专利名称:提高糖化效率的纤维素组合物及制糖方法
技术领域：
本发明属于生物新能源领域，具体是涉及一种低能耗、低污染预处理木质纤维素类植物材料提高糖化效率的方法。
背景技术：
由于全球人口的增加及工业化的发展，对能源的需求愈发增加，化石燃料的储量日趋减少。同时，由于生产加工成本高，导致大量废气、废物、废水排放到环境中，加剧了地球温暖化。环境问题已经引起国际上的充分重视，一方面提倡节能减排，并从制度上加以约束，另一方面，开发新的可替代石油和天然气的再生新能源热潮在世界范围内兴起。其中，利用富含淀粉且产量高的玉米或是富含糖的甜菜等植物生产柴油或乙醇作为燃料是典型的例子。此外还有诸如含油的树木或作物转化柴油等。但是利用树木生产燃料会破坏 生态平衡，利用作物生产燃料会产生与人类争地争粮食等问题，因此，这方面的开发没有潜力。近年来，利用农林业下脚料生产乙醇或柴油的研究方兴未艾，申报专利的也不少，生产工艺有以下几种方法用高温、高压、强酸、强碱等直接糖化法，以及利用纤维素、半纤维素酶分解产生糖的糖化法。但是这些植物材料中富含的木质素不能被分解利用，其独特的解构和分布也限制了包埋其中的纤维素及半纤维素的分解利用，使得乙醇或是柴油的得率过低，对造纸业也有影响。此外，高温高压法消耗能源太多，酸解法或碱解法涉及到酸或碱的中和，会造成环境污染。这些方法工艺复杂，对设备要求高，成本也高且破坏生态环境，即使是先用能够分泌漆酶等分解木质素分解酶的菌类预处理也涉及到成本高，工艺复杂等问题。因此，限制了农林下脚料生产再生能源的开发。
公开号CN 101434977A(申请号200810243558. 7)的中国专利文献涉及一种处理木质纤维素制糖的新方法，包括挤压膨化预处理、纤维素酶复配和酶解糖化、糖液收集过程将至少两种纤维素酶与木聚糖酶混合得到复配纤维素酶后，加入挤压膨化预处理过的木质纤维素原料中，一步酶解糖化处理得到总糖液。但其缺点是需要膨化处理的特殊设备，成本高，该专利中介绍的方法还包括将木质纤维素用稀酸或稀碱预处理，也会增加对酸或碱的回收成本，增加环境负荷。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种提高糖化效率的纤维素组合物及制糖方法，以便降低糖化酶使用量，缩短糖化时间及提高糖化效率。
本发明的技术方案是提高糖化效率的纤维素组合物，由农林下脚料、占农林下脚料重量0. 1-15%的糠麸和占农林下脚料重量0. 1-1%的添加剂组成。优选的方案是，糠麸占农林下脚料重量的1_15%，添加剂占农林下脚料重量的0. 1-0. 5%。更优选的方案是，糠麸占农林下脚料重量的5-10%，添加剂占农林下脚料重量的0. 3-0. 5%。
所述的提高糖化效率的纤维素组合物，优选的方案是，所述添加剂为无机盐、阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂。更优选的是，所述的无机盐为钠盐或锰盐，所述的钠盐具体是硫酸钠、亚硫酸钠或亚硫酸氢钠，所述的猛盐具体是高猛酸钾、硫酸猛或氯化猛。
所述的提高糖化效率的纤维素组合物，优选的方案是，所述的阴离子表面活性剂具体是烷基二苯基氧化物二磺酸盐、二辛基磺基丁二酸酯、磷酸酯或磺酸盐，所述的非离子表面活性剂具体是低泡沫表面活性剂、嵌段聚醚和E0/P0共聚物、支链醇聚氧乙烯醚、仲醇聚氧乙烯醚、烷基糖苷或特殊烷氧基化物。
所述的提高糖化效率的纤维素组合物，优选的方案是，所述的农林下脚料是指秸杆、锯末、棉籽皮、树枝、甘蔗渣或甜菜渣。
本发明还提供了所述的提高糖化效率的纤维素组合物的制糖方法，步骤如下
(I)将各原料混合后粉碎，过1525目筛，得细粉；
(2)将步骤(I)所得细粉用蒸馏水悬浊，加入糖化酶，调pH为4. 0-5. 0，于45-55°C下震荡培养30-50h，农林下脚料与所用蒸馏水之比为I : 45-55(质量体积)。
