CN101434977A

CN101434977A - 一种处理木质纤维素制糖的新方法

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Publication number: CN101434977A
Application number: CNA2008102435587A
Authority: CN
Inventors: 林增祥; 张红漫; 严立石; 陈敬文; 金强; 黄和; 瞿亮; 胡龄; 郑荣平; 于文涛
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; China Petrochemical Corp
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2008-12-23
Publication date: 2009-05-20

Abstract

本发明涉及一种处理木质纤维素制糖的新方法，其特征在于包括挤压膨化预处理、纤维素酶复配和酶解糖化、糖液收集过程：将至少两种纤维素酶与木聚糖酶混合得到复配纤维素酶后，加入挤压膨化预处理过的木质纤维素原料中，一步酶解糖化处理得到总糖液。利用挤压膨化预处理和复配酶一步酶解结合的工艺，木质纤维素原料的水解糖得率可以高达 90％以上。本发明方法具有预处理简单环保、酶的充分利用、酶水解反应条件温和、操作简单、酶解效率高，对后续发酵无抑制，可以综合利用，无环境污染的特点。

Description

一种处理木质纤维素制糖的新方法

技术领域

本发明涉及一种处理木质纤维素制糖的新方法，具体涉及一种通过螺杆挤压膨化预处理，结合复配纤维素酶水解得糖的方法，属于生物化工领域的纤维素水解技术。

技术背景

乙醇是一种很有希望替代有限石油的燃料。日前燃料乙醇主要原料是粮食，然而粮食生产乙醇产量有限。真正可大量转化乙醇的应是纤维质材料。纤维质材料转化乙醇的挑战性问题是产量偏低、成本偏高。纤维质材料的预处理是转化乙醇过程中的关键步骤，该步骤的优化可明显提高纤维素的水解率，进而降低乙醇的生产成本。

由于木质纤维素原料中的木质素、半纤维素对纤维素的保护作用以及纤维素本身的结晶结构，将天然的木质纤维素原料直接进行水解时，其水解程度是很低的，即纤维素水解成糖的百分比很低。因此，对利用木质纤维素类物质生产乙醇工艺中，通常都要对木质纤维素进行预处理，此步骤的主要目的是改变木质纤维素的表面结构，破坏木质素和半纤维素构成的网络结构，脱去木质素，降低纤维素的结晶度，使处理后的纤维素在后续的水解过程中获得较高的转化率，降低前期工序和后期工序的成本。而目前已经实施产业化的木质纤维素预处理工艺主要有两类：酸/碱水解和酶水解。单一酸或碱处理需要较高浓度，由于其污染重、腐蚀大、酸碱回收困难、后处理难度大等问题依然还在突破中。与酸/碱水解相比，酶解法由于其条件温和、效率高以及不存在污染等优势，成为全球公认的最有发展前景的方法之一。然而，纤维素酶的使用成本较高，而目前酶解转化的效率又低，这些都成为制约秸秆酶解发酵制备乙醇的关键因素。

螺杆式挤压膨化机能够进行农作物秸秆膨化加工，秸秆经过高温高压处理然后突然减压释放，即所谓的膨化，膨化能够改善秸秆的理化性状，将木质素和半纤维素去除，减小纤维素的结晶度和增加多孔性，增大纤维素的可接触面积，进而提高水解效率。为提高农作物秸秆的水解糖化创造了条件。利用螺杆式挤压膨化机预处理木质纤维素的最大优点是：所需设备简单、体积小、费用低、使用维护方便。中国专利CN2565273公开了一种多功能挤压膨化装置，可以用于膨爆处理饲料，纤维原料等，该装置不仅能耗低而且产率高，但是该专利中没有针对具体的处理原料进行应用研究；中国专利CN1935044公开了一种麦麸的双螺杆挤压加工处理方法以及所用的双螺杆挤压机，通过将麦麸调质，挤压处理后，不仅可以杀死麦麸中的微生物和害虫，而且经过处理后麦麸中的蛋白质经过熟化后有利于消化吸收，这说明螺杆挤压有利于改善物料的理化性质；中国专利CN2223898和CN1139519公开了一种纤维饲料挤压膨化机，该装置可以对纤维状原料进行加工，以利于家畜对纤维饲料的消化吸收。

