本发明专利技术属于绿色化学和清洁能源技术领域，涉及一种加压热水中超声波预处理促进木质纤维素酶水解制备还原糖的方法。将去离子水与木质纤维素以质量比10～100:1混合，通入3～10MPa的二氧化碳或者氮气，温度80～120℃；施加频率40～60kHz、功率90～600W的超声场，持续10～120min；在2-10min内使压力泄放至常压，烘干。向木质纤维素中加入pH＝4.8、浓度为0.2M的乙酸-乙酸钠缓冲溶液，其与木质纤维素质量比为50:1，再加入与木质纤维素质量比为0.5～1.2:1的纤维素酶，水解得到还原糖。本发明专利技术的方法，节省时间，条件温和，能耗低，工艺简单，成本低，绿色无污染。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于绿色化学和清洁能源
，涉及。
技术介绍
木质纤维素由半纤维素、纤维素和木质素构成，主要来源于农作物秸杆、树木和野草等。作为一种生物质资源，因其可再生、产量巨大，成为可再生能源和资源利用的焦点。直接燃烧是木质纤维素利用的传统形式，能源利用率低，环境污染严重。将木质纤维素通过化学或者生物法水解生成还原糖，再经发酵制取燃料乙醇，是可替代能源的重要组成部分，也是木质纤维素类生物质资源的高效利用途径。酶水解木质纤维素制备还原糖工艺因环境友好、条件温和以及还原糖收率高而倍受青睐。为了提高纤维素酶对木质纤维素水解的效率，首先需要对其进行预处理，目的在于破坏半纤维素以及木质素对纤维素的包裹和缠绕作用，最大限度地改善酶对纤维素的可及度。 以往对木质纤维素预处理的方法主要有:酸碱预处理、氨爆破预处理、蒸汽爆破预处理以及超临界二氧化碳预处理等。酸碱预处理工艺成熟，但存在腐蚀性强、对设备要求高、产物分离和废液处理难度大等问题。超临界二氧化碳预处理和蒸汽爆破预处理绿色环保，但需高温高压的苛刻条件且能耗较大。氨爆破预处理工艺复杂，氨回收成本高且存在环境污染问题。为克服上述预处理工艺的不足，本专利技术提出。 加压热水是指水/ 二氧化碳或者水/氮气系统总压力为3?lOMPa、温度为80?120°C的水，是一种绿色溶剂。加压热水在预处理中能对木质纤维素起到润湿和溶胀作用，使木质纤维素结构变的松散，机械强度减弱，CO2或队能更好的进入木质纤维素内部，泄压产生优越的爆破效果，同时加压热水也是超声波的良好传播介质，为超声波处理木质纤维素提供基础。 超声波是一种能量形式，广泛应用于分析化学、物理化学等各个领域。利用超声波产生的振荡和空化作用，可以破坏生物质的物理结构和内部化学键，打破木质素和半纤维素对纤维素的束缚，使纤维素酶与纤维素接触表面积变大，从而促进酶水解进行。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，解决酸碱预处理腐蚀设备、对设备要求高、产物分离困难和废液处理问题，超临界二氧化碳预处理和蒸汽爆破预处理高温高压等苛刻条件和高能耗，氨纤维爆破预处理工艺复杂、回收成本高、污染环境问题。 本专利技术的技术方案是: ，将一定质量比去离子水与粉碎后烘干的木质纤维素放入反应器中，在加压热水中进行超声波预处理，再使用纤维素酶对预处理后的木质纤维素进行水解，制备还原糖；具体步骤以下: (I)将去离子水与粉碎烘干的木质纤维素以质量比为10?100:1混合加入到反应器中，反应器内通入3?1MPa压力的二氧化碳或者氮气并加热，保持反应器内温度为80?120°C ;然后反应器内施加频率40?60kHz、功率90?600W的超声场，持续10?120min ;待反应结束后，在2_10min内使反应器压力泄放至常压，取出物料并将其烘干至恒重。 (2)将步骤(I)中所得烘干后的木质纤维素放入中加入pH = 4.8、浓度为0.2M的乙酸-乙酸钠缓冲溶液，乙酸-乙酸钠缓冲溶液与木质纤维素质量比为50:1，再加入与木质纤维素质量比为0.5?1.2:1的纤维素酶，纤维素酶活性为4000U/g，在50°C、100r/min的水浴摇床中酶水解48h，得到还原糖溶液。 所述的木质纤维素为玉米秸杆、玉米芯、稻杆、高粱秸杆、甘蔗渣、麦杆中的一种或两种以上混合，粒径为20?40目。 本专利技术的效果和益处是:加压热水是一种绿色溶剂，在预处理中能对木质纤维素起到润湿和溶胀作用，使木质纤维素结构变的松散，机械强度减弱，CO2或N2能更好的进入木质纤维素内部，泄压产生更好的爆破效果，同时加压热水也是超声波的良好传播介质，使超声振荡和波空化作用效果更好，在加压热水和超声波的共同作用下，破坏木质纤维素的物理结构和内部化学键，打破木质素和半纤维素对纤维素的束缚，纤维素酶与纤维素有更大的接触面积，从而促进酶水解进行，获得更高的还原糖产率。