一种可实现生物质原料高效酶水解并制备可发酵糖的方法技术

本发明专利技术涉及一种可实现生物质原料高效酶水解并制备可发酵糖的方法，步骤如下：⑴除渣；⑵粉碎；⑶疏解；⑷机械预处理；⑸生物酶水解：将步骤⑷处理后的非木材纤维原料与木材纤维原料充分混合均匀后，进行生物酶水解处理，即得可发酵糖本发明专利技术方法以两种或多种具有不同特性的纤维底物为原料，进行混合酶水解，可借助不同纤维原料所具有的特性进行优势互补，实现多种生物质原料的高效利用，获得较高的生产效率，对生物质资源的高效利用具有重要意义。

A method for enzymatic hydrolysis of biomass raw materials and preparation of fermented sugar

The invention relates to a raw materials to achieve efficient enzymatic hydrolysis of biomass and preparation method, sugar fermentation steps are as follows: 1. The slag; grinding; dispersion; the mechanical pretreatment; enzymatic hydrolysis: the filling of non wood fiber materials and wood fiber raw materials and processing steps after mixing evenly, processing enzyme hydrolysis, fiber substrate is fermentable sugar according to the invention, two or more with different characteristics as raw material, mixed enzyme hydrolysis, can complement each other with the characteristics of different fiber materials with the high efficient utilization of various biological materials, high production efficiency, is of great significance efficient utilization of biomass resources.

