专利名称：一种将木糖渣高效糖化的方法
技术领域：
本发明涉及生物化工技术领域，具体涉及一种将木糖渣高效糖化 的方法。
背景技术：
作为世界经济支柱的石油资源预计在数十年左右将会枯竭，因 此，石油替代品的开发研究迫在眉睫。目前有很多国家在研究以木 质生物资源为原料用生物转化法制备燃料乙醇，以替代或部分替代 储量有限的石油。' 木质生物资源的主要成分是纤维素、半纤维素和木素。其中，纤维素、半纤维素是可发酵糖的来源，含量占66~75 (纤维质原料 的绝干重量)。由己糖通过酿酒酵母发酵生成乙醇是很成熟的工艺， 当釆用纤维素酶水解木质生物资源制造乙醇时，纤维素酶必须接触 吸附到纤维素底物上才能使反应进行，因此，纤维素对纤维素酶的 可及性是决定水解速度的关键因素。影响纤维素酶解的主要因素有纤维素中的木质素含量、纤维素 的比表面积及纤维素的结晶度和聚合度，研究表明，木质素在酶解 时的起到了一定的屏蔽作用，木质素含量越大，酶解率越低；因此 木质纤维素类生物质若想提高提高酶解率，应降低纤维素中的木质 素量，减少其中的半纤维素量同时降低纤维素的结晶度及聚合度， 以增大纤维素与酶接触的比表面积；发明内容本发明的目的是提供一种将木糖渣高效糖化的方法，以解决现有 技术存在的上述不足。本发明提供一种将木糖渣高效糖化的方法，包括把木糖渣和浓3度为l~20%(wt/wt)的催化剂水溶液混合在一起，加热到70°C 180 'C下反应10 400分钟，固液分离后，将得到的固体进行酶解；所述 的催化剂为氢氧化钠溶液及亚硫酸钠水溶液混合物。其中，所述木糖渣绝干重量和催化剂水溶液的重量体积比是1: 1 20;所述木糖渣选自糠醛渣、玉米芯酸水解后的残渣或甘蔗渣水 解后的残渣。优选地，所述木糖渣绝干重量和催化剂水溶液的重量体积比是 1: 4~10。所述氢氧化钠溶液的质量百分比浓度为1 10%,亚硫酸钠溶液 的质量百分比浓度为0.1 20%。固液分离后，用水洗涤固相产物，将固体按一定的浓度投入反 应器内，调节pH及温度，加入相应的酶进行酶解，得到葡萄糖，然后由葡萄糖发酵其它生物化工产品；本发明使用纤维素酶进行酶解，其加入量为10 30FPIU/克底物，pH值在4.5 5.2,温度在46 50。C， 酶解时间为48 72小时。固液分离后得到的液相(蒸煮黑液)，经膜浓缩后，再进一步浓 缩制成磺化木素产品，减少了预处理的成本。本发明将木糖渣高效糖化的方法具有以下有益效果1) 酶解得到的糖液浓度高，总糖可达到15%以上，克服了其它 木质纤维素酶解糖液浓度低的缺点；2) 酶解液葡萄糖纯度高，杂糖含量较少，糖液可以满足其它发 酵工艺的要求；3) 蒸煮黑液中木素含量高，得到的磺化木素质量好，解决了碱 法蒸煮黑液废水的难题。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 下述实施例中所用的纤维素酶均为无锡杰能科生物工程有限公司生产的商品纤维素酶。 实施例1
在一个适当的反应备内，加入4000克含水量70%的玉米芯酸水 解后的残渣，然后按固液比l: 7 (玉米芯酸水解后的残渣绝干重量 和催化剂水溶液的重量比)的比例加入热的氢氧化钠和亚硫酸钠混 合溶液，氧氧化钠碱液浓度2.0%，亚硫酸钠浓度为1%,封好口后， 在85。C条件下加热1.5小时进行预处理，得到的浆液在2000rpm离 心机内离心，离心后的黑液经蒸发浓缩后，制成磺化木素产品；所 得固相加入反应釜中，同时加入一定量的水，用酸调节pH到4.8， 调节温度到50°C,向料液中加入纤维素酶，用酶量为30FPIU/克底 物(以干基计)，搅拌转速100rpm/min,酶解时间控制在72小时， 每24小时取样一次，利用DNS法测酶解液在的总糖浓度，利用高 效液相色谱法测酶解液中的总还原糖浓度；得到预处理后固体收率 为62.4%,总糖浓度16.2%,葡萄糖纯度卯.5%，纤维素酶解得率 88.5%。 实施例2
