一种竹子生物质废弃物酶水解产可发酵糖的两步预处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及燃料乙醇的制备工艺，具体涉及一种高效竹子生物质废弃物酶水解产 可发酵糖的两步预处理方法。
【发明内容】
[0002] 多年来，传统能源的大量使用导致了能源危机以及环境恶化。为了实现经济和环 境的可持续发展，可再生、无污染的生物质能源已成为当今的研宄热点。
[0003] 木质纤维素是地球上数量最大的可再生能源物质，据初步统计全世界每年产量大 约为100亿t。利用农林废弃物作为原料生产乙醇，实现生物质资源的高值化利用，有利于 改善生态环境，符合循环经济发展的要求，还可以增加农民的收入。
[0004] 竹子是森林资源的重要组成部分，作为世界上竹子资源最丰富的国家，我国是竹 子的中心产区之一，素有"竹子王国"的美誉。目前，我国的竹材人造板行业90%以上以毛 竹为原料，而大部分杂竹，尤其是小径杂竹、丛生竹并没有得到有效利用。在面临森林资源 不足的情况下，如何充分有效地利用这些竹料，已成为竹材综合利用的一个很值得探讨的 紧迫问题，也具有广阔的前景。竹子是速生型植物资源，具有生长快、易繁殖、单产高、成本 低、生产周期短等优点；同时竹子富含半纤维素和纤维素且廉价易得，利用竹材加工剩余物 及小径杂竹、丛生竹生产生物乙醇可谓一条有效途径。竹子具有密度大、硬度高和强度好等 特点，再加上竹材特殊的化学结构，对酶和微生物入侵具有"顽抗性"，酶解比较困难。
[0005] 天然纤维素类物质含有木质素、纤维素和半纤维素，纤维素的有效水解受木质素 的空间障碍和纤维素本身高结晶度和聚合度的阻碍，因此，欲水解纤维素必须对原料进行 预处理。常用的预处理的方法主要有物理法、化学法、生物法和联合预处理法等。蒸汽爆破 是采用饱和水蒸汽加热原料至一定的压力，高压蒸汽渗入纤维内部，以气流的方式从封闭 的孔隙中释放出来，使纤维发生一定的机械断裂，然后骤然减压至大气压的生物质预处理 手段，是木质纤维素原料预处理的有效方法之一。
【发明内容】
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[0007] 本发明的目的是提供一种高效竹子生物质废弃物酶水解产可发酵糖的两步预处 理方法，将林业废弃物变废为宝，降低燃料乙醇的生产成本，提高燃料乙醇的生产过程的经 济性。
[0008] 本发明的技术方案为：一种竹子生物质废弃物酶水解产可发酵糖的两步预处理方 法，包括两步法预处理及纤维素酶水解，具体步骤如下：
[0009] (1)准备原料：将自然风干的竹材废弃物切片，粉碎、过筛得竹粗粉；
[0010] (2)稀酸或碱预处理：用稀碱或稀酸充分浸渍竹粗粉；
[0011] (3)蒸汽爆破再处理：将稀酸或稀碱预处理的竹粗粉，利用蒸汽爆破法进行再处 理，竹粗粉质量和水体积的比为1:10?20g/ml，蒸汽爆破的压力为I. O?2. OMPa，持续时 间为6?lOmin，之后水洗至中性，烘干；
[0012] (4)酶水解：每克蒸汽爆破再处理原料中加入5?30FPU的纤维素酶和β -葡萄 糖苷酶，于45?60°C，100?150r/min水解48?72h。
[0013] 所用竹材废弃物为来自四川成都的慈竹加工下脚料。
[0014] 步骤（4)中纤维素酶活力为19. 6FPU/g，β -葡萄糖苷酶活力为9. 3CBU/mg。
[0015] 准备原料步骤中得到的竹粗粉的粒径为0. 6?0. 85mm
[0016] 所述的稀碱或稀酸为0. 75 %?2 % g/ml的&504或NaOH水溶液。
[0017] 稀碱或稀酸预处理步骤中，竹粗粉质量和稀碱或稀酸体积的比为1:10?20g/ml。
[0018] 纤维素酶和β-葡萄糖苷酶的混合比例为1 : 1。
[0019] 有益效果：本发明所用稀酸/碱联合蒸汽爆破预处理可同步高效移除竹材纤维原 料中的半纤维素和木素，经过预处理后竹材纤维素经酶水解所得葡萄糖产率大大提高。竹 子的固体回收率> 91%、酶水解得率> 57%、总葡萄糖得率> 52% ;较未处理过的原料大 大提高。本发明有利于降低石化资源的过度开发，缓解日益严重的能源与环境危机，利用林 业废弃物生产燃料乙醇，变废为宝，解决了燃料与人争粮的问题，有利于实现可持续发展。
