一种渗透剂、稀磷酸结合蒸汽爆破拆解杨木纤维素的方法技术

本发明专利技术公开了一种渗透剂、稀磷酸结合蒸汽爆破拆解杨木纤维素的方法，包括如下步骤：1)将原木纤维原料粉碎成杨木屑；2)将渗透剂加入质量浓度为1.5～2.5wt％的磷酸溶液中以配置成混合浸渍液，将所述杨木屑加入混合浸渍液中进行浸渍；3)将浸渍完成后的杨木屑进行蒸汽爆破处理，蒸汽爆破处理完成后得到爆破浸出液和残渣。本发明专利技术实现了杨木纤维的绿色高效低毒拆解分离，无需特定保藏的菌种进行发酵培养的工序，处理后的杨木纤维物理结构破坏严重，成分变化明显，拆解分离效果较好，半纤维素基本降解，酶解之后纤维素的结晶度显著降低，酶解糖化率有明显提升。化率有明显提升。化率有明显提升。

【技术实现步骤摘要】
一种渗透剂、稀磷酸结合蒸汽爆破拆解杨木纤维素的方法


[0001]本专利技术涉及生物化工及生物能源
，具体涉及一种渗透剂、稀磷酸结合蒸汽爆破拆解杨木纤维素的方法。

技术介绍

[0002]杨木作为阔叶材的一种，具有分布广泛、适应性强、生长迅速、纤维素含量高等特点，在世界范围内被广泛种植并应用于生物质转化。杨木纤维是转化成生物乙醇的重要原料，杨木纤维转化成生物乙醇包括原料预处理、酶解、发酵和生物乙醇提纯等工序，由于纤维素酶的可及度受到木材复杂的物理和化学结构的阻碍，导致酶解和发酵效率低，原生木材的酶促水解产生的葡萄糖量微乎其微，严重制约了后续转化生物乙醇的效率，增加了生产成本。
[0003]蒸汽爆破作为能显著改善预处理后木质纤维酶水解特性的预处理工艺之一，广泛应用于木质纤维素生物质的物理化学预处理过程，与其他预处理手段相比，它具有显着降低对环境的影响、降低成本投资、提高能源利用效率、减少危险的工艺化学品使用等主要优势。然而依旧存在酸浸时间长，预处理条件苛刻，酶解发酵抑制物较多等劣势。公开号为CN104293861B的中国专利公开了一种稀磷酸结合汽爆预处理改进木质纤维酶解糖化的方法，其利用特定保藏的黑曲霉C112进行液体发酵生产β
‑
葡萄糖苷酶，在一定培养条件下，所得β
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葡萄糖苷酶酶活力可达15.496IU/ml，将黑曲霉C112生产的β
‑
葡萄糖苷酶与里氏木霉RUT C30生产的纤维素酶进行酶系复合，制备出高活性复合纤维素酶。该方法能有效提高木质纤维酶解糖化率，进而提升发酵后的乙醇得率，然而该方法需要特定的黑曲霉才能实现，且对黑曲霉的培养要求较高，操作复杂，生产成本高。
[0004]因此本专利技术旨在对传统的杨木纤维处理方法进行改进，从而解决杨木纤维拆解分离效率低、周期长、预处理及酶解条件苛刻、伴生抑制物多、酶解糖化率低等关键技术难题，提供一种操作简易、绿色、高效、低毒的杨木纤维的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术所解决的技术问题在于提供一种渗透剂、稀磷酸结合蒸汽爆破拆解杨木纤维素的方法，以解决上述
技术介绍
中的问题。
[0006]本专利技术所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
[0007]一种渗透剂、稀磷酸结合蒸汽爆破拆解杨木纤维素的方法，包括如下步骤：
[0008]1)将原木纤维原料粉碎成杨木屑，杨木屑含水率为9～10％；
[0009]2)将渗透剂加入质量浓度为1.5～2.5wt％的磷酸溶液中以配置成混合浸渍液，混合浸渍液中渗透剂的体积浓度为1.0～2.5v/v％；将所述杨木屑加入混合浸渍液中进行浸渍；
[0010]3)将浸渍完成后的杨木屑进行蒸汽爆破处理，蒸汽爆破处理的压强为1.8～2.4MPa，维压时间为120～300s；蒸汽爆破处理完成后得到爆破浸出液和残渣；
[0011]4)采用纤维素酶及β
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葡萄糖苷酶组成的复合酶对所述残渣进行酶解处理，酶解pH范围为4.8～5.0、酶解温度为45～55℃、酶解时间为80～90h。
[0012]进一步地，步骤1)中，所述杨木屑宽1～3mm，长3～13mm。
[0013]进一步地，步骤2)中，杨木屑与混合浸渍液的固液比为1：2～8，浸渍时间为1～3h。
[0014]进一步地，所述渗透剂为JFC
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M。
[0015]进一步地，步骤4)中，所述复合酶中固含量为4～6％，复合酶中纤维素酶和β
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葡萄糖苷酶的比例为1.6:1；所述纤维素酶的酶活为180～200FPU/mL，滤纸酶活为8～12FPU/g；所述β
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葡萄糖苷酶的酶活为15～25U/mL，滤纸酶活为4～8U/g。
[0016]进一步地，步骤4)中，所述复合酶中固含量为5％，复合酶中纤维素酶和β
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葡萄糖苷酶的比例为1.6:1；所述纤维素酶的酶活为191FPU/mL，滤纸酶活为10FPU/g；所述β
