[發(fā)明專利]將紫莖澤蘭降解成可發(fā)酵還原糖的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210054960.7
• 申請日: 2012-03-05
• 公開（公告）號: CN103031344A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱靜;長浜憲孜;長浜義典
• 申請（專利權(quán)）人: 朱靜;有限會社長浜商店
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C12P19/14
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種使紫莖澤蘭變廢為寶的方法，具體來說是將紫莖澤蘭降解成可發(fā)酵還原糖的方法。

背景技術(shù)

鑒于石油資源不足、能源供應(yīng)短缺、燃料安全和環(huán)境污染壓力等問題的存在，發(fā)展新型的可再生原料和能源成為趨勢，燃料乙醇以其可再生、無環(huán)境污染、可作為機(jī)動車燃料使用等優(yōu)點(diǎn)備受政府和社會重視。然而，傳統(tǒng)的燃料乙醇的生產(chǎn)主要采用淀粉質(zhì)原料如小麥、玉米、薯干等，或者糖質(zhì)原料如甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜等，需要消耗大量的農(nóng)作物，生產(chǎn)成本較高。

紫莖澤蘭(Crofton?Weed)，多年生草本或亞灌木。植物界里的“殺手”，所到之處寸草不生，牛羊中毒。可進(jìn)行有性繁殖和無性繁殖，對環(huán)境的適應(yīng)性極強(qiáng)，無論在干旱貧瘠的荒坡隙地、墻頭、巖坎，在石縫里也能生長。為危害極大的外來入侵種，對生物多樣性的破壞極大，在2010年中國西南大旱后瘋長蔓延，威脅到農(nóng)作物的生長，嚴(yán)重影響我國的自然生態(tài)和社會經(jīng)濟(jì)安全。至目前為止，在云南省分布面積高達(dá)2580萬公頃，80％面積的土地都有紫莖澤蘭分布，其產(chǎn)量高達(dá)1億噸以上。而紫莖澤蘭的綜合纖維素含量為51.81％，其碳水化合物含量較高。利用紫莖澤蘭轉(zhuǎn)化為糖繼而生產(chǎn)多種化工產(chǎn)品，尤其是生產(chǎn)燃料乙醇，是將其變廢為寶，化害為利的一個良好途徑。

紫莖澤蘭中的纖維素主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，纖維素、半纖維素降解成可還原糖；木質(zhì)素轉(zhuǎn)化為化工原料和能源是高值化利用植物秸稈的理想途徑之一。而且，若想利用植物秸稈為原料來生產(chǎn)燃料乙醇，必然需要將秸稈中的木質(zhì)纖維素、尤其是其中的纖維素降解為可用來生產(chǎn)乙醇的還原糖。

現(xiàn)有技術(shù)中未見有關(guān)將紫莖澤蘭等綜合纖維素含量較高的材料降解成可發(fā)酵還原糖的方法的報道。傳統(tǒng)的例如稻草、麥稈等木質(zhì)纖維素降解工藝和缺點(diǎn)在：崔永強(qiáng)等，木質(zhì)纖維素為原料的燃料乙醇發(fā)酵技術(shù)研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2010年第29卷第10期：1868-1875頁，有較為詳盡的分析和對比。大體可分為兩種：一種是將木質(zhì)纖維素經(jīng)過濃酸、濃堿或稀酸、稀堿，經(jīng)高溫、高壓、微波、超聲波和蒸汽爆破等預(yù)處理后再經(jīng)水解或酶解得到還原糖，該方法存在著酸堿用量大而回收率低、回收裝置價格昂貴、環(huán)境污染嚴(yán)重、能耗高、操作工藝安全性差等缺點(diǎn)；另一種是直接用纖維素酶制劑降解成還原糖，此法存在著纖維素酶的用量大、成本高、酶解效率低等缺點(diǎn)。除此之外，經(jīng)過這些傳統(tǒng)方法處理得到的還原糖不能直接用于乙醇的發(fā)酵生產(chǎn)，還需要對處理液進(jìn)行沉淀，萃取等方法處理后才能繼續(xù)后續(xù)的糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的工序。

也就是說：現(xiàn)有技術(shù)中也沒有適當(dāng)?shù)墓に嚰夹g(shù)可供參考。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用較少量的稀酸和較少量的纖維素酶將紫莖澤蘭降解成可發(fā)酵還原糖的方法，用本方法處理得到的還原糖不需任何處理可直接用于乙醇的發(fā)酵生產(chǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了將紫莖澤蘭降解成可發(fā)酵還原糖的方法，其特征在于：先向紫莖澤蘭中加入緩沖液；再以緩沖液的用量為基準(zhǔn)，按每50ml緩沖液中加入1～7ml濃度為0.005～0.10mol/L的Hcl溶液預(yù)處理5～180min，得到處理反應(yīng)液；最后向所述處理反應(yīng)液中加入纖維素酶進(jìn)行降解。

優(yōu)選地，所述緩沖液的用量與秸稈重量的液固比為6～20∶1。

更優(yōu)選地，所述緩沖液的用量與秸稈重量的液固比為10～20∶1。

優(yōu)選地，所述緩沖液為磷酸、醋酸、檸檬酸鈉或檸檬酸緩沖液，所述緩沖液的pH值為4.5～5.5。

優(yōu)選地，所述纖維素酶的用量為1.5～4.5FPU/g秸稈重量。因?yàn)樯唐访傅幕钚圆灰恢拢运尤氲纳唐访傅闹亓縿t沒有固定參數(shù)。

優(yōu)選地，所述降解過程的溫度為28～45℃，降解時間為6～72h。

更優(yōu)選地，所述降解時間為12～60h。

優(yōu)選地，所述預(yù)處理時間為60～180min。

為了使紫莖澤蘭中的木質(zhì)纖維素降解得更充分，優(yōu)選先將紫莖澤蘭曬干到恒重并經(jīng)機(jī)械粉碎到30-100目的細(xì)度。干燥恒重是便于更粉碎也是便于與其它物料配比，細(xì)度只要達(dá)到30目就能保證降解的效率和速度，理論上來說越細(xì)越好，但從經(jīng)濟(jì)性考慮，在30-100目較佳。

為了使預(yù)處理和降解反應(yīng)更充分、更均勻，優(yōu)選保持整個反應(yīng)過程在搖床中進(jìn)行，所述搖床的轉(zhuǎn)速為50～135r/min。

本發(fā)明的有益效果：

1、實(shí)現(xiàn)了將對生物多樣性造成危害、嚴(yán)重影響生態(tài)安全和社會經(jīng)濟(jì)的外來有害入侵物種紫莖澤蘭降解成可發(fā)酵還原糖的目的，使其能夠成為生物乙醇制備中的有用原料，使其在生物燃料等多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)科學(xué)利用。