CN102071223A - 一种秸秆类原料的复合酶解方法 - Google Patents

一种秸秆类原料的复合酶解方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种秸秆类原料的复合酶解方法，秸秆类原料先经稀酸水解降解木质素，然后加入木聚糖酶、纤维素酶、淀粉酶、果胶酶和β-葡聚糖酶，用酸性物质或碱性物质调整混合物pH为4.3～5.5，然后在40～55℃下进行酶解24～72h。本发明采用复合酶的方法使秸秆类酶解转化为还原糖，选择合适的复合酶配比，使得酶之间产生相互作用，使得水解达到最大化，酶解产生的还原糖浓度高，得糖率高，酶解条件温和，对后期发酵无不良影响，不会抑制后期发酵的菌种生长，发酵时的乙醇产量高，投资小，耗费低，适合产业上大规模应用。

Description

一种秸秆类原料的复合酶解方法
技术领域
本发明属于秸秆类原料生产乙醇技术领域，涉及一种秸秆类原料的复合酶解方法。
背景技术
能源危机已是当今社会日益严峻的问题，石油、煤炭等石化能源日益枯竭，急需开发新的能源替代品。在传统的化石能源如煤、石油等存在严重危机和造成严重环境污染的背景下，燃料乙醇以其低污染、高燃烧值、可再生、在机动车中使用技术过关等优点备受政府和社会重视。如果采用秸秆类纤维原料来生产燃料乙醇将对资源和社会均将产生良好的效益。但是由于目前生产燃料乙醇的原料多采用淀粉类物质，成本较高，尤其是预处理后酶的使用成本较高，因此组建高效率的糖化水解酶体系，制取高酶活的水解酶，无疑在降解纤维素的秸秆生产燃料乙醇工艺上具有较大的应用潜力。纤维素类物质来源广泛，价格低廉，缺点是较难降解，尤其在酶的降解过程中。
在秸秆类纤维素原料生产燃料乙醇的过程中，一般可分为两个阶段：一、还原糖的获得；二、还原糖发酵生产乙醇。在第一阶段的生产中，可以将秸秆类原料直接进行酶水解，或者经过木质素降解预处理后的秸秆类原料酶水解使纤维素形成还原性糖。目前主要是对经过预处理后的原料进行的酶水解技术，预处理主要是木质素降解处理，常用木质素降解方法有稀酸水解或者蒸汽爆破等。
采用酶法水解条件温和，环境友好，可实现纤维素的高效水解。在酶的水解问题上，最近研究也较多：(1)2％H2SO4，100℃、2h、液固比20∶1，纤维素酶浓度1.2％，水解时间22h，酶解温度45℃，pH值4.8，糖化还原糖总得率为19.88％；纤维素酶水解蔗渣浆时最佳工艺条件是：反应时间44h，温度55℃，体系pH值4.5，液固比1∶35，酶用量0.23g，蔗渣浆的纤维素结晶度提高了4.34％；(2)采用纤维素酶、木聚糖酶在45℃、pH4.5、150rpm、液固比为15的条件下对秸秆进行糖化，获得还原糖。但以上这些方法酶的使用成本较高，使用效率较低，影响乙醇燃料的产出率，以至于使生产燃料乙醇的费用太高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种秸秆类原料的复合酶解方法，该方法酶解效率高、产生的还原糖浓度高。
本发明采用以下技术方案：一种秸秆类原料的复合酶解方法，秸秆类原料先经稀酸水解降解木质素，然后加入木聚糖酶、纤维素酶、淀粉酶、果胶酶和β-葡聚糖酶，用酸性物质或碱性物质调整混合物pH为4.3～5.5，然后在40～55℃下进行酶解24～72h。
每处理100克秸秆类原料使用木聚糖酶0.2～0.5ml、纤维素酶2～4ml、淀粉酶1～3ml、果胶酶0.3～1g和β-葡聚糖酶0.2～0.5g。
所述果胶酶和β-葡聚糖酶先分别溶于pH为4.3～5.5的醋酸缓冲液中，然后再加入秸秆类原料中。
将果胶酶和β-葡聚糖酶分别溶于pH为4.3～5.5的醋酸缓冲液中时，每溶解1g果胶酶或1g β-葡聚糖酶使用醋酸缓冲液的量为0.6～1.5ml。
所述酸性物质为稀盐酸或稀硫酸，所述碱性物质为氢氧化钠或氢氧化钾。
