[發明專利]采用含纖維素的原料制備單糖的方法

有效

• 申請號: 200710121090.X
• 申請日: 2007-08-29
• 公開（公告）號: CN101376902A
• 公開（公告）日: 2009-03-04
• 發明（設計）人: 劉甲申;袁敬偉;孫長征;張寧;岳國君;林海龍;于天楊
• 申請（專利權）人: 中糧集團有限公司
• 主分類號: C12P19/02
• 分類號: C12P19/02
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司
• 代理人: 王鳳桐;黃章輝

技術領域

本發明是關于糖的制備方法，更具體地是關于采用含纖維素的原料制備 單糖的方法。

背景技術

現有技術可以用含纖維素的原料制備單糖，所得單糖主要是葡萄糖，葡 萄糖可以用于食品、醫藥工業，在印染制革工業中可以用作還原劑，在制鏡 工業和熱水瓶膽鍍銀工藝中常用葡萄糖作還原劑；所得單糖還包括木糖，可 以通過加氫制造木糖醇，作為食品的無熱量甜味劑。所述單糖也可以經過微 生物(例如酵母)發酵制備乙醇。

含纖維素的原料一般為植物的根、莖和葉，包括秸稈。所述秸稈即農作 物(一般為草本植物)收獲果實后留下的根、莖和葉，主要為莖和葉，如玉 米秸稈、高粱秸稈、谷類植物的秸稈、麥秸。秸稈的主要成分是木質纖維素。 所述木質纖維素是纖維素、半纖維素和木質素的混合物。秸稈中纖維素、半 纖維素和木質素通過共價鍵或非共價鍵緊密結合而成的木質纖維，約占秸稈 總重量的70-90％。秸稈中纖維素、半纖維素和木質素的含量會隨不同來源 的農作物或農作物的不同部分而有所區別。

含纖維素的原料的預處理方法一般為蒸汽爆破和/或酸水解進行預處 理，以破壞木質素對纖維素和半纖維素的包埋。酸水解雖然能夠破壞木質素， 但是也會破壞纖維素，繼而降低葡萄糖的產率，而且酸水解后還需要加大量 堿中和才能進行酶解和發酵。因此更傾向只通過蒸汽爆破完成預處理過程， 達到破壞木質素對纖維素和半纖維素的包埋作用。

纖維素被纖維素酶水解的反應通常稱為酶解反應，又可以稱為糖化反 應，酶解的主要產物是單糖。纖維素在纖維素酶的作用下能夠轉化成葡萄糖， 半纖維素在半纖維素酶的作用下能夠轉化成木糖等單糖，葡萄糖和木糖都可 以用于發酵生產乙醇，比如釀酒酵母可以發酵葡萄糖制備乙醇，樹干畢赤酵 母可以發酵木糖制備乙醇。纖維素的非結晶結構是很容易被打破的，它可以 完全降解成葡萄糖，然后由葡萄糖發酵成乙醇。但是，纖維素的結晶結構難 以被破壞。另外，木質素是由苯基丙烷聚合而成的一種非多糖物質，由芳香 烴的衍生物以-C-C-鍵、-O-鍵縱橫交聯在一起，其側鏈又與半纖維素以共價 鍵結合，形成一個十分致密的網絡結構，將纖維素緊緊包裹在里面，不利于 纖維素酶對纖維素的進攻，使得纖維素酶和半纖維素酶無法接觸底物，因此， 需要先對秸稈進行預處理，如對秸稈進行蒸汽爆破或者酸處理后再與纖維素 酶和/或半纖維素酶接觸，對纖維素進行水解。

CN1629321A公開了一種利用秸稈植物提取制乙醇用葡萄糖和/或木糖 的方法，該方法包括在室溫下，按照秸稈植物：稀酸溶液的重量比為1∶4.5-8.5 的比例將秸稈與稀酸溶液混合，然后升溫到90-100℃恒溫，快速水解秸稈中 的半纖維素提取糖溶液，糖溶液發酵制備乙醇。該方法還包括在所述糖溶液 中進一步加入纖維素酶水解糖溶液中未溶的纖維素，所述纖維素酶的加入量 與秸稈的重量比為1∶10-1∶100，調pH值在4.5-5.5，然后升溫到45-60℃， 得到含有葡萄糖和木糖的水溶液，發酵制備乙醇。CN1117835C公開了一種 乙醇溶解汽爆秸稈木質素制備液體燃料的方法，該方法以汽爆秸稈為原料， 在高壓反應釜中，用乙醇萃取汽爆秸稈中的木質素；再用真空抽濾得到濾液， 并將汽爆秸稈萃取渣進行同步糖化固態發酵乙醇，乙醇萃取液及真空抽濾所 得濾液即為該方法制備的液體燃料。

所述汽爆秸稈原料的制備方法包括將切碎的麥草、稻草或玉米稈等植物 原料裝入汽爆罐，在1.2-1.7兆帕壓力下，維持壓力5-10分鐘，之后，瞬間 減壓釋放。

所述的乙醇萃取汽爆秸稈中的木質素的方法為在高壓反應釜中，加入汽 爆秸稈和乙醇，汽爆秸稈和乙醇的體積比為1∶10-1∶50，在1.5-2.0兆帕的 壓力范圍內保持1-2小時。

所述的將汽爆秸稈萃取渣進行同步糖化固態發酵乙醇是指：在33-35℃ 范圍內(發酵)，維持14-16小時，在38-40℃范圍內(酶解)，維持68小時， 并交替進行發酵2-3天。

CN1193099C公開了一種使用耐熱型酵母從木素纖維素生物質中生產乙 醇的方法，該方法包括以下步驟：