一种提高木质纤维素生物质酶解产糖率的方法_2

文档序号:9745022阅读:来源:国知局
纤维素聚阴离子结 构为:
[0021]
[0022] 优选的,其中阳离子结构特征如下:
[0023]
[0024] 其中:
[0025] η = 1或η = 2 ;Ri为独立的氨或碳原子数为1-6的烷基。
[0026] 混合溶液中木质纤维素质量百分含量为2% -20%。优选质量百分含量为 5% -10%。
[0027] 混合溶液中充入CA压力0. lMPa-15MPa。优选CA压力0. 5MPa-6MPa.混合溶液 中有机碱的质量浓度为2%至50%,优选摩尔百分含量为5% -20%。
[0028] 混合溶剂中有机溶剂是W下溶剂中的一种或两种W上;二甲基亚讽(DMS0)、 N-甲基化咯焼丽(NMP)、四甲基脈、四己基脈、N,N-二甲基咪哇晰丽、N,N,二甲基甲醜胺、 N,N,-二己基己醜胺、化咯焼丽、2-氮己环丽,ε -己内醜胺、N,N-二甲基丙帰基脈、环了讽 或戊间二帰讽。优选二甲基亚讽(DMS0)、N,N-二甲基咪哇晰丽、Ν,Ν,二甲基甲醜胺、环了 讽或戊间二帰讽中的一种或两种W上。
[002引 化)加热,揽拌反应,其反应条件具体特征是:
[0030] 温度范围;3(TC -15(TC。溶解时间范围;0. 1小时-24小时。
[0031] 优选溶解条件为:温度范围;5(TC -10(TC ;溶解时间范围:为0. 5小时-5小时。
[0032] 本发明提供的一种提高木质纤维素酶解产糖率的方法,其中,第4)步骤的具体过 程是:
[003引 (a)体系温度降低到室温,释放%压力,往体系里加入反溶剂。本过程,其冷却方 式不受限制。加入反溶剂的目的是使木质纤维素很好的再生,从而可W方便实现预处理过 的木质纤维素的分离,从而获得活性木质纤维素样品。
[0034] 其所述的反溶剂为水或C1-C3低级脂肪醇,溶剂与反应混合溶液的体积比为 0.5:1-10:1 ;优选地,溶剂与反应混合溶液的体积比为1:1-5:1。为了简单的实现溶剂体系 循环使用,加入的溶剂优选甲醇或己醇。
[0035] 化)分离沉淀出来的产品,分离过程可W通过各种方式,分离方式不受限制,只要 能将固液分离即可,优选离必分离、过滤等。
[003引(C)为了去除溶剂,降低残留溶剂对后续酶解的效率的影响,利用水或C1-C3低级 脂肪醇对分离获得的固体木质纤维素样品进行洗涂、纯化、干燥。其中所使用溶剂水或C1-C3 低级脂肪醇相对于产品质量比为1:1-100:1,洗涂1-10遍,干燥后获得产物。优选溶剂用量 相对于产品质量为20:1-50:1,洗涂2-3遍。其干燥方法不受限制。
[0037] 本发明提供的一种提高木质纤维素酶解产糖的方法,及主要科学特征是,基于有 机碱存在下,木质纤维素上居基与0)2的可逆反应,从而实现木质纤维素物理、化学结构的 变化,如纤维素晶体结构从纤维素 I型到纤维素 II型的转变,W及木质纤维素中组分的堆 积形态等。送些变化,将大大提高纤维素链与纤维素酶的接触面积,从而提高纤维素酶的转 化效果,提高纤维素的酶水解效率。
[0038] 木质纤维素中纤维素晶体结构的转变,我们通过广角X射线衍射进行了确认,具 体见附图(2);同时其表面形貌,我们通过扫描电镜进行了确认,具体见附图(3)。
[0039] 本发明提供的一种提高木质纤维素酶解产糖率的方法,其中,第5)步骤的具体过 程是:
[0040] 取一定量的再生木质纤维素,加入缓冲溶液、纤维素酶与木聚糖酶进行酶解,获得 糖溶液。所述的缓冲液的抑值与所选的纤维素酶的使用范围一致,W保证最大程度发挥酶 的活性,通常抑值控制在4. 0-6. 0,如可W采用抑值为4. 8的硫酸水溶液,巧樣酸-巧樣酸 钢缓冲溶液,磯酸氨二钢-巧樣酸缓冲液,磯酸氨二钢-磯酸二氨钟缓冲液,己酸-己酸 钢缓冲液等等。其中,所述的纤维素酶为绿色木霉、里氏木霉、黑曲霉、康宁木霉、海要曲霉 中的任何一种。随着各种新酶或复合酶制剂的出现,因此,酶的使用种类不受限制。酶的用 量相对于纤维素的使用量来计算为5FPU/克-50FPU/克,更优选为lOFPU/克-30FPU/克。 酶解过程中,固液比,揽拌速度,及温度不受特别限制,但是为了获得更好的酶解效果,酶解 过程中,固液比为优选1 ;5,揽拌速度为100~400转/分钟,40~6(TC内某一恒定温度下 进行酶解5-72小时。
