蔗渣纖維素水解糖化的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種蔗渣纖維素水解糖化的方法,先將蔗渣進行預(yù)處理,然后進行酶水解糖化,其特征在于,所述的蔗渣預(yù)處理為將蔗渣和甘蔗尾梢混合物中加入水,用粉碎機粉粹,然后將粉粹后的混合物浸入氯化鐵和氫氧化鈉的混合溶液中處理,混合物在常溫下浸泡20?25小時;再加熱升溫至130℃?140℃蒸煮8?12小時,再用磨漿機疏解成纖維狀漿料,即完成預(yù)處理過程;將預(yù)處理后的纖維狀漿料置于反應(yīng)罐中,加入醋酸或醋酸鈉緩沖液,調(diào)節(jié)pH,并加入纖維素酶和木聚糖酶混合菌密封后置于搖床中反應(yīng),在30℃?45℃溫度下水解糖化50?80小時,即完成酶水解糖化過程。本發(fā)明生產(chǎn)成本低,能夠使得半纖維素和木質(zhì)素成分的完全分離,酶解率高。
【專利說明】
蔗渣纖維素水解糖化的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于生物化工、發(fā)酵工程與生物質(zhì)能源領(lǐng)域,特別是涉及一種蔗渣纖維素水解糖化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]蔗渣是甘蔗糖廠最大量的副產(chǎn)物,其產(chǎn)率為加工甘蔗量的24%_27%。我國是世界第三甘鹿種植大國,在南方地區(qū)鹿渣的產(chǎn)量達到7000 kt/a。鹿渣是一種豐富的可再生生物質(zhì)資源,其主要成分為纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素等天然高分子物質(zhì)。其中半纖維素主要是以木糖、阿拉伯糖聚合而成的木聚糖,而纖維素則是葡萄糖的聚合物。目前這些蔗渣除少量用于造紙外,絕大部分被燒掉或廢棄,不僅造成資源浪費,還嚴重污染環(huán)境。因此,如果能從甘蔗渣中提取出優(yōu)質(zhì)的纖維素應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和生態(tài)效。蔗渣可以蔗渣除部分用作造紙外,大部分作為廢棄物或作為鍋爐燃料,利用率不高。若能通過生物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用工程技術(shù)將蔗渣進行充分的綜合利用,將顯著提高其經(jīng)濟價值和環(huán)保價值。乙醇是來自生物質(zhì)資源的最有發(fā)展前景的液態(tài)燃料。以蔗渣為原料生產(chǎn)燃料乙醇首先要實現(xiàn)纖維素和半纖維素的水解。目前,半纖維素水解研究已進入成熟階段,但纖維素因其結(jié)構(gòu)特性以及水解過程中產(chǎn)物對水解反應(yīng)強烈的反饋抑制作用,水解比較困難。雖然人們對甘蔗渣的綜合利用做了大量的研究,但對于纖維素提取工藝方面的研究卻較少。甘蔗渣中纖維素和木質(zhì)素與半纖維素緊密地交織在一起,很難進行分離,而木質(zhì)素和半纖維素的存在又會破壞纖維素的加工性能。因此,如何在保持甘蔗渣纖維素提取量的基礎(chǔ)上,盡量脫除木質(zhì)素和半纖維素成為纖維素工業(yè)上一個重要而緊迫的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)成本低,能夠使得半纖維素和木質(zhì)素成分的完全分離,酶解率高的蔗渣纖維素水解糖化的方法,提高蔗渣生物質(zhì)資源的綜合利用率,實現(xiàn)環(huán)境效益和經(jīng)濟效益雙贏。
[0004]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:
一種蔗渣纖維素水解糖化的方法,先將蔗渣進行預(yù)處理,然后將預(yù)處理后的蔗渣進行酶水解糖化,其特征在于:所述的蔗渣預(yù)處理為將蔗渣和甘蔗尾梢混合后用粉碎機粉粹、過20-40目篩網(wǎng),然后將粉粹后的混合物浸入氯化鐵和氫氧化鈉的混合溶液中處理,固液比為1:10-20,混合物在常溫下浸泡20-25小時;再加熱升溫至130°C-140°C蒸煮8-12小時,反應(yīng)結(jié)束后的混合物用水洗至洗液呈中性,再用磨漿機疏解成纖維狀漿料,即完成預(yù)處理過程;所述的酶水解糖化為將預(yù)處理后的纖維狀漿料置于反應(yīng)罐中,按照固液比為1:25-30加入醋酸或醋酸鈉緩沖液,調(diào)節(jié)pH=4.8-5.0,并加入一定量的纖維素酶和木聚糖酶混合菌密封后置于搖床中反應(yīng),在30°C_45°C溫度下水解糖化50-80小時,即完成酶水解糖化過程。
[0005]進一步,所述蔗渣和甘蔗尾梢的重量比為6-7:2-3:1。
[0006]進一步,所述氯化鐵和氫氧化鈉混合溶液中碳酸鈉的濃度為70_75g/L,氫氧化鈉的濃度為20-25g/L。
[0007]進一步,所述纖維素酶和木聚糖酶混合菌的用量為1.5-2.0g/L。
[0008]進一步,所述纖維素酶和木聚糖酶的重量比為6-7:3-4。
[0009]進一步,所述纖維素酶的制備方法為:在溫度為25-35°C、pH=4.0-5.0的條件下,用里氏木霉作為宿主細胞分泌纖維素酶,其中,以煙草廢棄物作為碳源,豆餅粉為氮源,培養(yǎng)時間為6-10小時,通氣量0.4-1.0vvm,攪拌速度為200-500轉(zhuǎn)/分鐘。
[0010]進一步,所述木聚糖酶的制備方法為:以木聚糖酶生產(chǎn)菌株中挑選出黑曲霉誘變株作為生產(chǎn)菌株,在曲盤發(fā)酵培養(yǎng)基上進行固態(tài)發(fā)酵,獲得發(fā)酵曲料后對發(fā)酵曲料用緩沖液進行提取,獲得木聚糖酶液;所述曲盤發(fā)酵培養(yǎng)基的組成為:曲盤裝10g基料,(NH4)2SO4
0.5-1.5g,蛋白胨 0.5-lg,KH2PO4 0.3-0.4g,CaCl2 0.2-0.3g,ZnCl2 0.1-0.2g,MgSO40.Ι-Ο.2g ,Fe2(SO4)3 0.02-0.08g,吐溫40 0.4-0.8 g,自來水120_140mL,其中基料的組成為麩皮50-80 g,玉米芯10-40g,豆餅粉10-20g。
[0011]本發(fā)明突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步是:
1、本發(fā)明在蔗渣原料上加入一定量的甘蔗尾梢,能夠增加原料中纖維素的含量,提高酶解率,降低生產(chǎn)成本。
[0012]2、采用纖維素酶和木聚糖酶對蔗渣混合物進行雙酶糖化,能夠極大的減小產(chǎn)物的抑制作用以及產(chǎn)物的進一步降解,不僅提高了酶解得率,使得蔗渣的酶解效率得到較大提高,減少了酶的消耗,降低了生產(chǎn)成本。
[0013]3、本發(fā)明原料的預(yù)處理能夠使得半纖維素和木質(zhì)素成分的完全分離,纖維素含量從50%增加到80%以上,蔗渣纖維素表面呈現(xiàn)很多有序而清晰的空隙和凹孔,降低了纖維素的結(jié)晶度,提高了纖維素對酶的可及度。
[0014]4、本發(fā)明預(yù)處理混合溶液中添加氯化鐵溶液預(yù)處理原料,能有效地破壞木素與碳水化合物間的醚健,脫除蔗渣中的半纖維素,半纖維素脫除率可高達95%,并使預(yù)處理后蔗渣纖維素酶解率高達90%,實現(xiàn)蔗渣纖維素充分水解,提高蔗渣生物質(zhì)資源的綜合利用率。
【具體實施方式】
[0015]實施例1
本實施例所述的蔗渣纖維素水解糖化的方法,主要包括以下步驟:
先將蔗渣進行預(yù)處理,然后將預(yù)處理后的蔗渣進行酶水解糖化,所述的蔗渣預(yù)處理為將蔗渣和甘蔗尾梢混合后粉碎機粉粹、過20-40目篩網(wǎng),然后將粉粹后的混合物浸入氯化鐵和氫氧化鈉的混合溶液中處理,氯化鐵和氫氧化鈉混合溶液中碳酸鈉的濃度為70g/L,氫氧化鈉的濃度為20g/L,固液比為1:10,混合物在常溫下浸泡20小時;再加熱升溫至130°C蒸煮8小時,反應(yīng)結(jié)束后的混合物用水洗至洗液呈中性,再用磨漿機疏解成纖維狀漿料,即完成預(yù)處理過程;
所述的酶水解糖化為將預(yù)處理后的纖維狀漿料置于反應(yīng)罐中,按照固液比為1:25加入醋酸或醋酸鈉緩沖液,調(diào)節(jié)pH = 4.8-5.0,并加入一定量的纖維素酶和木聚糖酶混合菌密封后置于搖床中反應(yīng),在30°C溫度下水解糖化50-80小時,纖維素酶和木聚糖酶混合菌的用量為1.5g/L,纖維素酶和木聚糖酶的重量比為6:3,即完成酶水解糖化過程。
[0016]實施例2 本實施例所述的蔗渣纖維素水解糖化的方法,主要包括以下步驟:
先將蔗渣進行預(yù)處理,然后將預(yù)處理后的蔗渣進行酶水解糖化,所述的蔗渣預(yù)處理為將蔗渣和甘蔗尾梢混合后用粉碎機粉粹、過20-40目篩網(wǎng),然后將粉粹后的混合物浸入氯化鐵和氫氧化鈉的混合溶液中處理,氯化鐵和氫氧化鈉混合溶液中碳酸鈉的濃度為72g/L,氫氧化鈉的濃度為22g/L,固液比為1:15,混合物在常溫下浸泡22小時;再加熱升溫至138°C蒸煮10小時,反應(yīng)結(jié)束后的混合物用水洗至洗液呈中性,再用磨漿機疏解成纖維狀漿料,即完成預(yù)處理過程;
所述的酶水解糖化為將預(yù)處理后的纖維狀漿料置于反應(yīng)罐中,按照固液比為1:25-30加入醋酸或醋酸鈉緩沖液,調(diào)節(jié)pH=4.8-5.0,并加入一定量的纖維素酶和木聚糖酶混合菌密封后置于搖床中反應(yīng),在35°C溫度下水解糖化50-80小時,纖維素酶和木聚糖酶混合菌的用量為1.6/L,纖維素酶和木聚糖酶的重量比為7:3,即完成酶水解糖化過程。
[0017]實施例3
本實施例所述的蔗渣纖維素水解糖化的方法,主要包括以下步驟:
先將蔗渣進行預(yù)處理,然后將預(yù)處理后的蔗渣進行酶水解糖化,所述的蔗渣預(yù)處理為將蔗渣和甘蔗尾梢混合后用粉碎機粉粹、過20-40目篩網(wǎng),然后將粉粹后的混合物浸入氯化鐵和氫氧化鈉的混合溶液中處理,氯化鐵和氫氧化鈉混合溶液中碳酸鈉的濃度為74g/L,氫氧化鈉的濃度為24g/L,固液比為1:18,混合物在常溫下浸泡24小時;再加熱升溫至135°C蒸煮11小時,反應(yīng)結(jié)束后的混合物用水洗至洗液呈中性,再用磨漿機疏解成纖維狀漿料,即完成預(yù)處理過程;
所述的酶水解糖化為將預(yù)處理后的纖維狀漿料置于反應(yīng)罐中,按照固液比為1:25-30加入醋酸或醋酸鈉緩沖液,調(diào)節(jié)pH=4.8-5.0,并加入一定量的纖維素酶和木聚糖酶混合菌密封后置于搖床中反應(yīng),在42°C溫度下水解糖化50-80小時,纖維素酶和木聚糖酶混合菌的用量為1.8g/L,纖維素酶和木聚糖酶的重量比為6:4,即完成酶水解糖化過程。
[0018]實施例4
本實施例所述的蔗渣纖維素水解糖化的方法,主要包括以下步驟:
先將蔗渣進行預(yù)處理,然后將預(yù)處理后的蔗渣進行酶水解糖化,所述的蔗渣預(yù)處理為將蔗渣和甘蔗尾梢混合后用粉碎機粉粹、過20-40目篩網(wǎng),然后將粉粹后的混合物浸入氯化鐵和氫氧化鈉的混合溶液中處理,氯化鐵和氫氧化鈉混合溶液中碳酸鈉的濃度為75g/L,氫氧化鈉的濃度為25g/L,固液比為1: 20,混合物在常溫下浸泡25小時;再加熱升溫至140°C蒸煮12小時,反應(yīng)結(jié)束后的混合物用水洗至洗液呈中性,再用磨漿機疏解成纖維狀漿料,SP完成預(yù)處理過程;