对木质纤维素进行了预处理后，就涉及到进一步的纤维素的彻底水解。利用纤维素酶水解纤维素是目前现有技术的常用方法。纤维素酶是多组分的复合酶系，主要包括三种组分：内切型葡聚糖酶、外切型葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶，每一组分又有若干亚组分组成。纤维素水解生成葡萄糖的过程必须依靠这三组分的协同作用才能完成，单独的都不能有效降解天然纤维素。目前人们比较认同的纤维素酶协同作用观点认为：内切葡聚糖酶优先水解底物的较小部分，然后作用于纤维素分子的非结晶区，剪切纤维素产生很多非还原性末端，但它不易于作用于结晶区；外切葡聚糖酶可从纤维素的非还原端以纤维二糖为单位，将纤维素分子进一步水解，可释放葡萄糖或纤维二糖，纤维三糖单元，纤维二糖对外切酶和内切酶有强烈抑制作用；β-葡萄糖苷酶将纤维二糖和纤维三糖水解为葡萄糖，从反应混合物中除去抑制剂。而现有技术多数是利用市售或微生物发酵所得的单一纤维素酶对纤维素进行水解，因此，如何寻找水解能力强的纤维素酶，或者如何有效利用现有纤维素酶，是现有技术需解决的技术问题。中国专利CN1201830公开了一种涉及酿酒工业的复合糖化酶，它是由固体糖化酶与固体纤维素酶简单组合而成，提出了复配酶的设想，但是该专利仍没有针对各种不同来源纤维素水解酶的酶系组成进行研究；中国专利CN1970781公开了一种超声波协同改性纤维素酶催化木质纤维素糖化的方法，通过粉碎(20目)和碱处理(常温，3％～8％)分离原料中的木质素，用活化后的单甲氧基聚乙二醇与纤维素酶在柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液中反应得到改性纤维素酶，将改性纤维素酶与β-葡萄糖苷酶、淀粉酶和果胶酶混合得到复配酶液，将复配酶按照相应的比例加入预处理后的原料中，配合超声波(80W～300W)进行酶催化反应，最后经过滤、减压蒸发，得到浓缩糖液(25％～35％)，该方法采用酶改性结合复配的方法，提高了综纤维素的转化率，但该方法的碱液浓度过大，对生产设备的维护保养和生产成本造成了巨大压力，由于前期碱处理效果不良，造成了后期酶解工艺的复杂化，超声处理和减压等操作进一步增加了能耗及生产成本；中国专利CN101092639公开了一种生物酶降解糖化作物秸秆的方法，将经粉碎后的秸秆采用微生物和稀酸联合预处理后，再用中性木聚糖酶和酸性纤维素酶进行降解糖化，且其纤维质的酶水解分两步进行，该方法转化率较高，污染轻，但是在预处理阶段采用微生物发酵和稀酸联合处理，一定程度上延长了操作时间，而且酶水解分两步进行，并不算是实质上的复配操作，其繁琐的工艺和冗长的时间，并不适用于工业化大生产；中国专利CN101182559公开了一种利用挤压辅助酶解小麦麸皮制备低聚木糖的方法，以小麦麸皮为原料，粉碎后利用酶解脱除淀粉和蛋白质制备小麦麸皮膳食纤维，经过双螺杆挤压机，再用枯草芽孢杆菌木聚糖酶进行酶解反应，确定了挤压和酶解工艺的条件，酶解上清液经浓缩、干燥制备低聚木糖，该专利未涉及复合酶的水解，但是将双螺杆挤压机处理和酶解法结合处理小麦麸皮，取得了成功，该专利的缺点在于操作繁琐，还涉及到超声波辅助处理和多次酶解工艺制得低聚木糖，其操作成本很高。

