一种香蕉秆纤维素水解糖化的方法技术

本发明专利技术涉及一种香蕉秆纤维素水解糖化的方法，包括原料收集、稀酸预处理、挤压爆破和酶解水解等工艺步骤，该方法克服了传统蒸汽爆破技术能耗高，不能连续操作的缺点，工艺简单，工艺周期短；并且采用氨水作为碱剂，大幅度减少了副产物与有害物质的产生，减少能源消耗，提高原料利用率，大大降低了生产成本，采用该方法能大大提高香蕉秆纤维素水解糖化的速度，而且水解后的香蕉秆纤维素水解糖化液中纤维素转化率达到84%以上；采用该方法对香蕉秆进行处理后得到的香蕉秆纤维素水解糖化液可用于生产燃料乙醇，提高了香蕉秆生物质资源的综合利用率，提高了经济效益与社会效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物化工与生物质能源领域，具体涉及一种香蕉秆纤维素水解糖化的方法。
技术介绍
能源是社会和经济发展的重要物质基础，生物质能是世界第四大能源，利用生物质制备燃料乙醇对我国经济和社会的持续发展意义重大，而木质纤维素是地球上最丰富的可再生生物质，但该资源的当前利用率极低，除了传统的直接燃烧产热产汽外，只有极少量用于生产燃料乙醇。一直以来，如何有效地低成本地将木质纤维素转化成燃料乙醇都是科学家们面对的巨大难题和极大挑战。香蕉是我国南方广泛种植的水果，每年的产量均在1000万吨以上，产生香蕉秆高达1500万吨。而目前香蕉秆除极少量用于提取香蕉纤维素外，其它均废弃或直接还田，经济效益低，造成资源的极大浪费。虽然香蕉秆纤维素原料供应十分充足，但要真正利用这些纤维素生物质资源生产燃料乙醇，把资源优势转化为经济优势，还存在诸多技术瓶颈问题有待解决,如原料的收集、水解成本高、五碳糖的发酵、废液处理等问题，均严重制约了该纤维素原料的再生利用。在香蕉秆的处理利用方面，检索到相关的文献如：1、申请号为201020596836.X的中国专利公开了一种香蕉秆脱水装置。通过该装置，能将香蕉秆脱掉大部分水分，并将纤维切碎，可直接用作食用菌的培养基或发酵后用作肥料和饲料等。该装置投资少，运营成本低，脱水效率高，连续处理量大，可实现香蕉秆原料的机械化收集工作。但是，香蕉秆纤维收集后，只能用于食用菌或肥料，应用面较窄，用途与用量有限。2、申请号为201110461656.X的中国专利公开了一种利用汽爆技术制备香蕉秆纤维素纳米纤维的方法。该方法是将香蕉粗纤维剪切成长度为2～10cm的短纤维后在NaOH溶液中浸泡，水洗至中性，进行汽爆处理，漂白液漂洗后洗涤至中性即得到香蕉纳米纤维，得率在60％以上。该专利技术以蕉园废弃的香蕉茎秆粗纤维为主要原料，采用化学处理和汽爆技术相结合的方法，解决了传统纳米纤维制备方法成本高、工序复杂、污染环境的缺陷，大大缩短了纳米纤维的生产周期，提高效率，具有工艺简单、生产成本低、碱液和漂洗液均可循环使用等特点。该技术专利技术属纳米材料领域，实现了操作简单，绿色环保，快速高效的制备纳米纤维的方法。但纳米纤维素的生产过程一般由两部分组成，该专利技术专利仅涉及原料预处理的第一步，利用汽爆技术以大量蒸汽获取纯度优异的纤维素为目的，需消耗大量的蒸汽能源，且还需进行第二步的深加工。而第二步的处理深加工，涉及到纤维素转化为微纤维素或纳米原纤化纤维素，整个制作过程涉及机械、化学和生物酶作用。整个纳米纤维素的生产过程能耗极大，虽说已由原来开发初期的每吨纳米纤维素能耗30000kWh，目前已下降到2000kWh，但纳米晶纤维素成本之高仍是市场所不能接受因素之一。而国内纳米纤维素研究尚处在起步阶段，目前只在制浆造纸行业有较多的投入，限制了该技术的进一步应用。