专利名称：一种甘蔗渣高效糖化的方法
技术领域：
本发明属于生物化工技术领域，涉及一种甘蔗渣高效糖化的方法。
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。目前有很多囯家在研究以木质 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、半纤维素和木质素。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， 当采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三种，按影响程度大小依次是纤维 素的比表面积、纤维素中的木质素含量、纤维素的结晶度和聚合度， 研究表明，纤维素的比表面积越大，酶解作用越快，酶解率越高；酶 解时木质素对纤维素酶起到了一定的屏蔽作用，木质素含量越大，酶 解率越低；纤维素的结晶结构影响了纤维素酶向纤维素扩散传递速 度。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 的木质素量及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甘蔗渣高效糖化的方法，其釆取低浓度碱液情况下进行预处理，碱液能有效回收利用，酶解糖液不产生对发 酵有害的物质，同时提高了原料的酶解得率，可满足不同的生物质发 酵生产工艺。
为了实现本发明目的，本发明的一种甘蔗渣高效糖化的方法，其 包括以下步骤
1 )先将切碎的甘蔗渣与质量百分比浓度为0.1 10%的碱溶液在 55 140。C下进行蒸煮反应，时间控制在10 300min之间，甘蔗渣与碱 溶液的重量比为1:1 10;
2) 反应后进行分离，得固体产物和液体产物；
3) 所述固体产物经纤维素酶催化水解得酶解糖液；
4) 所述液体产物经膜过滤后，液体回收用步骤l)的反应，膜过 滤后的浓相(木质素)再经磺化后制成磺化木素产品。
其中，所述甘蔗渣的切碎粒度为0.01 50mm，优选的粒度为 0.1 30mm。
所述碱水溶液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，其质量百分比浓度优 选为1~3%。
所述甘蔗渣与碱溶液优选的重量比是1:3 10。
步骤l)中反应温度的控制可以用过热蒸汽或饱和蒸汽。
优选的温度控制范围是75 125'C，最优的温度范围是95 115。C。
较佳的反应时间是30 90min之间。
步骤2)中所述分离釆用离心分离，离心速率为2000 3000rpm。 步骤3)中经过处理后的固体产物中木质素含量已经降低了，有
利于酶解，所述纤维素酶的用量为15 30FPIU/克底物(以干基计)。 酶解过程中，酶解pH4.6 5.0，最优pH4.8,温度为48。C 50。C ，
最优温度50。C,搅拌转速100 200rpm，最优搅拌转速180rpm,酶解
时间控制在48 72小时，最优酶解时间控制在70小时。
步骤4)中所述膜过滤所釆用的过滤膜为有机膜，膜孔径的分子
4量为3000 4000。
步骤4)中所述的液体，经有机膜过滤后，大分子的木质素等有 机物被膜截留下来，而小分子的无机盐及大部分的水则穿透膜，膜透 淅项中含有的碱可以重新回步骤l)中重复利用，膜截留下来的浓相， 倒入反应釜内，温度在70 8(TC下，加入甲醛，甲醛总量为干物总量 的10~15%，反应2 3小时后，再升温到90 100。C，加入亚硫酸钠，亚 硫酸钠总量为总干物量的15 20%，反应3-4小时后，物料经喷雾干燥 就可制得磺化木素产品。
本发明所述酶解糖液可经过发酵生产酒精、丁二酸等发酵产品。
本发明釆用将甘蔗渣与一定浓度的热碱液混合均匀后，进行蒸 煮，再进行固液分离，分离后的黑液经膜处理后回收碱液以重复利用， 黑液中的木质素去磺化制成磺化木素产品，固相在常温常压下，经酶 的催化作用，酶解糖液质量好，可以直接发酵生产酒精、丁二酸等发 酵产品，解决了甘蔗厂的固体废弃物污染问题。
本发明以甘蔗渣为原料，釆取低浓度碱液情况下进行预处理，碱 液能有效回收利用，酶解糖液不产生对发酵有害的物质，同时经处理 后的物料酶解得率高，可满足不同的生物质发酵生产工艺。
具体实施例方式
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
司生产的纤维素酶。
实施例l
在一个适当的反应釜内，加入800克切碎后的风干的甘蔗渣(粒 度为0.1mm),水份在10%,然后按固液重量比1:8的比例加入热的 氢氧化钠溶液，碱液质量百分比浓度2%，封好口后，在95。C条件下 保温1.5小时进行预处理，得到的浆液在2000rpm离心机内离心，离 心后的黑液经有机膜(膜分子量3000)以回收其中的碱，膜滤后的浓相黑液倒入反应釜内，升温至70°C，加入甲醛，甲醛总量为干物
总量的10%,反应2小时后，再升温到9(TC，加入亚硫酸钠，亚硫 酸钠总量为总干物量的20%,反应3小时后，物料经喷雾干燥就可制 得磺化木素产品。
离心后所得固相加入容器中，同时加入同等固相重量的水，用 20% (g/100ml)浓度的稀硫酸调节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，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，酶解液总糖浓度16.4%,综纤维素酶 解得率88.4%。 实施例2
