专利名称：利用秸秆植物提取制乙醇用葡萄糖和/或木糖的方法
技术领域：
本发明属于利用秸秆植物制备乙醇、苯酚、甲苯等领域，特别涉及到利用稻草等秸杆植物提取制乙醇用葡萄糖和/或木糖的方法。
背景技术：
秸秆植物中主要化学成分是木质素、半纤维素、纤维素(植物纤维化学第三版第6页；中国经工业出版社)将半纤维素、纤维素降解成以木糖、葡萄糖为主的糖类物质(可制备液体燃料乙醇)、木质素转化为化工原料和能源是高值化利用秸秆植物的理想途径之一。
国内利用稻草、麦草、芦苇等秸秆植物中提取纤维造纸已有多年历史。由于分离过程中的污染、污染处理困难、费用高等问题，很多造纸厂被迫停产，大量秸秆被废弃，同样造成环境的污染(《植物纤维化学》中国轻工业出版社2001.1第三版)。
植物可再生质的利用有多种方法，有的科研工作者(ProcessBiochemistry 37(2002)937～941)，先将木质素用碱溶解，提高了纤维素对酶的敏感性，再用纤维素酶水解制备葡萄糖；也有人在＞160℃的条件下(Enzyme and Microbial Technology 24(1999)667～674)，用硫酸、盐酸、碱等处理秸秆后再用纤维素酶降解纤维素为葡萄糖。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用稻草等秸秆植物提取制乙醇用葡萄糖和/或木糖的方法。
本发明利用秸秆植物提取制乙醇用葡萄糖和/或木糖的方法室温下，按照秸秆植物∶稀酸溶液的重量比为1∶4.5～8.5的比例将秸秆与稀酸溶液混合，然后升温到90～100℃恒温，快速水解秸秆中的半纤维素，提取糖溶液(以稻草为例糖提取率为稻草净重量的15～20％)，糖溶液用于发酵制备乙醇。该糖溶液基本上是以木糖为主，在提取木糖为主的糖溶液外，该方法还有效的提高了稻草等秸秆内纤维素对纤维素酶的敏感性。
在上述制备出的糖溶液中可进一步加入纤维素酶水解糖溶液中未溶的纤维素(以稻草为例糖提取率可提高一倍以上)，其中，纤维素酶的加入量与秸秆的重量比是1∶10～1∶100，用碳酸钠、碳酸钙、氢氧化钠或它们的混合物等调pH值在4.5～5.5，然后升温到45～60℃，得到含有葡萄糖和木糖的水溶液，糖溶液用于发酵制备乙醇。
所述的稀酸水溶液是稀硫酸水溶液、稀盐酸水溶液或硫酸与盐酸混合的水溶液。稀酸浓度0.5～1.5wt％。
本发明所述的秸秆包括稻草、麦草、芦苇、玉米秆、豆秸等。
本发明是利用秸秆植物中的半纤维素、纤维素提糖制备乙醇的方法，具有如下特点一.稀酸水解稻草等秸秆的方法1.用稀酸水解稻草等秸秆中的半纤维素制备出含木糖和葡萄糖的糖溶液。
2.用稀酸水解稻草等秸秆中半纤维素的同时，提高了稻草等秸秆中纤维对纤维素酶的敏感性。
表1稻草经稀酸水解后剩余纤维与新华滤纸酶水解率对比
纤维素酶1号Amresco公司提供纤维素酶2号中国科学院理化技术研究所提供纤维素酶3号北京美的酶制剂公司提供从本发明所举的实例稻草处理前后的形态变化附图上可以看出，经本发明工艺处理的稻草纤维已明显的裸露出来，并被溶涨。
图1A.本发明实施例8稻草秆处理前400倍放大形态变化图；图1B.本发明实施例8稻草秆处理后400倍放大形态变化图；图2A.本发明实施例8稻草秆处理前1000倍放大形态变化图；图2B.本发明实施例8稻草秆处理后1000倍放大形态变化图。
具体实施例方式
实施例1在备好的烧瓶中加入水600g、H2SO46g和稻草80g(含水10％，以下相同)，然后升温到90～100℃恒温1小时；得到的糖量(以木糖为主)为11g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例2在备好的烧瓶中加入水600g、H2SO45g、HCl 1g和稻草80g，然后升温到90～100℃恒温1小时；得到的糖量(以木糖为主)为12.5g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例3在备好的烧瓶中加入水600g、H2SO44g、HCl 2g和稻草80g，然后升温到90～100℃恒温1小时；得到(以木糖为主)的糖量为13.5g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例4在备好的烧瓶中加入水500g、H2SO45g和稻草80g，然后到90～100℃恒温2小时；得到的糖(以木糖为主)量为12.3g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例5在备好的烧瓶中加入水500g、H2SO44g、HCl 