针对木质纤维素的水解糖化工艺，现有技术存在的问题可归结为：(1)大多预处理工艺需要使用高温高压处理方法，能耗高、糖收率低；(2)预处理过程采用化学处理与蒸汽爆破、超声波、微生物发酵等特殊操作结合提高了处理效果，但是生产成本也相应增加；(3)预处理阶段使用的酸处理或碱处理方法普遍浓度高于3％，对设备的耐腐蚀性能要求较高，因而增加了维护和保养费用，以及酸/碱的大量使用，以及未反应的酸/碱无法回收等问题，均增加了生产成本；(4)水解过程中有的方法虽然提到了酶复配，但是没有一个可以定量说明和分析酶复配的方法，而且酶解效率提高不明显，仍需要在超声波等辅助条件下操作，无形中进一步增加了操作成本；(5)或者有的水解工艺使用了复配酶但是其酶解效率不高，仍需要再进行二次单酶酶解，并不能达到省时省力、节约经济的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种处理木质纤维素制糖的新方法，该方法相对于上述现有技术而言，具有预处理简单环保、酶的充分利用、酶水解反应条件温和、操作简单、酶解效率高，对后续发酵无抑制，可以综合利用，无环境污染的特点。

为达到以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种处理木质纤维素制糖的新方法，其特征在于包括挤压膨化预处理、纤维素酶复配和酶解糖化、糖液收集过程：将至少两种纤维素酶与木聚糖酶混合得到复配纤维素酶后，加入挤压膨化预处理过的木质纤维素原料中，一步酶解糖化处理得到总糖液。

具体步骤为：

1、挤压膨化

将木质纤维素原料置于挤压膨化机中进行挤压膨化处理；

2、纤维素酶复配

确定各种纤维素酶的滤纸酶活、CMC酶活和β-葡萄糖苷酶酶活，以及木聚糖酶的酶活后，将至少两种纤维素酶与木聚糖酶按照

滤纸酶活:CMC酶活:β-葡萄糖苷酶酶活:木聚糖酶酶活＝6:(1～3):(100～130):(0～55)的比例混合，得到各酶系比例一定的复配纤维素酶；

3、酶解糖化

取经挤压膨化处理后的料液，调节pH值为4.5～5.0，反应温度50℃，按照5.0～30.0FPU(滤纸酶活)/g纤维素的量加入复配纤维素酶，搅拌酶解36～50h；

4、糖液收集

酶解过程结束后，过滤除去固体残渣，得到糖液。

本发明所述的木质纤维素原料，包括木质纤维素干料；或者将木质纤维素干料按照1:5～1:15(kg:L)的比例与H⁺浓度为0.01mol/L～0.1mol/L的稀酸在常温下浸泡8h～12h后得到的浸泡料液；或者将木质纤维素干料按照1:5～1:15(kg:L)的比例与OH^-浓度为0.01mol/L～0.1mol/L的稀碱在常温下浸泡8h～12h后得到的浸泡料液；

