一种麦糠制备生物质糖的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及可发酵性糖的制备工艺，具体涉及一种麦糠制备生物质糖的方法。
【背景技术】
[0002] 随着人们对以石油为代表的不可再生化石资源的过度开采与使用，地球上的化石 资源日趋枯竭。同时，化石资源及其衍生产品的大量使用引发的全球气候变暖趋势和环境 污染等问题已成为制约人类社会可持续发展的瓶颈。近年来，以可再生的生物质资源代替 石油等化石资源生产能源和化学品的石油替代战略已成为世界各国的优先发展主题，其中 农业秸杆、森林加工剩余物、富含纤维素的工业加工废弃物和能源植物等木质纤维素资源 是石油替代的重要原料。木质纤维素生物炼制能源和化学品过程中，原料中的纤维素在纤 维素酶作用下降解成单糖，继而可被不同微生物发酵成能源和化学品。
[0003]麦草是我国非木材纤维制浆的主要原料之一，造纸工业中，麦草用于制浆前须筛 选除去麦草中的麦穗、根部及部分叶片等，这些不适合造纸的麦草部分形成麦草制浆废弃 物，统称"麦糠"。麦草制浆工业中，麦糠通常占麦草原料量的20%左右，是一个非常可观的 纤维素废弃物资源，这些废弃物资源的合理利用已成为麦草制浆工厂亟需解决的问题。组 成麦糠的成分除了纤维素、半纤维素和木质素外，还含有大量的灰分，约占20-30 %左右，麦 糠中的灰分除了存在于麦糠原料内部的灰分外（约6-10%)，还包括原来吸附在麦草上、在 工业筛选过程中进入麦糠中的尘土灰分。
[0004] 麦糠纤维素废弃物生物炼制能源、化学品是麦糠有效利用的途径之一。麦糠中的 纤维素在纤维素酶催化下可降解成单糖，继而被不同微生物发酵成各种能源或化学品。与 其它纤维素废弃物一样，麦糠中纤维素、半纤维素和木质素形成致密的结构，不利于纤维素 酶对纤维素的作用，因此，麦糠在纤维素酶水解前必须进行预处理。水热预处理法是木质纤 维素生物炼制过程中常用的预处理方法之一，其过程是木质纤维原料按一定固液比与水混 合，于高温下蒸煮的预处理方法。水热预处理法具有无需消耗化学品、预处理过程中发酵抑 制物质生成量少和环境污染负荷小的优点，其反应机理是水热蒸煮过程中原料中的半纤维 素乙酰基首先在高温下降解形成乙酸，蒸煮液PH值下降，造成蒸煮液的弱酸性环境；然后 原料中的半纤维素木聚糖在弱酸环境下的H+作用下降解生产可溶性低聚木糖或木糖溶出， 实现原料中纤维素、半纤维素和木质素的有效分离，提高原料中纤维素在纤维素酶水解过 程中对纤维素酶的可及度，从而提高酶水解效率。水热预处理中，决定预处理效果好坏的因 素是预处理过程中形成的弱酸性环境，通常用蒸煮液的PH值表示，水热预处理过程中蒸煮 液的PH值通常受原料中半纤维素乙酰基数量、预处理反应温度和固液比的影响。在已有的 研究报道或实际生产中，木质纤维原料在水热预处理前均不采取除尘手段以除去吸附在原 料上的灰分。
【发明内容】
[0005] 发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种麦糠制取可发 酵性糖的方法，通过批式分段水洗麦糠原料后进行水热预处理，以提高麦糠水热预处理效 果，从而提高麦糠水热预处理物料的纤维素酶水解得率。
[0006] 技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
[0007] -种麦糠制备生物质糖的方法，包括原料预处理和酶水解步骤；在所述的原料预 处理中，麦糠先经过水洗除去大量吸附灰分后，再利用水热法蒸煮得到易于酶水解的底物。
[0008] 所述的麦糠制备生物质糖的方法，水洗时，麦糠用固液比为1:10-1:500的水批式 分段洗涤、过滤。
