酶解装置和包括该酶解装置的酶解系统以及含纤维素原料的酶解方法_4

文档序号:9804362阅读:来源:国知局
后的 蒸汽爆破产物,放置于重80克的100毫升干燥三角烧瓶内。向所述三角烧瓶内加入3. 00 毫升浓度为72重量%的硫酸溶液,搅拌1分钟。然后将三角烧瓶在30°C的水浴中放置60 分钟,每隔5分钟搅拌一次以确保均匀水解。水解结束后,用去离子水使硫酸的浓度稀释到 4重量%,然后用布氏漏斗过滤,共得到滤液84毫升。将20毫升滤液转移至干燥的50毫 升的三角瓶中。使用2. 5克碳酸钙调节该滤液的pH值至5. 5,静置5小时,收集上层清液。 用0. 2微米滤膜过滤收集的上层清液,所得滤液用Biorad Aminex HPX-87P高效液相色谱 (HPLC)分析。HPLC条件:进样量20微升;流动相为0. 2微米滤膜过滤并且超声振荡脱气的 HPLC超纯水;流速为0. 6毫升/分钟;柱温80-85°C;检测器温度80-85°C;检测器为折光率 检测器;运行时间为35分钟。以0. 1-4. 0毫克/毫升浓度范围的D-(+)葡萄糖和0. 1-4. 0 毫克/毫升浓度范围D-(+)木糖作为标准样品。HPLC分析得到蒸汽爆破产物酸水解液中葡 萄糖浓度为2. 67毫克/毫升,计算可得1克所述蒸汽爆破产物酸水解能得到重量为0. 224 克的葡萄糖,因为浓度为72重量%的硫酸溶液可以将蒸汽爆破的产物的纤维素全部水解 成葡萄糖,因此所得葡萄糖的重量是蒸汽爆破产物中纤维素重量的1. 11倍,即1克所述蒸 汽爆破产物中含纤维素〇. 105克,则4000千克蒸汽爆破产物中共含纤维素 420千克。HPLC 分析得到蒸汽爆破产物酸水解液中木糖浓度为〇. 667毫克/毫升,计算可得1克所述蒸汽 爆破产物酸水解能得到重量为〇. 055克的木糖,因为浓度为72重量%的硫酸溶液可以将蒸 汽爆破的产物的半纤维素全部水解成木糖,因此所得木糖的重量是蒸汽爆破产物中半纤维 素重量的1. 14倍,即1克所述蒸汽爆破产物中含半纤维素 0. 048克,则4000千克蒸汽爆破 产物中共含半纤维素 192千克。
[0094] (2)酶解
[0095] 所述酶解分多阶段进行,所述多阶段包括连续进行的主酶解阶段以及主酶解阶段 以后的间歇酶解阶段。如图2所示,所述主酶解阶段在主酶解装置2中进行,将蒸汽爆破产 物通过主酶解装置2罐体21顶部的含纤维素原料入口 26连续送入主酶解阶段的主酶解装 置2中,并调节pH值为5,将纤维素酶和半纤维素酶从罐体21顶部的酶入口 27连续引入 罐体21中,使得经预混的含纤维素原料与酶的混合物沿罐体21的高度方向从上到下依次 从被隔板23分隔的四个酶解空间经过。主酶解装置2中的温度为50°C,所述经预混的含 纤维素原料的加入量为300千克/小时,以含纤维素原料中的每克纤维素计,所述纤维素酶 的用量为20酶活力单位(酶解阶段总酶用量为8. 4X 106酶活力单位),半纤维素酶的加入 量为加入纤维素酶总重量的10%。所述主酶解阶段,酶的加入量为酶解过程酶的总用量的 80% (主酶解阶段总酶用量为6. 72 X 106酶活力单位),因此,连续加入主酶解装置2中的 纤维素酶的加入量为5. 04X 105酶活力单位/小时。经过多阶段的连续酶解之后,酶解产 物从物料出口 28被连续从罐体21中排出,将主酶解阶段的酶解产物取样(主酶解阶段的 酶解时间为3小时),用布氏漏斗过滤,将20毫升滤液转移至干燥50毫升的三角瓶中,离心 收集上层清液。0.2微米滤膜过滤收集的上层清液,按照上述步骤(1)所述高效液相条件, 得出由主酶解阶段的酶解产物中,单糖含量为78g/L,其中葡萄糖含量为37g/L,木糖含量 为29g/L,阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖总含量为12g/L ;以最终降解为葡萄糖含量计,可溶性 葡聚糖含量为55g/L ;以最终降解为木糖含量,可溶性木聚糖含量为28g/L ;粘度为300cp, 平均粒径为40 μ m。