本发明所述的木质纤维素的种类包括秸秆、玉米芯、甘蔗渣、或者草类；

本发明所述的稀酸溶质包括HCl或H₂SO₄；稀碱溶质包括NaOH、KOH；

本发明所述的挤压膨化机可以是现有技术中任意的挤压膨化机；挤压膨化处理方法是现有技术中任意的挤压膨化机操作说明所述的操作方法；

本发明所得的糖液含有半纤维素分解得到木糖和葡萄糖，以及纤维素分解得到的葡萄糖，可以将其减压蒸发浓缩，直接用于燃料乙醇的发酵生产。

本发明的有益效果在于：

(1)挤压膨化机对木质纤维原料的膨化作用原理主要包括热效应和机械效应：热效应是在高温高压蒸汽作用下，使秸秆细胞壁内各层间部分木质素、纤维素、半纤维素发生高温水解，氢键断裂而吸水；机械效应是秸秆在膨化机体内与螺杆、套筒以及秸秆之间彼此相互挤压、摩擦、剪切产生的高温、高压，于膨化口处突然减压高速喷射而出，由于运行速度和方向的改变而产生很大的内摩擦力，这种内摩擦力加上高温水蒸汽突然膨大而产生的胀力，使秸秆撕碎，乃至细胞游离，胞壁疏松，细胞间木质素分布状态改变，使得原料比表面积增大，纤维素水解酶的接触面扩大，大大提高水解效率。与传统的罐式热蒸爆技术还需要将物料预先粉碎的特点相比较，该装置可以连续直接处理原料，不需对原料做任何处理；传统蒸爆技术在持续高温下操作，容易引入糠醛等对后续发酵有毒害的成份，而利用挤压膨化蒸爆技术，可以在瞬间加热后瞬间冷却，不会产生糠醛等物质。另外，挤压膨化机相对于传统的蒸爆装置相比，其设备简单、体积小、费用低、使用维护方便，环保经济。

(2)挤压膨化预处理操作需要物料一定的含水率，才能起到高压蒸汽的效果。一般情况下，在操作时将木质纤维素干料直接加入设备中，再添加适量的水，就可以达到很好的膨化效果；而将稀酸/稀碱浸泡干料得到的浸泡料液进行挤压膨化，其有益效果更加明显。

稀酸(H⁺浓度为0.01mol/L～0.1mol/L)在高温的情况下可以有效地去除半纤维素并且可以得到溶解的糖。随着半纤维素的去除，来自纤维素的葡萄糖几乎可以达到100％水解。通常的稀酸预处理，在高温情况下会形成和释放一系列的化合物。当半纤维素降解的时候，木糖、干露糖、乙酸、半乳糖和葡萄糖释放出来，纤维素水解成葡萄糖。在高温和高压下木糖进一步降解成糠醛，六碳糖降解形成5-羟甲基糠醛，当糠醛和5-羟甲基糠醛进一步降解的时候就形成了甲酸。由于采用挤压膨化预处理技术，纤维素原料只是经过短时间的高温高压处理后立刻膨化冷却，就可以大大降低甲酸、乙酸、羟甲基糠醛等对后续酵母发酵有毒害作用的物质生成。虽然木质素溶解得很少，但是木质素被破坏了，使纤维素容易和纤维素酶进行接触。因此，将稀酸浸泡后挤压膨化处理得到的原料呈弱酸性，适合于纤维素水解酶的水解。由于酸浓度很低不存在酸的环境污染和回收利用问题。

而碱对木质纤维素的处理机制是通过碱的作用来削弱纤维素和半纤维素之间的氢键及皂化半纤维素和木质素之间的酯键，使木质素的结构裂解，半纤维素部分溶解。用稀碱溶液对木质纤维素进行处理，可使原料得到润胀，从而增加其内部表面积，降低聚合度和结晶度，同时可将木质素与碳水化合物分离。因此经过膨化处理后，也可以大大提高纤维水解酶的水解效率。

(3)由于产纤维素酶的微生物不同，因此每种微生物所产的纤维素酶浓度和酶系比例都有差异，即市售和发酵得到的各种纤维素酶的三种酶系的含量都是有差异的。利用将不同种纤维素酶复配的方法得到的内切型葡聚糖酶、外切型葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶的比例一定的复配纤维素酶，并结合木聚糖酶对半纤维素的酶解，克服了现有技术中粗放地对酶的使用，不仅精确计算了用酶总量的问题，避免了对酶的浪费，而且可消除使用单一的纤维素酶的个体差异性，显著提高了复合酶对木质纤维素的水解效率，保证了工厂各批次生产的稳定性；

(4)浸渍处理后的原料经过挤压膨爆机处理后，可以破坏木质素及半纤维素对纤维素的保护作用，并且部分去除半纤维素和木质素，减小纤维素的结晶度增加它的多孔性，达到增加纤维素水解酶的可及度和作用位点的目的，为复配酶的有效酶解提供了便利，采用膨化处理法与复配酶的酶解双重处理方法，可以使复配酶一次性彻底酶解膨化处理后的纤维素和半纤维素，因此大大提高了酶解效率缩短酶解时间，进一步节省了操作成本和时间。利用酸碱膨化处理和纤维素水解酶的复配酶解相结合的工艺，木质纤维素原料的水解糖得率可以高达90％以上；