在一个适当的反应条内，加入4000克含水量70%的玉米芯酸水 解后的残渣，然后按固液比l: 7 (玉米芯酸水解渣绝干重量和催化 剂水溶液的重量比)的比例加入热的氢氧化钠和亚硫酸钠混合溶液， 碱液浓度2.0%，亚硫酸钠的浓度为0.8%,封好口后，在95'C条件 下加热1小时进行预处理，得到的浆液在2000rpm离心机内离心， 离心后的黑液经蒸发浓缩后，制成磺化木素产品；所得固相加入反 应釜中，同时加入一定量的水，用酸调节pH到4.8，调节温度到50 。C，向料液中加入纤维素酶，用酶量为30FPIU/克底物(以干基计)， 搅拌转速100rpm/min，酶解时间控制在72小时，每24小时取样一 次，利用DNS法测酶解液在的总糖浓度，利用高效液相色谱法测酶 解液中的总还原糖浓度；得到预处理后固体收率为63.4%，总糖浓度15.4%，葡萄糖纯度91.5%，纤维素酶解得率87.6%。 实施例3
在一个适当的反应釜内，加入4000克含水量70°/。的玉米芯酸水 解后的残渣，然后按固液比l: 7 (玉米芯酸水解渣绝干重量和催化 剂水溶液的重量比)的比例加入热的氢氧化钠和亚硫酸钠混合溶液， 碱液浓度2.0%，硫化度为1.5%,封好口后，在95'C条件下加热1 小时进行预处理，得到的浆液在2000rpm离心机内离心，离心后的 黑液经蒸发浓缩后，制成磺化木素产品；所得固相加入反应釜中， 同时加入一定量的水，用酸调节pH到4.8，调节温度到5(TC，向料 液中加入纤维素酶，用酶量为30FPIU/克底物(以干基计)，搅拌转 速100rpm/min,酶解时间控制在72小时，每24小时取样一次，利 用DNS法测酶解液在的总糖浓度，利用高效液相色谱法测酶解液中 的总还原糖浓度；得到预处理后固体收率为62.8%,总糖浓度15.8%， 葡萄糖纯度92.4%，纤维素酶解得率88.4%。 实施例4
在一个适当的反应条内，加入4000克含水量70%的玉米芯酸水 解后的残渣，然后按固液比l: 7 (玉米芯酸水解渣绝干重量和催化 剂水溶液的重量比)的比例加入热的氢氧化钠和亚硫酸钠混合溶液， 碱液浓度2.0%，亚硫酸钠的浓度为1.0%封好口后，在17(TC条件下 加热30分钟进行预处理，得到的浆液在2000rpm离心机内离心，离 心后的黑液经蒸发浓缩后，制成磺化木素产品；所得固相加入反应 釜中，同时加入一定量的水，用酸调节pH到4.8，调节温度到50°C， 向料液中加入纤维素酶，用酶量为30FPIU/克底物(以干基计)，搅 拌转速100rpm/min，酶解时间控制在72小时，每24小时取样一次， 利用DNS法测酶解液在的总糖浓度，利用高效液相色谱法测酶解液 中的总还原糖浓度；得到预处理后固体收率为50%，总糖浓度16.4%， 葡萄糖纯度96%,纤维素酶解得率90.6%。实施例5
