专利名称：一种提高木质纤维素酶解糖化效率的方法
技术领域：
本发明涉及生物质新能源技术领域，特别涉及一种提高木质纤维素酶解糖化效率的方法。
背景技术：
当今世界急需一种新能源来替代日益枯竭的化石能源，从而降低化石能源所引起的经济、安全和环境压力。以木质纤维素为原料生产的生物乙醇被认为是化石能源的有益补充，具有低碳环保、资源丰富等优点，其有益于实现国家经济增长，能源安全和环境保护的目的。木质纤维素乙醇工艺主要包括原料的种植和收割、存储和粉碎、预处理、酶解、发酵和提纯等单元操作。其中原料的存储不但会影响生物质转运和理化特性，而且还会显著影响后续的预处理、酶解和发酵。同时，与原料存储相关所需成本在纤维素乙醇生产中占有很高比重，并且对乙醇产率有至关重要的作用。木质素和半纤维素对纤维素的保护作用以及纤维素本身的晶体结构，使天然木质纤维素本身结构紧密。如果直接对其进行水解，水解转化率极低。因此，必须对纤维素进行预处理。预处理方法主要包括物理法、化学法、物理化学法和生物法。蒸汽爆破被认为是一种具有广阔应用前景的预处理技术。蒸汽爆破过程主要包括两个过程:自水解过程和爆破过程。在高压状态下用蒸汽将待处理的原料加热到160°C -260°C，保持几分钟到十几分钟，使其充分的发生自水解，然后瞬间释压，使原料爆破。自水解过程释放的乙酸和其它酸催化半纤维素水解。在高温下，水也作为酸催化反应。自水解过程，胞间层的木质素软化并部分降解，从而削弱了纤维间的粘连作用。爆破过程，迅速的降压使得原料中的气相介质喷出、膨胀、对外做功，细胞从胞间层解离成单个纤维细胞，从而增加了原料酶解可及性。蒸汽爆破预处理具有不添加任何催化剂，处理时间短，对环境无污染等优点。但是，如何有效的将木质纤维素的存储方式与蒸汽爆破预处理结合实现木质纤维素的闻效利用尚无研究。
发明内容
本发明的目的是针对现有的存储方式技术效率低、成本高，以及低效的储存技术会导致预处理和酶解效率降低等问题，提供一种提高木质纤维素酶解糖化效率的方法。本发明的技术方案具体方法步骤如下:一种提高木质纤维素酶解糖化效率的方法，包括如下步骤:( I)将含水质量30%_75%的木质纤维素原料粉碎，封装在密封装置中，存储；(2)将步骤(I)获得的物料加入到蒸汽爆破反应器内，用蒸汽加热，瞬间释放压力，得到固液混合物，将固液混合物固液分离，固体用水洗、干燥；
(3)干燥物加入纤维素酶和水，调pH=4.5-5.5，酶解，再固液分离，得到富含葡萄糖和木糖的液体。
步骤(I)优选为:将含水质量为30%_75%的木质纤维素原料，粉碎至0.5cm-4.0cm长，以木质纤维素原料干重的密度为50g/L-150g/L封装在密封装置中，存储1-12个月。步骤(2 )优选为:将步骤(I)获得的物料加入到蒸汽爆破反应器内，用蒸汽加热至1700C _220°C，维持3-10min，瞬间释放压力，得到固液混合物，将固液混合物固液分离，固体用水洗、干燥。步骤(3)优选为:按Ig干燥物、5FPU-36FPU纤维素酶和9_24g水的比例将干燥物、纤维素酶加入到水中，调pH=4.5-5.5，酶解36-168h，再固液分离，得到富含葡萄糖和木糖的液体。木质纤维素原料的含水质量为35%_60%。木质纤维素原料为玉米秸杆、高粱秸杆、小麦秸杆或水稻秸杆。木质纤维素粉碎的长度为1.0cm-3.0cm0封装在密封装置中的密度为60g/L_120g/L。所述存储的时间优选为3-9个月。蒸汽加热的温度优选为190°C -210°C，维持5min-8min。本发明具有如下优点:(I)本发明的方法能够降低生物质的丢失，同时保持生物质结构的柔韧性和多孔性。(2)糖的回收 率高，降解产物少。酶解糖化率显著提高。