[0096] 将由所述主酶解阶段的酶解产物从物料出口 28被连续从罐体21中排出,分别依 次连续送入与其连通的间歇酶解装置4的4个并联的酶解罐中进行间歇酶解,并在每个酶 解罐中加入纤维素酶,所述间歇酶解阶段,酶的加入量为酶解过程酶的总用量的20%,因 此,间歇酶解阶段,纤维素酶的总量为1.68 X 106酶活力单位(每个间歇酶解装置中纤维素 酶的用量为〇. 42 X 106酶活力单位)。并在在上述酶解条件下保温混合66小时进行间歇酶 解,按照上述方法测定后续阶段的各个酶解罐的酶解终点的酶解产物中葡萄糖为105克/ 升,葡萄糖总量为共384千克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1. 11,即蒸汽爆破产物中被 酶解的纤维素的重量共345千克,测定并计算出酶解产物中的木糖共176千克,所述酶解得 到的木糖的重量除以1. 14,即蒸汽爆破产物中被酶解的半纤维素的重量共155千克。按照 下式计算纤维素、半纤维素转化率和单糖产率,计算结果见表1。
[0097] 纤维素转化率=100% X被酶解的纤维素的重量/纤维素的总重量
[0098] 半纤维素转化率=100% X被酶解的半纤维素的重量/半纤维素的总重量
[0099] 单糖产率=100% X酶解得到的葡萄糖重量/秸杆干重。
[0100] 对比例1
[0101] 本对比例说明酶解含纤维素原料的参比方法。
[0102] 按照实施例1的方法酶解含纤维素的原料,不同的是,在酶解步骤(2)中将步骤 (1)取样测试后剩余的蒸汽爆破产物一次全部加入到含黏度为200CP酶解液的酶解罐中, 然后与纤维素酶和半纤维素酶混合均匀(全部蒸汽爆破产物与水的重量比为1.4:1,pH值 为5,酶解温度为50°C,相对于每克纤维素原料的干重,纤维素酶的用量为20酶活力单位, 半纤维素酶的用量为纤维素酶重量的10% ),酶解时间为72小时。并按照实施例1的方法 和公式计算纤维素、半纤维素转化率和单糖产率,计算结果见表1。
[0103] 实施例2
[0104] 本实施例用于说明本发明的含纤维素原料的酶解方法。
[0105] 按照实施例1的方法进行含纤维素原料的酶解,不同的是:
[0106] 步骤(2)的酶解步骤中,主酶解装置2中的温度为40°C,蒸汽爆破产物的加入量为 320千克/小时,调节pH值为6,以每克纤维素计,所述纤维素酶的用量为20酶活力单位, 在所述连续酶解阶段,酶的加入量为酶解过程酶的总用量的70% (主酶解阶段总酶用量为 5. 88 X 106酶活力单位),因此,连续加入主酶解装置2中的纤维素酶的加入量为4. 7 X 105 酶活力单位/小时,半纤维素酶的加入量为加入纤维素酶总重量的10%。设置在所述罐体 21内的为2个倒置的圆锥形隔板23的锥角α为120°,将罐体21分隔成3个酶解空间, 将酶从罐体21顶部的酶入口 27和罐体21侧部的补充酶入口 29连续引入罐体21中,分别 连续向第一层、第二层和第三层酶解空间中加入的酶的量分别占该主酶解阶段纤维素酶/ 半纤维素酶的总加入量的40%、30%和30%。经过多阶段的连续酶解之后,酶解产物从物 料出口 28被连续从罐体21中排出,将主酶解阶段的酶解产物取样(主酶解阶段的酶解时 间为3小时),用布氏漏斗过滤,将20毫升滤液转移至干燥50毫升的三角瓶中,离心收集上 层清液。0.2微米滤膜过滤收集的上层清液,按照上述步骤(1)所述高效液相条件,得出由 主酶解阶段的酶解产物中,单糖含量为82g/L,其中葡萄糖含量为42g/L,木糖含量为30g/ L,阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖总含量为llg/L ;以最终降解为葡萄糖含量计,可溶性葡聚糖 含量为45g/L ;以最终降解为木糖含量,可溶性木聚糖含量为26g/L ;粘度为200cp,平均粒 径为30 μ m。