(5)采用本发明工艺得到的糖化液可以直接用于发酵生产乙醇，且不含对发酵微生物有害的毒性成分，为乙醇发酵工业进一步减低了操作成本。

具体实施方式

本发明实施例中使用到的相关计算公式和测定方法如下：

1、水解液中总糖浓度测定：

DNS(3，5-二硝基水杨酸)法。

2、滤纸酶活力的测定——纤维素酶的总体酶活力测定：

采用国际理论和应用化学协会(IUPAC)推荐的标准方法测定[Ghose，T.K.，et al.Pure& Appl.Chem.，1987，59，257～268]，一个滤纸酶活力的国际单位(FPIU)等于在标准反应条件下每分钟生成1μmol葡萄糖量的酶量。测定方法如下：

取6支试管在其中1#～5#支小试管中加入50mg卷成筒状的滤纸条，适当稀释酶液，取6支试管按表1操作：

表1 滤纸酶活力的测定操作标准

注：5#有底物无酶，6#为有酶无底物空白对照

将上述试管置于恒温水浴器中，保持在振幅100和温度50℃下保温60min后立即取出加入3mL DNS试剂，在沸水中反应5min，冷却后加水至25mL摇匀，于550nm波长下测定吸光度A值。反应生成的葡萄糖的量根据葡萄糖标准曲线求得；

以0.2mL、0.3mL、0.4mL、0.5mL酶量所生成葡萄糖的毫克数为横坐标，酶量的对数为纵坐标作图，从图中找出生成2mg葡萄糖的酶量，按下式计算样品的滤纸酶活力(FPIU)：

其中，一个滤纸酶活力单位定义为每分钟生成1μmol葡萄糖所需的酶量，单位：IU/mL。

3、羧甲基纤维素(CMC)酶活力测定——内切葡聚糖酶活力测定：

(1)在试管中加入0.5mL适当稀释的酶液和1.0mL用0.05mol/L柠檬酸缓冲液配制的1％(w/v)羧甲基纤维素悬浮液；

(2)将试管置于恒温水浴器中，保持在振幅100和温度50℃下保温30min后立即取出加入3mL DNS试剂，在100℃沸水中煮沸5min，冷却到室温后，加水定容至25mL，充分摇匀后于550nm波长下测定吸光度A值；

(3)反应生成的葡萄糖的量根据葡萄糖标准曲线求得。按下式计算CMC酶活力：

一个CMC酶活力单位定义为每分钟生成1μmol葡萄糖所需的酶量，单位：IU/mL。

4、β-葡萄糖苷酶酶活测定：

采用pNPG(对硝基苯酚-β-D-葡萄糖苷)试剂测定。

一个β-葡萄糖苷酶酶活力单位定义为：每分钟水解生成1μmol对硝基苯酚所需要的酶量。计算公式如下：

5、木聚糖酶活力的测定

用0.05mol/L柠檬酸缓冲液配制的1％(w/v)桦木木聚糖(Sigma公司制造)溶液。适当稀释酶液，取6支25mL刻度试管按表2操作(5#有底物无酶、6#为有酶无底物空白对照)：

表2 木聚糖酶活力的测定操作标准

注：5#有底物无酶、6#为有酶无底物空白对照

将上述试管置于恒温水浴器中，保持在振幅100和温度50℃下保温30min后立即取出加入3mL DNS试剂，在沸水中反应5min，冷却到室温后，加水到25mL，摇匀后于550nm波长下测定吸光度A值。计算反应所产生的木糖量；

以0.2mL、0.3mL、0.4mL、0.5mL酶量所生成木糖的毫克数为横坐标，酶量的对数为纵坐标作图，从图中找出生成2mg木糖的酶量，按下式计算木聚糖酶活力：

一个木聚糖酶活力单位定义为每分钟生成1μmol木糖所需的酶量，单位：IU/mL。6、水解糖得率的计算：

其中，综纤维素为纤维素和半纤维素的总称。

下面的实施例对本发明方法作详细说明，但对本发明没有限制。

实施例1

将玉米秸秆干料与OH^-浓度为0.01mol/L的NaOH溶液按照料液比1:5(kg:L)混合浸泡8h后，加入大型双螺杆主机(济南大亿膨化机械有限公司)进行挤压膨化处理，操作参数为：套筒温度90℃，螺杆转速20(r·min^-1)、含水率20％，蒸爆1次。