1g和稻草80g、然后升温到90～100℃恒温3小时；得到的糖(以木糖为主)量为13.6g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例6在备好的烧瓶中加入水400g、H2SO45g和稻草80g然后升温到90～100℃恒温3小时；得到的糖(以木糖为主)量为13.9g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例7在备好的烧瓶中加入水400g、H2SO44g、HCl 1g和稻草80g、然后升温到90～100℃恒温1小时；得到的糖(以木糖为主)量为13.2g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例8在备好的烧瓶中加入水400g、H2SO44g、HCl 1g和稻草80g、然后升温到90～100℃恒温4小时；得到的糖(以木糖为主)量为14.0g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例9在备好的烧瓶中加入水400g、H2SO43g、HCl 1g和稻草80g，然后升温95～96℃恒温5小时过滤；得到的糖(以木糖为主)量为13.5g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例10在备好的烧瓶中加入水400g、H2SO42.5g、HCl 1.5g和稻草80g，然后升温95～96℃恒温4小时；得到的糖(以木糖为主)量为14.1g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例11在备好的烧瓶中加入水400g、HCl 2g和稻草80g，然后升温到96℃恒温1小时；得到的糖(以木糖为主)量为10.6g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例12在备好的烧瓶中加入水400g、HCl 5g和稻草80g，然后升温到95～96℃恒温2小时；得到的糖(以木糖为主)量为14.1g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例13在备好的烧瓶中加入水400g、H2SO42.5g、HCl 1.5g和稻草80g、升温到95～96℃恒温3小时；得到的糖(以木糖为主)量为14.1g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例14在备好的烧瓶中加入水400g、HCl 3g和稻草80g，升温100℃恒温3小时；得到的糖(以木糖为主)量为13.1g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例15在备好的烧瓶中加入水400g、H2SO41.5g、HCl 2.5g和稻草80g，升温到95～96℃恒温3小时；得到的糖(以木糖为主)量为14.3g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例16在备好的烧瓶中加入水400g、H2SO41.0g、HCl 1.0g和稻草80g，然后升温到98℃恒温5小时；得到的糖(以木糖为主)量为11.3g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例17在备好的烧瓶中加入水400g、H2SO41.0g、HCl 1.0g和稻草80g，然后升温到90℃～95℃恒温4小时；得到的糖(以木糖为主)量为11.8g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例18在备好的烧瓶中加入水400g、H2SO41.0g、HCl 1.0g和稻草80g，然后升温到95℃～100℃恒温4小时；得到的糖(以木糖为主)量为11.9g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例19在备好的烧瓶中加入水400g、H2SO41.8g、HCl 0.2g和稻草80g，然后升温到90℃～95℃恒温4小时；得到的糖(以木糖为主)量为10.8g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例20在备好的烧瓶中加入水400g、H2SO41.8g、HCl 0.2g和玉米杆80g，然后升温到90℃～95℃恒温4小时；得到的糖(以木糖为主)量为11.0g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例21在备好的烧瓶中加入水450g、H2SO41.8g、HCl 