一种通过碱、乙醇溶液两段预处理和添加剂提高蔗渣酶解效率的方法技术

本发明专利技术提供一种通过碱、乙醇溶液两段预处理和添加剂提高蔗渣酶解效率的方法。包括蔗渣原料的碱预处理或乙醇溶液预处理、酶解等步骤。将风干粉碎后的蔗渣原料与一定浓度的氢氧化钠溶液和/或乙醇溶液混合，在160～190℃下反应15～45min进行预处理，得到富含纤维素的预处理残渣，然后向残渣中加入纤维素酶和添加剂并进行酶解，提高酶解效率。本发明专利技术通过碱、乙醇溶液两段预处理和在酶解段加入添加剂，提高酶解效率并缩短酶解时间，节约成本，具有良好的应用前景。

A method to improve the enzymatic hydrolysis efficiency of bagasse by two-stage pretreatment of alkali and ethanol solution and additives

The invention provides a method for improving the enzymatic hydrolysis efficiency of bagasse by two-stage pretreatment of alkali and ethanol solution and additives. The process includes alkali pretreatment of bagasse raw material, ethanol solution pretreatment and enzymatic hydrolysis. The air-dried crushed bagasse was mixed with a certain concentration of sodium hydroxide solution and/or ethanol solution, and pretreated at 160-190 (?) C for 15-45 minutes. The pretreated residue rich in cellulose was obtained. Cellulase and additives were added to the residue and enzymatic hydrolysis was carried out to improve the efficiency of enzymatic hydrolysis. The invention has good application prospect by two-stage pretreatment of alkali and ethanol solution and adding additives in the enzymatic hydrolysis section to improve the enzymatic hydrolysis efficiency, shorten the enzymatic hydrolysis time and save cost.