[0041] 其溶解预处理时间对后续酶解效率的影响,我们通过对不同预处理条件下获得的 木质纤维素的酶解效果来说明。
[0042] 本发明使用有机碱存在下,木质纤维素上居基与(?的可逆反应来调控木质纤维 素的物理、化学结构,对木质纤维素进行预处理,具有工艺简单,溶剂成本低,操作方便,溶 剂可循环使用,木质纤维素酶水解速度快、产糖率高等优点。
【附图说明】
[0043] 图1为本发明流程图。
[0044] 图2为不同木质纤维素原料与预处理木质纤维素材料广角X射线衍射比较分析。
[0045] 图3为木质纤维素原料与预处理过的木质纤维素材料扫描电镜研究。
【具体实施方式】
[0046] W下通过具体实施例进一步说明本发明描述的方法,但不局限于本发明的内容。
[0047] 实施例1
[0048] 一种提高木质纤维素生物质酶解产糖率的方法,其特征在于:它是按照如下步骤 进行的:
[0049] 1) W木质纤维素生物质为原料;
[0050] 2)将木质纤维素生物质、有机碱与有机溶剂混合;
[0051] 3)往混合体系中充入一定压力的C〇2,一定温度下反应一定时间;
[0052] 4)释放C〇2,在体系中加入反溶剂,生物质W纤维素的反溶剂再生,再过滤、分离获 得预处理过的木质纤维素材料;
[0053] 5)取一定量的再生木质纤维素生物质,加入缓冲溶液与纤维素酶及木聚糖酶进行 酶解,获得糖溶液。
[0054] 具体见附图1。
[00财 实施例2
[0056] 将玉米枯杆木质纤维素(2. 0克,物理尺寸;1毫米,含水率巧% ),四甲基脈(3. 0 克),DMS0 (15. 0克),加入高压反应蓋中,盖紧蓋盖,通入C〇2,维持压力在0. 5MPa,加热到 l〇(TC,溶解60分钟。冷却,释放0)2,打开反应蓋,在揽拌条件下,在体系中加入100毫升无 水甲醇,使溶解的纤维素再生,过滤,收集滤液。再将滤渣用2*100毫升无水甲醇洗涂,每次 洗涂比,W完全去掉溶剂,然后干燥,获得溶解预处理过的木质纤维素。过滤,收集滤渣,冷 冻干燥,得到再生纤维素。W再生纤维素为原料,加入醋酸-醋酸钢缓冲溶液,固液比为1; 10,绿色木霉添加量为15FPU/克,0. 01克/克底物的比例加入木聚糖酶。摇床速率;100转 /分钟,酶解条件为pH4. 5,温度5(TC,酶解时间为24小时。葡萄糖产量;0. 4克/克,总还 原糖产量0.65克/克。
[0057] 实施例3
[0058] 将麦草木质纤维素(2. 0克,物理尺寸;0. 1毫米,含水率<8% ),1,8-二氮杂二环 ^^一碳-7-帰(4. 0克),DMS0 (15. 0克),加入高压反应蓋中,盖紧蓋盖,通入C〇2,维持压力 在2MPa,加热到8(TC,溶解180分钟。冷却,释放0)2,打开反应蓋,在揽拌条件下,在体系中 加入100毫升无水己醇,使溶解的木质纤维素再生,过滤,收集滤液。再将滤渣用2*100毫升 无水己醇洗涂,每次洗涂Ih,W完全去掉溶剂,然后干燥,获得溶解预处理过的木质纤维素。 过滤,收集滤渣,冷冻干燥,得到再生纤维素。W再生木质纤维素为原料,加入巧樣酸-巧樣 酸钢缓冲溶液,固液比为1 ;20,里氏木霉添加量为20FPU/克,0. 03克/克底物的比例加入 木聚糖酶。摇床速率;200转/分钟,酶解条件为抑5. 5,温度5(TC,酶解时间为48小时。
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