在一个适当的反应釜内，加入800克切碎后的甘蔗渣(粒度为 10mm)，水份在56°/。，然后按固液重量比1:10的比例加入热的氢氧 化钠溶液，碱液质量百分比浓度2%，封好口后，在10(TC条件下保 温1.0小时进行预处理，得到的浆液在2000rpm离心机内离心，离心 后的黑液经有机膜(膜分子量2000)以回收其中的碱，膜滤后的浓 相倒入反应釜内，升温至7(TC，加入甲醛，甲醛总量为干物总量的 10%,反应2小时后，再升温到9(TC,加入亚硫酸钠，亚硫酸钠总量 为总干物量的20%,反应3小时后，物料经喷雾干燥就可制得磺化木 素产品。
离心后所得固相加入容器中，同时加入同等固相重量的水，用 20% (g/100ml)浓度的稀硫酸调节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,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，酶解液总糖浓度15.8%，综纤维素酶 解得率89.2%。
6实施例3
在一个适当的反应釜内，加入1200克切碎后的甘蔗渣(粒度为 50mm)，水份在56%，然后按固液重量比1:6的比例加入热的氢氧化 钠溶液，碱液浓度1.8%，封好口后，在105。C条件下保温l.O小时进 行预处理，得到的浆液在3000rpm离心机内离心，离心后的黑液经有 机膜(膜分子量3000)以回收其中的碱，膜滤后的浓相倒入反应釜 内，升温至70°C,加入甲醛，甲醛总量为干物总量的10%，反应2 小时后，再升温到90°C,加入亚硫酸钠，亚硫酸钠总量为总干物量 的20%,反应3小时后，物料经喷雾干燥就可制得磺化木素产品。
离心后所得固相加入容器中，同时加入同等固相重量的水，用 20% (g/100ml)浓度的稀硫酸调节pH到4.6，调节温度到48匸，向 料液中加入纤维素酶，用酶量为20FPIU/克底物(以干基计)，搅拌 转速200rpm,酶解时间控制在70小时，每24小时取样一次，利用 DNS法测酶解液在的总糖浓度，酶解液总糖浓度16.7%,综纤维素酶 解得率90.2%。 实施例4
在一个适当的反应釜内，加入1200克切碎后的甘蔗渣(粒度为 30mm)，水份在56%，然后按固液重量比1:8的比例加入热的氢氧化 钠溶液，碱液浓度2.0%,封好口后，在85。C条件下保温1.0小时进 行预处理，得到的浆液在2500rpm离心机内离心，离心后的黑液经有 机膜(膜分子量3000)以回收其中的碱，膜滤后的浓相倒入反应釜 内，升温至70°C,加入甲醛，甲醛总量为干物总量的10%,反应2 小时后，再升温到90°C，加入亚硫酸钠，亚硫酸钠总量为总干物量 的20%,反应3小时后，物料经喷雾干燥就可制得磺化木素产品。
离心后所得固相加入容器中，同时加入同等固相重量的水，用 20% (g/100ml)浓度的稀硫酸调节pH到5.0，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,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，酶解液总糖浓度14.6%，综纤维素酶 解得率82.2%。 实施例5
在一个适当的反应釜内，加入2000克切碎后的甘蔗渣(粒度为 20mm),水份在56%,然后按固液重量比1:8的比例加入热的氢氧化 钠溶液，碱液浓度2.0%,封好口后，在14(TC条件下保温0.5小时进 行预处理，得到的浆液在2000rpm离心机内离心，离心后的黑液经有 机膜(膜分子量4000)以回收其中的碱，膜滤后的浓相倒入反应釜内， 升温至75'C,加入甲醛，甲醛总量为干物总量的15%,反应2小时 后，再升温到9(TC,加入亚硫酸钠，亚硫酸钠总量为总干物量的20%, 反应3小时后，物料经喷雾干燥就可制得磺化木素产品。
离心后所得固相加入容器中，同时加入同等固相重量的水，用 20% (g/100ml)浓度的稀硫酸调节pH到4.8，调节温度到48。C,向 料液中加入纤维素酶，用酶量为15FPIU/克底物(以干基计)，搅拌 转速180rpm，酶解时间控制在60小时，每24小时取样一次，利用 DNS法测酶解液在的总糖浓度，酶解液总糖浓度16.7%，综纤维素酶 解得率89.2%。 实施例6
在一个适当的反应釜内，加入2000克切碎后的甘蔗渣(粒度为 30mm),水份在56%，然后按固液重量比1:3的比例加入热的氢氧化钠 溶液，碱液浓度2.0%，封好口后，在115X:条件下保温2.0小时进行预 处理，得到的浆液在2000rpm离心机内离心，离心后的黑液经有机膜 (膜分子量3000 )以回收其中的碱，膜滤后的浓相黑液倒入反应釜内， 升温至8(TC，加入甲醛，甲醛总量为干物总量的10%，反应3小时后， 再升温到90'C,加入亚硫酸钠，亚硫酸钠总量为总干物量的20%,反 应3小时后，物料经喷雾干燥就可制得磺化木素产品。
8离心后所得固相加入容器中，同时加入1.5倍固相重量的水，用
20°/。 (g/100ml)浓度的稀硫酸调节pH到5.0，调节温度到50。C,向料 液中加入纤维素酶，用酶量为20FPIU/克底物(以干基计)，搅拌转速 150rpm，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，酶解液总糖浓度7.8%，综纤维素酶解得率 65.2%。 实施例7