在一个适当的反应条内，加入1200克切碎后的风干玉米秸秆， 然后按固液比1: 4 (玉米秸秆绝干重量和催化剂水溶液的重量比) 的比例加入热的氢氧化钠和亚硫酸钠混合溶液，碱液浓度2.0%，亚 硫酸钠的浓度为1.2%,封好口后，在14(TC条件下加热0.5小时进 行预处理，得到的浆液在2000rpm离心机内离心，离心后的黑液经 蒸发浓缩后，制成磺化木素产品；所得固相加入反应釜中，同时加 入一定量的水，用酸调节pH到4.8,调节温度到5(TC，向料液中加 入纤维素酶，用酶量为30FPIU/克底物(以干基计)，搅拌转速 100rpm/min，酶解时间控制在72小时，每24小时取样一次，利用 DNS法测酶解液在的总糖浓度，利用高效液相色谱法测酶解液中的 总还原糖浓度；得到预处理后固体收率为52.6%,酶解总糖浓度 12.2°/。，葡萄糖纯度75.0%,酶解总还原糖得率85.5%。 实施例6
在一个适当的反应釜内，加入1200克切碎后的风干玉米秸秆， 然后按固液比1: 7 (玉米秸秆绝干重量和催化剂水溶液的重量比) 的比例加入热的氢氧化钠和亚硫酸钠混合溶液，碱液浓度2.0%,亚 硫酸钠的浓度为1.2%，封好口后，在85'C条件下加热1.5小时进行 预处理，得到的浆液在2000rpm离心机内离心，离心后的黑液经蒸 发浓缩后，制成磺化木素产品；所得固相加入反应釜中，同时加入 一定量的水，用酸调节pH到4.8,调节温度到5(TC，向料液中加入 纤维素酶，用酶量为30FPIU/克底物(以干基计)，搅拌转速 100rpm/min,酶解时间控制在72小时，每24小时取样一次，利用 DNS法测酶解液在的总糖浓度，利用高效液相色谱法测酶解液中的 总还原糖浓度；得到预处理后固体收率为63.6%，酶解总糖浓度 10.2%，葡萄糖纯度74.6%,酶解总还原糖得率83.5%。
7实施例7
在一个适当的反应釜内，加入2000克的风干甘蔗糖渣，然后按 固液比1: 7(甘蔗渣绝干重量和催化剂水溶液的重量比)的比例加入 热的氢氧化钠和亚硫酸钠混合溶液，碱液浓度2.0%，亚硫酸钠的浓 度为1.0%,封好口后，在95'C条件下加热l.O小时进行预处理，得 到的浆液在2000rpm离心机内离心，离心后的黑液经蒸发浓缩后， 制成磺化木素产品；所得固相加入反应釜中，同时加入一定量的水, 用酸调节pH到4.8,调节温度到5(TC，向料液中加入纤维素酶，用 酶量为30FPIU/克底物(以干基计)，搅拌转速100rpm/min，酶解时 间控制在72小时，每24小时取样一次，利用DNS法测酶解液在的 总糖浓度，利用高效液相色谱法测酶解液中的总还原糖浓度；得到 预处理后固体收率为62.3%,酶解总糖浓度12.8/%，葡萄糖纯度 80.2%，酶解总还原糖得率86.5%。 实施例8
在一个适当的反应釜内，加入2000克的风干甘蔗糖渣，然后按 固液比1: IO(甘蔗渣绝干重量和催化剂水溶液的重量比)的比例加入 热的氢氧化钠和亚硫酸钠混合溶液，碱液浓度1.0%,亚硫酸钠的浓 度为18%，封好口后，在105'C条件下加热l.O小时进行预处理，得 到的浆液在2000rpm离心机内离心，离心后的黑液经蒸发浓缩后， 制成磺化木素产品；所得固相加入反应釜中，同时加入一定量的水， 用酸调节pH到4.8，调节温度到5(TC,向料液中加入纤维素酶，用 酶量为30FPIU/克底物(以干基计)，撹拌转速100rpm/min，酶解时 间控制在72小时，每24小时取样一次，利用DNS法测酶解液在的 总糖浓度，利用高效液相色谱法测酶解液中的总还原糖浓度；得到 预处理后固体收率为60.8%,酶解总糖浓度13.4/%，葡萄糖纯度 79.5%,酶解总还原糖得率87.5%。实施例9
