質(zhì)素含量的測定均按照如下文獻(xiàn)(王玉萬，徐文玉.木質(zhì)纖維素固體基質(zhì)發(fā)酵物中半纖維素、纖維素和木質(zhì)素的定量分析程序[J].微生物學(xué)通報，2002，14 (2) :81-84))中的方法進(jìn)行。玉米秸桿中還原糖含量的測定方法如下稱取玉米秸桿lg，于IOOmL三角瓶中，加入50mL蒸餾水。將三角瓶置于水浴恒溫振蕩器中，設(shè)置溫度為50°C、轉(zhuǎn)速為120r/min，水提12h后離心取上清液，測定其還原糖含量。設(shè)3組平行。還原糖產(chǎn)率指經(jīng)水提得到的還原糖的質(zhì)量占底物質(zhì)量的百分比。實施例I、I、輻照劑量對玉米秸桿酶解產(chǎn)糖率的影響具體方法為將原料秸桿剪切為Icm長便于輻照的小段秸桿后分裝于500ml密封玻璃瓶中，在室溫下進(jìn)行輻照。輻照劑量分別為0、50、100、200、300、500、800和IOOOkGy0源強(qiáng)為5. 9X1015Bq，劑量率為 O. 5kGy/h。
所得不同劑量輻照對玉米秸桿的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和還原糖成分含量的影響結(jié)果如圖I。由圖I可知，玉米秸桿經(jīng)輻照后，其還原糖含量存在幾個變化區(qū)域。當(dāng)輻射劑量
O- IOOkGy時，還原糖得率有輕微下降；當(dāng)輻射劑量為100 — 300kGy時，還原糖含量緩慢增加；當(dāng)輻照劑量為300 - SOOkGy時，還原糖含量增加比較明顯；當(dāng)輻照劑量繼續(xù)增加達(dá)800 - IOOOkGy時，還原糖含量繼續(xù)增加，但增加速率趨緩。玉米秸桿經(jīng)過IOOOkGy輻照后，玉米秸桿還原糖含量與對照相比增長率為317. 35%。2、輻照與酶解復(fù)合處理對玉米秸桿還原糖含量的影響具體方法為I)將原料秸桿剪切為Icm長便于輻照的小段秸桿后分裝于500ml密封玻璃瓶中，在室溫下進(jìn)行輻照。輻照劑量分別為0、50、100、200、300、500、800和IOOOkGy。源強(qiáng)為5. 9X1015Bq，劑量率為 O. 5kGy/h。2)將步驟I)所得輻照產(chǎn)物再進(jìn)行酶解，所用酶為纖維素酶，加酶量50mg/g底物(該底物也即輻照后的秸桿)，酶活為1472FPU/g，溫度為50°C，時間為48小時，pH值為4. 8。所得輻照與酶解復(fù)合處理對玉米秸桿還原糖含量的影響結(jié)果見圖2。由圖2可知，當(dāng)劑量小于300kGy時，還原糖含量變化緩慢；當(dāng)劑量大于300kGy時，還原糖含量變化顯著，并且輻照和酶水解表現(xiàn)出了很好的協(xié)同效應(yīng)，如經(jīng)IOOOkGy輻照后的玉米秸桿，其輻照酶解還原糖得率比單獨輻照和酶解還原糖得率之和提高7. 70mg/g。另外，在300 — 800kGy時，曲線斜率較大，還原糖得率提高較快；當(dāng)輻照劑量繼續(xù)增加時，曲線斜率有所放緩。3、秸桿粉末輻照酶解還原糖得率的變化具體方法為I)將作為原料的秸桿用粉碎機(jī)粉碎后，用100目標(biāo)準(zhǔn)篩選出所需粒度；2)將步驟I)所得粉碎后的秸桿分裝于500ml密封玻璃瓶中，在室溫下進(jìn)行輻照。輻照劑量分別為0、50、100、200、300、500、800和IOOOkGy。源強(qiáng)為5. 9 X 1015Bq，劑量率為O. 5kGy/h03)將步驟2)所得輻照產(chǎn)物再進(jìn)行酶解，所用酶為纖維素酶，加酶量50mg/g底物(該底物也即輻照后的秸桿)，酶活為1472FPU/g，溫度為50°C，時間為48小時，pH值為4. 