在一个适当的反应釜内，加入2000克切碎后的甘蔗渣(粒度为 O.Olmm)，水份在56%,然后按固液比l:l的比例加入热的氢氧化钾溶 液，碱液浓度3%,封好口后，在125'C条件下保温3.0小时进行预处理， 得到的浆液在2000rpm离心机内离心，离心后的黑液经有机膜(膜分子 量3000)以回收其中的碱，膜滤后的浓相黑液倒入反应釜内，升温至 7(TC,加入甲醛，甲醛总量为干物总量的10%,反应2小时后，再升 温到95T，加入亚硫酸钠，亚硫酸钠总量为总干物量的18%,反应4 小时后，物料经喷雾干燥就可制得磺化木素产品。
离心后所得固相加入容器中，同时加入1.5倍固相重量的水，用 20% (g/100ml)浓度的稀硫酸调节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,酶解时间控制在70小时，每24小时取样一次，利用DNS法测 酶解液在的总糖浓度，酶解液总糖浓度6.1%，综纤维素酶解得率 51.2%。 实施例8
在一个适当的反应釜内，加入2000克切碎后的甘蔗渣(粒度为 30mm),水份在56。/。，然后按固液比l:6的比例加入热的氢氧化钠溶液， 碱液浓度1.0%，封好口后，在75'C条件下保温5.0小时进行预处理， 得到的浆液在2000rpm离心机内离心，离心后的黑液经有机膜(膜分子 量4000)以回收其中的碱，膜滤后的浓相黑液倒入反应釜内，升温至反应2小时后，再升 温到90。C，加入亚硫酸钠，亚硫酸钠总量为总干物量的20%，反应3 小时后，物料经喷雾干燥就可制得磺化木素产品。
离心后所得固相加入容器中，同时加入1.5倍固相重量的水，用 20% (g/100ml)浓度的稀硫酸调节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,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，酶解液总糖浓度6.8%,综纤维素酶解得率 54.2%。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详 尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本 领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础 上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
权利要求
1.一种甘蔗渣高效糖化的方法，其特征在于，其包括以下步骤1)先将切碎的甘蔗渣与质量百分比浓度为0.1～10％的碱溶液在55～140℃下进行蒸煮反应，时间控制在10～300min之间，甘蔗渣与碱水溶液的重量比为1∶1～10；2)反应后进行分离，得固体产物和液体产物；3)所述固体产物经纤维素酶催化水解得酶解糖液；4)所述液体产物经膜过滤后，液体回收用于步骤1)的反应，膜过滤后的浓相再经磺化反应后制成磺化木素产品。
2. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述甘蔗渣的切碎 粒度为0.01 50mm。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。
4. 根据权利要求l-3任意一项所述的方法，其特征在于，所述碱 溶液的质量百分比浓度为1~3%。
5. 根据权利要求l-4任意一项所述的方法，其特征在于，所述甘 蔗渣与碱溶液的重量比是1:3 10。
6. 根据权利要求l-5任意一项所述的方法，其特征在于，步骤l) 中反应温度为75 125i:,优选为95 115。C。
7. 根据权利要求l-6任意一项所述的方法，其特征在于，步骤l) 中反应时间为30 90min。
8. 根据权利要求l-7任意一项所述的方法，其特征在于，步骤3) 中所述纤维素酶的用量为15 30FPIU/克底物；酶解过程中，酶解pH 为4.6~5.0，温度为48 50。C，搅拌转速为100~200rpm,酶解时间控制 在48 72小时。
9. 根据权利要求l-8任意一项所述的方法，其特征在于，步骤2) 中所述分离采用离心分离，离心速率为2000 3000rpm。
全文摘要
本发明提供一种甘蔗渣高效糖化的方法，其采用将甘蔗渣与热碱液混合均匀后，进行蒸煮，再进行固液分离，分离后的黑液经膜处理后回收碱液以重复利用，黑液中的木质素去磺化制成磺化木素产品，固相在常温常压下，在酶的催化作用下酶解，酶解糖液质量好，可以直接发酵生产酒精、丁二酸等发酵产品，解决了甘蔗厂的固体废弃物污染问题。本发明先对甘蔗渣进行预先处理，可以减少原料中对发酵有害的物质，碱液能有效回收利用，酶解糖液不产生对发酵有害的物质，同时经处理后的物料酶解得率高，可满足不同的生物质发酵生产工艺。
文档编号C12P19/14GK101619332SQ20091009050
公开日2010年1月6日 申请日期2009年8月13日 优先权日2009年8月13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