【技术实现步骤摘要】
一种可实现生物质原料高效酶水解并制备可发酵糖的方法
本专利技术属于生物质资源与农业废弃物高效利用
，尤其是一种可实现生物质原料高效酶水解并制备可发酵糖的方法。
技术介绍
随着全球环境污染日趋严重以及煤、石油、天然气等不可再生能源的日渐衰竭，充分利用现有的能源以及寻求清洁、可再生的生物质能源来替代化石能源显得尤为重要。近年来，世界各国每年会产生数量庞大的资源性农业废弃物。据专家预测，随着生产的发展和人口的进一步增加，农业废弃物会以年均5％～10％的速度递增，农业废弃物中大部分是在目前的技术、资金和劳动力等允许的条件下，能够作为原材料被再生利用的资源性农业废弃物。因此，农业废弃物是一座巨大的资源宝库。但就目前而言，多数的农业废弃物是进行焚烧处理，不但没能对农业废弃物进行有效地转化利用，反而造成了极大的环境污染。因此，农业废弃物资源的合理利用已经成为大多数国家共同面临的问题。生物质酶水解是一种新型、绿色的处理方法，通过对木质纤维原料进行酶水解并将得到的可发酵糖用于发酵工艺可生产丁醇、丙酮和乙醇等有机化工原料和生物质燃料，也可用于生产饲料、食品以及药物等。多数情况下进行生物酶水解的原料为经过筛选的木质纤维，在进行酶水解时投入成本较高，不利于工业化生产。利用农业废弃物进行酶水解得到可发酵糖并用于其它领域具有明显的优势：使农业废弃物得到高效利用，降低环境污染的负荷，生产成本较传统利用木质纤维进行酶水解的工艺明显降低，工艺较为简单，易于操作，对自然资源的充分利用。通过检索，现有技术中关于纤维原料的高效酶水解制备可发酵糖的方面的相关专利公开文献，具体如下：1、CN104561190A公开了一种竹子生物质废弃物酶水解产可发酵糖的两步预处理方法。该方法第一步先对经过切片、粉碎、过筛的竹粗粉(粒径0.6～0.85mm)进行稀H2SO4或NaOH浸渍24～48h；第二步对浸渍后的原料进行蒸汽爆破法处理(固液比1:10～20，蒸汽爆破压力1.0～2.0MPa，时间6～10min)。最后，使用5～30FPU/g底物的纤维素酶和β-葡萄糖苷酶在45～60℃进行酶水解(48～72h)制备可发酵糖。其结果表明，该专利技术采用两步预处理使得原料的酶水解得率有了大幅度提高，但由于预处理工艺较为复杂，能量投入较高，使得预处理工艺成本较高；同时，原料的最终酶水解的葡萄糖得率仍然较低。2、CN102864192A公开了一种从木质纤维类物质中制取糖的方法。该专利技术首先将粉碎的纤维质原料(颗粒粒度20～60目)与氯化锡水溶液混合得到原料浆液(纤维质原料质量浓度50％～67％，氯化锡质量浓度为0.25％～2.5％)然后将原料浆液在0.6～0.8MPa，160～190℃的条件下进行2～5min的蒸汽爆破预处理。反应结束后所得固液混合物不经分离，直接将其作为酶水解的原料，将固液混合物的pH调至4.0～5.0在30～50℃条件下水解48～72h，纤维素酶用量为15～30PFU/g纤维素，酶水解后得到含糖的水解液。该专利技术以农业废弃物为原料，实现了废物利用，同时操作流程短、能耗较低、原料利用率高、糖化效果好；但由于酶用量较高，预处理过程中化学药品用量较大，使得生产成本较高。3、CN103981235A公开了一种提高纤维素酶水解木质纤维素效率的方法。本专利技术是将木质纤维素或者经预处理的木质纤维素原料以固液比1:5～20配成浆料混合液，调节混合液pH为4～6，向混合体系中加入0.1‰～80‰的溶菌酶(约200～16000U，相对于绝干原料质量)，在40～60℃条件下搅拌(60～200转/分钟)1～120min以使浆料与溶菌酶均匀混合。然后，加入1～40FPU/g纤维素酶进行酶水解实验，酶水解时间为12～120h或者在上述混合液加入溶菌酶的同时加入1～40FPU/g纤维素酶在温度为40～60℃条件下混合均匀酶解12～120h。最终，可使纤维素酶水解木质纤维素效率提高15％以上。该专利技术利用溶菌酶改善了反应体系传质，有利于酶与底物的吸附与解吸，减小了纤维素酶的无效吸附作用，使酶水解效率有了明显提高。此外，具有预处理工艺简单、酶用量较低、生产成本较低的特点。4、CN102703545A公开了一种木材废弃物纤维高效酶水解的预处理方法。该方法采用金属氯化物和表面活性剂混合溶液对木材废弃物进行预处理(金属氯化物和表面活性剂质量比为2.4～4.8(w/w)，处理液体积和原料质量的比例为6:1～10:1(mL/g)，预处理的温度为100～200℃，保温时间为0～240min，固液比为1:8)。然后，将预处理后的原料进行纤维素酶水解(纤维素酶用量为5～20FPU/g底物，β-葡萄糖苷酶用量为5.6～25CBU/g底物，水解液底物浓度为2％)，最终水解率达到60～91％。该专利技术实现了木材废弃物的高效酶水解，同时采用较高的固液比，降低了预处理药液的体积，减小了设备体积需求。但由于预处理的条件较为苛刻，使得能量输入较高，且糖化过程中的酶用量较高，增加了生产成本。以上专利公开文献公开的方法通过对原料进行适当的化学预处理或化学结合机械法预处理，从而实现了纤维原料较高程度的酶水解糖化目的。但由于预处理工艺复杂，化学药品对设备的腐蚀作用，能量投入高以及酶用量高等缺点，使得高效利用木质纤维原料生产可发酵糖受到技术限制。本专利技术以两种或多种具有不同特性的生物质原料作为酶水解的底物，分别经过一定程度的机械预处理，将预处理后的生物质原料进行混合，然后，在低酶用量的条件下进行协同混合酶水解，制备可发酵糖。目前，尚未发现利用两种或多种具有不同特性的生物质原料进行混合酶水解的方法，且在低酶用量条件下进行不同生物质原料的高效酶水解的方法，有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种可实现生物质原料高效酶水解并制备可发酵糖的方法，该方法能够实现两种或多种具有不同特性的生物质原料的高效利用，并为后续的加工利用或生产高附加值产品提供原料基础。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种可实现生物质原料高效酶水解并制备可发酵糖的方法，步骤如下：⑴除渣：取非木材纤维原料并对其进行除渣，去除其中存在的一些非纤维的杂质，并进行风干处理；⑵粉碎：将除渣后的非木材纤维原料进行粉碎并筛选，筛选过程中选用20目-40目以下的非木材原料组分，收集、储存，得非木材原料，用于后续的使用；⑶疏解：取木材纤维原料并对其进行充分疏解，疏解浆液质量浓度为0.5～5％，疏解转数为5000～30000转，然后分散，以便后续打浆预处理；⑷机械预处理：将步骤⑵处理后的非木材纤维原料采用一种湿研磨的研磨方式进行研磨预处理，并将预处理后的原料贮存备用；将上述⑶中充分疏解、分散后的木材纤维原料进行打浆预处理，然后，收集预处理后的原料，贮存备用；⑸生物酶水解：将步骤⑷处理后的非木材纤维原料与木材纤维原料充分混合均匀后，进行生物酶水解处理，即得可发酵糖；其中，所述非木材纤维原料的添加量为木材纤维原料的绝干质量的0.1-70％；所述生物酶水解处理具体操作条件为：以两种或多种非木材纤维原料、木材纤维原料的混合物为酶水解底物，加入HAc-NaAc缓冲液，使得底物质量浓度为1～15％，在无菌条件下进行酶水解处理；其中，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可实现生物质原料高效酶水解并制备可发酵糖的方法，其特征在于：步骤如下：⑴除渣：取非木材纤维原料并对其进行除渣，去除其中存在的一些非纤维的杂质，并进行风干处理；⑵粉碎：将除渣后的非木材纤维原料进行粉碎并筛选，筛选过程中选用20目‑40目以下的非木材原料组分，收集、储存，得非木材原料，用于后续的使用；⑶疏解：取木材纤维原料并对其进行充分疏解，疏解浆液质量浓度为0.5～5％，疏解转数为5000～30000转，然后分散，以便后续打浆预处理；⑷机械预处理：将步骤⑵处理后的非木材纤维原料采用一种湿研磨的研磨方式进行研磨预处理，并将预处理后的原料贮存备用；将上述⑶中充分疏解、分散后的木材纤维原料进行打浆预处理，然后，收集预处理后的原料，贮存备用；⑸生物酶水解：将步骤⑷处理后的非木材纤维原料与木材纤维原料充分混合均匀后，进行生物酶水解处理，即得可发酵糖；其中，所述非木材纤维原料的添加量为木材纤维原料的绝干质量的0.1‑70％；所述生物酶水解处理具体操作条件为：以两种或多种非木材纤维原料、木材纤维原料的混合物为酶水解底物，加入HAc‑NaAc缓冲液，使得底物质量浓度为1～15％，在无菌条件下进行酶水解处理；其中，所述生物酶水解处理的条件为：水解温度为40～60℃，水解时间为20～120h，转速为100～240转/分钟，纤维素酶的用量为2～40FPU/g纤维原料底物。...

