专利名称：一种结合生物酶解的农作物秸秆膨化预处理方法
技术领域：
本发明公布的是农作物秸秆的膨化预处理方法，具体为结合生物酶解的一种膨化 预处理方法。
背景技术：
当前，在新能源开发领域中，利用木质纤维素生产燃料乙醇已成为该领域的热门 研究课题。在该项技术的开发中，充分利用农作物秸秆为原料生产燃料乙醇已成为首要研 究目标，由于农作物秸秆资源丰富，符合国家低碳生产的方针，因此成为科研机构关注的重 点。利用农作物秸秆中的木质纤维素生产燃料乙醇，首先要对秸秆进行预处理。改变它的 物理性状。破坏木质素对纤维素和半纤维素的包裹层。以提高纤维素的利用率和还原糖转 化率。天然植物秸秆中木质素、半纤维素和纤维素三组分结构复杂，彼此关联，共同构成植 物秸秆的结构主体。要想改变其物理性状很不容易。现有的秸秆预处理的方法中，有高温、 高压物理法、化学酸、碱法及生物法。高温、高压物理法存在着能耗高、不连续问题；化学酸、 碱预处理法虽效率较高，但对设备的腐蚀和对环境的污染又很严重；生物法则由于木质素 对纤维素及半纤维素的包裹作用，阻挡了生物酶对纤维素的接触，所以不利于生物酶对纤 维素与半纤维素的酶解。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的是提供一种生产燃料乙醇工艺中对农作物秸秆的预 处理方法，以解决现有方法存在的问题。本发明的技术方案如下采用对农作物秸秆采用连续膨化处理，达到破坏木质素、增加生物酶可及性的目 的。再采取活性酶处理。先将作物秸秆进行切段，要求切段长度在5 10cm。然后对切段秸秆进行浸湿处 理。浸湿处理是按秸秆与水的重量比1 3加水，浸湿后在常温下放置3 5小时。再对 浸湿后的秸秆进行膨化处理。膨化处理是将秸秆通过膨化机进行。待秸秆原料膨化后，直 接送入装有活性酶水溶液的纤维素酶解反应器中进行酶解处理，酶解处理是在恒温50°C条 件下进行，处理时间为48 62小时。纤维素酶解处理液的配制方法是采用酶活为5000u/ g的纤维素活性酶。纤维素活性酶与水的比例为重量比1 1600。经混合后搅拌均勻，成 为活性酶水溶液。活性酶水溶液与秸秆干原料的处理比例按重量比为8 1。经过酶解处 理后的秸秆原料即可用来生产还原糖，再由还原糖制造燃料乙醇。本发明由于采用了理化 与生物结合的方法，即采用膨化处理与纤维素活性酶处理相结合的方法，依靠浸水秸秆在 膨化机挤压腔内被螺套壁及螺杆的挤压、摩擦，产生的压力和高温水蒸汽来破坏木质素对 纤维素的保护层，加之秸秆在被挤出膨化机喷嘴时由于压力骤然下降，而使秸秆体积膨大， 进一步解除了木质素对纤维素和半纤维素的包裹，也破坏了致密的纤维素结晶区结构，使 原料的物理性状发生变化，组织结构进一步膨松。使得纤维素酶更能够直接作用于纤维素酶解位点。膨化过程中产生的高温、高压又为秸秆起到了灭菌作用，对秸秆细菌的杀灭越彻 底，越能够减轻细菌对活性酶的抵杀和侵害，越能够提高活性酶的作用。提供的热能又增加 了酶解反应温度，更有利于还原糖的转化。再结合纤维素酶解工艺进行还原糖转化，还原 糖是发酵产生乙醇的主要物质，从而提高了农作物秸秆转化燃料乙醇的利用率和产品的得 率，同时又解决了现有方法的耗能高，浪费原料和污染设备及环境的问题。是一种理想的农 作物秸秆预处理的方法。本发明无附图
具体实施例方式实施例1取玉米秸秆100kg，用铡草机切成8cm的切段。然后用300kg的水对秸秆切段进 行浸湿处理，在常温下放置5小时。然后将浸泡后秸秆切段送入膨化机内进行膨化处理。 将膨化处理后物料直接送入纤维素酶解反应器内，再向反应器中投入800kg的活性酶水溶 液，对膨化处理后原料进行酶解处理。对活性酶水溶液加温至50°C，保持50小时。待充 分酶解后，采用常规生产方法，将酶解处理后的物料制成还原糖。IOOkg原料可生产还原糖 17. 2kg，制得到乙醇8. 5kg。秸秆膨化机的功率为22kW，膨化处理压强为1. 28-1. 45MPa，工 作温度为125-145°C。实施例2取高粱秸秆50kg，用铡草机切成5cm的切段。然后用150kg的水对切段进行浸湿 处理，在常温下放置4小时。然后将浸泡后切段秸秆送入膨化机内进行膨化处理。将膨化 处理后原料直接送入纤维素酶解反应器内，再向反应器中投入400kg的活性酶水溶液，对 膨化处理后原料进行浸泡处理，加温至50°C，保持50小时，生产还原糖11. 8kg，得到乙醇 5. 6kg。秸秆膨化机的功率为22kW，膨化处理压强为1. 28-1. 45MPa，工作温度为125_145°C。
权利要求
一种结合生物酶解的农作物秸秆膨化预处理方法，其特征在于将秸秆切段进行浸湿处理，再将浸湿后的秸秆切断进行膨化处理，然后进行酶解处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于浸湿处理的秸秆与水的比例为重量比 1 3，处理时间为3 5小时。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所涉及的酶解处理中5000u/g的纤维素活 性酶与水的配制比例为重量比1 1600，处理时间为48 62小时，处理温度为恒温50°C， 活性酶水溶液与秸秆干原料的处理比例按重量比为8 1。
全文摘要
一种结合生物酶解的农作物秸秆膨化预处理方法，公布的是秸秆的膨化预处理方法，具体为结合生物酶解的一种膨化预处理方法。采用对秸秆先浸湿，后膨化，再进行酶解处理，以达到破坏木质素、增加生物酶可及性的目的。本发明由于采用了理化与生物结合的方法，依靠浸水秸秆在膨化机内被挤压、摩擦时产生的压力和高温水蒸汽来破坏木质素对纤维素的保护层，加之秸秆在被挤出膨化机喷嘴时由于压力骤然下降，而使秸秆体积膨大，使组织结构进一步膨松。使得纤维素酶更能够直接作用于纤维素酶解位点。膨化过程中产生的高温、高压又为秸秆起到了灭菌作用。提供的热能又增加了酶解反应温度，更有利于还原糖的转化。从而提高了秸秆转化燃料乙醇的利用率和产品的得率。解决了现有方法耗能高，浪费原料和污染设备及环境的问题。
文档编号C12P19/14GK101914577SQ20101021697
公开日2010年12月15日 申请日期2010年6月29日 优先权日2010年6月29日
发明者姜月, 寇巍, 张晓健, 曲静霞, 李世密, 董晓莹, 赵勇, 闫昌国 申请人:辽宁省能源研究所