0.2g和麦草80g，然后升温到90℃～95℃恒温4小时；得到的糖(以木糖为主)量为10.6g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例22在备好的烧瓶中加入水450g、H2SO41.8g、HCl 1.2g和芦苇80g，然后升温到90℃～95℃恒温3.5小时得到的糖(以木糖为主)量为10.6g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例23在备好的烧瓶中加入水400g、H2SO44g、HCl 1g和稻草80g然后升温到96℃恒温4小时得到的糖(以木糖为主)量为13.6g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例24在备好的烧瓶中加入水400g、H2SO44g、HCl 2g和玉米杆85g，然后升温到96℃恒温4小时得到的糖(以木糖为主)量为12.6g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例25分离出实施例7中的未溶的纤维素，加入水400g，碳酸钠、氢氧化钠调pH≤5.5，加入纤维素酶1#1g，然后升温到45～46℃酶解40小时。得到葡萄糖13g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例26在实施例23的糖溶液中加入纤维素酶2g，加入碳酸钠、碳酸钙、氢氧化钠调pH为4.5～5.5，然后升温到50℃酶解46小时。新增葡萄糖15g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例27在实施例23的的糖溶液中加入碳酸钠、碳酸钙、氢氧化钠调pH＝4.5～5.5，再加入纤维素酶5g，然后升温到55～60℃酶解30小时。新增葡萄糖14g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例28分离出实施例19中的未溶的纤维素，加入400ml水，用碳酸钠、碳酸钙、氢氧化钠调pH值控制在4.5～5.5的情况下加入纤维素酶6g，然后升温到45～50℃酶解16小时。新增葡萄糖13.5g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
实施例29分离出实施例24中的未溶的纤维素，加入400ml水，用碳酸钠、碳酸钙、氢氧化钠调pH值，控制在4.5～5.5的情况下加入纤维素酶8g，然后升温到50～55℃酶解16小时。新增葡萄糖13.8g。糖溶液用于发酵制备乙醇。
权利要求
1.一种利用秸杆植物提取制乙醇用葡萄糖和/或木糖的方法，其特征是室温下，按照秸杆植物∶稀酸溶液的重量比为1∶4.5～8.5的比例将秸杆与稀酸溶液混合，然后升温到90～100℃恒温，快速水解秸杆中的半纤维素，提取糖溶液，糖溶液发酵制备乙醇。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的糖溶液中进一步加入纤维素酶水解糖溶液中未溶的纤维素，其中，纤维素酶的加入量与秸秆的重量比是1∶10～1∶100，调pH值在4.5～5.5，然后升温到45～60℃，得到含有葡萄糖和木糖的水溶液，发酵制备乙醇。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的稀酸水溶液是稀硫酸水溶液、稀盐酸水溶液或硫酸与盐酸混合的水溶液。
4.如权利要求1或3所述的方法，其特征是所述的稀酸浓度0.5～1.5wt％。
5.如权利要求2所述的方法，其特征是所述的调pH值是用碳酸钠、碳酸钙、氢氧化钠或它们的混合物。
全文摘要
本发明属于利用秸秆植物制备乙醇、苯酚、甲苯等领域，特别涉及到利用稻草等秸秆植物提取制乙醇用葡萄糖和/或木糖的方法。室温下，按照秸秆植物∶稀酸溶液的重量比为1∶4.5～8.5的比例将秸秆与稀酸溶液混合，然后升温到90～100℃恒温，快速水解秸秆中的半纤维素，提取糖溶液，糖溶液发酵制备乙醇。所述的糖溶液中可进一步加入纤维素酶水解糖溶液中未溶的纤维素。用稀酸水解稻草等秸秆中半纤维素的同时，提高了稻草等秸秆中纤维对纤维素酶的敏感性。
文档编号C13K1/00GK1629321SQ20031012180
公开日2005年6月22日 申请日期2003年12月18日 优先权日2003年12月18日
发明者杨正宇, 赵金生, 杨国仪, 都占魁, 付其丽 申请人:中国科学院理化技术研究所