一种处理木质纤维素制糖的新方法技术

本发明专利技术涉及一种处理木质纤维素制糖的新方法，其特征在于包括挤压膨化预处理、纤维素酶复配和酶解糖化、糖液收集过程：将至少两种纤维素酶与木聚糖酶混合得到复配纤维素酶后，加入挤压膨化预处理过的木质纤维素原料中，一步酶解糖化处理得到总糖液。利用挤压膨化预处理和复配酶一步酶解结合的工艺，木质纤维素原料的水解糖得率可以高达９０％以上。本发明专利技术方法具有预处理简单环保、酶的充分利用、酶水解反应条件温和、操作简单、酶解效率高，对后续发酵无抑制，可以综合利用，无环境污染的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，具体涉及一种通过螺杆挤压膨化预 处理，结合复配纤维素酶水解得糖的方法，属于生物化工领域的纤维素水解技术。
技术介绍
乙醇是一种很有希望替代有限石油的燃料。日前燃料乙醇主要原料是粮食，然而粮 食生产乙醇产量有限。真正可大量转化乙醇的应是纤维质材料。纤维质材料转化乙醇的 挑战性问题是产量偏低、成本偏高。纤维质材料的预处理是转化乙醇过程中的关键步骤， 该步骤的优化可明显提高纤维素的水解率，进而降低乙醇的生产成本。由于木质纤维素原料中的木质素、半纤维素对纤维素的保护作用以及纤维素本身的 结晶结构，将天然的木质纤维素原料直接进行水解时，其水解程度是很低的，即纤维素 水解成糖的百分比很低。因此，对利用木质纤维素类物质生产乙醇工艺中，通常都要对 木质纤维素进行预处理，此步骤的主要目的是改变木质纤维素的表面结构，破坏木质素 和半纤维素构成的网络结构，脱去木质素，降低纤维素的结晶度，使处理后的纤维素在 后续的水解过程中获得较高的转化率，降低前期工序和后期工序的成本。而目前已经实 施产业化的木质纤维素预处理工艺主要有两类酸/碱水解和酶水解。单一酸或碱处理需 要较高浓度，由于其污染重、腐蚀大、酸碱回收困难、后处理难度大等问题依然还在突 破中。与酸/碱水解相比，酶解法由于其条件温和、效率高以及不存在污染等优势，成为 全球公认的最有发展前景的方法之一。然而，纤维素酶的使用成本较高，而目前酶解转 化的效率又低，这些都成为制约秸秆酶解发酵制备乙醇的关键因素。螺杆式挤压膨化机能够进行农作物秸秆膨化加工，秸秆经过高温高压处理然后突然 减压释放，即所谓的膨化，膨化能够改善秸秆的理化性状，将木质素和半纤维素去除， 减小纤维素的结晶度和增加多孔性，增大纤维素的可接触面积，进而提高水解效率。为 提高农作物秸秆的水解糖化创造了条件。利用螺杆式挤压膨化机预处理木质纤维素的最大优点是所需设备简单、体积小、费用低、使用维护方便。中国专利CN2565273公 开了一种多功能挤压膨化装置，可以用于膨爆处理词料，纤维原料等，该装置不仅能耗 低而且产率高，但是该专利中没有针对具体的处理原料进行应用研究；中国专 利CN1935044公开了一种麦麸的双螺杆挤压加工处理方法以及所用的双螺杆挤压机，通过将麦麸调质，挤压处理后，不仅可以杀死麦麸中的微生物和害虫，而且经过处理后 麦麸中的蛋白质经过熟化后有利于消化吸收，这说明螺杆挤压有利于改善物料的理化性 质；中国专利CN2223898和CN1139519公开了一种纤维词料挤压膨化机，该装置可以 对纤维状原料进行加工，以利于家畜对纤维词料的消化吸收。对木质纤维素进行了预处理后，就涉及到进一步的纤维素的彻底水解。利用纤维素 酶水解纤维素是目前现有技术的常用方法。纤维素酶是多组分的复合酶系，主要包括三种组分内切型葡聚糖酶、外切型葡聚糖酶、13-葡萄糖苷酶，每一组分又有若干亚组分组成。纤维素水解生成葡萄糖的过程必须依靠这三组分的协同作用才能完成，单独的都不能有效降解天然纤维素。目前人们比较认同的纤维素酶协同作用观点认为内切葡聚 糖酶优先水解底物的较小部分，然后作用于纤维素分子的非结晶区，剪切纤维素产生很 多非还原性末端，但它不易于作用于结晶区；外切葡聚糖酶可从纤维素的非还原端以纤 维二糖为单位，将纤维素分子进一步水解，可释放葡萄糖或纤维二糖，纤维三糖单元， 纤维二糖对外切酶和内切酶有强烈抑制作用；J3-葡萄糖苷酶将纤维二糖和纤维三糖水解 为葡萄糖，从反应混合物中除去抑制剂。而现有技术多数是利用市售或微生物发酵所得 的单一纤维素酶对纤维素进行水解，因此，如何寻找水解能力强的纤维素酶，或者如何 有效利用现有纤维素酶，是现有技术需解决的技术问题。