[0009] 所述的麦糠制备生物质糖的方法，水热法蒸煮时，水洗麦糠与水按固液比1:10混 合，180°C蒸煮40min，蒸煮物磨浆、过滤；磨浆、过滤后的物料用1:10的洗涤水批式分段洗 涤，得到易于酶水解的底物。
[0010] 所述的麦糠制备生物质糖的方法，在所述的酶水解中，所用的酶为纤维素酶，是以 木霉、曲霉或细菌产生的能降解纤维素成葡萄糖的纤维素酶的一种或多种酶的复合物。
[0011] 所述的麦糠制备生物质糖的方法，所述的酶水解底物W/V浓度为5-15%。
[0012] 所述的麦糠制备生物质糖的方法，包括以下步骤：
[0013] (1)麦糠用固液比为1:10-1:500的水分三次批式洗涤、过滤，除去大量吸附灰分；
[0014] (2)洗涤麦糠按固液比1:10与水混合，于180°C下水热法蒸煮40min，并对蒸煮物 磨浆、过滤；
[0015] (3)磨浆、过滤后的麦糠用固液比1:10的水分三次洗涤、过滤，洗去水热预处理过 程中溶出的糖分。
[0016] (4)将上述预处理麦糠与纤维素酶混合，加入水，pH缓冲液、酸或碱，混合至底 物w/v浓度5-15 %，控制pH值在4. 0-6. 0,反应体系中每克纤维素的纤维素酶用量为 10-40FPU，于45-55°C下酶解反应48-72h得到可发酵性糖。
[0017] 有益效果：与现有技术相比，本发明提出的含有大量吸附灰分的麦糠原料在水热 预处理前首先水洗除去麦糠原料中的大部分吸附灰分，以避免其在水热预处理过程中形成 缓冲体系，保证水热预处理过程中弱酸性反应环境的形成，有利于麦糠中半纤维素木聚糖 的降解和溶出，从而提高预处理麦糠的酶水解性能。
【具体实施方式】
[0018] 以下结合具体实施例对本发明作进一步的阐述。实施例是为说明而非限制本发 明。本领域中任何普通技术人员能够理解这些实施例不以任何方式限制本发明，可做适当 的修改而不违背本发明的实质和偏离本发明的范围。
[0019] 以下实施例中，葡萄糖、木糖和纤维二糖浓度采用高效液相色谱法（HPLC)测 定。色谱条件如下：色谱仪：Agillentl200高效液相色谱仪；色谱柱：Bi〇-RadAminex HPX-87H;流动相：0. 005mol/L硫酸，流速：0. 6mL/min;柱温：55°C;检测器：示差折光检测 器；进样量：1〇yL。外标法测定。
[0020] 实施例1
[0021] 麦糠和麦杆（麦草除去麦糠后的部分）的主要成分分析表1。
[0022] 表1麦糠和麦杆的主要成分分析（％，干基）
[0023]
[0024] 结果表明，麦草除去麦糠后的麦杆部分灰分含量6. 55%，与多数农作物猜杆的灰 分含量一致，这部分灰分主要存在于麦杆内部，在水热预处理过程中很少溶解到蒸煮液中， 不能或很少对反应体系形成缓冲作用。而麦糠中灰分含量为29. 48%，除了存在于麦糠原料 内部的少数灰分外，多数为成分与土壤成分相同的吸附灰分，大量的吸附灰分如果在水热 预处理前不采取措施除去，可在水热预处理蒸煮液中形成缓冲体系，影响水热预处理过程 中弱酸性反应环境的形成。
[0025] 实施例2
[0026] 实施例中，水洗固液比是衡量洗涤用水量的参数。以水洗固液比1:10为例，指洗 涤Ig绝干原料用水10mL。
[0027] (1)分别称取绝干麦糠200g，分别用水洗固液比为1:10、1:20、1:50、1:100、 1:150、1:200、1:250、1:300、1:500的水分三次洗涤、过滤。分别测定水洗后麦糠中的灰分含 量。
[0028] (2)取50g绝干水洗麦糠，按固液比1:10与水混合后，于180°C下蒸煮40min，蒸煮 物冷却后测定蒸煮液pH值，麦糠连同蒸煮液磨浆、过滤。
[0029] (3)磨浆、过滤后的物料用固液比1:10的水分三次洗涤、过滤，洗去水热预处理过 程中溶出的糖分。
[0030] (4)分别