蔗渣纤维素水解糖化的方法
【专利摘要】本发明涉及一种蔗渣纤维素水解糖化的方法，先将蔗渣进行预处理，然后进行酶水解糖化，其特征在于，所述的蔗渣预处理为将蔗渣和甘蔗尾梢混合物中加入水，用粉碎机粉粹，然后将粉粹后的混合物浸入氯化铁和氢氧化钠的混合溶液中处理，混合物在常温下浸泡20?25小时；再加热升温至130℃?140℃蒸煮8?12小时，再用磨浆机疏解成纤维状浆料，即完成预处理过程；将预处理后的纤维状浆料置于反应罐中，加入醋酸或醋酸钠缓冲液，调节pH，并加入纤维素酶和木聚糖酶混合菌密封后置于摇床中反应，在30℃?45℃温度下水解糖化50?80小时，即完成酶水解糖化过程。本发明生产成本低，能够使得半纤维素和木质素成分的完全分离，酶解率高。
【专利说明】
蔗渣纤维素水解糖化的方法
技术领域
[0001]本发明属于生物化工、发酵工程与生物质能源领域，特别是涉及一种蔗渣纤维素水解糖化的方法。
【背景技术】
[0002]蔗渣是甘蔗糖厂最大量的副产物，其产率为加工甘蔗量的24%_27%。我国是世界第三甘鹿种植大国，在南方地区鹿渣的产量达到7000 kt/a。鹿渣是一种丰富的可再生生物质资源，其主要成分为纤维素、半纤维素以及木质素等天然高分子物质。其中半纤维素主要是以木糖、阿拉伯糖聚合而成的木聚糖，而纤维素则是葡萄糖的聚合物。目前这些蔗渣除少量用于造纸外，绝大部分被烧掉或废弃，不仅造成资源浪费，还严重污染环境。因此，如果能从甘蔗渣中提取出优质的纤维素应用于工业生产将会产生巨大的经济效益和生态效。蔗渣可以蔗渣除部分用作造纸外，大部分作为废弃物或作为锅炉燃料，利用率不高。若能通过生物质转化利用工程技术将蔗渣进行充分的综合利用，将显著提高其经济价值和环保价值。乙醇是来自生物质资源的最有发展前景的液态燃料。以蔗渣为原料生产燃料乙醇首先要实现纤维素和半纤维素的水解。目前，半纤维素水解研究已进入成熟阶段，但纤维素因其结构特性以及水解过程中产物对水解反应强烈的反馈抑制作用，水解比较困难。虽然人们对甘蔗渣的综合利用做了大量的研究，但对于纤维素提取工艺方面的研究却较少。甘蔗渣中纤维素和木质素与半纤维素紧密地交织在一起，很难进行分离，而木质素和半纤维素的存在又会破坏纤维素的加工性能。因此，如何在保持甘蔗渣纤维素提取量的基础上，尽量脱除木质素和半纤维素成为纤维素工业上一个重要而紧迫的问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种生产成本低，能够使得半纤维素和木质素成分的完全分离，酶解率高的蔗渣纤维素水解糖化的方法，提高蔗渣生物质资源的综合利用率，实现环境效益和经济效益双赢。
[0004]本发明是这样实现的:
一种蔗渣纤维素水解糖化的方法，先将蔗渣进行预处理，然后将预处理后的蔗渣进行酶水解糖化，其特征在于:所述的蔗渣预处理为将蔗渣和甘蔗尾梢混合后用粉碎机粉粹、过20-40目筛网，然后将粉粹后的混合物浸入氯化铁和氢氧化钠的混合溶液中处理，固液比为1:10-20，混合物在常温下浸泡20-25小时;再加热升温至130°C-140°C蒸煮8-12小时，反应结束后的混合物用水洗至洗液呈中性，再用磨浆机疏解成纤维状浆料，即完成预处理过程；所述的酶水解糖化为将预处理后的纤维状浆料置于反应罐中，按照固液比为1:25-30加入醋酸或醋酸钠缓冲液，调节pH=4.8-5.0，并加入一定量的纤维素酶和木聚糖酶混合菌密封后置于摇床中反应，在30°C_45°C温度下水解糖化50-80小时，即完成酶水解糖化过程。
[0005]进一步，所述蔗渣和甘蔗尾梢的重量比为6-7:2-3:1。
[0006]进一步，所述氯化铁和氢氧化钠混合溶液中碳酸钠的浓度为70_75g/L，氢氧化钠的浓度为20-25g/L。
[0007]进一步，所述纤维素酶和木聚糖酶混合菌的用量为1.5-2.0g/L。
[0008]进一步，所述纤维素酶和木聚糖酶的重量比为6-7:3-4。
[0009]进一步，所述纤维素酶的制备方法为:在温度为25-35°C、pH=4.0-5.0的条件下，用里氏木霉作为宿主细胞分泌纤维素酶，其中，以烟草废弃物作为碳源，豆饼粉为氮源，培养时间为6-10小时，通气量0.4-1.0vvm，搅拌速度为200-500转/分钟。