具体实施例方式下面通过具体实施例对本发明进一步说明:实施例1一种提高木质纤维素酶解糖化效率的方法，包括如下步骤:(I)将新收割的玉米秸杆干燥至含水质量为60%，然后用粉碎机粉碎，使长度为
2.8±0.2cm,以木质纤维素原料干重的密度为60g/L封装在密封袋中，存储9个月(2)将步骤(I)获得的物料加入到蒸汽爆破反应器的反应罐中，关闭物料进口阀，通入蒸汽加热，至反应温度为210°C，维持5min，瞬间释放压力，将物料爆破到接收罐中，冷却lOmin，开启物料出口阀，收集固液混合物，固液分离，固体用水清洗，在45°C下烘干，收集液体并测定成分，蒸汽爆破预处理葡聚糖回收率为100%，木聚糖回收率为72%(3)按Ig干燥后的干燥物、36FPU的纤维素酶和18g水的比例将干燥物和纤维素酶加到水中，用IM柠檬酸钠缓冲液调节溶液pH=5.0，在50°C，200rpm摇床中酶解反应168h，固液混合物在12000rpm下离心lOmin，得到富含葡萄糖和木糖的液体，酶解葡聚糖转化率为92%，木聚糖转化率为87%。实施例2一种提高木质纤维素酶解糖化效率的方法，包括如下步骤:(I)将新收割的高粱秸杆干燥至含水质量为35%，然后用粉碎机粉碎，使长度为
3.8±0.2cm,以木质纤维素原料干重的密度为50g/L封装在密封罐中，存储3个月；(2)将步骤(I)获得的物料加入到间歇式蒸汽爆破反应器的反应罐中，关闭物料进口阀，通入蒸汽加热，至反应温度为170°C，维持lOmin，瞬间释放压力，将物料爆破到接收罐中，冷却lOmin，开启物料出口阀，收集固液混合物，固液分离，固体用水清洗，在45°C下烘干,收集液体并测定成分,蒸汽爆破预处理葡聚糖回收率为98%，木聚糖回收率为75% ；(3)按Ig干燥后的干燥物、5FPU的纤维素酶和24g水的比例将干燥物和纤维素酶加到水中，用IM柠檬酸钠缓冲液调节溶液pH=5.5，在50°C，200rpm摇床中酶解反应120h，固液混合物在12000rpm下离心lOmin，得到富含葡萄糖和木糖的液体，酶解葡聚糖转化率为87%，木聚糖转化率为82%。实施例3一种提高木质纤维素酶解糖化效率的方法，包括如下步骤:(I)将新收割的小麦秸杆干燥至含水质量为30%，然后用粉碎机粉碎，使长度为
1.2 + 0.2cm,以木质纤维素原料干重的密度为120g/L封装在密封窖中，存储I个月；(2)将步骤(I)获得的物料加入到蒸汽爆破反应器的反应罐中，关闭物料进口阀，通入蒸汽加热，至反应温度为190°C，维持8min，瞬间释放压力，将物料爆破到接收罐中，冷却lOmin，开启物料出口阀，收集固液混合物，固液分离，固体用水清洗，在45°C下烘干，收集液体并测定成分，蒸汽爆破预处理葡聚糖回收率为90%，木聚糖回收率为62% ；(3)按Ig干燥后的干燥物、12FPU的纤维素酶和12g水的比例将干燥物和纤维素酶加到水中，用IM柠檬酸钠缓冲液调节溶液pH=4.5，在50°C，200rpm摇床中酶解反应96h，固液混合物在12000rpm下离心lOmin，得到富含葡萄糖和木糖的液体，酶解葡聚糖转化率为95%，木聚糖转化率为86%。实施例4 一种提高木质纤维素酶解糖化效率的方法，包括如下步骤:(I)将新收割的水稻秸杆干燥至含水质量为75%，然后用粉碎机粉碎，使长度为
0.7±0.2cm,以木质纤维素原料干重的密度为150g/L封装在密封袋中，存储12个月；(2)将步骤(I)获得的物料加入到间歇式蒸汽爆破反应器的反应罐中，关闭物料进口阀，通入蒸汽加热，至反应温度为220°C，维持3min，瞬间释放压力，将物料爆破到蒸汽爆破到接收罐中，冷却lOmin，开启物料出口阀，收集固液混合物，固液分离，固体用水清洗，在45°C下烘干，收集液体并测定成分，蒸汽爆破预处理葡聚糖回收率为95%，木聚糖回收率为68% ；(3)按Ig干燥后的干燥物、18FPU的纤维素酶和9g水的比例将干燥物和纤维素酶加到水中，用IM柠檬酸钠缓冲液调节溶液pH=5.0，在50°C，200rpm摇床中酶解反应36h，固液混合物在12000rpm下离心lOmin，得到富含葡萄糖和木糖的液体，酶解葡聚糖转化率为91%，木聚糖转化率为84%。
