[發(fā)明專利]一種木質(zhì)纖維素酶水解與膜分離耦合生產(chǎn)高濃度還原糖的方法

無效

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• 申請日: 2010-07-09
• 公開（公告）號: CN101899488A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萬印華;齊本坤;陳向榮;伊守亮;蘇儀;沈飛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院過程工程研究所
• 主分類號: C12P19/14
• 分類號: C12P19/14;C12P19/02;C07H1/06
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發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種木質(zhì)纖維素酶解液中糖分的精制方法，尤其涉及應(yīng)用膜分離技術(shù)與木質(zhì)纖維素酶解耦合生產(chǎn)高濃度還原糖的方法。

背景技術(shù)

木質(zhì)纖維素是自然界中來源廣泛、價格低廉的可再生資源，其主要成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。生物轉(zhuǎn)化木質(zhì)纖維素中的糖類聚合物生產(chǎn)生物燃料或生物基化學(xué)品是木質(zhì)纖維素綜合利用的一個有效途徑。木質(zhì)纖維素生物轉(zhuǎn)化過程包括預(yù)處理、酶水解、微生物發(fā)酵和產(chǎn)物分離四個步驟，其中酶水解是個很重要的步驟。目前，水解木質(zhì)纖維素的酶的成本很高。因此在酶水解結(jié)束后，對水解酶進(jìn)行回收和利用是降低酶水解成本的有效方法。水解酶的回收方法有新鮮底物吸附法和超濾法等。

應(yīng)用酶膜反應(yīng)器進(jìn)行木質(zhì)纖維素酶解，實(shí)現(xiàn)水解酶的循環(huán)利用是一個較為理想的方法。酶膜反應(yīng)器是利用一定截留分量的超濾膜，截留高分子量的木質(zhì)纖維素水解酶，實(shí)現(xiàn)酶的反復(fù)使用，同時低分子量的酶解產(chǎn)物如葡萄糖、木糖和纖維二糖等可透過膜，因而能降低末端產(chǎn)物對纖維素酶的抑制作用，提高纖維素的酶解效率。目前，文獻(xiàn)報(bào)道的酶膜反應(yīng)器大都是內(nèi)置式的，不利于工業(yè)化放大，而且存在著透過液中還原糖濃度低的缺點(diǎn)，不利于后續(xù)微生物發(fā)酵。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種木質(zhì)纖維素酶解液中糖分的分離和濃縮的方法，該方法不僅能分離木質(zhì)纖維素底物、水解酶和酶解產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)底物和水解酶的循環(huán)利用，還能對酶解產(chǎn)物進(jìn)行濃縮。該方法將微濾、超濾和納濾結(jié)合使用，有效減輕了木質(zhì)纖維素底物對超濾膜的污染，避免了酶解產(chǎn)物對木質(zhì)纖維素酶解的抑制作用，提高了酶解效率，降低了酶解成本，并節(jié)省了生產(chǎn)過程中的能耗和水耗，提高了酶解液中的還原糖濃度，易于微生物發(fā)酵生產(chǎn)高濃度的產(chǎn)物。

本發(fā)明提供了一種木質(zhì)纖維素酶水解與膜分離耦合生產(chǎn)高濃度還原糖的方法，其特征在于生產(chǎn)過程如下：

(1)木質(zhì)纖維素糖化：酶解預(yù)處理的木質(zhì)纖維素生產(chǎn)還原糖；

(2)微濾過濾：將酶解糖化液通過微濾過濾，得到含水解酶和還原糖的透過液，截留的木質(zhì)纖維素粒子返回酶解反應(yīng)器繼續(xù)酶解。

(3)超濾過濾：將微濾透過液用超濾過濾，得到含還原糖的透過液，截留的水解酶返回酶解反應(yīng)器循環(huán)利用。

(4)納濾濃縮：超濾透過液經(jīng)納濾濃縮，制得高濃度的還原糖溶液，納濾透過液返回酶解反應(yīng)器。

本發(fā)明所述酶水解過程中初始底物濃度為1％～15％，水解用酶是纖維素酶、木聚糖酶、β-葡萄糖苷酶(纖維二糖酶)、果膠酶或其復(fù)合物，酶用量為5～50IU/g底物，反應(yīng)溫度20～60℃，pH4.0～8.0。

本發(fā)明所述的木質(zhì)纖維素可以是玉米秸稈、稻草秸稈、小麥秸稈、甘蔗渣、草類以及闊葉樹或針葉樹的木屑。木質(zhì)纖維素預(yù)處理方法可以是稀酸等化學(xué)預(yù)處理、雙氧水等氧化預(yù)處理、蒸汽爆破等理化預(yù)處理或酒精等有機(jī)溶劑預(yù)處理。

本發(fā)明所述的微濾膜的孔徑為0.1～1.0μm，超濾膜的截留分子量為5000～50000道爾頓，膜材料為聚醚砜、聚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈和聚酰胺中的一種。

本發(fā)明所述的納濾膜的截留分子量為90～300道爾頓；其膜組件形式為卷式、管式或板框式有機(jī)膜組件或管式無機(jī)膜組件；有機(jī)納濾膜材料為醋酸纖維素、磺化聚砜、聚酰胺、聚醚砜、磺化聚醚砜、聚哌嗪或聚乙烯醇；無機(jī)納濾膜材料為陶瓷。

本發(fā)明的反應(yīng)分離耦合操作方式可以是連續(xù)操作，也可以是間歇操作。原料補(bǔ)加方式可以是間歇補(bǔ)料，也可以是連續(xù)補(bǔ)料。間歇補(bǔ)料是在膜分離單元排出一定量后，向酶反應(yīng)器中加入相同體積的原料液，連續(xù)補(bǔ)料是在膜分離單元排出的同時向酶解反應(yīng)器中加入原料液，補(bǔ)加速率與排出速率相等。

本發(fā)明提供的木質(zhì)纖維素酶水解與膜分離耦合生產(chǎn)高濃度還原糖的方法將微濾、超濾和納濾結(jié)合使用，不但可以減輕木質(zhì)纖維素底物對超濾膜的污染，顯著提高系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)性，而且可以避免酶解產(chǎn)物對木質(zhì)纖維素酶解的抑制作用，提高酶解效率。利用納濾技術(shù)濃縮酶解液中的還原糖，提高酶解液中的還原糖濃度，易于微生物發(fā)酵生產(chǎn)高濃度的產(chǎn)物。本發(fā)明提供的方法將木質(zhì)纖維素和水解酶的分離以及還原糖的濃縮等工藝與酶水解過程緊密耦合，節(jié)省了生產(chǎn)過程中的能耗和水耗，易于自動化控制和產(chǎn)業(yè)化。

附圖說明

圖1是木質(zhì)纖維素酶水解與膜分離單元耦合生產(chǎn)高濃度還原糖的工藝流程示意圖。

附圖標(biāo)記

1.酶解反應(yīng)器??2.進(jìn)料泵??3.微濾組件??4.超濾組件??5.料液槽??6.進(jìn)料泵7.納濾組件??8.閥門??9.閥門??10.閥門??11.閥門

具體實(shí)施方式