一种采用含纤维素原料制备还原糖的方法技术

本发明专利技术提供了一种采用含纤维素原料制备还原糖的方法。所述采用含纤维素原料制备还原糖的方法包括将预处理后的含纤维素原料与纤维素酶混合后进行水解，其中，所述预处理的方法包括将所述含纤维素原料与酸性溶液混合后进行微波消解，所述微波消解的条件包括温度为50-200℃、压力为0.05-2MPa、微波频率为0.5-5GHz、时间为1-60分钟。采用本发明专利技术提供的方法能够提高还原糖的产率。

【技术实现步骤摘要】
一种采用含纤维素原料制备还原糖的方法
本专利技术涉及一种采用含纤维素原料制备还原糖的方法。
技术介绍
目前生产燃料乙醇、生物柴油、氢气和沼气等可再生生物能源的主要原料是玉米、木薯等淀粉类生物质，利用这些原料进行工业生产，不但会造成与人争粮的不利局面，给人类生活和生产带来负面影响，而且会受到粮食资源产量、产地和运输等条件的限制，难以满足日益增长的生物能源需求。含纤维素原料主要包括农作物秸杆和野生草本及木本植物，是地球上分布最广且最廉价的可再生资源之一，非常适合作为可再生生物能源的生产原料。目前，全国秸杆理论资源量约为8.4亿吨，可收集资源量约为7亿吨。现有技术中，以含纤维素原料为原料，利用微生物发酵制取可再生生物能源主要分为两个步骤:(I)将含纤维素原料水解成还原糖；(2 )将还原糖经微生物发酵转化成目标生物能源。然而，在含纤维素原料的内部，半纤维素和木质素通过共价键形成网状结构，纤维素被包裹其中，很难与外界酶接触。如果直接用纤维素酶水解，还原糖产率一般低于20%。因此，通常情况下，在将含纤维素原料用纤维素酶进行水解之前，需要对含纤维素原料进行预处理。预处理指的是将含纤维素原料从其天然结构转化成能够有效水解的结构的过程。含纤维素原料经预处理后，纤维素-半纤维素-木质素的复合结构被破坏，半纤维素和木质素部分断裂溶解，从而使得纤维素的结晶度降低，与纤维素酶接触的比表面积增大，并能够更有效地被纤维素酶水解成可发酵利用的还原糖。目前，含纤维素原料 通常采用蒸汽爆破或者采用酸性溶液进行预处理。例如，CN101387084A公开了一种蒸汽爆破含纤维素的原料的方法，该方法将含纤维素的原料连续输送至保温压力装置中，保持3-10分钟，每隔5-12秒使该装置中的部分含纤维素的原料释放到常压，从而破坏含纤维素的原料中包埋纤维素和半纤维素的木质素鞘。CN101148830A公开了一种对植物进行汽爆-微波耦合处理分离秸杆组分的方法，该方法包括如下步骤:(I)将植物秸杆进行蒸汽爆破预处理后，加入40-6(TC温水润涨洗涤，洗涤液静置沉淀获得半纤维素；(2)将水洗后的汽曝秸杆脱水至含水量为3-5mL/g，之后加入甘油混匀后，进行间歇性微波处理；处理完毕，加入热水保温搅拌溶解30-90min ;用40_60°C水洗涤、过滤3_5次，滤饼为粗纤维；所述甘油的加入量为每克植物秸杆干料加入5-7mL的甘油；(3)将滤液经过静置沉淀获得木质素。CN101434977A公开了一种纤维素制糖工艺，该工艺采用挤压膨化预处理和纤维素酶复配水解的方式得到总糖液。其中，所述挤压膨化预处理主要利用热效应和机械效应，使得秸杆细胞壁内各层间部分木质素、纤维素、半纤维素水解，从而改变细胞间木质素的分布状态、增大其比表面积并提高水解效率。但是采用上述方法对含纤维素原料的预处理时，不能将含纤维素原料中包埋纤维素和半纤维素的木质素鞘充分破坏，因而导致将预处理后的含纤维素原料进行水解制糖或水解制生物能源时，还原糖的产率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服采用现有的方法制备还原糖产率较低的缺陷，而提供一种能够提高还原糖产率的采用含纤维素原料制备还原糖的方法。本专利技术提供了一种采用含纤维素原料制备还原糖的方法，该方法包括将预处理后的含纤维素原料与纤维素酶混合后进行水解，其中，所述预处理的方法包括将所述含纤维素原料与酸性溶液混合后进行微波消解，所述微波消解的条件包括温度为50-200°C、压力为0.05-2MPa、微波频率为0.5_5GHz、时间为1-60分钟。本专利技术的专利技术人意外地发现，通过酸性溶液与微波消解处理的协同作用，能够显著提高还原糖的产率。推测其原因，可能是由于:一方面，纤维素中的β_1，4-糖苷键具有缩醛键的性质，对酸极为敏感，将所述含纤维素原料与酸性溶液混合均匀后，β -1, 4-糖苷键发生断裂，聚合度降低，再将与酸性溶液混合均匀后的粉碎产物用微波消解进行处理，能够极为充分地破坏含纤维素原料的表面结构及内部的纤维素-半纤维素-木质素复合结构，从而使半纤维素和木质素充分断裂溶解、纤维素的结晶度降低，并将部分半纤维素分解成木糖、甘露糖等单糖，进而在纤维素酶的作用下被水解成葡萄糖。