CN101905147A - 一种酶解吸附脱水剂及其制备方法 - Google Patents

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李清明
谭兴和
熊兴耀
张喻
苏小军
周红丽
杨晓军
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Hunan Agricultural University
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HUNAN LONGSHAN COUNTY JINSHAN INDUSTRY Co Ltd
Hunan Agricultural University
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Abstract

本发明公开了一种酶解吸附脱水剂及其制备方法。酶解吸附脱水剂是由生淀粉用α-淀粉酶、糖化酶或α-淀粉酶和糖化酶的复合酶制剂，经酶解、干燥、粉碎而成产品。本发明通过酶解处理增大生物质吸附剂的表面积，从而提高其吸附能力，处理成本低；吸附剂失效后可作为发酵原料进行利用，吸附和再生温度低，能耗低，不存在废弃物处理的问题。

Description

一种酶解吸附脱水剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种生产乙醇的酶解吸附脱水剂及其制备方法。
背景技术
  燃料乙醇生产过程最大的能耗来自于乙醇和水的分离，由于乙醇-水混合物存在共沸现象，采用传统精馏的方法无法得到无水乙醇。而无水乙醇时燃料乙醇的重要基础成分。采用共沸精馏法提纯乙醇的能耗占到燃料乙醇工厂能耗的60%～80%。1979年Ladisch提出了采用蒸馏和生物质气相吸附相结合的工艺制取无水乙醇，其能耗仅占乙醇燃烧热的1/10。目前吸附法生产乙醇使用较多的脱水吸附剂有玉米粉，木薯粉、这些淀粉质、纤维素质类生物质对水都有一定的选择吸附性。中国专利CN 100391592C公开了一种由小麦粉或/和玉米粉、黄原胶或/和梭甲基纤维素和糊精加水混合、制粒、干燥而成的乙醇脱水用吸附剂。但是直接使用玉米粉等生物质作为吸附剂其吸附能力小，造成乙醇的生产成本仍较高。因此，如何提高其吸附脱水能力，进一步降低乙醇的生产成本是目前研究工作的重点。
发明内容
本发明目的在于提供一种价格低、吸附能力强、再生时能量消耗低的生产乙醇的酶解吸附脱水剂及其制备方法
本发明的脱水吸附剂，是由生淀粉用α-淀粉酶、糖化酶或α-淀粉酶和糖化酶的复合酶制剂，经酶解、干燥、粉碎而成产品。
所述生淀粉是马铃薯粉、玉米粉、红薯粉或木薯粉中的一种或几种的混合物。
本发明的脱水吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）备料：以粒度为20目-100目的生淀粉为原料；
（2）酶解：按照原料质量与缓冲溶液体积比为1：2，加入缓冲溶液并调整淀粉乳液的pH值为4-7；再加入淀粉乳液总重量1%-3%的α-淀粉酶或糖化酶或α-淀粉酶和糖化酶的复合酶制剂，在45℃-70℃温度下酶解12h-36h；
（3）离心分离：酶解后用NaOH溶液调整淀粉乳液的pH值至10，停止反应；将淀粉乳液在4000r/min条件下离心3次，每次15min，得到沉淀物；
（4）干燥：将离心得到沉淀物在恒温鼓风干燥箱中于60℃的条件下，干燥至恒重，粉碎过40目筛，即可得到成品。
所述缓冲溶液是pH为3-7的柠檬酸缓冲溶液、乙酸缓冲溶液；
所述酶解的最佳条件是：淀粉乳液的pH值为5.5；温度为55℃-60℃，酶解26h-30h。
所述复合酶制剂中的α-淀粉酶与糖化酶体积比为1∶1-2。
本发明的原理：本发明原理是利用糖化酶酶解突出在生淀粉颗粒表面不规则部分及较容易水解无定形区，沿着淀粉分子非还原末端逐级水解。随着水解进行，淀粉颗粒吸水溶胀，使α-淀粉酶能接近颗粒内部，α-淀粉酶随机内切作用为糖化酶提供新的非还原末端，这两种酶复合协同作用不仅提高水解速率，也为水解沿着更多点逐级向淀粉分子内部推进，生淀粉天然立体结构支持这种水解行为连续性。其宏观效果是在淀粉颗粒表面形成一个个很小孔，然后沿着径向逐步向颗粒中心推进，同时小孔孔径逐渐扩大，在中心附近相互融合形成一个中空结构，但仍保持颗粒基本形状。形成的这些中空结构增大了淀粉物质的比表面积，从而提高其吸附能力。
  本发明的优点：通过酶解处理增大生物质吸附剂的表面积，从而提高其吸附能力，处理成本低；不改变吸附剂的基本性质，吸附剂失效后可作为发酵原料进行利用，吸附和再生温度低，能耗低，不存在废弃物处理的问题。
具体实施方式
实施例1：
（1）称取50g粒度为40目-60目的马铃薯粉，置于250ml的三角瓶中，加入100mL柠檬酸缓冲液调整pH值至5-6；
（2）加入淀粉乳液总重量1%-3%的α-淀粉酶和糖化酶的复合酶制剂；复合酶制剂中的α-淀粉酶与糖化酶体积比为1∶1-2；在55℃-60℃下进行酶解28h；
（3）酶解28h后，用NaOH溶液调整pH值至10，停止反应；将淀粉乳液在4000r/min条件下离心3次，每次15min，合并沉淀物；
（4）将离心得到沉淀物在恒温鼓风干燥箱中于60℃的条件下，干燥至恒重。粉碎过40目筛，即可得到吸附剂。
应用：将吸附剂装入吸附柱中，通入干燥的热空气作为载气进行预热或再生，然后通入含水乙醇混合气，水蒸气被吸附剂吸附，乙醇蒸汽通过吸附剂层后经冷凝得到无水乙醇。
实施例2：
（1）称取50g粒度为40目-60目的马铃薯粉，置于250ml的三角瓶中，加入100mL乙酸缓冲液调整pH值至5.5；
（2）加入淀粉乳液总重量α-淀粉酶1%-3%，在55℃温度下进行酶解26h；
（3） 酶解26h后，用NaOH溶液调整pH值至10，停止反应。然后将淀粉乳液在4000r/min条件下离心3次，每次15min，得到沉淀物；
（4） 将离心得到沉淀物在恒温鼓风干燥箱中于60℃的条件下，干燥至恒重。粉碎过40目筛，即可得到吸附剂。
应用：将吸附剂装入吸附柱中，通入干燥的热空气作为载气进行预热或再生，然后通入含水乙醇混合气，水蒸气被吸附剂吸附，乙醇蒸汽通过吸附剂层后经冷凝得到无水乙醇。
实施例3：
（1）称取50g粒度为40目-60目的马铃薯粉与木薯粉的混合物（重量比1:1），置于250ml的三角瓶中，加入100mL柠檬酸缓冲液调整pH值至5-6；
（2）加入淀粉乳液总重量1%-3%的α-淀粉酶和糖化酶的复合酶制剂；复合酶制剂中的α-淀粉酶与糖化酶体积比为1∶1-2；在55℃-60℃下进行酶解15h；
（3）酶解15h后，用NaOH溶液调整pH值至10，停止反应；将淀粉乳液在4000r/min条件下离心3次，每次15min，合并沉淀物；
（4）将离心得到沉淀物在恒温鼓风干燥箱中于60℃的条件下，干燥至恒重。粉碎过40目筛，即可得到吸附剂。
应用：将吸附剂装入吸附柱中，通入干燥的热空气作为载气进行预热或再生，然后通入含水乙醇混合气，水蒸气被吸附剂吸附，乙醇蒸汽通过吸附剂层后经冷凝得到无水乙醇。
实施例4：
（1）称取50g粒度为40目-60目的红薯粉，置于250ml的三角瓶中，加入100mL柠檬酸缓冲液调整pH值至5-6；
（2）加入淀粉乳液总重量1%-3%的α-淀粉酶和糖化酶的复合酶制剂；复合酶制剂中的α-淀粉酶与糖化酶体积比为1∶1-2；在55℃-60℃下进行酶解34h；
（3）酶解34h后，用NaOH溶液调整pH值至10，停止反应；将淀粉乳液在4000r/min条件下离心3次，每次15min，合并沉淀物；
（4）将离心得到沉淀物在恒温鼓风干燥箱中于60℃的条件下，干燥至恒重。粉碎过40目筛，即可得到吸附剂。
应用：将吸附剂装入吸附柱中，通入干燥的热空气作为载气进行预热或再生，然后通入含水乙醇混合气，水蒸气被吸附剂吸附，乙醇蒸汽通过吸附剂层后经冷凝得到无水乙醇。