8。所得秸桿粉末對輻照酶解還原糖得率的變化結(jié)果見圖3。由圖3可知，玉米秸桿經(jīng)粉碎處理后，其還原糖酶解得率隨輻照劑量的變化規(guī)律與未粉碎時保持一致，但是還原糖得率更高。與未經(jīng)粉碎時相比，粉碎后的秸桿經(jīng)IOOOkGy劑量輻照后，其還原糖酶解得率由16. 78%提高到了 20. 51%。粉碎和酶解協(xié)同預(yù)處理優(yōu)于單一的粉碎和酶解處理效果之和。可見,原料粒度的大小對酶解產(chǎn)糖有較大影響，粒度越細(xì)，與酶接觸的表面積就越多，將更利于酶解反應(yīng)的進(jìn)行。4、輻照后效應(yīng)對玉米秸桿酶解產(chǎn)糖率的影響輻照結(jié)束后，纖維素在一定時間內(nèi)會繼續(xù)降解的現(xiàn)象，稱為輻射降解的后效應(yīng)。具體方法為I)將作為原料的秸桿用粉碎機(jī)粉碎后，用100目標(biāo)準(zhǔn)篩選出所需粒度；2)將步驟I)所得粉碎后的秸桿分裝于500ml密封玻璃瓶中，在室溫下進(jìn)行輻照。輻照劑量分別為200、300、500kGy。源強(qiáng)為5. 9X 1015Bq，劑量率為O. 5kGy/h。
3)將步驟2)所得輻照產(chǎn)物再進(jìn)行酶解，所用酶為纖維素酶,加酶量50mg/g底物(該底物也即輻照后的秸桿)，酶活為1472FPU/g，溫度為50°C，時間為48小時，pH值為4. 8。將經(jīng)過上述步驟1)-3)處理后的秸桿每隔一定儲藏天數(shù)測定其還原糖含量的變化情況，其還原糖含量隨時間變化的情況見圖4。由圖4可知，隨著輻照儲藏天數(shù)的變化，樣品酶解還原糖得率逐漸提高，并且在達(dá)到最高值后又逐漸降低。與初始相比，經(jīng)200和300kGy劑量輻照后的秸桿，在輻照結(jié)束的第16天左右出現(xiàn)極大值，經(jīng)500kGy輻照的秸桿在20天左右出現(xiàn)極大值。以500kGy輻照劑量為例，其輻照后最大還原糖得率是初始值的113. 68%。在輻射結(jié)束后還存在著輻射交聯(lián)反應(yīng)和輻射降解作用，本實驗結(jié)果表明，在輻射后的初始一段時間，長鏈分子的剪切反應(yīng)優(yōu)于交聯(lián)反應(yīng)，使得纖維素輻射降解效應(yīng)增強(qiáng)，從而提高了還原糖得率。隨著樣品存放時間的繼續(xù)推移，交聯(lián)反應(yīng)將逐漸優(yōu)于剪切反應(yīng)，從而導(dǎo)致還原糖得率降低。輻照纖維素的后降解反應(yīng)是與時間相關(guān)的。5、NaOH處理對不同輻照劑量秸桿纖維素酶水解產(chǎn)糖的影響具體方法為I)將作為原料的秸桿用粉碎機(jī)粉碎后，用100目標(biāo)準(zhǔn)篩選出所需粒度；2)將步驟I)所得粉碎后的秸桿分裝于500ml密封玻璃瓶中，在室溫下進(jìn)行輻照。輻照劑量分別為50、100、200、300、500、800和IOOOkGy。源強(qiáng)為5. 9X 1015Bq，劑量率為O. 5kGy/h03)將步驟2)所得輻照產(chǎn)物再進(jìn)行酶解，所用酶為纖維素酶，加酶量50mg/g底物(該底物也即輻照后的秸桿)，酶活為1472FPU/g，溫度為50°C，時間為48小時，pH值為4. 8。4)將步驟3)所得產(chǎn)物于2% NaOH溶液浸泡24h，浸泡固液比m(g) :V (ml)=l:10,浸泡后以4000r/min離心lOmin，將殘渣和堿抽提液分離，在殘渣中加入250ml去離子水清洗，攪拌均勻后用I :10的鹽酸中和至中性，重復(fù)離心分離程序。