[0107] 将由所述主酶解阶段的酶解产物从物料出口 28被连续从罐体21中排出,分别依 次连续送入与其连通的间歇酶解装置4的4个并联的酶解罐中进行间歇酶解,并在每个酶 解罐中加入纤维素酶,所述间歇酶解阶段,酶的加入量为酶解过程酶的总用量的30%,因 此,间歇酶解阶段,纤维素酶的总量为2. 52 X 106酶活力单位(每个间歇酶解装置中纤维素 酶的用量为6. 3X 105酶活力单位)。并在在上述酶解条件下保温混合66小时进行间歇酶 解,按照上述方法测定后续阶段的各个酶解罐的酶解终点的酶解产物中葡萄糖为115克/ 升,葡萄糖总量为共402千克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1. 11,即蒸汽爆破产物中被 酶解的纤维素的重量共362千克,酶解终点的酶解产物中的木糖共182千克,所述酶解得到 的木糖的重量除以1. 14,即蒸汽爆破产物中被酶解的半纤维素的重量共160千克,并按照 实施例1的方法和公式计算纤维素、半纤维素转化率和单糖产率,计算结果见表1。
[0108] 实施例3
[0109] 本实施例用于说明本发明的含纤维素原料的酶解方法。
[0110] 按照实施例1的方法进行含纤维素原料的酶解,不同的是,在步骤(2)的酶解步骤 中,在主酶解阶段,将全部的纤维素酶和全部的半纤维素酶从罐体21顶部的酶入口 27连续 引入罐体21中。由主酶解阶段的酶解产物中,单糖含量为82g/L,其中葡萄糖含量为45g/ L,木糖含量为27g/L,阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖总含量为10g/L ;以最终降解为葡萄糖含量 计,可溶性葡聚糖含量为43g/L ;以最终降解为木糖含量,可溶性木聚糖含量为28g/L ;粘度 为300cp,平均粒径为30 μ m。
[0111] 在间歇酶解阶段中,不再加入纤维素酶和半纤维素酶。
[0112] 酶解终点的酶解产物中葡萄糖为98克/升,葡萄糖总量为共373千克。所述酶解 得到的葡萄糖重量除以1. 11,即蒸汽爆破产物中被酶解的纤维素的重量共336千克,酶解 终点的酶解产物中的木糖共171千克,所述酶解得到的木糖的重量除以1. 14,即蒸汽爆破 产物中被酶解的半纤维素的重量共150千克,并按照实施例1的方法和公式计算纤维素、半 纤维素转化率和单糖产率,计算结果见表1。
[0113] 实施例4
[0114] 本实施例用于说明本发明的含纤维素原料的酶解方法。
[0115] 按照实施例1的方法进行含纤维素原料的酶解,不同的是,在步骤(2)的酶解步骤 中,在主酶解阶段,酶的加入量为酶解过程酶的总用量的50% (4. 2X 106酶活力单位),因 此,连续加入主酶解装置2中的纤维素酶的加入量为3. 15X 105酶活力单位/小时。由主 酶解阶段的酶解产物中,单糖含量为62g/L,其中葡萄糖含量为27g/L,木糖含量为25g/L, 阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖总含量为l〇g/L ;以最终降解为葡萄糖含量计,可溶性葡聚糖含 量为55g/L ;以最终降解为木糖含量,可溶性木聚糖含量为28g/L ;粘度为500cp,平均粒径 为 40 μ m。
[0116] 将由所述主酶解阶段的酶解产物从物料出口 28被连续从罐体21中排出,分别依 次连续送入与其连通的间歇酶解装置4的4个并联的酶解罐中进行间歇酶解,并在每个酶 解罐中加入
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