一种提高核桃壳生物降解效果的预处理方法技术

一种提高核桃壳生物降解效果的预处理方法，涉及一种核桃壳预处理方法。是要解决由于核桃壳中酸不溶木素含量高难于生物降解的问题。方法：一、物理预处理：对核桃壳进行物理研磨，过筛，得到核桃壳粉末；二、化学预处理：将经过物理处理后的核桃壳粉末中加入碱液处理；三、然后滤去碱液，蒸馏水洗涤，经抽滤后，调节pH值，烘干至恒重，即完成。本发明专利技术通过联用物理‑化学预处理，物理预处理使得木质素和半纤维素与纤维素的结合层被部分破坏，后续化学处理又使得原料变得多孔，内表面积进一步增大，有利于增大木质素与酶或其他化学物质的接触面积。进而提高生物降解效果。本发明专利技术用于天然木质纤维素降解领域。

A Pretreatment Method for Improving the Biodegradability of Walnut Shell

A pretreatment method for improving the biodegradation effect of walnut shell relates to a pretreatment method of walnut shell. It is difficult to biodegrade because of the high acid-insoluble lignin content in walnut shell. Methods: 1. Physical pretreatment: physical grinding and sieving of walnut shell to obtain walnut shell powder; 2. Chemical pretreatment: adding alkali solution to walnut shell powder after physical treatment; 3. Then filtrating the alkali solution, washing with distilled water, after filtration, adjusting the pH value, drying to constant weight, that is, complete. By combining physical and chemical pretreatment, the binding layer of lignin and hemicellulose with cellulose is partially destroyed by physical pretreatment, and subsequent chemical treatment makes the raw material porous, and the inner surface area further enlarges, which is beneficial to increasing the contact area of lignin with enzymes or other chemical substances. And then improve the biodegradation effect. The invention is used in the field of degradation of natural lignocellulose.