在一个适当的反应条内，加入4000克含水量70%的玉米芯酸水 解后渣，然后按固液比l: 1 (玉米芯酸水解后渣绝干重量和催化剂 水溶液的重量体积比)的比例加入热的氢氧化钠和亚硫酸钠混合溶 液，碱液浓度10%,亚硫酸钠的浓度为10%,封好口后，在7(TC条 件下加热6小时进行预处理，得到的浆液在2000rpm离心机内离心， 离心后的黑液经蒸发浓缩后，制成磺化木素产品；所得固相加入反 应釜中，同时加入一定量的水，用酸调节pH到4.5，调节温度到50 'C，向料液中加入纤维素酶，用酶量为30FPIU/克底物(以干基计)， 撹拌转速100rpm/min，酶解时间控制在48小时，每24小时取样一 次，利用DNS法测酶解液在的总糖浓度，利用高效液相色谱法测酶 解液中的总还原糖浓度；得到预处理后固体收率为62.4%，葡萄糖 纯度85.9%,总糖浓度14.2%，纤维素酶解得率88.5%。 实施例10
在一个适当的反应釜内，加入1200克切碎后的风干玉米秸秆， 然后按固液比l: 20 (玉米秸秆绝干重量和催化剂水溶液的重量比) 的比例加入热的氢氧化钠和亚硫酸钠混合溶液，碱液浓度1.5%,亚 硫酸钠的浓度为0.5%，封好口后，在18(TC条件下加热IO分钟进行 预处理，得到的浆液在2000rpm离心机内离心，离心后的黑液经蒸 发浓缩后，制成磺化木素产品；所得固相加入反应釜中，同时加入 一定量的水，用酸调节pH到5.2，调节温度到46'C，向料液中加入 纤维素酶，用酶量为10FPIU/克底物(以干基计)，搅拌转速 100rpm/min，酶解时间控制在72小时，每24小时取样一次，利用 DNS法测酶解液在的总糖浓度，利用高效液相色谱法测酶解液中的 总还原糖浓度；得到预处理后固体收率为48.6%，酶解总糖浓度 10.2%,葡萄糖纯度78.2%,酶解总还原糖得率83.5%。
权利要求
1、一种将木糖渣高效糖化的方法，其特征在于，该方法包括把木糖渣和质量百分比浓度为1～20％的催化剂水溶液混合在一起，加热到70℃～180℃下反应10～400分钟，固液分离后，将得到的固体进行酶解；所述的催化剂为氢氧化钠溶液及亚硫酸钠溶液的混合物。
2、 根据权利要求l所述将木糖渣高效糖化的方法，其特征在于， 所述木糖渣选自糠醛渣、玉米芯酸水解后的残渣或甘蔗渣水解后的残 渣。
3、 根据权利要求l所述将木糖渣高效糖化的方法，其特征在于， 所述氢氧化钠溶液的质量百分比浓度为1~10%，亚硫酸溶液的质量百 分比浓度为0.1 20%。
4、 根据权利要求l所述将木糖渣高效糖化的方法，其特征在于， 所述木糖渣绝干重量和催化剂水溶液的重量比是1: 1 20。
5、 根据权利要求4所述将木糖渣高效糖化的方法，其特征在于， 所述木糖渣绝干重量和催化剂水溶液的重量比是1: 4 10。
6、 根据权利要求l所述将木糖渣高效糖化的方法，其特征在于， 使用纤维素酶进行酶解，其加入量为10 30FPIU/克底物，pH值在 4.5 5.2，温度在46 50。C，酶解时间为48 72小时。
全文摘要
本发明涉及一种将木糖渣高效糖化的方法，该方法包括把木糖渣和质量百分比浓度为1～20％的催化剂水溶液混合在一起，加热到70℃～180℃下反应10～400分钟，固液分离后，将得到的固体进行酶解；所述的催化剂为氢氧化钠溶液及亚硫酸钠溶液的混合物。根据本发明方法酶解得到的糖液浓度高，总糖可达到15％以上，克服了其它木质纤维素酶解糖液浓度低的缺点；酶解液葡萄糖纯度高，杂糖含量较少，糖液可以满足其它发酵工艺的要求；蒸煮黑液木素含量高，磺化木素质量好，解决了碱法蒸煮黑液废水的难题。
文档编号C12P19/00GK101624610SQ20091009018
公开日2010年1月13日 申请日期2009年7月31日 优先权日2009年7月31日
发明者尚海涛, 李荣杰, 薛培俭, 黄之文 申请人:安徽丰原发酵技术工程研究有限公司