每個樣品均重復(fù)用去離子水清洗、離心分離3次，殘渣于冷凍干燥2d。所得NaOH處理對不同輻照劑量秸桿纖維素酶水解產(chǎn)糖的影響結(jié)果見圖5。由圖5可知，玉米秸桿經(jīng)輻照再以NaOH溶液浸泡處理后，其酶解還原糖含量與未經(jīng)NaOH浸泡處理時(圖I)相比有了顯著提高。在50-200kGy劑量下，還原糖得率增加速率較快，在較高劑量下增加速度緩慢。200kGy輻照后的秸桿，經(jīng)NaOH浸泡后其還原糖得率已達(dá)到38. 77%,比經(jīng)IOOOkGy福照單一處理后的稻桿還原糖得率還要高。經(jīng)IOOOkGy福照和NaOH協(xié)同預(yù)處理的玉米秸桿，其酶解還原糖含量達(dá)到了 63. 28%，遠(yuǎn)高于單一輻照處理(20. 51%)和NaOH處理(19. 19%)之和，表明輻照和NaOH浸泡處理有很明顯的協(xié)同效應(yīng)。可見玉米秸桿經(jīng)輻照預(yù)處理后，由自由基誘導(dǎo)的一級和二級降解使其結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成發(fā)生變化，如纖維素聚合度的降低，這些變化將有利于堿浸潤及溶解作用的發(fā)揮。經(jīng)堿浸泡之后，由于堿對材料組分中木質(zhì)素和半纖維素的溶解可降低木質(zhì)素對纖維素酶解的保護(hù)。 6、NaOH溶液濃度對纖維素酶水解產(chǎn)糖的影響具體方法為I)將作為原料的秸桿用粉碎機(jī)粉碎后，用100目標(biāo)準(zhǔn)篩選出所需粒度；2)將步驟I)所得粉碎后的秸桿分裝于500ml密封玻璃瓶中，在室溫下進(jìn)行輻照。輻照劑量分別為50、100、200、300、500、800和IOOOkGy。源強(qiáng)為5. 9X 1015Bq，劑量率為O. 5kGy/h03)將步驟2)所得輻照產(chǎn)物再進(jìn)行酶解，所用酶為纖維素酶，加酶量50mg/g底物(該底物也即輻照后的秸桿)，酶活為1472FPU/g，溫度為50°C，時間為48小時，pH值為4. 8。4)將步驟3)所得產(chǎn)物分別于O. 25%,O. 5%、1%、2%、4%、6%、8%和10% NaOH溶液中浸泡24h，浸泡固液比m(g) :V (ml) =1:10，浸泡后以4000r/min離心lOmin，將殘渣和堿抽提液分離，在殘渣中加入250ml去離子水清洗，攪拌均勻后用I : 10的鹽酸中和至中性，重復(fù)離心分離程序。每個樣品均重復(fù)用去離子水清洗、離心分離3次，殘渣于冷凍干燥2d。所得NaOH溶液濃度對纖維素酶水解產(chǎn)糖的影響結(jié)果見圖6。另將原料秸桿按照如上不進(jìn)行步驟2)輻照處理所得產(chǎn)物作為對照。由圖6可知，對于先經(jīng)200kGy輻照的秸桿，再用濃度從O. 25%到4%的NaOH溶液處理，還原糖得率顯著提高，NaOH溶液濃度為4%時，還原糖得率為60. 73%，是O. 25% NaOH溶液浸泡時15. 23%的4倍。繼續(xù)增大堿溶液的濃度，還原糖得率有緩慢下降。這表明，經(jīng)200kGy輻照后的玉米秸桿較適宜的NaOH溶液濃度為4%。經(jīng)200kGy輻照后的玉米秸桿經(jīng)2% NaOH浸泡后其還原糖得率為52. 38%，其還原糖得率比以10% NaOH溶液浸泡未輻照樣品的還原糖得率41. 56%還高。這表明，玉米秸桿先以較低劑量輻照后，能顯著降低后續(xù)NaOH溶液浸泡所需的濃度。以NaOH溶液浸泡處理未輻照的玉米秸桿，其還原糖得率在NaOH溶液濃度低于1%時增長迅速，繼續(xù)加大至10%時，還原糖得率的增長速度變緩。