CN101914577A - 一种结合生物酶解的农作物秸秆膨化预处理方法 - Google Patents

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闫昌国
张晓健
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姜月
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Abstract

一种结合生物酶解的农作物秸秆膨化预处理方法，公布的是秸秆的膨化预处理方法，具体为结合生物酶解的一种膨化预处理方法。采用对秸秆先浸湿，后膨化，再进行酶解处理，以达到破坏木质素、增加生物酶可及性的目的。本发明由于采用了理化与生物结合的方法，依靠浸水秸秆在膨化机内被挤压、摩擦时产生的压力和高温水蒸汽来破坏木质素对纤维素的保护层，加之秸秆在被挤出膨化机喷嘴时由于压力骤然下降，而使秸秆体积膨大，使组织结构进一步膨松。使得纤维素酶更能够直接作用于纤维素酶解位点。膨化过程中产生的高温、高压又为秸秆起到了灭菌作用。提供的热能又增加了酶解反应温度，更有利于还原糖的转化。从而提高了秸秆转化燃料乙醇的利用率和产品的得率。解决了现有方法耗能高，浪费原料和污染设备及环境的问题。

Description

一种结合生物酶解的农作物秸秆膨化预处理方法
技术领域
本发明公布的是农作物秸秆的膨化预处理方法，具体为结合生物酶解的一种膨化预处理方法。
背景技术
当前，在新能源开发领域中，利用木质纤维素生产燃料乙醇已成为该领域的热门研究课题。在该项技术的开发中，充分利用农作物秸秆为原料生产燃料乙醇已成为首要研究目标，由于农作物秸秆资源丰富，符合国家低碳生产的方针，因此成为科研机构关注的重点。利用农作物秸秆中的木质纤维素生产燃料乙醇，首先要对秸秆进行预处理。改变它的物理性状。破坏木质素对纤维素和半纤维素的包裹层。以提高纤维素的利用率和还原糖转化率。天然植物秸秆中木质素、半纤维素和纤维素三组分结构复杂，彼此关联，共同构成植物秸秆的结构主体。要想改变其物理性状很不容易。现有的秸秆预处理的方法中，有高温、高压物理法、化学酸、碱法及生物法。高温、高压物理法存在着能耗高、不连续问题；化学酸、碱预处理法虽效率较高，但对设备的腐蚀和对环境的污染又很严重；生物法则由于木质素对纤维素及半纤维素的包裹作用，阻挡了生物酶对纤维素的接触，所以不利于生物酶对纤维素与半纤维素的酶解。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的是提供一种生产燃料乙醇工艺中对农作物秸秆的预处理方法，以解决现有方法存在的问题。
本发明的技术方案如下：
采用对农作物秸秆采用连续膨化处理，达到破坏木质素、增加生物酶可及性的目的。再采取活性酶处理。
先将作物秸秆进行切段，要求切段长度在5～10cm。然后对切段秸秆进行浸湿处理。浸湿处理是按秸秆与水的重量比1∶3加水，浸湿后在常温下放置3～5小时。再对浸湿后的秸秆进行膨化处理。膨化处理是将秸秆通过膨化机进行。待秸秆原料膨化后，直接送入装有活性酶水溶液的纤维素酶解反应器中进行酶解处理，酶解处理是在恒温50℃条件下进行，处理时间为48～62小时。纤维素酶解处理液的配制方法是：采用酶活为5000u/g的纤维素活性酶。纤维素活性酶与水的比例为重量比1∶1600。经混合后搅拌均匀，成为活性酶水溶液。活性酶水溶液与秸秆干原料的处理比例按重量比为8∶1。经过酶解处理后的秸秆原料即可用来生产还原糖，再由还原糖制造燃料乙醇。本发明由于采用了理化与生物结合的方法，即采用膨化处理与纤维素活性酶处理相结合的方法，依靠浸水秸秆在膨化机挤压腔内被螺套壁及螺杆的挤压、摩擦，产生的压力和高温水蒸汽来破坏木质素对纤维素的保护层，加之秸秆在被挤出膨化机喷嘴时由于压力骤然下降，而使秸秆体积膨大，进一步解除了木质素对纤维素和半纤维素的包裹，也破坏了致密的纤维素结晶区结构，使原料的物理性状发生变化，组织结构进一步膨松。使得纤维素酶更能够直接作用于纤维素酶解位点。膨化过程中产生的高温、高压又为秸秆起到了灭菌作用，对秸秆细菌的杀灭越彻底，越能够减轻细菌对活性酶的抵杀和侵害，越能够提高活性酶的作用。提供的热能又增加了酶解反应温度，更有利于还原糖的转化。再结合纤维素酶解工艺进行还原糖转化，还原糖是发酵产生乙醇的主要物质，从而提高了农作物秸秆转化燃料乙醇的利用率和产品的得率，同时又解决了现有方法的耗能高，浪费原料和污染设备及环境的问题。是一种理想的农作物秸秆预处理的方法。
本发明无附图
具体实施方式
实施例1
取玉米秸秆100kg，用铡草机切成8cm的切段。然后用300kg的水对秸秆切段进行浸湿处理，在常温下放置5小时。然后将浸泡后秸秆切段送入膨化机内进行膨化处理。将膨化处理后物料直接送入纤维素酶解反应器内，再向反应器中投入800kg的活性酶水溶液，对膨化处理后原料进行酶解处理。对活性酶水溶液加温至50℃，保持50小时。待充分酶解后，采用常规生产方法，将酶解处理后的物料制成还原糖。100kg原料可生产还原糖17.2kg，制得到乙醇8.5kg。秸秆膨化机的功率为22kW，膨化处理压强为1.28-1.45MPa，工作温度为125-145℃。
实施例2
取高粱秸秆50kg，用铡草机切成5cm的切段。然后用150kg的水对切段进行浸湿处理，在常温下放置4小时。然后将浸泡后切段秸秆送入膨化机内进行膨化处理。将膨化处理后原料直接送入纤维素酶解反应器内，再向反应器中投入400kg的活性酶水溶液，对膨化处理后原料进行浸泡处理，加温至50℃，保持50小时，生产还原糖11.8kg，得到乙醇5.6kg。秸秆膨化机的功率为22kW，膨化处理压强为1.28-1.45MPa，工作温度为125-145℃。

Claims (3)

1.一种结合生物酶解的农作物秸秆膨化预处理方法，其特征在于：将秸秆切段进行浸湿处理，再将浸湿后的秸秆切断进行膨化处理，然后进行酶解处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：浸湿处理的秸秆与水的比例为重量比1∶3，处理时间为3～5小时。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所涉及的酶解处理中5000u/g的纤维素活性酶与水的配制比例为重量比1∶1600，处理时间为48～62小时，处理温度为恒温50℃，活性酶水溶液与秸秆干原料的处理比例按重量比为8∶1。
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