[發(fā)明專利]一種生產(chǎn)可發(fā)酵性糖的方法

在審

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• 申請日: 2014-12-08
• 公開（公告）號: CN104531806A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳尚钘;方楷;范國榮;王宗德;王鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C12P19/14
• 分類號: C12P19/14;C12P19/02
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及可發(fā)酵糖液的制備方法。

技術(shù)背景

隨著化石能源的逐漸枯竭，以及使用化石能源帶來的環(huán)境污染的加劇，開發(fā)可再生且對環(huán)境友好的能源勢在必行。生物乙醇具有含氧量高、燃燒值高、無污染等優(yōu)良特性，倍受研究者們關(guān)注。傳統(tǒng)乙醇生產(chǎn)是由淀粉質(zhì)原料經(jīng)發(fā)酵而得到，工藝較成熟，但淀粉質(zhì)原料來源有限，同時(shí)又是制糖工業(yè)原料和人類糧食來源之一，因此成本相對較高。另外，作為糧食的淀粉是人類賴以生存的重要資源，隨著世界人口的急劇膨脹，糧食短缺也成為人類急待解決問題之一，長期依靠農(nóng)作物生產(chǎn)燃料乙醇變得越來越不現(xiàn)實(shí)，需要尋找替代淀粉原料的資源。

地球上具有豐富的可再生資源木質(zhì)纖維原料，包括木材、農(nóng)林廢棄物、農(nóng)作物和城市生活垃圾等纖維類物質(zhì)，它們主要由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素組成的。與淀粉原料一樣含有大量的糖類化合物，卻一直未得到充分。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在光合作用下，地球上每年植物可以產(chǎn)生纖維素1000億t，其蘊(yùn)藏的能量相當(dāng)于全球人口消耗能量的10倍以上。因此，利用植物纖維原料生產(chǎn)燃料乙醇具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

植物纖維原料中，竹子是一種特殊的森林種質(zhì)資源，具有生長快、生物量大、繁殖能力強(qiáng)和容易更新等特點(diǎn)，是極具開發(fā)與利用潛力的資源。在全球木材供給緊張的情況下，竹材與竹產(chǎn)品正在成為發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的重要消費(fèi)品之一。

利用竹質(zhì)纖維素類生物質(zhì)生產(chǎn)燃料乙醇或工業(yè)化學(xué)品，主要包括原料預(yù)處理、纖維素酶水解和戊糖己糖發(fā)酵等工藝，即原料中的纖維素和半纖維素在酸或酶的作用下轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵性糖類，并經(jīng)微生物發(fā)酵等進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙醇、乳酸等重要的化工產(chǎn)品。

在植物纖維原料生產(chǎn)燃料乙醇工藝中，預(yù)處理技術(shù)的好壞直接決定著后續(xù)纖維素的酶水解與水解糖液的發(fā)酵。通過預(yù)處理過程，植物原料細(xì)胞壁破壞(包括破壞纖維素-木質(zhì)素-半纖維素之間的連接、降低纖維素的結(jié)晶度和除去半纖維素)、纖維素的比表面積增加，可以達(dá)到提高對纖維素酶的可及度和反應(yīng)性目的，從而提高纖維素酶的水解得率。

預(yù)處理方法包括物理法、化學(xué)法、生物法和物理化學(xué)聯(lián)合法等。物理法(包括機(jī)械粉碎、高溫分解、高能電子輻射、微波、超聲波等)處理存在著設(shè)備要求較高，作用不明顯，成本較高，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等問題；生物法(如白腐真菌、褐腐真菌、軟腐真菌和其他細(xì)菌等)處理存在著微生物種類少，產(chǎn)生的降低木質(zhì)素的酶活力低，處理時(shí)間長，造成生產(chǎn)周期長，距實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)還有一定距離；化學(xué)法(包括無機(jī)酸、堿和有機(jī)溶劑法等)處理雖然也存在著后續(xù)污染問題，但它被認(rèn)為是工?業(yè)化生產(chǎn)中較好的預(yù)處理手段之一。

在傳統(tǒng)的稀酸預(yù)處理方法中，用得最多是稀硫酸、鹽酸、磷酸等，它們處理雖然取得一定的效果，但仍存在著預(yù)處理后半纖維素的糖類得率不高、產(chǎn)生較多的抑制物以及后續(xù)的纖維素酶水解得率較低等問題。植物纖維原料經(jīng)預(yù)處理和纖維素酶水解，目的是從木質(zhì)纖維原料中得到盡可能多的可發(fā)酵性糖，以充分綜合利用木質(zhì)纖維原料中纖維素和半纖維素糖類，降低燃料乙醇或工業(yè)化學(xué)品的生產(chǎn)成本。

本發(fā)明涉及的是以竹材或其加工剩余物為原料，采用熱水抽提一稀酸耦合預(yù)處理方法處理竹材原料，生產(chǎn)可發(fā)酵性糖的方法，可獲得較高的半纖維素和纖維素糖的得率，降低抑制物的產(chǎn)生，從而有利于降低生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容

針對當(dāng)前植物纖維原料預(yù)處理技術(shù)存在的半纖維素的利用率低，水解后生成的糖類會繼續(xù)降解而產(chǎn)生大量抑制物，以及所得固體渣纖維素酶水解不高的現(xiàn)狀，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)可發(fā)酵性糖類的方法：

一種生產(chǎn)可發(fā)酵性糖的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：將植物纖維原料經(jīng)過粉碎的步驟。

步驟二：采用熱水對植物纖維原料進(jìn)行抽提的步驟。

步驟三：將上述經(jīng)熱水抽提的植物纖維原料與硫酸在反應(yīng)器中反應(yīng)，從而進(jìn)行預(yù)處理的步驟；

步驟四：反應(yīng)結(jié)束后，迅速取出所述反應(yīng)器置于冷水中驟冷；

經(jīng)吸濾后用熱水洗滌，收集洗滌液和固體渣。

步驟五：稱取上述的固體渣，采用纖維素酶水解；

水解結(jié)束后收集酶水解液；

合并預(yù)處理的水解液和纖維素酶水解液。

所述的植物纖維原料為竹子全材料或竹子加工后得到的剩余物。

所述的步驟一中，將原料經(jīng)過粉碎至20～80目篩。

所述步驟二中，熱水抽提的溫度在80-100℃，熱水抽提時(shí)間為2-6小時(shí)。

所述步驟二中，熱水抽提的溫度在90-100℃，熱水抽提時(shí)間為4-6小時(shí)。