Claims (6)

1. 一种酶解吸附脱水剂，其特征在于，是由生淀粉用α-淀粉酶、糖化酶或α-淀粉酶和糖化酶的复合酶制剂，经酶解、干燥、粉碎而成产品。
2.如权利要求1所述的酶解吸附脱水剂，其特征在于，所述生淀粉是马铃薯粉、玉米粉、红薯粉或木薯粉中的一种或几种的混合物。
3.权利要求1所述的酶解吸附脱水剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）备料：以粒度为20目-100目的生淀粉为原料；
（2）酶解：按照原料质量与缓冲溶液体积比为1：2，加入缓冲溶液并调整淀粉乳液的pH值为4-7；再加入淀粉乳液总重量1%-3%的α-淀粉酶或糖化酶或α-淀粉酶和糖化酶的复合酶制剂，在45℃-70℃温度下酶解12h-36h；
（3）离心分离：酶解后用NaOH溶液调整淀粉乳液的pH值至10，停止反应；将淀粉乳液在4000r/min条件下离心3次，每次15min，得到沉淀物；
（4）干燥：将离心得到沉淀物在恒温鼓风干燥箱中于60℃的条件下，干燥至恒重，粉碎过40目筛，即可得到成品。
4.根据权利要求3所述的酶解吸附脱水剂的制备方法，其特征在于，所述缓冲溶液是pH为3-7的柠檬酸缓冲溶液、乙酸缓冲溶液。
5.根据权利要求3所述的酶解吸附脱水剂的制备方法，其特征在于，所述酶解的最佳条件是：淀粉乳液的pH值为5.5；温度为55℃-60℃，酶解26h-30h。
6.根据权利要求3所述的酶解吸附脱水剂的制备方法，其特征在于，所述复合酶制剂中的α-淀粉酶与糖化酶体积比为1∶1-2。
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