一种生产可发酵性糖的方法技术

本发明专利技术涉及生物质能源技术领域，具体涉及可发酵糖液的制备方法，利用植物纤维原料，如竹子或竹子加工后的剩余物制备可发酵性糖，将植物纤维原料经过粉碎的步骤，采用热水对植物纤维原料进行抽提的步骤，将上述经热水抽提的植物纤维原料与硫酸在反应器中反应，从而进行预处理的步骤，反应结束后，迅速取出所述反应器置于冷水中骤冷，经吸滤后用热水洗涤，收集洗涤液和固体渣，称取上述的固体渣，采用纤维素酶水解，水解结束后收集酶水解液，合并预处理的水解液和纤维素酶水解液，利用此方法，通过预处理技术手段的改进，获得尽可能多的可发酵性糖类，同时产生尽可能少的抑制物，有利于降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物质能源
，具体涉及可发酵糖液的制备方法。 技术背景 随着化石能源的逐渐枯竭，以及使用化石能源带来的环境污染的加剧，开发可再 生且对环境友好的能源势在必行。生物乙醇具有含氧量高、燃烧值高、无污染等优良特性， 倍受研宄者们关注。传统乙醇生产是由淀粉质原料经发酵而得到，工艺较成熟，但淀粉质原 料来源有限，同时又是制糖工业原料和人类粮食来源之一，因此成本相对较高。另外，作为 粮食的淀粉是人类赖以生存的重要资源，随着世界人口的急剧膨胀，粮食短缺也成为人类 急待解决问题之一，长期依靠农作物生产燃料乙醇变得越来越不现实，需要寻找替代淀粉 原料的资源。 地球上具有丰富的可再生资源木质纤维原料，包括木材、农林废弃物、农作物和城 市生活垃圾等纤维类物质，它们主要由纤维素、半纤维素、木质素组成的。与淀粉原料一样 含有大量的糖类化合物，却一直未得到充分。据不完全统计，在光合作用下，地球上每年植 物可以产生纤维素1000亿t，其蕴藏的能量相当于全球人口消耗能量的10倍以上。因此， 利用植物纤维原料生产燃料乙醇具有重要的现实意义。 植物纤维原料中，竹子是一种特殊的森林种质资源，具有生长快、生物量大、繁殖 能力强和容易更新等特点，是极具开发与利用潜力的资源。在全球木材供给紧张的情况下， 竹材与竹产品正在成为发达国家和地区的重要消费品之一。 利用竹质纤维素类生物质生产燃料乙醇或工业化学品，主要包括原料预处理、纤 维素酶水解和戊糖己糖发酵等工艺，即原料中的纤维素和半纤维素在酸或酶的作用下转化 成可发酵性糖类，并经微生物发酵等进一步转化为乙醇、乳酸等重要的化工产品。 在植物纤维原料生产燃料乙醇工艺中，预处理技术的好坏直接决定着后续纤维素 的酶水解与水解糖液的发酵。通过预处理过程，植物原料细胞壁破坏（包括破坏纤维素-木 质素-半纤维素之间的连接、降低纤维素的结晶度和除去半纤维素）、纤维素的比表面积增 加，可以达到提高对纤维素酶的可及度和反应性目的，从而提高纤维素酶的水解得率。 预处理方法包括物理法、化学法、生物法和物理化学联合法等。物理法（包括机械 粉碎、高温分解、高能电子辐射、微波、超声波等）处理存在着设备要求较高，作用不明显， 成本较高，难以实现大规模工业化生产等问题；生物法（如白腐真菌、褐腐真菌、软腐真菌 和其他细菌等）处理存在着微生物种类少，产生的降低木质素的酶活力低，处理时间长，造 成生产周期长，距实现大规模工业化生产还有一定距离；化学法（包括无机酸、碱和有机溶 剂法等）处理虽然也存在着后续污染问题，但它被认为是工业化生产中较好的预处理手 段之一。 在传统的稀酸预处理方法中，用得最多是稀硫酸、盐酸、磷酸等，它们处理虽然取 得一定的效果，但仍存在着预处理后半纤维素的糖类得率不高、产生较多的抑制物以及后 续的纤维素酶水解得率较低等问题。植物纤维原料经预处理和纤维素酶水解，目的是从木 质纤维原料中得到尽可能多的可发酵性糖，以充分综合利用木质纤维原料中纤维素和半纤 维素糖类，降低燃料乙醇或工业化学品的生产成本。 本专利技术涉及的是以竹材或其加工剩余物为原料，采用热水抽提一稀酸耦合预处理 方法处理竹材原料，生产可发酵性糖的方法，可获得较高的半纤维素和纤维素糖的得率，降 低抑制物的产生，从而有利于降低生产成本。