所述的酶水解糖化為將預(yù)處理后的纖維狀漿料置于反應(yīng)罐中,按照固液比為1:30加入醋酸或醋酸鈉緩沖液,調(diào)節(jié)pH = 4.8-5.0,并加入一定量的纖維素酶和木聚糖酶混合菌密封后置于搖床中反應(yīng),在45°C溫度下水解糖化50-80小時,纖維素酶和木聚糖酶混合菌的用量為2.0g/L,纖維素酶和木聚糖酶的重量比為7:4,即完成酶水解糖化過程。
【主權(quán)項】
1.一種蔗渣纖維素水解糖化的方法,先將蔗渣進行預(yù)處理,然后將預(yù)處理后的蔗渣進行酶水解糖化,其特征在于:所述的蔗渣預(yù)處理為將蔗渣和甘蔗尾梢混合后用粉碎機粉粹、過20-40目篩網(wǎng),然后將粉粹后的混合物浸入氯化鐵和氫氧化鈉的混合溶液中處理,固液比為1:10-20,混合物在常溫下浸泡20-25小時;再加熱升溫至130°C-140°C蒸煮8-12小時,反應(yīng)結(jié)束后的混合物用水洗至洗液呈中性,再用磨漿機疏解成纖維狀漿料,即完成預(yù)處理過程; 所述的酶水解糖化為將預(yù)處理后的纖維狀漿料置于反應(yīng)罐中,按照固液比為1:25-30加入醋酸或醋酸鈉緩沖液,調(diào)節(jié)pH=4.8-5.0,并加入一定量的纖維素酶和木聚糖酶混合菌密封后置于搖床中反應(yīng),在30°C_45°C溫度下水解糖化50-80小時,即完成酶水解糖化過程。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蔗渣纖維素水解糖化的方法,其特征在于:所述蔗渣和甘蔗尾梢的重量比為6-7:2-3。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蔗渣纖維素水解糖化的方法,其特征在于:所述氯化鐵和氫氧化鈉混合溶液中碳酸鈉的濃度為70-75g/L,氫氧化鈉的濃度為20-25g/L。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蔗渣纖維素水解糖化的方法,其特征在于:所述纖維素酶和木聚糖酶混合菌的用量為I.5-2.0g/L。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蔗渣纖維素水解糖化的方法,其特征在于:所述纖維素酶和木聚糖酶的重量比為6-7:3-4。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蔗渣纖維素水解糖化的方法,其特征在于:所述纖維素酶的制備方法為:在溫度為25-35 0C、pH=4.0-5.0的條件下,用里氏木霉作為宿主細胞分泌纖維素酶,其中,以煙草廢棄物作為碳源,豆餅粉為氮源,培養(yǎng)時間為6-10小時,通氣量0.4-.1.0vvm,攪拌速度為200-500轉(zhuǎn)/分鐘。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蔗渣纖維素水解糖化的方法,其特征在于:所述木聚糖酶的制備方法為:以木聚糖酶生產(chǎn)菌株中挑選出黑曲霉誘變株作為生產(chǎn)菌株,在曲盤發(fā)酵培養(yǎng)基上進行固態(tài)發(fā)酵,獲得發(fā)酵曲料后對發(fā)酵曲料用緩沖液進行提取,獲得木聚糖酶液;所述曲盤發(fā)酵培養(yǎng)基的組成為:曲盤裝10g基料,(NH4)2SO4 0.5-1.5g,蛋白胨0.5-lg,KH2PO4.0.3-0.4g,CaCl2 0.2-0.3g,ZnCl2 0.1-0.2g,MgSO40.1-0.2g,F(xiàn)e2(SO4)3 0.02-0.08g,吐溫40.0.4-0.8 g,自來水120-140mL,其中基料的組成為麩皮50-80 g,玉米芯10_40g,豆餅粉10-20go
【文檔編號】C12N9/42GK105907814SQ201610519070
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年7月5日
【發(fā)明人】張聰聰
【申請人】張聰聰