权利要求
1.一种提高木质纤维素酶解糖化效率的方法，其特征是包括如下步骤: (1)将含水质量30%-75%的木质纤维素原料粉碎，封装在密封装置中，存储； (2)将步骤(I)获得的物料加入到蒸汽爆破反应器内，用蒸汽加热，瞬间释放压力，得到固液混合物，将固液混合物固液分离，固体用水洗、干燥； (3 )干燥物加入纤维素酶和水，调pH=4.5-5.5，酶解，再固液分离，得到富含葡萄糖和木糖的液体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤(I)为:将含水质量为30%-75%的木质纤维素原料，粉碎至0.5cm-4.0cm长，以木质纤维素原料干重的密度为50g/L_150g/L封装在密封装置中，存储1-12个月。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤(2)为:将步骤(I)获得的物料加入到蒸汽爆破反应器内，用蒸汽加热至170°C _220°C，维持3-10min，瞬间释放压力，得到固液混合物，将固液混合物固液分离，固体用水洗、干燥。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤(3)为:按Ig干燥物、5FPU-36FPU纤维素酶和9-24g水的比例将干燥物、纤维素酶加入到水中，调pH=4.5-5.5，酶解36_168h，再固液分离，得到富含葡萄糖和木糖的液体。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是所述木质纤维素原料的含水质量为35%-60%。
6.根据权利要求1、2或5所述的方法，其特征是所述的木质纤维素原料为玉米秸杆、高粱稻杆、小麦稻杆或水稻稻杆。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是所述的木质纤维素粉碎的长度为1.0cm-3.0cm0
8.根据权利要求2所述的方法，其特征是密度为60g/L-120g/L。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征是所述存储的时间为3-9个月。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征是蒸汽加热的温度为190°C-210°C，维持5min-8min。
全文摘要
本发明公开了一种提高木质纤维素酶解糖化效率的方法，包括如下步骤(1)将含水质量30%-75%的木质纤维素原料粉碎，封装在密封装置中，存储；(2)将步骤(1)获得的物料加入到蒸汽爆破反应器内，用蒸汽加热，瞬间释放压力，得到固液混合物，将固液混合物固液分离，固体用水洗、干燥；(3)干燥物加入纤维素酶和水，调pH=4.5-5.5，酶解，再固液分离，得到富含葡萄糖和木糖的液体。本发明的方法能够降低生物质的丢失，同时保持生物质结构的柔韧性和多孔性。糖的回收率高，降解产物少。酶解糖化率显著提高。
文档编号C12P19/02GK103243136SQ20131016681
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月8日 优先权日2013年5月8日
发明者元英进, 刘志华, 秦磊, 李炳志 申请人:天津大学