中国专利CN1201830公开了 一种涉及酿酒工业的复合糖化酶，它是由固体糖化酶与固体纤维素酶简单组合而成，提 出了复配酶的设想，但是该专利仍没有针对各种不同来源纤维素水解酶的酶系组成进行 研究；中国专利CN1970781公开了一种超声波协同改性纤维素酶催化木质纤维素糖化 的方法，通过粉碎(20目)和碱处理(常温，3% 8%)分离原料中的木质素，用活化 后的单甲氧基聚乙二醇与纤维素酶在柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液中反应得到改性纤维素 酶，将改性纤维素酶与P-葡萄糖苷酶、淀粉酶和果胶酶混合得到复配酶液，将复配酶按 照相应的比例加入预处理后的原料中，配合超声波(80W 300W)进行酶催化反应， 最后经过滤、减压蒸发，得到浓縮糖液(25% 35%)，该方法采用酶改性结合复配的 方法，提高了综纤维素的转化率，但该方法的碱液浓度过大，对生产设备的维护保养和 生产成本造成了巨大压力，由于前期碱处理效果不良，造成7后期酶解工艺的复杂化， 超声处理和减压等操作进一步增加了能耗及生产成本；中国专利CN101092639公开了 一种生物酶降解糖化作物秸秆的方法，将经粉碎后的秸秆采用微生物和稀酸联合预处理 后，再用中性木聚糖酶和酸性纤维素酶进行降解糖化，且其纤维质的酶水解分两步进行， 该方法转化率较高，污染轻，但是在预处理阶段采用微生物发酵和稀酸联合处理， 一定程度上延长了操作时间，而且酶水解分两步进行，并不算是实质上的复配操作，其繁琐 的工艺和冗长的时间，并不适用于工业化大生产；中国专利CN101182559公开了一种 利用挤压辅助酶解小麦麸皮制备低聚木糖的方法，以小麦麸皮为原料，粉碎后利用酶解 脱除淀粉和蛋白质制备小麦麸皮膳食纤维，经过双螺杆挤压机，再用枯草芽孢杆菌木聚 糖酶进行酶解反应，确定了挤压和酶解工艺的条件，酶解上清液经浓縮、干燥制备低聚 木糖，该专利未涉及复合酶的水解，但是将双螺杆挤压机处理和酶解法结合处理小麦麸 皮，取得了成功，该专利的缺点在于操作繁琐，还涉及到超声波辅助处理和多次酶解工 艺制得低聚木糖，其操作成本很高。针对木质纤维素的水解糖化工艺，现有技术存在的问题可归结为(1)大多预处理 工艺需要使用高温高压处理方法，能耗高、糖收率低；(2)预处理过程采用化学处理与 蒸汽爆破、超声波、微生物发酵等特殊操作结合提高了处理效果，但是生产成本也相应 增加；(3)预处理阶段使用的酸处理或碱处理方法普遍浓度高于3%，对设备的耐腐蚀 性能要求较高，因而增加了维护和保养费用，以及酸/碱的大量使用，以及未反应的酸/ 碱无法回收等问题，均增加了生产成本；(4)水解过程中有的方法虽然提到了酶复配， 但是没有一个可以定量说明和分析酶复配的方法，而且酶解效率提高不明显，仍需要在 超声波等辅助条件下操作，无形中进一歩增加了操作成本；(5)或者有的水解工艺使用 了复配酶但是其酶解效率不高，仍需要再进行二次单酶酶解，并不能达到省时省力、节 约经济的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，该方法相对于上述现有 技术而言，具有预处理简单环保、酶的充分利用、酶水解反应条件温和、操作简单、酶 解效率高，对后续发酵无抑制，可以综合利用，无环境污染的特点。为达到以上目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的，其特征在于包括挤压膨化预处理、纤维素酶复 配和酶解糖化、糖液收集过程将至少两种纤维素酶与木聚糖酶混合得到复配纤维素酶 后，加入挤压膨化预处理过的木质纤维素原料中， 一步酶解糖化处理得到总糖液。具体步骤为1、挤压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理木质纤维素制糖的新方法，其特征在于包括挤压膨化预处理、纤维素酶复配和酶解糖化、糖液收集过程：将至少两种纤维素酶与木聚糖酶混合得到复配纤维素酶后，加入挤压膨化预处理过的木质纤维素原料中，一步酶解糖化处理得到总糖液。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林增祥，张红漫，严立石，陈敬文，金强，黄和，瞿亮，胡龄，郑荣平，于文涛，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]