【技术实现步骤摘要】
一种通过碱、乙醇溶液两段预处理和添加剂提高蔗渣酶解效率的方法
本专利技术涉及一种生物质高效转化与利用的方法，尤其是涉及蔗渣原料通过碱、乙醇溶液两段预处理和添加剂提高蔗渣酶解效率的方法。
技术介绍
随着能源的短缺和环境等问题的不断突出，生物质作为可以转化为液体燃料的可再生资源，正日益受到重视。在地球上丰富的生物质资源中，以木质纤纤维类生物质制液体燃料最受人们关注。木质纤维类生物质制液体燃料的方法是把该原料中的半纤维素、纤维素水解成木糖、葡萄糖等单糖，通过发酵生产乙醇，或通过催化合成燃油等液体燃料。但由于生物质原料中的纤维素与半纤维素和木素紧密连接在一起，结构稳定，不易被纤维素酶破坏，因此需要对其进行预处理。目前所使用的预处理方法有酸法预处理、碱法预处理、有机溶剂预处理及离子液体预处理。这些预处理通过降解部分半纤维素和/或木素，打破其所形成的网状结构，提高纤维素酶的可及度，进而提高酶解效率。这些预处理方法虽然能提高后续葡萄糖的收率，但通常需要较高的预处理温度、时间、以及化学品用量，因此寻找温和、高效的预处理方法刻不容缓。虽然不同的预处理方法能一定程度地提高后续酶解效率，但若获得较高的酶解效率通常需要较高的纤维素酶用量以及较长的酶解时间，增加了葡萄糖的生产成本，因此迫切需要寻求一种能够提高酶解效率并降低成本的葡萄糖生产方法。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有技术中的至少一种缺陷，提供一种通过碱、乙醇溶液两段预处理和添加剂提高蔗渣酶解效率的方法。本专利技术为一种高效的预处理方法，通过此预处理方法提高蔗渣等生物质原料制备葡萄糖的转化率。通过酶解段添加剂的添加提高酶解效率的同时缩短酶解时间，以降低葡萄糖的生产成本。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种通过碱、乙醇溶液两段预处理和添加剂提高蔗渣酶解效率的方法，其中，包括以下步骤：S1.将蔗渣原料与一定量的浓度为0.5～1.0％的氢氧化钠溶液置于密闭反应器中，在160～190℃下反应15～45min进行第一段预处理，分离得到第一段预处理液与第一段预处理残渣；S2.将第一段预处理残渣与一定量的乙醇溶液置于密闭反应器中，在160～190℃下反应15～45min进行第二段预处理，分离得到第二段预处理液与第二段预处理残渣；S3.向步骤S2所得的第二段预处理残渣中加入乙酸-乙酸钠缓冲液、纤维素酶以及添加剂，进行酶解，灭活，并进行葡萄糖浓度的测定。或者，一种通过碱、乙醇溶液两段预处理和添加剂提高蔗渣酶解效率的方法，其中，包括以下步骤：S1.将蔗渣原料与一定量的乙醇溶液置于密闭反应器中，在160～190℃下反应15～45min进行第一段预处理，分离得到第一段预处理液与第一段预处理残渣；S2.将第一段预处理残渣与一定量的浓度为0.5～1.0％的氢氧化钠溶液置于密闭反应器中，在160～190℃下反应15～45min进行第二段预处理，分离得到第二段预处理液与第二段预处理残渣；S3.向步骤S2所得的第二段预处理残渣中加入乙酸-乙酸钠缓冲液、纤维素酶以及添加剂，进行酶解，灭活，并进行葡萄糖浓度的测定。优选的，所述步骤S1中，所述蔗渣原料为从糖厂取得的甘蔗榨糖后所剩余的部分，经风干后粉碎得到。优选的，所述步骤S1中，所述蔗渣原料与氢氧化钠溶液或乙醇溶液的质量体积比为1:8～15。优选的，所述乙醇溶液中乙醇溶液体积比为50/50～70/30。优选的，所述步骤S1和步骤S2中，所述分离为真空抽滤或离心。优选的，所述步骤S3中，所述酶解反应时间为6～72小时，温度为45～55℃，转速为100～200转/分，缓冲液的pH为4.5～6.0，纤维素酶和添加剂的用量相对于预处理后残渣绝干质量分别为10～20FPU/克和100～200毫克/克。优选的，所述步骤S3中，所述酶解过程完成后需对其进行5～15min的灭活处理。优选的，所述步骤S3中，进行葡萄糖浓度测定的测定方法为高效液相法。优选的，所述步骤S3中，所述添加剂为吐温80。与现有技术相比，本专利技术具有的优点和效果如下：本专利技术提供的一种通过碱、乙醇溶液两段预处理和添加剂提高蔗渣酶解效率的方法能分步脱除半纤维素和木素，降低了木素和半纤维素对酶解效率的影响，初步提高了酶解的效率。另外，本专利技术提供的方法还在酶解过程中加入了添加剂，添加剂的加入极大的缩短了酶解时间，进一步的提高了酶解效率；酶解效率提高能够有效降低葡萄糖的生产成本。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步地具体详细描述，但本专利技术的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。所用蔗渣原料取自糖厂，经风干、搓丝、粉碎处理后其粒径<1毫米，其组分含量为纤维素41.2％，半纤维素22.8％，木素25.2％。酶解液中葡萄糖含量用高效液相法分析，其得率的计算方法如下：式中Y表示预酶解液中葡萄糖得率(克/100克原料)；C表示酶解液中葡萄糖浓度(g/L)；V表示酶解液体积(L)；M表示蔗渣原料中纤维素的质量(g)。实施例1称取100克绝干蔗渣原料置于装有热电偶的密闭反应器中，加入1000毫升体积比为60/40的乙醇溶液，开启搅拌，加热使温度快速上升至180℃并开始计时，待反应时间达到30分钟，停止加热，并立即用冷凝水使反应降至室温，采用真空抽滤的方法分离出第一段预处理残渣。称取50克(以绝干计)第一段预处理残渣置于装有热电偶的密闭反应器中，加入500毫升水，4.0克NaOH，开启搅拌，加热使温度快速上升至180℃并开始计时，待反应时间达到30分钟，停止加热，并立即用冷凝水使反应降至室温，采用真空抽滤的方法分离出第二段预处理残渣。取5克(以绝干计)第二段预处理残渣，加入100FPU的纤维素酶(赛力二代)、0.75克吐温80和250mL的pH＝4.8的乙酸-乙酸钠缓冲溶液进行酶解。酶解过程中控制温度为50℃，转速为150转/分。酶解进行24小时后取出1mL酶解液并进行10min灭活处理，用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算得率为87.5％。实施例2称取100克绝干蔗渣原料置于装有热电偶的密闭反应器中，加入1000毫升水，8.0克NaOH，开启搅拌，加热使温度快速上升至180℃并开始计时，待反应时间达到30分钟，停止加热，并立即用冷凝水使反应降至室温，采用真空抽滤的方法分离出第一段预处理残渣。称取50克(以绝干计)第一段预处理残渣置于装有热电偶的密闭反应器中，加入500毫升体积比为60/40的乙醇溶液，开启搅拌，加热使温度快速上升至180℃并开始计时，待反应时间达到30分钟，停止加热，并立即用冷凝水使反应降至室温，采用真空抽滤的方法分离出第二段预处理残渣。取5克(以绝干计)第二段预处理残渣，加入100FPU的纤维素酶(赛力二代)、0.75克吐温80和250mL的pH＝4.8的乙酸-乙酸钠缓冲溶液进行酶解。酶解过程中控制温度为50℃，转速为150转/分。酶解进行24小时后取出1mL酶解液并进行10min灭活处理，用高效液相测定酶解液中葡萄糖浓度，计算得率为90.7％。对比例1称取100克绝干蔗渣原料置于装有热电偶的密闭反应器中，加入1000毫升体积比为60/40的乙醇溶液，开启搅拌，加热使温度快速上升至180℃并开始计时，待反应时间达到30分钟，停止加热，并立即用冷凝水使反应降本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过碱、乙醇溶液两段预处理和添加剂提高蔗渣酶解效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将蔗渣原料与一定量的浓度为0.5～1.0％的氢氧化钠溶液置于密闭反应器中，在160～190℃下反应15～45min进行第一段预处理，分离得到第一段预处理液与第一段预处理残渣；S2.将第一段预处理残渣与一定量的乙醇溶液置于密闭反应器中，在160～190℃下反应15～45min进行第二段预处理，分离得到第二段预处理液与第二段预处理残渣；S3.向步骤S2所得的第二段预处理残渣中加入乙酸‑乙酸钠缓冲液、纤维素酶以及添加剂，进行酶解，灭活，并进行葡萄糖浓度的测定。