技术实现思路
针对当前植物纤维原料预处理技术存在的半纤维素的利用率低，水解后生成的糖 类会继续降解而产生大量抑制物，以及所得固体渣纤维素酶水解不高的现状，本专利技术提供 了一种生产可发酵性糖类的方法： ，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一：将植物纤维原料经过粉碎的步骤。 步骤二：采用热水对植物纤维原料进行抽提的步骤。 步骤三：将上述经热水抽提的植物纤维原料与硫酸在反应器中反应，从而进行预 处理的步骤； 步骤四：反应结束后，迅速取出所述反应器置于冷水中骤冷； 经吸滤后用热水洗涤，收集洗涤液和固体渣。 步骤五：称取上述的固体渣，采用纤维素酶水解； 水解结束后收集酶水解液； 合并预处理的水解液和纤维素酶水解液。 所述的植物纤维原料为竹子全材料或竹子加工后得到的剩余物。 所述的步骤一中，将原料经过粉碎至20?80目筛。 所述步骤二中，热水抽提的温度在80_100°C，热水抽提时间为2-6小时。 所述步骤二中，热水抽提的温度在90_100°C，热水抽提时间为4-6小时。 所述步骤三中，经热水抽提的物料与硫酸反应预处理的条件为：硫酸浓度 0? 2%?2. 0% (w/w)，温度为120?180°C条件下处理10?90min。 所述步骤五得到的固体渣置于4°C冰箱中平衡水分2天。 所述的步骤五中，称取所述的固体渣，加入lmol/L柠檬酸缓冲液lmL，再加 40FPIU/g纤维素酶液、葡萄糖苷酶和水，酶水解底物浓度（w/v)为10-20%，进行纤维 素酶水解。 通过预处理技术手段的改进，获得尽可能多的可发酵性糖类，同时产生尽可能少 的抑制物，有利于降低生产成本。 植物纤维原料预处理过程中半纤维素水解得率是评价稀酸预处理效果的重要指 标，它占水解液中总糖得率绝大部分，它们可被微生物发酵生产乙醇，或直接化学加工法生 产其它化学品。 本专利技术所述的可发酵性糖的生产方法，包括原料的制备、热水抽提、稀酸处理、洗 涤和纤维素酶水解过程。 上述的原料是以竹子全材料或竹子加工后得到的剩余物，是一种生物量大、来源 丰富，且具有综合利用效果、提高附加值的材料。制备过程主要是以将其粉碎至一定的粒 度，有利于后续的处理过程。 本专利技术中，热水抽提是将竹材原料加入反应器中，加热到80?100°C，保温2? 6h。热水抽提目的是除去竹子中可溶性物，同时可以除去半纤维素乙酰基团，起到部分破坏 植物纤维结构的作用，减少后续的稀酸预处理可溶性物可能与稀酸作用而消耗酸的量，并 可减少产生的抑制物量。 本专利技术所述的稀酸处理方法为：在反应器中，将上述的经热水抽提的物料在硫酸 浓度为〇. 2%?2. 0% (w/w)，于120?180°C条件下处理10?90min。反应结束后，迅速取 出反应器置于冷水中骤冷。 本专利技术所述的洗涤方法是采用热水洗涤处理后的物料3遍，收集滤液，即为所得 糖液，所得的固体渣用于纤维素酶水解。 在所述的纤维素酶水解步骤中，所用的酶为纤维素酶是以真菌或细菌产生的能降 解纤维素成葡萄糖的纤维素酶的一种或多当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产可发酵性糖的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将植物纤维原料经过粉碎的步骤。步骤二：采用热水对植物纤维原料进行抽提的步骤。步骤三：将上述经热水抽提的植物纤维原料与硫酸在反应器中反应，从而进行预处理的步骤；步骤四：反应结束后，迅速取出所述反应器置于冷水中骤冷；经吸滤后用热水洗涤，收集洗涤液和固体渣。步骤五：称取上述的固体渣，采用纤维素酶水解；水解结束后收集酶水解液；合并预处理的水解液和纤维素酶水解液。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈尚钘，方楷，范国荣，王宗德，王鹏，
申请(专利权)人：江西农业大学，
类型：发明
国别省市：江西;36