[發明專利]一種提高玉米秸稈酶解糖濃度的專用蒸汽爆破方法

在審

• 申請號: 202210126077.8
• 申請日: 2022-02-10
• 公開（公告）號: CN114410712A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 劉林培;何明雄;吳波;王彥偉
• 申請（專利權）人: 農業部沼氣科學研究所
• 主分類號: C12P19/14
• 分類號: C12P19/14;C12P19/02
• 代理公司: 成都知棋知識產權代理事務所(普通合伙) 51325
• 代理人: 馬超前

本發明提供了一種提高玉米秸稈酶解糖濃度的專用蒸汽爆破方法，包括專用蒸汽爆破工藝和酶解糖化工藝，所述的專用蒸汽爆破條件為：蒸汽壓強為1.6mPa以上，維壓時間為7min以上，玉米秸稈進料水分為30％以上，玉米秸稈的粒徑為4～10mm。主要步驟包括玉米秸稈準備、進料水分調整、裝機、蒸汽爆破、出料和酶解糖化等。本發明具有工藝技術相對簡單、條件溫和、能耗較小、成本低、無污染等特點和優勢，對于玉米秸稈預處理尤為有效，形成玉米秸稈專用蒸汽爆破工藝技術。

技術領域

本發明屬于玉米秸稈預處理技術領域，特別涉及一種提高玉米秸稈酶解糖濃度的專用蒸汽爆破方法。

背景技術

隨著全球玉米價格的持續走高，發展以玉米秸稈為主要原料的生物質工程變得愈發重要。由于玉米秸稈自身難降解的特性，其酶解糖化不易。因此，玉米秸稈預處理成為不可缺少的工藝環節，使用高效的預處理技術能提高玉米秸稈轉化為糖和其他有價值產品的效率。目前，玉米秸稈預處理技術主要包括蒸汽爆破、酸/堿預處理、水熱預處理、離子液體、超聲波、氨爆等。其中蒸汽爆破由于具有處理時間快、化學試劑用量少、污染小、能耗低等優點，被認為是最高效的預處理方法之一。蒸汽爆破能夠有效的打開玉米秸稈纖維素、半纖維素和木質素之間的結構，其原理主要是利用水蒸氣膨脹產生的剪切力以及糖苷鍵水解將木質纖維結構分解，其中蒸汽壓力與維壓時間直接決定了破壞結構的程度。

傳統蒸汽爆破技術中，通常采用蒸汽壓強1～3MPa，維壓時間10～20min，并且有的技術還會添加酸堿、高濃度的氨水或其他化學溶液作為爆破預處理強化劑，對于不同的秸稈(木質纖維素)原料采用的蒸汽爆破技術也呈現同質化。同時，玉米秸稈經不適宜的蒸汽爆破技術預處理后，一方面，糖化酶解所得總糖含量會較低；另一方面，物料pH也波動較大，后期需要使用大量化學試劑調整，造成嚴重污染和成本劇增，也不利于后續發酵利用，嚴重制約著秸稈生物質工程。

因此，目前的蒸汽爆破技術存在預處理時間較長，能耗較高，化學試劑對設備腐蝕嚴重且成本高昂，回收難度大，蒸汽爆破技術同質化嚴重，沒有玉米秸稈專用蒸汽爆破方法，酶解糖化所得總糖濃度低，pH范圍不適宜等問題，嚴重影響了以玉米秸稈為主要原料的生物質工程的推進。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本申請的目的旨在提供一種以玉米秸稈為原料，采用專用蒸汽爆破預處理的方法，提升玉米秸稈蒸汽爆破預處理的效果，進而提高玉米秸稈酶解糖濃度，為后續的進一步發酵利用奠定堅實的基礎。

為了實現上述技術目的，本發明具體采用以下技術方案：

一種提高玉米秸稈酶解糖濃度的專用蒸汽爆破方法，包括專用蒸汽爆破工藝和酶解糖化工藝，所述的專用蒸汽爆破條件為：蒸汽壓強為1.6mPa以上，維壓時間為7min以上，玉米秸稈進料水分為30％以上，玉米秸稈的粒徑為4～10mm。

進一步的，所述的專用蒸汽爆破條件為：蒸汽壓強為1.8mPa，維壓時間為7min，玉米秸稈進料水分為80％，玉米秸稈的粒徑為4～10mm。

所述的酶解糖化工藝條件為：玉米秸稈預處理物料質量分數為20％，酶解溫度為50℃，酶解搖動時的轉速為150轉/min，纖維素酶(Gtec2)添加量為45FPU/g玉米秸稈預處理物料，玉米秸稈預處理物料的pH不做任何調整。

具體的，一種提高玉米秸稈酶解糖濃度的專用蒸汽爆破方法，包括如下步驟：

S1.玉米秸稈的蒸汽爆破

S11.將玉米秸稈干燥處理后粉碎至4～10mm的粒徑；

S12.在玉米秸稈粒中注水攪拌至水分含量30％以上；

S13.將混合物料裝入蒸汽爆破機，按蒸汽壓強1.6mPa以上，維壓時間為7min以上對玉米秸稈進行爆破預處理；

S2.酶解糖化