7、NaOH溶液浸泡時間對纖維素酶水解產(chǎn)糖的影響具體方法為I)將作為原料的秸桿用粉碎機(jī)粉碎后，用100目標(biāo)準(zhǔn)篩選出所需粒度；2)將步驟I)所得粉碎后的秸桿分裝于500ml密封玻璃瓶中，在室溫下進(jìn)行輻照。輻照劑量分別為200kGy。源強(qiáng)為5. 9X 1015Bq，劑量率為O. 5kGy/h。3)將步驟2)所得輻照產(chǎn)物再進(jìn)行酶解，所用酶為纖維素酶,加酶量50mg/g底物(該底物也即輻照后的秸桿)，酶活為1472FPU/g，溫度為50°C，時間為48小時，pH值為4. 8。4)將步驟3)所得產(chǎn)物分別于2% NaOH溶液中分別浸泡1、4、7、10、14、18和24h，浸泡固液比m(g) :V (ml) =1:10，浸泡后以4000r/min離心lOmin，將殘渣和堿抽提液分離，在殘渣中加入250ml去離子水清洗，攪拌均勻后用I :10的鹽酸中和至中性，重復(fù)離心分離程序。每個樣品均重復(fù)用去離子水清洗、離心分離3次，殘渣于冷凍干燥2d。另將原料秸桿按照如上不進(jìn)行輻照所得產(chǎn)物作為對照。所得NaOH溶液浸泡時間對纖維素酶水解產(chǎn)糖的影響結(jié)果見圖7。由圖7可知，以NaOH溶液浸泡預(yù)處理未輻照的玉米秸桿，隨著浸泡時間的延長，還原糖得率增長明顯，其還原糖得率從浸泡Ih的13. 29%增加到24h的31. 98%，表明適當(dāng)延長NaOH溶液浸泡時間可提高還原糖得率。而對于先用200kGy輻照后的秸桿，NaOH溶液的浸漲溶解等反應(yīng)在IOh內(nèi)已基本達(dá)到飽和，繼續(xù)延長浸泡時間對提高還原糖得率的影響不大。這表明，用2% NaOH溶液室溫浸泡并經(jīng)200kGy輻照的玉米稻桿,較佳的浸泡時間是10h，其還原糖得率48. 34%，比以2% NaOH溶液浸泡未輻照樣品24h的還原糖得率(31. 98%)還高，表明玉米秸桿先用較低劑量輻照后，能顯著縮短后續(xù)NaOH溶液浸泡所需的時間。實驗結(jié)論輻照作用可改變玉米秸桿組織結(jié)構(gòu)特性，部分纖維素、半纖維素在輻照作用下被直接降解成小分子糖，致使輻照后的材料中還原糖含量增加。另一方面輻照作用于木質(zhì)纖維的空間結(jié)構(gòu)，破壞了纖維素與半纖維素和木質(zhì)素之間的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，利于纖維素酶進(jìn)入木質(zhì)纖維素內(nèi)部，擴(kuò)大了與纖維素的接觸面積，從而使酶解效率得以提高。實驗結(jié)果表明，較高劑量能明顯提高玉米稻桿還原糖的含量,經(jīng)IOOOkGy劑量福照后，玉米秸桿還原糖含量增加了 78. 07mg/g，增長率為317. 35%。輻照和酶解混合處理有明顯的協(xié)同效應(yīng)，粉碎至O. 150mm的秸桿，經(jīng)IOOOkGy劑量輻照后，其還原糖酶解得率為20. 51%。同時發(fā)現(xiàn)輻照后效應(yīng)對玉米秸桿酶解產(chǎn)糖有明顯的影響，以500kGy輻照的玉米秸桿，其輻照后還原糖得率在20d時達(dá)到最大值，還原糖得率與初始相比提高了 13. 68%ο較低劑量輻照(0-200kGy)對玉米秸桿酶解還原糖得率作用不明顯，但可大幅降低后續(xù)堿浸泡所需的用量和時間，與未經(jīng)輻照相比，處理堿液濃度和時間分別從10%和24h降低為2%和10h，這對降低成本和保護(hù)環(huán)境具有重要意義。
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權(quán)利要求