另一方面，酸性溶液的存在为微波消解提供了更为有利的条件，从而更有利于将包埋纤维素和半纤维素的木质素鞘充分破坏。此外，本专利技术提供的方法采用的微波消解时间不超过60分钟，能够有效地降低酸性溶液将还原糖中的葡萄糖和木糖进一步降解成5-羟甲基糠醛、糠醛、甲酸等对发酵等后续应用有害的物质的概率。并且，本专利技术采用微波加热替代传统蒸汽和水浴加热，反应在密闭容器中进行，不仅能耗低、条件相对温和，而且还能够缩短处理时间，并降低生产成本。 根据本专利技术的一种优选实施方式，当将所述含纤维素原料的含水量控制在小于2重量％时，不仅更有利于得到粒径较小的粉碎产物，而且还能更为充分地破坏含纤维素原料的表面结构及内部的纤维素-半纤维素-木质素复合结构，从而进一步提高还原糖的产率。本专利技术的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。【专利附图】【附图说明】附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中:图1为本专利技术提供的采用含纤维素原料制备还原糖的工艺流程图；图2为实施例1中采用微波消解后得到的含纤维素原料的微观结构图。【具体实施方式】以下对本专利技术的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供的采用含纤维素原料制备还原糖的方法包括将预处理后的含纤维素原料与纤维素酶混合后进行水解，其中，所述预处理的方法包括将所述含纤维素原料与酸性溶液混合后进行微波消解，所述微波消解的条件包括温度为50-20(TC、压力为0.05-2MPa、微波频率为0.5_5GHz、时间为1-60分钟。其中，所述微波消解主要是利用微波离子传导和极性分子转动加热原理，并采用物质内外部同时加热方式以实现将样品快速破坏、分解的目的，其具有加热速度快且受热均匀等优点。所述微波消解可以在现有的各种微波消解仪中进行，在此将不再赘述。根据本专利技术，尽管只要将粉碎后的含纤维素原料与酸性溶液混合后进行微波消解，并将所述微波消解的条件控制在温度为50-200°C、压力为0.05-2MPa、微波频率为0.5-5GHz、时间为1-60分钟，就能够有效地提高还原糖的产率，但为了使避免还原糖中的葡萄糖和木糖进一步降解成5-羟甲基糠醛、糠醛、甲酸等对发酵等后续应用有害的物质、并进一步提高还原糖的产率，优选情况下，所述微波消解的条件包括温度为100-150°C、压力为0.1-0.8MPa、微波频率为2-3GHz、时间为5-30分钟。在本专利技术中，所述压力均指表压。根据本专利技术，所述含纤维素原料的种类可以为本领域的常规选择，例如，可以包括玉米、小麦、水稻和甘蔗等各种农作物及野生草本植物的秸杆、以及玉米芯、甘蔗渣、水葫芦等富含纤维素的各种工业废弃原料。优选情况下，所述含纤维素原料选自玉米秸杆、小麦秸杆、水稻秸杆、甘蔗秸杆、高梁秸杆、棉花秸杆、豆秸和水葫芦中的一种或多种。根据本专利技术，为了增大含纤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用含纤维素原料制备还原糖的方法，该方法包括将预处理后的含纤维素原料与纤维素酶混合后进行水解，其特征在 于，所述预处理的方法包括将所述含纤维素原料与酸性溶液混合后进行微波消解，所述微波消解的条件包括温度为50-20(TC、压力为0.05-2MPa、微波频率为0.5_5GHz、时间为1-60分钟。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述微波消解的条件包括温度为100-150°C、压力为0.1-0.8MPa、微波频率为2-3GHz、时间为5-30分钟。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述预处理的方法还包括在将所述含纤维素原料与酸性溶液混合之前，将所述含纤维素原料粉碎。4.根据权利要求3所述的方法，其中，将所述含纤维素原料粉碎得到的粉碎产物的颗粒直径小于550微米。5.根据权利要求3所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏会波，李凡，彭超，林鑫，沈乃东，林海龙，刘文信，刘劲松，袁敬伟，岳国君，于天杨，
申请(专利权)人：中粮营养健康研究院有限公司，中粮生化能源肇东有限公司，中粮集团有限公司，
类型：发明
国别省市：