选择进行复配的纤维素酶和木糖酶：

A、纤维素酶Accellerase 1000(购自杰能科国际公司)

酶活测定结果为(/mL纤维素酶)：滤纸酶活93FPIU，CMC酶活7.38IU，β-葡萄糖苷酶1632.9IU；

B、纤维素酶ZSL-1300(山东泽生生物科技公司)

酶活测定结果为(/mL纤维素酶)：滤纸酶活77 FPIU，CMC酶活17.35 IU，β-葡萄糖苷酶1356.5 IU；

C、木聚糖酶(山东泽生生物科技公司)，酶活为964IU/mL。

将上述三种酶按体积配比为A:B:C＝3:2:2的配比混合，得到滤纸酶活:CMC酶活:β-葡萄糖苷酶酶活:木聚糖酶酶活＝6:1:110:44的复配酶。

取膨化处理后的料液用10％HCl调节pH值为4.5，按照5.0 FPIU(滤纸酶活)/g纤维素加入复配酶，置恒温震荡水浴锅50℃，100r/min，搅拌酶解36h。

酶解液用布氏漏斗过滤分离，该糖液减压蒸发浓缩后可以直接用于燃料乙醇的发酵工艺。通过测量水解液中糖浓度，可以算出木质纤维原料水解后糖得率92.1％。

实施例2

将甘蔗渣与H+浓度为0.01mol/L的HCl溶液按照料液比1:15(kg:L)混合浸泡10h后，加入DS322 II型单螺杆挤压机(济南赛信膨化机械有限公司)进行挤压膨化处理，操作参数为：螺杆转速180(r·min^-1)、含水率70％，蒸爆3次。

选择进行复配的纤维素酶和木糖酶：

A、纤维素酶Accellerase 1000(购自杰能科国际公司)

酶活测定结果为(/mL纤维素酶)：滤纸酶活93 FPIU，CMC酶活7.38 IU，β-葡萄糖苷酶1632.9 IU；

B、纤维素酶(购自无锡高润洁生物工程有限公司)

酶活测定结果为(/g纤维素酶)：滤纸酶活22 FPIU，CMC酶活7.8 IU，β-葡萄糖苷酶919.5 IU；

C、纤维素酶EN0029(购自上海斯高勒生物科技有限公司)

酶活测定结果为(/g纤维素酶)：滤纸酶活52 FPIU，CMC酶活105 IU，β-葡萄糖苷酶910.5 IU；

D、木聚糖酶(购自山东泽生生物科技公司)，酶活为964 IU/mL。

将上述四种酶按体积配比为A:B:C:D＝2:5:3:2的配比混合，得到滤纸酶活:CMC酶活:β-葡萄糖苷酶酶活:木聚糖酶酶活＝6:2:100:35的复配酶。

取膨化处理后的原料用10％NaOH调节pH值为5.0。按照30.0FPIU(滤纸酶活)/g纤维素加入复配酶，置恒温震荡水浴锅50℃，100r/min，搅拌酶解40h。

酶解液用布氏漏斗过滤分离，该糖液减压蒸发浓缩后可以直接用于燃料乙醇的发酵工艺。通过测量水解液中糖浓度，可以算出木质纤维原料水解后糖得率92.9％。

实施例3

将玉米秸秆干料直接加入DS322 II型单螺杆挤压机(济南赛信膨化机械有限公司)中，加水进行挤压膨化处理，操作参数：螺杆转速180(r·min^-1)、含水率70％，蒸爆3次。

选择进行复配的纤维素酶和木糖酶：

A、纤维素酶Accellerase 1000(购自杰能科国际公司)