[0010]进一步，所述木聚糖酶的制备方法为:以木聚糖酶生产菌株中挑选出黑曲霉诱变株作为生产菌株，在曲盘发酵培养基上进行固态发酵，获得发酵曲料后对发酵曲料用缓冲液进行提取，获得木聚糖酶液;所述曲盘发酵培养基的组成为:曲盘装10g基料，(NH4)2SO4
0.5-1.5g，蛋白胨 0.5-lg，KH2PO4 0.3-0.4g，CaCl2 0.2-0.3g，ZnCl2 0.1-0.2g,MgSO40.Ι-Ο.2g ,Fe2(SO4)3 0.02-0.08g，吐温40 0.4-0.8 g，自来水120_140mL，其中基料的组成为麸皮50-80 g，玉米芯10-40g，豆饼粉10-20g。
[0011]本发明突出的实质性特点和显著的进步是:
1、本发明在蔗渣原料上加入一定量的甘蔗尾梢，能够增加原料中纤维素的含量，提高酶解率，降低生产成本。
[0012]2、采用纤维素酶和木聚糖酶对蔗渣混合物进行双酶糖化，能够极大的减小产物的抑制作用以及产物的进一步降解，不仅提高了酶解得率，使得蔗渣的酶解效率得到较大提高，减少了酶的消耗，降低了生产成本。
[0013]3、本发明原料的预处理能够使得半纤维素和木质素成分的完全分离，纤维素含量从50%增加到80%以上，蔗渣纤维素表面呈现很多有序而清晰的空隙和凹孔，降低了纤维素的结晶度，提高了纤维素对酶的可及度。
[0014]4、本发明预处理混合溶液中添加氯化铁溶液预处理原料，能有效地破坏木素与碳水化合物间的醚健，脱除蔗渣中的半纤维素，半纤维素脱除率可高达95%，并使预处理后蔗渣纤维素酶解率高达90%，实现蔗渣纤维素充分水解，提高蔗渣生物质资源的综合利用率。
【具体实施方式】
[0015]实施例1
本实施例所述的蔗渣纤维素水解糖化的方法，主要包括以下步骤:
先将蔗渣进行预处理，然后将预处理后的蔗渣进行酶水解糖化，所述的蔗渣预处理为将蔗渣和甘蔗尾梢混合后粉碎机粉粹、过20-40目筛网，然后将粉粹后的混合物浸入氯化铁和氢氧化钠的混合溶液中处理，氯化铁和氢氧化钠混合溶液中碳酸钠的浓度为70g/L，氢氧化钠的浓度为20g/L，固液比为1:10，混合物在常温下浸泡20小时;再加热升温至130°C蒸煮8小时，反应结束后的混合物用水洗至洗液呈中性，再用磨浆机疏解成纤维状浆料，即完成预处理过程；
所述的酶水解糖化为将预处理后的纤维状浆料置于反应罐中，按照固液比为1:25加入醋酸或醋酸钠缓冲液，调节pH = 4.8-5.0，并加入一定量的纤维素酶和木聚糖酶混合菌密封后置于摇床中反应，在30°C温度下水解糖化50-80小时，纤维素酶和木聚糖酶混合菌的用量为1.5g/L，纤维素酶和木聚糖酶的重量比为6:3，即完成酶水解糖化过程。
[0016]实施例2 本实施例所述的蔗渣纤维素水解糖化的方法，主要包括以下步骤:
先将蔗渣进行预处理，然后将预处理后的蔗渣进行酶水解糖化，所述的蔗渣预处理为将蔗渣和甘蔗尾梢混合后用粉碎机粉粹、过20-40目筛网，然后将粉粹后的混合物浸入氯化铁和氢氧化钠的混合溶液中处理，氯化铁和氢氧化钠混合溶液中碳酸钠的浓度为72g/L，氢氧化钠的浓度为22g/L，固液比为1:15，混合物在常温下浸泡22小时;再加热升温至138°C蒸煮10小时，反应结束后的混合物用水洗至洗液呈中性，再用磨浆机疏解成纤维状浆料，即完成预处理过程；
所述的酶水解糖化为将预处理后的纤维状浆料置于反应罐中，按照固液比为1:25-30加入醋酸或醋酸钠缓冲液，调节pH=4.8-5.0，并加入一定量的纤维素酶和木聚糖酶混合菌密封后置于摇床中反应，在35°C温度下水解糖化50-80小时，纤维素酶和木聚糖酶混合菌的用量为1.6/L，纤维素酶和木聚糖酶的重量比为7:3，即完成酶水解糖化过程。
[0017]实施例3
本实施例所述的蔗渣纤维素水解糖化的方法，主要包括以下步骤:
先将蔗渣进行预处理，然后将预处理后的蔗渣进行酶水解糖化，所述的蔗渣预处理为将蔗渣和甘蔗尾梢混合后用粉碎机粉粹、过20-40目筛网，然后将粉粹后的混合物浸入氯化铁和氢氧化钠的混合溶液中处理，氯化铁和氢氧化钠混合溶液中碳酸钠的浓度为74g/L，氢氧化钠的浓度为24g/L，固液比为1:18，混合物在常温下浸泡24小时;再加热升温至135°C蒸煮11小时，反应结束后的混合物用水洗至洗液呈中性，再用磨浆机疏解成纤维状浆料，即完成预处理过程；