(3)过滤或离心，上清液即为含有糖类的可用于生物转化乙醇或柴油的原料(分解纤维素得到葡萄糖，分解半纤维素得到木糖和葡萄糖)。
所述的制糖方法，优选的方案是，步骤如下
(I)将各原料混合后粉碎，过20目筛，得细粉；
(2)将步骤(I)所得细粉用蒸馏水悬浊，加入糖化酶，调pH为4.5，于50°C下震荡培养36h，农林下脚料与所用蒸馏水之比为I : 50(质量体积)。
(3)过滤或离心，上清液即为含有糖类的可用于生物转化乙醇或柴油的原料。
所述的制糖方法，优选的方案是，所述糖化酶为纤维素酶或半纤维素酶，所述的纤维素酶具体是纤维素酶EN0029，所述的半纤维素酶具体是木聚糖酶。所述糖化酶中纤维素酶与木聚糖酶的使用比例是每克原料加入纤维素酶80-160U，加入木聚糖酶20-40U (即两种酶的使用比例是4 1，使用量为100-200U/g)。
在本发明中，所述的糠麸是指米糠麦麸等富含植物种子糊粉层成分的农副产品。所述的钠盐以亚硫酸氢钠较为经济，性价比高。
本技术利用富含木质素纤维素的农林植物下脚料，能够减轻环境负担，变废为宝，同时，本技术由于在原料中同时掺加了糠麸及活性剂等成分，在粉碎的同时这些成分会加剧木质纤维素的结构破坏，使用简易的粉碎机就能够达到或是超过膨化处理、高压处理等繁琐方法达到的效果，本设计的处理方法能够大幅降低能耗和成本，预处理方法对环境安全且处理效果好，同时能够大幅提高糖的得率。
除此之外，本发明的技术效果还体现在
I、不需要特殊的设备，只需要普通的粉碎机械。
2、不使用酸和碱等化学处理方法，生产工艺中不涉及酸碱中和以及酸或碱回收等操作，也不使用高温水解等方法，因此，生产成本低廉，不污染环境。
3、在使用的酶量减少的情况下仍能获得较高的转化率，而且糖化处理时间缩短，节省了成本和时间，能够提高工作效率。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明的方案，但保护范围不被此限制。
实施例中所用原料用量及其他数据指标见表1，对照例中的农林下脚料为稻草或锯末(针对各实例选用相应的原料)，所用钠盐为亚硫酸氢钠，锰盐为硫酸锰，所用糖化酶为纤维素酶EN0029(购自上海斯高勒生物有限公司，酶活为1500U/ml)和木聚糖酶(购自山东泽生生物科技公司，酶活为1500U/ml)。
实施例I :利用提高糖化效率的纤维素组合物的制糖方法，步骤如下
(I)将各原料(所用农林下脚料为稻草，所用添加剂为锰盐，具体为硫酸锰，购自普通试剂公司)按照表I的用量混合后粉碎，过15目筛，得细粉；
(2)将步骤(I)所得细粉用蒸馏水悬浊，加入糖化酶，调pH为4.0，于45°C下震荡培养50h。
(3)过滤或离心，上清液即为含有糖类的可用于生物转化乙醇或柴油的原料。
实施例2 :提高糖化效率的纤维素组合物的制糖方法，步骤如下
(I)将各原料(所用农林下脚料为稻草，所用添加剂为阴离子表面活性剂，具体是烷基二苯基氧化物二磺酸盐，购自普通试剂公司)按照表I的用量混合后粉碎，过25目筛，得细粉；
(2)将步骤(I)所得细粉用蒸馏水悬浊，加入糖化酶，调pH为5.0，于55°C下震荡培养30h。
(3)过滤或离心，上清液即为含有糖类的可用于生物转化乙醇或柴油的原料。
实施例3 :提高糖化效率的纤维素组合物的制糖方法，步骤如下
(I)将各原料(所用农林下脚料为稻草，所用添加剂为非离子表面活性剂，具体是支链醇聚氧乙烯醚，购自普通试剂公司)按照表I的用量混合后粉碎，过20目筛，得细粉；
(2)将步骤(I)所得细粉用蒸馏水悬浊，加入糖化酶，调pH为4.5，于50°C下震荡培养36h。
(3)过滤或离心，上清液即为含有糖类的可用于生物转化乙醇或柴油的原料。
实施例4 :提高糖化效率的纤维素组合物的制糖方法，步骤同实施例1，但所用农林下脚料为甜菜渣，所用钠盐为亚硫酸氢钠，调PH为4. 0，于45°C下震荡培养28h。