我国香蕉秆纤维素原料资源丰富但是香蕉秆生物质资源的综合利用率不高，造成资源的极大浪费，而利用香蕉秆纤维素生物质资源生产燃料乙醇，把资源优势转化为经济优势，则还存在诸多技术瓶颈问题有待解决,因此如何开展香蕉秆的综合利用，延长香蕉产业链，增加产品的附加值对香蕉产业的发展起着重要作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对目前香蕉秆利用率不高而提供的一种简单有效、生产成本低、应用前途广的香蕉秆纤维素水解糖化的方法，采用该方法能大大提高香蕉秆纤维素水解糖化速度，提高香蕉秆生物质资源的综合利用率，实现经济效益与社会效益的双赢。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种香蕉秆纤维素水解糖化的方法，包括如下步骤：（1）原料收集：将香蕉秆原料秆径剥离，用水洗净，晾干，打包收集，卷成筒状，贮存备用；（2）稀酸预处理：将香蕉秆纤维进行粉碎剪切成长度为0.5～5cm的粗纤维，在常温下用质量浓度为0.5～10%的稀酸溶液进行浸泡2～18小时，得到含稀酸物料；（3）挤压爆破：将步骤（2）得到的含稀酸物料进行过滤滤去水分后，放入挤压爆破机中，于温度140-170℃，压力4-20Mpa条件下进行连续挤压爆破，得到爆破物料；（4）酶解水解：用碱剂将步骤（3）得到的爆破物料的pH调节至3.5-5.5，然后加入一定量的纤维素酶和木聚糖酶混合酶后置于酶解器中于转速为80-200rpm、温度为40-55℃下水解糖化48-72小时，即得到香蕉秆纤维素水解糖化液。上述的香蕉秆纤维素水解糖化的方法，步骤（2）中，所述的稀酸溶液为磷酸、盐酸和硫酸中的一种或几种。上述的香蕉秆纤维素水解糖化的方法，步骤（4）中，所述的碱剂为质量浓度为10-20%的氨水溶液。在传统的纤维素水解糖化的生产方法中，通常用NaOH等片碱或碱液来调节爆破物料的pH值，然而，由于在酶解过程中碱会被大量消耗，引起pH波动较大，从而导致酶解过程的不稳定。在本专利技术中，用氨水替代传统的NaOH，可以对挤爆物料的酸碱度起到有效的缓冲，从而使整个水解过程处于一个较为稳定的pH环境中，保证了纤维素酶与木聚糖酶的活性，同时，氨水中的氮也可以为作为本专利技术后续的乙醇发酵提供氮源，既降低了生产成本，又易于操作。上述的香蕉秆纤维素水解糖化的方法，步骤（4）中，所述的纤维素酶（外文名称：Cellulase）和木聚糖酶（外文名称：PentopanMono）混合酶的用量为每100g爆破物料加入0.05-0.5g的纤维素酶和木聚糖酶混合酶。其中，所述的纤维素酶和木聚糖酶混合酶的制备方法为：①在温度25～32℃、pH4～6的条件下，按50mL的装液量分别将初选培养基、产孢培养基以及产酶培养基装入250mL的三角瓶中，以草酸青霉（拉丁名：Penicilliumoxalicum）和黑曲霉（学名：Aspergillusniger）作为出发菌株，接种至初选培养基后置于摇床中，于180-300rpm的转速下培养3-5d；②在与上述相同的培养条件下，将初选培养基培养得到的菌株接种于产孢培养基中培养3-5d；③在与上述相同的培养条件下，将产孢培养基中得到的菌株接种于产酶培养基中培养3-5d，分离提纯后得到纤维素酶和木聚糖酶混合酶。所述的初选培养基的组成为：硝酸钠0.5-1.0g，磷酸氢二钾1.0-2.0g，七水合硫酸镁0.5-1.0g，微量元素0.1-0.2ml，蒸馏水1000ml；所述的产孢培养基为PDA培养基：马铃薯200g，蔗糖20g，琼脂16g，水1000ml；所述的产酶培养基组成为：磷酸二氢钾4-6g、硫酸铵4-6g、七水合硫酸镁0.6-1.2g、无水氯化钙0.6-1.2g、酵母粉0.04-0.4g，吐温802-4mL、微晶纤维素10-20g、麦麸40-60g、微量元素0.1-0.2ml，其中所述微量元素含有以下成分mg/L：FeSO4·7H2O,5.0；MnSO4，1.6；ZnSO4·7H2O，1.4；CoCl2，2.0。