【技术实现步骤摘要】
一种提高核桃壳生物降解效果的预处理方法
本专利技术涉及一种核桃壳预处理方法。
技术介绍
目前，资源、能源危机已日益突出，如何高效利用农林废弃物已成为世界各国关注的焦点，而核桃是当今世重要的油料、干果树种之一，是世界公认的良好生态、经济型树种，在我国22个省区均有种植，主要产区在云南、陕西、山西、四川、河北、甘肃、新疆、安徽等省。以云南为例，其为我国著名的核桃主产区，目前云南核桃种植面积达4280万亩，产量102万吨，产值305亿元，其省内90％以上的县(市、区)种植核桃。核桃壳是核桃取仁后的废弃物，若取仁率按55％计算，则云南每年至少产生核桃壳56.10万吨。而2016年全球核桃市场产量为725.21万吨(较2015年的692.55万吨增长4.72％)，预计未来产量将持续增长，如此一来将至少产生380.90万吨的核桃壳废弃物，若将大量集中的核桃壳丢弃或焚烧，将导致严峻的环境污染问题并造成严重的资源浪费。基于上述资源、能源危机和环境问题，如何利用和处置农林废弃物、发展绿色经济已成为各国关注的研究焦点。人们对农林废弃物核桃壳的综合利用展开了研究，如从核桃壳中提取棕色素用于食品加工业。此外，核桃壳还可用作滤料、堵漏材料、生产抗氧化剂和活性炭等。但核桃壳经过资源综合利用后很可能带来二次污染，譬如用作吸附材料的核桃壳粉仍需要进行处理，相同的问题也发生在许多核桃壳资源化方式。获得高效、经济的核桃壳废料生物降解方式可对核桃壳无害化处理有显著的影响，而核桃壳木质素组成成分主要是酸不溶木素(依品种不同含量略有差别，但是均高于50％)，其含量大大高于针叶材、阔叶材，纤维素含量却明显低于针、阔叶材、麦草和花生壳等材料，导致其与其他天然木质纤维素相比更加难以生物降解。
技术实现思路
本专利技术是要解决由于核桃壳中酸不溶木素含量高，难于生物降解的问题，提供一种提高核桃壳生物降解效果的预处理方法。本专利技术提高核桃壳生物降解效果的预处理方法，包括以下步骤：一、物理预处理：去除核桃壳中杂质，对核桃壳进行物理研磨，过筛，得到粒径为60-80目的核桃壳粉末；二、化学预处理：将经过步骤一处理后的核桃壳粉末中加入碱液，于55～65℃下处理46～50h；所述碱液为质量浓度6％～10％的Ca(OH)2溶液；其中核桃壳粉末与碱液的体积比为1:(0.9～1.1)；三、然后滤去碱液，蒸馏水洗涤残渣至pH值不再发生变化，经抽滤后，调节pH值至6～7，于55～65℃下烘干至恒重，即完成。步骤三中使用柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液调节pH值，所述柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液的浓度为0.1mol/L，pH值为3。步骤三中烘干的具体方法为：放入鼓风干燥箱中干燥。本专利技术的有益效果：本专利技术通过联用物理-化学预处理，物理预处理可以使得木质素和半纤维素与纤维素的结合层被部分破坏，聚合度降低，并提高比表面积，后续化学处理又使得原料变得多孔，内表面积进一步增大，有利于增大木质素与酶或其他化学物质的接触面积。进而提高生物降解效果。将木质纤维素类原料进行粉碎处理，原料的各组分均被保留，且没有量上的变化。但木质素和半纤维素与纤维素的结合层被部分破坏，三者的聚合度降低，而且纤维素的结晶结构也部分被破坏。机械粉碎也能提高基质的表面积，使得裸露的表面的结合点增加。碱预处理改变木质纤维素基质的结构主要通过以下两种方法：(1)溶胀纤维素；(2)去除木质素和半纤维素。碱预处理过程中，木质素中的酯键在碱性条件下易分解，醚键也可以在相对高温破坏，这些官能团的变化明显促进木质素的溶解，导致更为有效的木质素酶的接触。经过碱处理后的物料更具有多孔性，因此，碱处理后的基质更适合丝状真菌的生长。当采用物理-化学联合预处理时，其对菌株诱导产生木质素酶的效果远高于单独采用物理预处理和单独采用化学预处理。物理-化学联合预处理时，烟曲霉的Lac、Mnp和Lip分别为原酶活的578％、2548％和1074％，是仅物理预处理的5.89倍、5.12倍和3.82倍，是仅化学预处理的1.74倍、4.70倍和2.62倍。通过联用物理-化学预处理，可以使得木质素和半纤维素与纤维素的结合层先被物理处理部分破坏，聚合度降低，并提高比表面积，而后化学处理又进一步使得原料变得多孔，内表面积增大，两者共同作用极有利于增大木质素与酶或其他化学物质的接触面积。进一步探究核桃壳高效降解的最佳核桃壳与大量营养盐溶液体积比发现，在核桃壳粒径为60-80目，Ca(OH)2的浓度为8％，核桃壳与大量营养盐溶液体积比1:1.5条件下，菌株产木质素酶活性最高，其Lac、Mnp和木Lip分别为原酶活的899％、5611％和2332％。附图说明图1为核桃壳未经过预处理且未进行生物降解的扫描电镜图像；图2为未进行预处理进行生物降解的扫描电镜图像；图3为预处理效果最佳未进行生物降解的扫描电镜图像；图4为经过最佳预处理进行生物降解的扫描电镜图像；图5是核桃壳在不同预处理及生物降解前后的傅里叶红外光谱图；图6为核桃壳在不同预处理及生物降解前后的XRD结晶度谱图。具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式提高核桃壳生物降解效果的预处理方法，包括以下步骤：一、物理预处理：去除核桃壳中杂质，对核桃壳进行物理研磨，过筛，得到粒径为60-80目的核桃壳粉末；二、化学预处理：将经过步骤一处理后的核桃壳粉末中加入碱液，于55～65℃下处理46～50h；所述碱液为质量浓度6％～10％的Ca(OH)2溶液；其中核桃壳粉末与碱液的体积比为1:(0.9～1.1)；三、然后滤去碱液，蒸馏水洗涤残渣至pH值不再发生变化，经抽滤后，调节pH值至6～7，于55～65℃下烘干至恒重，即完成。采用物理预处理和化学预处理相结合，综合处理核桃壳。物理预处理的目的是通过降低其粒径或破坏其结构的规律性，增加木质素降解酶接触面积。天然木质素被粉碎之后，整体反应性能都可以得到提高，促进木质素酶对木质素的降解，提高一些化学试剂对木质素作用。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中于60℃下处理47～49h。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二中所述碱液为质量浓度7％～9％的Ca(OH)2溶液。其它与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二中所述碱液为质量浓度8％的Ca(OH)2溶液。其它与具体实施方式一或二相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中核桃壳粉末与碱液的体积比为1:1。其它与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤三中使用柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液调节pH值。其它与具体实施方式一至五之一相同。具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：所述柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液的浓度为0.1mol/L，pH值为3。其它与具体实施方式六相同。具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中烘干的具体方法为：放入鼓风干燥箱中干燥。其它与具体实施方式一至七之一相同。具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高核桃壳生物降解效果的预处理方法，其特征在于该方法包括以下步骤：一、物理预处理：去除核桃壳中杂质，对核桃壳进行物理研磨，过筛，得到粒径为60‑80目的核桃壳粉末；二、化学预处理：将经过步骤一处理后的核桃壳粉末中加入碱液，于55～65℃下处理46～50h；所述碱液为质量浓度6％～10％的Ca(OH)2溶液；其中核桃壳粉末与碱液的体积比为1:(0.9～1.1)；三、然后滤去碱液，蒸馏水洗涤残渣至pH值不再发生变化，经抽滤后，调节pH值至6～7，于55～65℃下烘干至恒重，即完成。

【技术特征摘要】
1.一种提高核桃壳生物降解效果的预处理方法，其特征在于该方法包括以下步骤：一、物理预处理：去除核桃壳中杂质，对核桃壳进行物理研磨，过筛，得到粒径为60-80目的核桃壳粉末；二、化学预处理：将经过步骤一处理后的核桃壳粉末中加入碱液，于55～65℃下处理46～50h；所述碱液为质量浓度6％～10％的Ca(OH)2溶液；其中核桃壳粉末与碱液的体积比为1:(0.9～1.1)；三、然后滤去碱液，蒸馏水洗涤残渣至pH值不再发生变化，经抽滤后，调节pH值至6～7，于55～65℃下烘干至恒重，即完成。2.根据权利要求1所述的一种提高核桃壳生物降解效果的预处理方法，其特征在于步骤二中于60℃下处理47～49h。3.根据权利要求1或2所述的一种提高核桃壳生物降解效果的预处理方法，其特征在于步骤二中所述碱液为质量浓度7％～9％的Ca(OH)2溶液。4.根据权利要求1或2所述的一种提高核桃壳生物降解...

【专利技术属性】
技术研发人员：燕红，冯茜，李金达，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23