酶活测定结果为(/mL纤维素酶)：滤纸酶活93FPIU，CMC酶活7.38 IU，β-葡萄糖苷酶1632.9 IU；

B、纤维素酶EN0029(购自上海斯高勒生物科技有限公司)

C、木聚糖酶(购自山东泽生生物科技公司)，酶活为964IU/mL。

将上述三种酶按体积配比为A:B:C＝2:3:2配比混合，得到滤纸酶活:CMC酶活:β-葡萄糖苷酶酶活:木聚糖酶酶活＝6:3:115:39的复配酶。

取膨化处理后的料液调节pH值为5.0，按照30.0FPIU(滤纸酶活)/g纤维素加入复配酶，置恒温震荡水浴锅50℃，100r/min，搅拌酶解40h。

酶解液用布氏漏斗过滤分离，该糖液减压蒸发浓缩后可以直接用于燃料乙醇的发酵工艺。通过测量水解液中糖浓度，可以算出木质纤维原料水解后糖得率91.6％。

实施例4

将高粱秸秆与OH^-浓度为0.1mol/L的KOH溶液按照料液比1:15(kg:L)混合浸泡12h后，加入DS322 II型单螺杆挤压机(济南赛信膨化机械有限公司)进行挤压膨化处理，操作参数为：套筒温度90℃，螺杆转速120(r·min^-1)、含水率80％，蒸爆3次。

选择进行复配的纤维素酶和木糖酶：

A、纤维素酶R-10(购自上海楷洋生物技术有限公司)

酶活测定结果为(/g纤维素酶)：滤纸酶活9FPIU，CMC酶活24IU，β-葡萄糖苷酶859IU；

B、纤维素酶(购自无锡高润洁生物工程有限公司)

酶活测定结果为(/g纤维素酶)：滤纸酶活22FPIU，CMC酶活7.8IU，β-葡萄糖苷酶919.5IU；

C、纤维素酶EN0029(购自上海斯高勒生物科技有限公司)

酶活测定结果为(/g纤维素酶)：滤纸酶活52FPIU，CMC酶活105IU，β-葡萄糖苷酶910.5IU；

D、木聚糖酶(购自宁夏和氏璧生物技术有限公司)，酶活为1246IU/g。

将上述四种酶按体积配比为A:B:C:D＝3:2:4:4的配比混合，得到滤纸酶活:CMC酶活:β-葡萄糖苷酶酶活:木聚糖酶酶活＝6:2:130:55的复配酶。

取膨化处理后的料液用10％HCl调节pH值为5.0。按照30.0FPIU(滤纸酶活)/g纤维素加入复配酶，置恒温震荡水浴锅50℃，100r/min，搅拌酶解50h。

实施例5

将稻草与H⁺浓度为0.1mol/L的H₂SO₄溶液按照料液比1:5(kg:L)混合浸泡12h后，加入DS322 II型单螺杆挤压机(济南赛信膨化机械有限公司)进行挤压膨化处理，操作参数为：螺杆转速180(r·min^-1)、含水率70％，蒸爆3次。

选择进行复配的纤维素酶和木糖酶：

A、纤维素酶EN0029(购自上海斯高勒生物科技有限公司)

B、纤维素酶ZSL-1300(购自山东泽生生物科技公司)

酶活测定结果为(/mL纤维素酶)：滤纸酶活77FPIU，CMC酶活17.35IU，β-葡萄糖苷酶1356.5IU；

将上述三种酶按体积配比为A:B＝4:2配比混合，得到滤纸酶活:CMC酶活:β-葡萄糖苷酶酶活:木聚糖酶酶活＝6:2:125:0的复配酶。

取膨化处理后的料液用10％NaOH调节pH值为5.0。按照30.0FPIU(滤纸酶活)/g纤维素加入复配酶，置恒温震荡水浴锅50℃，100r/min，搅拌酶解40h。