【具体实施方式】
[0020] 以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0021] 本发明高效竹子生物质废弃物酶水解产可发酵糖的两步预处理方法，包括以下内 容，稀酸/碱浸渍预处理、蒸汽爆破再处理、纤维素酶水解步骤。
[0022] 本发明方法中，以慈竹下脚料（也适用于其它非木材生物质）为原材料，将其切 片、烘干、粉碎、过20-40目筛。
[0023] 本发明方法中，用0.75%?2% (g/ml)的稀&504或似0!1进行稀酸/碱预处 理，在室温下分别浸渍竹粗粉，时间为24?48h，竹粗粉质量和水体积的比为1:10? l:20(g:ml)；
[0024] 本发明方法中，将稀酸/碱预处理的竹粗粉，利用蒸汽爆破法进行再处理，竹粉质 量和水体积的比为1:10?1:20 (g:ml)，蒸汽爆破的压力为I. 0?2. OMPa，持续时间为6? lOmin，之后水洗至中性，烘干；
[0025] 本发明方法中，纤维素酶水解方法为：每克预处理原料加入5?30FPU的纤维素酶 和β -葡萄糖苷酶（比例为I : 1)，于45?60°C，100?150r/min水解48?72h ;
[0026] 本发明方法中，纤维素回收率（yM。，％ )的计算公式为：
【主权项】
1. 一种竹子生物质废弃物酶水解产可发酵糖的两步预处理方法，其特征在于，包括两 步法预处理及纤维素酶水解，具体步骤如下： (1) 准备原料：将自然风干的竹材废弃物切片，粉碎、过筛得竹粗粉； (2) 稀酸或碱预处理：用稀碱或稀酸充分浸渍竹粗粉； (3) 蒸汽爆破再处理：将稀酸或稀碱预处理的竹粗粉，利用蒸汽爆破法进行再处理，竹 粗粉质量和水体积的比为1:10?20g/ml，蒸汽爆破的压力为I. O?2. OMPa，持续时间为 6?lOmin，之后水洗至中性，烘干； (4) 酶水解：每克蒸汽爆破再处理原料中加入5?30FPU的纤维素酶和β -葡萄糖苷 酶，于 45 ?60°C，100 ?150 r/min 水解 48 ?72 h。
2. 按照权利要求1所述的竹子生物质废弃物酶水解产可发酵糖的两步预处理方法，其 特征在于，所用竹材废弃物为来自四川成都的慈竹加工下脚料。
3. 按照权利要求1所述的竹子生物质废弃物酶水解产可发酵糖的两步预处理方法，其 特征在于，步骤（4)中纤维素酶活力为19. 6FPU/g，β -葡萄糖苷酶活力为9. 3 CBU/mg。
4. 按照权利要求1所述的竹子生物质废弃物酶水解产可发酵糖的两步预处理方法，其 特征在于，准备原料步骤中得到的竹粗粉的粒径为0. 6?0. 85mm 按照权利要求1所述的竹子生物质废弃物酶水解产可发酵糖的两步预处理方法，其特 征在于，所述的稀碱或稀酸为0. 75%?2% g/ml的&504或NaOH水溶液。
5. 按照权利要求1所述的竹子生物质废弃物酶水解产可发酵糖的两步预处理方法，其 特征在于，稀碱或稀酸预处理步骤中，竹粗粉质量和稀碱或稀酸体积的比为1:10?20 g/ ml 〇
6. 按照权利要求1所述的竹子生物质废弃物酶水解产可发酵糖的两步预处理方法，其 特征在于，纤维素酶和β-葡萄糖苷酶的混合比例为1 : 1。
【专利摘要】本发明公开了一种竹子生物质废弃物酶水解产可发酵糖的两步预处理方法，先用0.75％～2％g/ml的稀H2SO4或NaOH浸渍24～48h，随之进行蒸汽爆破法再处理；然后利用载量为5～30FPU/克预处理原料的纤维素酶和β-葡萄糖苷酶组合酶水解。本发明所用稀酸/碱联合蒸汽爆破预处理可同步高效移除竹材纤维原料中的半纤维素和木素，经过预处理后竹材纤维素经酶水解所得葡萄糖产率大大提高。本发明有利于降低石化资源的过度开发，缓解日益严重的能源与环境危机，利用林业废弃物生产燃料乙醇，变废为宝，解决了燃料与人争粮的问题，有利于实现可持续发展。
【IPC分类】C12P19-14, C12P7-10
【公开号】CN104561190
【申请号】CN201410831516
【发明人】杨静, 卫民, 张宁, 蒋剑春, 赵剑
【申请人】中国林业科学研究院林产化学工业研究所
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月26日