1.一種提高秸桿還原糖含量的方法，包括如下步驟將秸桿進(jìn)行輻照。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述輻照步驟中，累計輻照劑量為 50-1000kGy，優(yōu)選200_800kGy，輻照劑量率為O. 5kGy/h，輻照源6°Co - Y射線輻照源。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于所述方法，還包括如下步驟在所述輻照步驟之前將秸桿進(jìn)行粉碎，粉碎后秸桿的粒度為20-180目，優(yōu)選100目。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的方法，其特征在于所述方法，還包括如下步驟在所述輻照步驟之后，將所得秸桿酶解。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述酶解步驟中，所用酶為纖維素酶，酶活為1450-1500FPU/g,優(yōu)選1472FPU/g ;加入量為10_70mg酶/g底物，優(yōu)選50mg酶/g底物，所述底物為所述輻照處理所得產(chǎn)物；溫度為35-60°C，優(yōu)選50°C，時間為6-72小時，優(yōu)選 48小時；pH值為4. 0-5. 2，優(yōu)選4.8。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于所述方法，還包括如下步驟在所述酶解步驟后將秸桿浸泡于堿的水溶液中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水；所述堿的水溶液的質(zhì)量百分濃度為O. 25%-10% ；所述浸泡步驟中，時間為1-24小時，優(yōu)選10小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的方法，其特征在于所述方法，還包括如下步驟在權(quán)利要求1-7任一所述方法的所有步驟之后，將所得秸桿室溫放置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述放置步驟中，時間為0-28天，優(yōu)選 16-20天，且時間不為O。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一所述的方法，其特征在于所述秸桿為農(nóng)作物的秸桿，所述農(nóng)作物具體為玉米、小麥、水稻、棉花或甘蔗。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高秸稈還原糖含量的方法。該方法，包括如下步驟將秸稈進(jìn)行輻照。累計輻照劑量為50-1000kGy，優(yōu)選200-800kGy，輻照劑量率為0.5kGy/h。輻照源60Co-γ射線輻照源。所述方法，還包括如下步驟在所述輻照步驟之前將秸稈進(jìn)行粉碎，粉碎后秸稈的粒度為20-180目。還包括在所述輻照步驟之后將秸稈酶解、在酶解步驟之后將秸稈浸泡于堿的水溶液及室溫放置。該方法具有操作簡單、所需處理時間短暫、明顯提高得糖率以及環(huán)境友好的獨特優(yōu)勢。
文檔編號C12P19/14GK102978259SQ201210518298
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月5日
發(fā)明者哈益明, 唐洪濤, 李偉明, 王 鋒, 李慶鵬, 周洪杰, 靳婧 申請人:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所