酶解液用布氏漏斗过滤分离，该糖液减压蒸发浓缩后可以直接用于燃料乙醇的发酵工艺。通过测量水解液中糖浓度，可以算出木质纤维原料水解后糖得率93.9％。

实施例6

将甘蔗渣干料与OH^-浓度为0.07mol/L的NaOH溶液按照料液比1:10(kg:L)混合浸泡10h后，加入大型双螺杆主机(济南大亿膨化机械有限公司)进行挤压膨化处理，操作参数为：套筒温度90℃，螺杆转速20(r·min^-1)、含水率20％，蒸爆1次。

选择进行复配的纤维素酶和木糖酶：

A、纤维素酶Accellerase 1000(购自杰能科国际公司)

B、纤维素酶ZSL-1300(山东泽生生物科技公司)

C、木聚糖酶(山东泽生生物科技公司)，酶活为964IU/mL。

将上述三种酶按体积配比为A:B:C＝3:2:2的配比混合，得到滤纸酶活:CMC 酶活:β-葡萄糖苷酶酶活:木聚糖酶酶活＝6:1:127:20的复配酶。

取膨化处理后的料液用10％HCl调节pH值为4.5，按照5.0FPIU(滤纸酶活)/g纤维素加入复配酶，置恒温震荡水浴锅50℃，100r/min，搅拌酶解36h。

酶解液用布氏漏斗过滤分离，该糖液减压蒸发浓缩后可以直接用于燃料乙醇的发酵工艺。通过测量水解液中糖浓度，可以算出木质纤维原料水解后糖得率91.9％。

实施例7

将稻草与H⁺浓度为0.06mol/L的H₂SO₄溶液按照料液比1:8(kg:L)混合浸泡9h后，加入DS322 II型单螺杆挤压机(济南赛信膨化机械有限公司)进行挤压膨化处理，操作参数为：螺杆转速180(r·min^-1)、含水率70％，蒸爆3次。

选择进行复配的纤维素酶和木糖酶：

A、纤维素酶EN0029(购自上海斯高勒生物科技有限公司)

B、纤维素酶ZSL-1300(购自山东泽生生物科技公司)

将上述三种酶按体积配比为A:B＝4:2配比混合，得到滤纸酶活:CMC 酶活:β-葡萄糖苷酶酶活:木聚糖酶酶活＝6:2:125:0的复配酶。

Claims

1、一种处理木质纤维素制糖的新方法，其特征在于包括挤压膨化预处理、纤维素酶复配和酶解糖化、糖液收集过程：将至少两种纤维素酶与木聚糖酶混合得到复配纤维素酶后，加入挤压膨化预处理过的木质纤维素原料中，一步酶解糖化处理得到总糖液。

2、根据权利要求1所述的一种处理木质纤维素制糖的新方法，其特征在于其具体步骤包括：

(1)挤压膨化

将木质纤维素原料置于挤压膨化机中进行挤压膨化处理；

(2)纤维素酶复配

(3)酶解糖化

取经挤压膨化处理后的原料，调节pH值为4.5～5.0，反应温度50℃，按照5.0～30.0FPU(滤纸酶活)/g纤维素的量加入复配纤维素酶，搅拌酶解36～50h；

(4)糖液收集

酶解过程结束后，过滤除去固体残渣，得到糖液。

3、根据权利要求1或2所述的一种处理木质纤维素制糖的新方法，其特征在于所述的木质纤维素原料包括木质纤维素干料；或者将木质纤维素干料按照1:5～1:15(kg:L)的比例与H⁺浓度为0.01mol/L～0.1mol/L的稀酸在常温下浸泡8h～12h后得到的浸泡料液；或者将木质纤维素干料按照1:5～1:15(kg:L)的比例与OH-浓度为0.01mol/L～0.1mol/L的稀碱在常温下浸泡8h～12h后得到的浸泡料液。

4、根据权利要求1至3所述的一种处理木质纤维素制糖的新方法，其特征在于所述的木质纤维素的种类包括秸秆、玉米芯、甘蔗渣、或者草类。

5、根据权利要求1或2所述的一种处理木质纤维素制糖的新方法，其特征在于所述的稀酸溶质包括HCl或H₂SO₄；稀碱液溶质包括NaOH、KOH。