蔗渣纖維素水解糖化的方法技術

本發明專利技術涉及一種蔗渣纖維素水解糖化的方法，先將蔗渣進行預處理，然后進行酶水解糖化，其特征在于，所述的蔗渣預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，即完成預處理過程；將預處理后的纖維狀漿料置于反應罐中，加入醋酸或醋酸鈉緩沖液，調節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，在30℃?45℃溫度下水解糖化50?80小時，即完成酶水解糖化過程。本發明專利技術生產成本低，能夠使得半纖維素和木質素成分的完全分離，酶解率高。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于生物化工、發酵工程與生物質能源領域，特別是涉及一種蔗渣纖維素水解糖化的方法。
技術介紹
蔗渣是甘蔗糖廠最大量的副產物，其產率為加工甘蔗量的24%-27%。我國是世界第三甘蔗種植大國，在南方地區蔗渣的產量達到7000 kt/a。蔗渣是一種豐富的可再生生物質資源，其主要成分為纖維素、半纖維素以及木質素等天然高分子物質。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，還嚴重污染環境。因此，如果能從甘蔗渣中提取出優質的纖維素應用于工業生產將會產生巨大的經濟效益和生態效。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。若能通過生物質轉化利用工程技術將蔗渣進行充分的綜合利用，將顯著提高其經濟價值和環保價值。乙醇是來自生物質資源的最有發展前景的液態燃料。以蔗渣為原料生產燃料乙醇首先要實現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，但纖維素因其結構特性以及水解過程中產物對水解反應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素與半纖維素緊密地交織在一起，很難進行分離，而木質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上，盡量脫除木質素和半纖維素成為纖維素工業上一個重要而緊迫的問題。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種生產成本低，能夠使得半纖維素和木質素成分的完全分離，酶解率高的蔗渣纖維素水解糖化的方法，提高蔗渣生物質資源的綜合利用率，實現環境效益和經濟效益雙贏。本專利技術是這樣實現的：一種蔗渣纖維素水解糖化的方法，先將蔗渣進行預處理，然后將預處理后的蔗渣進行酶水解糖化，其特征在于：所述的蔗渣預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，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℃-140℃蒸煮8-12小時，反應結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，即完成預處理過程；所述的酶水解糖化為將預處理后的纖維狀漿料置于反應罐中，按照固液比為1:25-30加入醋酸或醋酸鈉緩沖液，調節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，在30℃-45℃溫度下水解糖化50-80小時，即完成酶水解糖化過程。進一步，所述蔗渣和甘蔗尾梢的重量比為6-7:2-3:1。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。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。進一步，所述纖維素酶和木聚糖酶的重量比為6-7:3-4。進一步，所述纖維素酶的制備方法為：在溫度為25-35℃、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，培養時間為6-10小時，通氣量0.4-1.0vvm，攪拌速度為200-500轉/分鐘。進一步，所述木聚糖酶的制備方法為：以木聚糖酶生產菌株中挑選出黑曲霉誘變株作為生產菌株，在曲盤發酵培養基上進行固態發酵，獲得發酵曲料后對發酵曲料用緩沖液進行提取，獲得木聚糖酶液；所述曲盤發酵培養基的組成為：曲盤裝100g基料，(NH4)2SO4 0.5-1.5g，蛋白胨 0.5-1g， KH2PO4 0.3-0.4g，CaCl2 0.2-0.3g， ZnCl2 0.1-0.2g，MgSO40.1-0.2g，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。本專利技術突出的實質性特點和顯著的進步是：1、本專利技術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，降低生產成本。2、采用纖維素酶和木聚糖酶對蔗渣混合物進行雙酶糖化，能夠極大的減小產物的抑制作用以及產物的進一步降解，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，降低了生產成本。3、本專利技術原料的預處理能夠使得半纖維素和木質素成分的完全分離，纖維素含量從50%增加到80%以上，蔗渣纖維素表面呈現很多有序而清晰的空隙和凹孔，降低了纖維素的結晶度，提高了纖維素對酶的可及度。4、本專利技術預處理混合溶液中添加氯化鐵溶液預處理原料，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%，并使預處理后蔗渣纖維素酶解率高達90%，實現蔗渣纖維素充分水解，提高蔗渣生物質資源的綜合利用率。具體實施方式實施例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：先將蔗渣進行預處理，然后將預處理后的蔗渣進行酶水解糖化，所述的蔗渣預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，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℃蒸煮8小時，反應結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，即完成預處理過程；所述的酶水解糖化為將預處理后的纖維狀漿料置于反應罐中，按照固液比為1:25加入醋酸或醋酸鈉緩沖液，調節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，在30℃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。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：先將蔗渣進行預處理，然后將預處理后的蔗渣進行酶水解糖化，所述的蔗渣預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，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℃蒸煮10小時，反應結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，即完成預處理過程；所述的酶水解糖化為將預處理后的纖維狀漿料置于反應罐中，按照固液比為1:25-30加入醋酸或醋酸鈉緩沖液，調節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，在35℃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。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：先將蔗渣進行預處理，然后將預處理后的蔗渣進行酶水解糖化，所述的蔗渣預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，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本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種蔗渣纖維素水解糖化的方法，先將蔗渣進行預處理，然后將預處理后的蔗渣進行酶水解糖化，其特征在于：所述的蔗渣預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，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℃?140℃蒸煮8?12小時，反應結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，即完成預處理過程；所述的酶水解糖化為將預處理后的纖維狀漿料置于反應罐中，按照固液比為1:25?30加入醋酸或醋酸鈉緩沖液，調節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，在30℃?45℃溫度下水解糖化50?80小時，即完成酶水解糖化過程。

【技術特征摘要】
1.一種蔗渣纖維素水解糖化的方法，先將蔗渣進行預處理，然后將預處理后的蔗渣進行酶水解糖化，其特征在于：所述的蔗渣預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，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℃-140℃蒸煮8-12小時，反應結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，即完成預處理過程；所述的酶水解糖化為將預處理后的纖維狀漿料置于反應罐中，按照固液比為1:25-30加入醋酸或醋酸鈉緩沖液，調節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，在30℃-45℃溫度下水解糖化50-80小時，即完成酶水解糖化過程。2.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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1.5-2....

【專利技術屬性】
技術研發人員：張聰聰，
申請(專利權)人：張聰聰，
類型：發明
國別省市：廣西;45