加压热水中进行超声波预处理，节省时间，无需高温，条件温和，对设备要求低，操作简单，绿色环保，成本低，后续处理简单。 【具体实施方式】 以下结合技术方案详细叙述本专利技术的【具体实施方式】。 实施例1 按质量比20:1称取20g去离子水和Ig玉米杆混合加入到反应器中，向反应器内灌入CO2，保持5MPa，置于超声槽中，在80°C、40kHz、600W条件下保持60min。反应结束后，迅速泄压至常压，随后取出玉米杆烘干至恒重。预处理后的玉米杆lg、0.7g活性4000U/g纤维素酶和50ml pH值4.8、浓度为0.2M的乙酸-乙酸钠缓冲溶液放入10ml锥形瓶中，在500C、100r/min的水浴摇床中水解48h，将产物过滤、离心，对液相产物进行紫外分析，还原糖产率27.6%。 实施例2 按质量比50:1称取50g去离子水和Ig玉米杆混合加入到反应器中，向反应器内灌入N2，保持lOMPa，置于超声槽中，在40诎2、6001、1201:条件下保持601^11。反应结束后，迅速泄压至常压，随后取出玉米杆烘干至恒重。预处理后的玉米杆lg、0.7g活性4000U/g纤维素酶和50ml pH值4.8、浓度为0.2M的乙酸-乙酸钠缓冲溶液放入10ml锥形瓶中，在500C、100r/min的水浴摇床中水解48h，将产物过滤、离心，对液相产物进行紫外分析，还原糖产率26.8%。 实施例3 按质量比20:1称取20g去离子水和Ig玉米芯混合加入到反应器中，向反应器内灌入CO2，保持5MPa，置于超声槽中，在59kHz、90W、80 V条件下保持120min。反应结束后，迅速泄压至常压，随后取出玉米杆烘干至恒重。预处理后的玉米杆lg、0.7g活性4000U/g纤维素酶和50ml pH值4.8、浓度为0.2M的乙酸-乙酸钠缓冲溶液放入10ml锥形瓶中，在500C、100r/min的水浴摇床中水解48h，将产物过滤、离心，对液相产物进行紫外分析，还原糖产率26.3%0 实施例4 按质量比50:1称取50g去离子水和Ig玉米芯混合加入到反应器中，向反应器内灌入CO2，保持lOMPa，置于超声槽中，在40kHz、600W、80°C条件下保持60min。反应结束后，迅速泄压至常压，随后取出玉米杆烘干至恒重。预处理后的玉米杆lg、0.7g活性4000U/g纤维素酶和50ml pH值4.8、浓度为0.2M的乙酸-乙酸钠缓冲溶液放入10ml锥形瓶中，在500C、100r/min的水浴摇床中水解48h，将产物过滤、离心，对液相产物进行紫外分析，还原糖产率28.6%。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种加压热水中超声波预处理促进木质纤维素酶水解制备还原糖的方法，其特征在于：(1)将去离子水与粉碎烘干的木质纤维素以质量比为10～100:1混合加入到反应器中，反应器内通入3～10MPa压力的二氧化碳或者氮气并加热，保持反应器内温度为80～120℃；然后反应器内施加频率40～60kHz、功率90～600W的超声场，持续10～120min；待反应结束后，在2‑10min内使反应器压力泄放至常压，取出物料并将其烘干至恒重；(2)将步骤(1)中所得烘干后的木质纤维素放入中加入pH＝4.8、浓度为0.2M的乙酸‑乙酸钠缓冲溶液，乙酸‑乙酸钠缓冲溶液与木质纤维素质量比为50:1，再加入与木质纤维素质量比为0.5～1.2:1的纤维素酶，纤维素酶的活性为4000U/g，在50℃、100r/min的水浴中酶水解48h，得到还原糖溶液。
【技术特征摘要】
1.一种加压热水中超声波预处理促进木质纤维素酶水解制备还原糖的方法，其特征在于: (1)将去离子水与粉碎烘干的木质纤维素以质量比为10?100:1混合加入到反应器中，反应器内通入3?1MPa压力的二氧化碳或者氮气并加热，保持反应器内温度为80?1200C ;然后反应器内施加频率40?60kHz、功率90?600W的超声场，持续10?120min ；待反应结束后，在2-10min内使反应器压力泄放至常压，取出物料并将其烘干至恒重； (2)将步...
【专利技术属性】
技术研发人员：李国民，银光照，刘一凡，郝刘丹，银建中，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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