实施例5 :提高糖化效率的纤维素组合物的制糖方法，骤同实施例2，但所用农林下脚料为锯末，调pH为5. 0，于55°C下震荡培养50h。
实施例6 :提高糖化效率的纤维素组合物的制糖方法骤同实施例3，但所用农林下脚料为树枝，调pH为4. 5，于50°C下震荡培养36h。
计算糖的转化率方法是将过滤后所得残渣烘干后称重。糖的转化率=(糖化前原料重糖化后残渣重)/糖化前原料重*100% (糖化前后原料重均扣除糠麸和钠盐)。
表I
原料序号原料巫g 蒸馏水ml 糖化酶U pH 温度°C 转化率
___%
对照例〗、稻草+糠麸+ I100+0丄05000 20000 4.04520
袖上卜'
_2 100+10+0 4500 18000 4.5_50_33
2、锯末+糠麩 + 3 100+0-0 5000 20000 4.04521
* '~
4 100+15104500180004. 5__50__32[0044]
权利要求
1.提高糖化效率的纤维素组合物的制糖方法，其特征是，步骤如下 (1)将各原料混合后粉碎，过15-25目筛，得细粉； (2)将步骤(I)所得细粉用蒸馏水悬浊，加入糖化酶，调pH为4.0-5.0，于45-551下震荡培养30-50h，农林下脚料与所用蒸馏水之比为I : 45-55; (3)过滤或离心，上清液即为含有糖类的可用于生物转化乙醇或柴油的原料； 所述的纤维素组合物，由农林下脚料、占农林下脚料重量0. 1-15%的糠麸和占农林下脚料重量0. 1-1%的添加剂组成；所述的农林下脚料是指秸杆、锯末、棉籽皮、树枝、甘蔗渣或甜菜渣；所述添加剂为无机盐、阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂；所用糖化酶为纤维素酶EN0029和木聚糖酶，纤维素酶与木聚糖酶的比例是4 1，使用量为100-200U/g。
2.根据权利要求
I所述的制糖方法，其特征是，步骤如下 (1)将各原料混合后粉碎，过20目筛，得细粉； (2)将步骤(I)所得细粉用蒸馏水悬浊，加入糖化酶，调pH为4.5，于50°C下震荡培养36h，农林下脚料与所用蒸馏水之比为I : 50; (3)过滤或离心，上清液即为含有糖类的可用于生物转化乙醇或柴油的原料。
3.根据权利要求
I所述的制糖方法，其特征是，糠麸占农林下脚料重量的5-10%，添加剂占农林下脚料重量的0. 3-0. 5%。
4.根据权利要求
I所述的制糖方法，其特征是，所述的无机盐为钠盐或锰盐，所述的钠盐具体是硫酸钠、亚硫酸钠或亚硫酸氢钠，所述的猛盐具体是高猛酸钾、硫酸猛或氯化猛。
5.根据权利要求
I所述的制糖方法，其特征是，所述的阴离子表面活性剂具体是烷基二苯基氧化物二磺酸盐、二辛基磺基丁二酸酯、磷酸酯或磺酸盐，所述的非离子表面活性剂具体是低泡沫表面活性剂、嵌段聚醚和EO/PO共聚物、支链醇聚氧乙烯醚、仲醇聚氧乙烯醚、烷基糖苷或特殊烷氧基化物。
专利摘要
本发明公开了一种提高糖化效率的纤维素组合物及制糖方法。该纤维素组合物，由农林下脚料、占农林下脚料重量0.1-15％的糠麸和占农林下脚料重量0.1-1％的添加剂组成。该制糖方法能够减轻环境负担，变废为宝，同时，本技术设计的处理方法能够大幅降低能耗和成本，预处理方法安全且处理效果好，同时能够大幅提高糖的得率。
文档编号C12P19/14GKCN102146211 B发布类型授权 专利申请号CN 201110000200
公开日2012年11月7日 申请日期2011年1月4日
发明者万国峰, 刘立科, 张思亮, 张文会, 徐伟 申请人:聊城大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (5), 非专利引用 (1),