所述的酶水解糖化为将预处理后的纤维状浆料置于反应罐中，按照固液比为1:25-30加入醋酸或醋酸钠缓冲液，调节pH=4.8-5.0，并加入一定量的纤维素酶和木聚糖酶混合菌密封后置于摇床中反应，在42°C温度下水解糖化50-80小时，纤维素酶和木聚糖酶混合菌的用量为1.8g/L，纤维素酶和木聚糖酶的重量比为6:4，即完成酶水解糖化过程。
[0018]实施例4
本实施例所述的蔗渣纤维素水解糖化的方法，主要包括以下步骤:
先将蔗渣进行预处理，然后将预处理后的蔗渣进行酶水解糖化，所述的蔗渣预处理为将蔗渣和甘蔗尾梢混合后用粉碎机粉粹、过20-40目筛网，然后将粉粹后的混合物浸入氯化铁和氢氧化钠的混合溶液中处理，氯化铁和氢氧化钠混合溶液中碳酸钠的浓度为75g/L，氢氧化钠的浓度为25g/L，固液比为1: 20，混合物在常温下浸泡25小时;再加热升温至140°C蒸煮12小时，反应结束后的混合物用水洗至洗液呈中性，再用磨浆机疏解成纤维状浆料，SP完成预处理过程；
所述的酶水解糖化为将预处理后的纤维状浆料置于反应罐中，按照固液比为1:30加入醋酸或醋酸钠缓冲液，调节pH = 4.8-5.0，并加入一定量的纤维素酶和木聚糖酶混合菌密封后置于摇床中反应，在45°C温度下水解糖化50-80小时，纤维素酶和木聚糖酶混合菌的用量为2.0g/L，纤维素酶和木聚糖酶的重量比为7:4，即完成酶水解糖化过程。
【主权项】
1.一种蔗渣纤维素水解糖化的方法，先将蔗渣进行预处理，然后将预处理后的蔗渣进行酶水解糖化，其特征在于:所述的蔗渣预处理为将蔗渣和甘蔗尾梢混合后用粉碎机粉粹、过20-40目筛网，然后将粉粹后的混合物浸入氯化铁和氢氧化钠的混合溶液中处理，固液比为1:10-20，混合物在常温下浸泡20-25小时;再加热升温至130°C-140°C蒸煮8-12小时，反应结束后的混合物用水洗至洗液呈中性，再用磨浆机疏解成纤维状浆料，即完成预处理过程； 所述的酶水解糖化为将预处理后的纤维状浆料置于反应罐中，按照固液比为1:25-30加入醋酸或醋酸钠缓冲液，调节pH=4.8-5.0，并加入一定量的纤维素酶和木聚糖酶混合菌密封后置于摇床中反应，在30°C_45°C温度下水解糖化50-80小时，即完成酶水解糖化过程。2.根据权利要求1所述的蔗渣纤维素水解糖化的方法，其特征在于:所述蔗渣和甘蔗尾梢的重量比为6-7:2-3。3.根据权利要求1所述的蔗渣纤维素水解糖化的方法，其特征在于:所述氯化铁和氢氧化钠混合溶液中碳酸钠的浓度为70-75g/L，氢氧化钠的浓度为20-25g/L。4.根据权利要求1所述的蔗渣纤维素水解糖化的方法，其特征在于:所述纤维素酶和木聚糖酶混合菌的用量为I.5-2.0g/L。5.根据权利要求1所述的蔗渣纤维素水解糖化的方法，其特征在于:所述纤维素酶和木聚糖酶的重量比为6-7:3-4。6.根据权利要求1所述的蔗渣纤维素水解糖化的方法，其特征在于:所述纤维素酶的制备方法为:在温度为25-35 0C、pH=4.0-5.0的条件下，用里氏木霉作为宿主细胞分泌纤维素酶，其中，以烟草废弃物作为碳源，豆饼粉为氮源，培养时间为6-10小时，通气量0.4-.1.0vvm，搅拌速度为200-500转/分钟。7.根据权利要求1所述的蔗渣纤维素水解糖化的方法，其特征在于:所述木聚糖酶的制备方法为:以木聚糖酶生产菌株中挑选出黑曲霉诱变株作为生产菌株，在曲盘发酵培养基上进行固态发酵，获得发酵曲料后对发酵曲料用缓冲液进行提取，获得木聚糖酶液;所述曲盘发酵培养基的组成为:曲盘装10g基料，(NH4)2SO4 0.5-1.5g，蛋白胨0.5-lg,KH2PO4.0.3-0.4g，CaCl2 0.2-0.3g，ZnCl2 0.1-0.2g,MgSO40.1-0.2g，Fe2(SO4)3 0.02-0.08g，吐温40.0.4-0.8 g，自来水120-140mL，其中基料的组成为麸皮50-80 g，玉米芯10_40g，豆饼粉10-20go
【文档编号】C12N9/42GK105907814SQ201610519070
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年7月5日
【发明人】张聪聪
【申请人】张聪聪