【技术特征摘要】
1.一种可实现生物质原料高效酶水解并制备可发酵糖的方法，其特征在于：步骤如下：⑴除渣：取非木材纤维原料并对其进行除渣，去除其中存在的一些非纤维的杂质，并进行风干处理；⑵粉碎：将除渣后的非木材纤维原料进行粉碎并筛选，筛选过程中选用20目-40目以下的非木材原料组分，收集、储存，得非木材原料，用于后续的使用；⑶疏解：取木材纤维原料并对其进行充分疏解，疏解浆液质量浓度为0.5～5％，疏解转数为5000～30000转，然后分散，以便后续打浆预处理；⑷机械预处理：将步骤⑵处理后的非木材纤维原料采用一种湿研磨的研磨方式进行研磨预处理，并将预处理后的原料贮存备用；将上述⑶中充分疏解、分散后的木材纤维原料进行打浆预处理，然后，收集预处理后的原料，贮存备用；⑸生物酶水解：将步骤⑷处理后的非木材纤维原料与木材纤维原料充分混合均匀后，进行生物酶水解处理，即得可发酵糖；其中，所述非木材纤维原料的添加量为木材纤维原料的绝干质量的0.1-70％；所述生物酶水解处理具体操作条件为：以两种或多种非木材纤维原料、木材纤维原料的混合物为酶水解底物，加入HAc-NaAc缓冲液，使得底物质量浓度为1～15％，在无菌条件下进行酶水解处理；其中，所述生物酶水解处理的条件为：水解温度为40～60℃，水解时间为20～120h，转速为100～240转/分钟，纤维素酶的用量为2～40FPU/g纤维原料底物。2.根据权利要求1所述的可实现生物质原料高效酶水解并制备可发酵糖的方法，其特征在于：所述步骤⑴中非木材纤维原料为玉米...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘苇，汪兵，侯庆喜，王思，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：天津,12