[發明專利]秸稈類纖維素降解成可發酵還原糖的方法

無效

• 申請號: 201210054968.3
• 申請日: 2012-03-05
• 公開（公告）號: CN103045654A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 朱靜;長浜憲孜;長浜義典;聶恒
• 申請（專利權）人: 朱靜;有限會社長浜商店
• 主分類號: C12P7/10
• 分類號: C12P7/10;C12P19/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種以秸稈為原料生產燃料乙醇的方法，具體來說是秸稈類纖維素降解成可用來發酵生產乙醇的還原糖的方法。

背景技術

鑒于石油資源不足、能源供應短缺、燃料安全和環境污染壓力等問題的存在，發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、無環境污染、可作為機動車燃料使用等優點備受政府和社會重視。然而，傳統的燃料乙醇的生產主要采用淀粉質原料如小麥、玉米、薯干等，或者糖質原料如甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜等，需要消耗大量的農作物，生產成本較高。我國是一個農業大國，植物纖維素資源十分豐富，僅農作物秸稈每年產量就達7億多噸，目前的利用主要是農村炊事用，部分還田，少量通過氣化、固化來作能源用，利用水平低，資源浪費嚴重，造成的環境污染嚴重。如果采用秸稈類纖維原料來生產燃料乙醇對資源和社會均將產生良好的效果，將這些廢棄的纖維類物質轉化為燃料乙醇無疑是新型能源的最佳選擇。

植物秸稈中的木質纖維素主要由纖維素、半纖維素和木質素組成，纖維素、半纖維素降解成可還原糖；木質素通常不易被降解，可轉化為化工原料和能源材料，該方案是高值化利用植物秸稈的理想途徑之一。利用植物秸稈為原料來生產燃料乙醇，核心主要也就是將秸稈中的木質纖維素、尤其是其中的纖維素降解為可用來生產乙醇的還原糖。

傳統的秸稈類木質纖維素降解工藝可分為兩種：一種是將秸稈經過強酸、強堿或者稀酸、稀堿、微波、超聲波和蒸汽爆破、高溫、高壓等預處理后再經水解或酶解得到還原糖，此法一直存在著酸堿用量大而回收率低、回收裝置價格昂貴、環境污染嚴重、能耗高、操作繁瑣、工藝安全性差等缺點；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。現有技術的處理方案和缺點在：崔永強等，木質纖維素為原料的燃料乙醇發酵技術研究進展[J].化工進展，2010年第29卷第10期：1868-1875頁，有較為詳盡的分析和對比。除此之外，經過這些傳統方法處理得到的還原糖不能直接用于乙醇的發酵生產，還需要對處理液進行沉淀，萃取等方法處理后才能繼續后續的糖化發酵生產乙醇的工序。

發明內容

本發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秸稈類纖維素降解成可發酵還原糖的方法，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酵生產。并且簡化操作工藝和降低生產成本。

為實現上述目的，本發明提供了一種秸稈類纖維素降解成可發酵還原糖的方法，其特征在于：先向秸稈中加入緩沖液；再以緩沖液的用量為基準，按每50ml緩沖液中加入1～7ml濃度為0.005～0.10mol/L的HCl溶液預處理5～180min，得到處理反應液；最后向所述處理反應液中加入纖維素酶進行降解。所述的預處理也就是在浸泡即可，較好的是在攪拌條件下浸泡或者搖床中浸泡，確保反應物料均勻接觸。

優選地，所述緩沖液的用量與秸稈重量的液固比為6～20∶1。

更優選地，所述緩沖液的用量與秸稈重量的液固比為10～20∶1。

優選地，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。

優選地，所述纖維素酶的用量為1.5～4.5FPU/g秸稈重量。因為商品酶的活性不一致，所以所加入的商品酶的重量則沒有固定參數。

優選地，所述降解過程的溫度為28～45℃，降解時間為6～72h。

更優選地，所述降解時間為12～60h。

優選地，所述預處理時間為60～180min。

為了使秸稈中的木質纖維素降解得更充分，優選先將秸稈機壓成磚、經機械粉碎到30-50目。干燥恒重是便于更粉碎也是便于與其它物料配比，細度只要達到30目就能保證降解的效率和速度，理論上來說越細越好，但從經濟性考慮，在30-50目較佳。

為了使預處理和降解反應更充分、更均勻，優選保持整個反應過程在搖床中進行，所述搖床的轉速為50～135r/min。

本發明的有益效果：

1、與現有技術相比，本發明提供的將秸稈類纖維素降解成可發酵還原糖的方法使用了較少量的稀酸和較少量的纖維素酶，纖維素酶的用量最低至1.5FPU/g底物，低于實施工業化估算的酶最低用量標準。

2、經實驗證明：采用本發明提供的方法降解稻草秸稈后得到的糖化液中可發酵還原糖重量占稻草秸稈總重量的35％左右，而木質纖維素占稻草秸稈總重量的理論值為40％，由此可知，稻草秸稈中木質纖維素的糖化率達到了80％以上，說明糖化充分，并且該糖化率明顯高于現有技術。