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葡萄糖苷酶的酶活为20U/mL，滤纸酶活为6U/g。
[0017]进一步地，步骤4)中，酶解温度为50℃、酶解时间为84h。
[0018]进一步地，将步骤3)所述的残渣烘干检测并计算纤维素拆解分离得率和半纤维素去除率，所述纤维素拆解分离得率大于90％，所述半纤维素去除率大于99％。
[0019]进一步地，将步骤4)中酶解完成后得到的酶解液进行还原糖检测，并计算酶解糖化率，酶解糖化率大于76％。
[0020]有益效果：本专利技术所述的渗透剂、稀磷酸结合蒸汽爆破拆解杨木纤维素的方法，实现了杨木纤维的绿色高效低毒拆解分离，无需特定保藏的菌种进行发酵培养，实际应用更为灵活与广泛，且能显著提升了预处理后杨木纤维的酶解糖化率，具有较大的应用前景。
[0021]本专利技术通过在预处理浸渍过程中加入非离子型渗透剂JFC
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M对杨木原料进行浸渍，并对浸渍条件进行针对性控制，从而促进磷酸药液快速对杨木纤维表面及内部进行润湿，使其结构蓬松，提升蒸汽爆破效果，JFC
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M为耐高温、耐强酸强碱、无生物毒性的绿色渗透剂，相比现有的预处理添加剂具有较大的应用潜力。本专利技术在保证高的纤维素拆解分离得率的前提下显著提升了半纤维素去除率，木质素去除率也有部分提升，酶解糖化率有较大提升。
[0022]本专利技术处理后的杨木纤维物理结构破坏严重，成分变化明显，拆解分离效果较好，半纤维素基本降解，酶解之后纤维素的结晶度显著降低，酶解糖化率有明显提升，且预处理周期短，爆破条件温和，符合绿色、低毒、高效的行业标准，为后续酶解发酵产乙醇提供更为优质的底物。
附图说明
[0023]图1为对比例1～4、实施例1～3的实验结果对照图(一)。
[0024]图2为对比例1～4、实施例1～3的实验结果对照图(二)。
[0025]图3为对比例1、2、5，实施例2、4、5、6实验结果对照图(一)。
[0026]图4为对比例1、2、5，实施例2、4、5、6实验结果对照图(二)。
[0027]图5为对比例1、2、6，实施例2、7、8、9实验结果对照图(一)。
[0028]图6为对比例1、2、6，实施例2、7、8、9实验结果对照图(二)。
[0029]图7为对比例1、2、7，实施例2、10、11、12实验结果对照图(一)。
[0030]图8为对比例1、2、7，实施例2、10、11、12实验结果对照图(二)。
[0031]图9为对比例1、2、3、4，实施例1、2、3的实验结果对照图。
[0032]图10为对比例5，实施例2、3、5、6的实验结果对照图。
[0033]图11为对比例6，实施例2、7、8、9的实验结果对照图。
[0034]图12为对比例7，实施例2、10、11、12的实验结果对照图。
[0035]图13为原料(a、a1、a2)、对比例2(b、b1、b2)及实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种渗透剂、稀磷酸结合蒸汽爆破拆解杨木纤维素的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将原木纤维原料粉碎成杨木屑，杨木屑含水率为9～10％；2)将渗透剂加入质量浓度为1.5～2.5wt％的磷酸溶液中以配置成混合浸渍液，混合浸渍液中渗透剂的体积浓度为1.0～2.5v/v％；将所述杨木屑加入混合浸渍液中进行浸渍；3)将浸渍完成后的杨木屑进行蒸汽爆破处理，蒸汽爆破处理的压强为1.8～2.4MPa，维压时间为120～300s；蒸汽爆破处理完成后得到爆破浸出液和残渣；4)采用纤维素酶及β
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葡萄糖苷酶组成的复合酶对所述残渣进行酶解处理，酶解pH范围为4.8～5.0、酶解温度为45～55℃、酶解时间为80～90h。2.根据权利要求1所述的渗透剂、稀磷酸结合蒸汽爆破拆解杨木纤维素的方法，其特征在于，步骤1)中，所述杨木屑宽1～3mm，长3～13mm。3.根据权利要求1所述的渗透剂、稀磷酸结合蒸汽爆破拆解杨木纤维素的方法，其特征在于，步骤2)中，杨木屑与混合浸渍液的固液比为1：2～8，浸渍时间为1～3h。4.根据权利要求1所述的渗透剂、稀磷酸结合蒸汽爆破拆解杨木纤维素的方法，其特征在于，步骤2)中，所述渗透剂为JFC
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M。5.根据权利要求1所述的渗透剂、稀磷酸结合蒸汽爆破拆解杨木纤维素的方法，其特征在于，步骤4)中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹鹏，童登辉，卿彦，黄一磊，刘进，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：