【技术特征摘要】
1.一种通过碱、乙醇溶液两段预处理和添加剂提高蔗渣酶解效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将蔗渣原料与一定量的浓度为0.5～1.0％的氢氧化钠溶液置于密闭反应器中，在160～190℃下反应15～45min进行第一段预处理，分离得到第一段预处理液与第一段预处理残渣；S2.将第一段预处理残渣与一定量的乙醇溶液置于密闭反应器中，在160～190℃下反应15～45min进行第二段预处理，分离得到第二段预处理液与第二段预处理残渣；S3.向步骤S2所得的第二段预处理残渣中加入乙酸-乙酸钠缓冲液、纤维素酶以及添加剂，进行酶解，灭活，并进行葡萄糖浓度的测定。2.一种通过碱、乙醇溶液两段预处理和添加剂提高蔗渣酶解效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将蔗渣原料与一定量的乙醇溶液置于密闭反应器中，在160～190℃下反应15～45min进行第一段预处理，分离得到第一段预处理液与第一段预处理残渣；S2.将第一段预处理残渣与一定量的浓度为0.5～1.0％的氢氧化钠溶液置于密闭反应器中，在160～190℃下反应15～45min进行第二段预处理，分离得到第二段预处理液与第二段预处理残渣；S3.向步骤S2所得的第二段预处理残渣中加入乙酸-乙酸钠缓冲液、纤维素酶以及添加剂，进行酶解，灭活，并进行葡萄糖浓度的测定。3.根据权利要求1或2所述的一种通过碱、乙醇溶液两段预处理和添加剂提高蔗渣酶解效率的方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述蔗渣原料为从糖厂取得的甘蔗榨糖后所剩余的部分，经风干后粉碎得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：张红丹，张嘉杰，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44