本专利技术的有益效果为:1、本专利技术以蕉园废弃的香蕉茎秆资源为主要原料，资源十分丰富、成本低，而且本专利技术工艺简单，工艺周期短。2、本专利技术采用稀酸低温的挤压爆破工艺，与普通的蒸汽爆破技术相比，无需消耗大量的蒸汽，而且可以连续生产，可大大提高香蕉秆纤维素水解糖化速度，缩短降解的时间，同时大幅度减少了副产物与影响后续发酵乙醇的有害物质的产生，减少能源消耗，提高原料利用率，大大降低了生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种香蕉秆纤维素水解糖化的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）原料收集：将香蕉秆原料秆径剥离，用水洗净，晾干，打包收集，卷成筒状，贮存备用；（2）稀酸预处理：将香蕉秆纤维进行粉碎剪切成长度为0.5～5cm的粗纤维，在常温下用质量浓度为0.5～10%的稀酸溶液进行浸泡2～18小时，得到含稀酸物料；（3）挤压爆破：将步骤（2）得到的含稀酸物料进行过滤滤去水分后，放入挤压爆破机中，于温度140‑170℃，压力4‑20Mpa条件下进行连续挤压爆破，得到爆破物料；（4）酶解水解：用碱剂将步骤（3）得到的爆破物料的pH调节至3.5‑5.5，然后加入一定量的纤维素酶和木聚糖酶混合酶后置于酶解器中于转速为80‑200rpm、温度为40‑55℃下水解糖化48‑72小时，即得到香蕉秆纤维素水解糖化液。

【技术特征摘要】
1.一种香蕉秆纤维素水解糖化的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）原料收集：将香蕉秆原料秆径剥离，用水洗净，晾干，打包收集，卷成筒状，贮存备用；（2）稀酸预处理：将香蕉秆纤维进行粉碎剪切成长度为0.5～5cm的粗纤维，在常温下用质量浓度为0.5～10%的稀酸溶液进行浸泡2～18小时，得到含稀酸物料；（3）挤压爆破：将步骤（2）得到的含稀酸物料进行过滤滤去水分后，放入挤压爆破机中，于温度140-170℃，压力4-20Mpa条件下进行连续挤压爆破，得到爆破物料；（4）酶解水解：用碱剂将步骤（3）得到的爆破物料的pH调节至3.5-5.5，然后加入一定量的纤维素酶和木聚糖酶混合酶后置于酶解器中于转速为80-200rpm、温度为40-55℃下水解糖化48-72小时，即得到香蕉秆纤维素水解糖化液。2.根据权利要求1所述的香蕉秆纤维素水解糖化的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的稀酸溶液为磷酸、盐酸和硫酸中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的香蕉秆纤维素水解糖化的方法，其特征在于，步骤（4）中，所述的碱剂为质量浓度为10-20%的氨水溶液。4.根据权利要求1所述的香蕉秆纤维素水解糖化的方法，其特征在于，步骤（4）中，所述的纤维素酶和木聚糖酶混合酶的用量为每100g爆破物料加入0.05-0.5g的纤维素酶和木聚糖酶混合酶。5.根据权利要求1所述的香蕉秆纤维素水解糖化的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：卓义敏，谢晓航，蒋敬全，卢国伟，盘柳萍，韩宏明，张家伟，覃红梅，严明奕，罗虎，孙振江，李永恒，李志鹏，许旺发，梁坤国，鲁佰成，宋金凤，
申请(专利权)人：广西轻工业科学技术研究院，广西南宁万宇科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45