所述稀酸水解过程为：向秸秆类原料中加入秸秆类原料重量5～15倍的水，然后加入浓盐酸或浓硫酸，调整溶液中盐酸或硫酸的质量浓度为0.5～1.5％，水解1～2小时。
本发明采用复合酶的方法使秸秆类酶解转化为还原糖，选择合适的复合酶配比，使得酶之间产生相互作用，使酶解达到最大化，先将秸秆类原料经粉碎再经稀酸水解降解木质素后破坏了木质纤维素结构的完整，从而使得木质纤维素暴露更易于酶的作用，使纤维素和半纤维素更好地水解。本发明方法产生的还原糖浓度高，得糖率高，进而能够提高发酵过程乙醇的产出率，降低秸秆类原料生产燃料乙醇的成本；本发明酶解条件温和，对后期发酵无不良影响，不会抑制后期发酵的菌种生长，发酵时的乙醇产量高，投资小，耗费低，适合产业上大规模应用。
具体实施方式
实施例1：秸秆类原料的复合酶解方法，包括以下步骤：秸秆类原料先经粉碎，然后加入秸秆类原料重量5倍的水调整浓度，加入浓盐酸使溶液中盐酸的质量浓度为0.5％，水解2小时降解木质素，然后加入木聚糖酶、纤维素酶、淀粉酶、果胶酶和β-葡聚糖酶，每处理100克秸秆类原料使用木聚糖酶0.2ml、纤维素酶2ml、淀粉酶1ml、果胶酶0.3g和β-葡聚糖酶0.2g，继续用稀盐酸调整混合物pH为4.3，然后在40℃下进行酶解72h。
实施例2：秸秆类原料的复合酶解方法，包括以下步骤：秸秆类原料先经粉碎，然后加入秸秆类原料重量10倍的水调整浓度，加入浓盐酸使溶液中盐酸的质量浓度为1％，水解1.5小时降解木质素，然后将果胶酶和β-葡聚糖酶先分别溶于pH为4.3的醋酸缓冲液中，每溶解1g果胶酶或1g β-葡聚糖酶使用醋酸缓冲液的量为0.6ml，然后再加入秸秆类原料中，再加入木聚糖酶、纤维素酶和淀粉酶，每处理100克秸秆类原料使用木聚糖酶0.3ml、纤维素酶3ml、淀粉酶2ml、果胶酶0.7g和β-葡聚糖酶0.4g，用稀硫酸调整混合物pH为5.0，然后在50℃下进行酶解50h。
实施例3：秸秆类原料的复合酶解方法，包括以下步骤：秸秆类原料先经粉碎，然后加入秸秆类原料重量15倍的水调整浓度，加入浓硫酸使溶液中硫酸的质量浓度为1.5％，水解1小时降解木质素，然后将果胶酶和β-葡聚糖酶先分别溶于pH为5.5的醋酸缓冲液中，每溶解1g果胶酶或1g β-葡聚糖酶使用醋酸缓冲液的量为1.5ml，然后再加入秸秆类原料中，再加入木聚糖酶、纤维素酶和淀粉酶，每处理100克秸秆类原料使用木聚糖酶0.5ml、纤维素酶4ml、淀粉酶3ml、果胶酶1g和β-葡聚糖酶0.5g，用氢氧化钠调整混合物pH为5.5，然后在55℃下进行酶解24h。
采用DNS法对实施例1、2、3酶解后的产物进行还原糖浓度测定，测得还原糖浓度分别为47.62g/L、48.75g/L、58.48g/L；相同DNS测定方法下，背景技术的方法(1)中单独采用纤维素酶酶解所得产物的还原糖浓度为14.50g/L，背景技术的方法(2)中采用纤维素酶和木聚糖酶酶解所得产物的还原糖浓度为38.50g/L。由以上数据对比明显看出，本发明方法的实施例1、2、3采用四种复合酶进行酶解所产生的还原糖浓度明显增大，得糖率较高。

Claims (6)

1.一种秸秆类原料的复合酶解方法，秸秆类原料先经稀酸水解降解木质素，其特征在于：然后加入木聚糖酶、纤维素酶、淀粉酶、果胶酶和β-葡聚糖酶，用酸性物质或碱性物质调整混合物pH为4.3～5.5，然后在40～55℃下进行酶解24～72h。
2.如权利要求1所述的秸秆类原料的复合酶解方法，其特征在于：每处理100克秸秆类原料使用木聚糖酶0.2～0.5ml、纤维素酶2～4ml、淀粉酶1～3ml、果胶酶0.3～1g和β-葡聚糖酶0.2～0.5g。
3.如权利要求1或2所述的秸秆类原料的复合酶解方法，其特征在于：所述果胶酶和β-葡聚糖酶先分别溶于pH为4.3～5.5的醋酸缓冲液中，然后再加入秸秆类原料中。
4.如权利要求3所述的秸秆类原料的复合酶解方法，其特征在于：将果胶酶和β-葡聚糖酶分别溶于pH为4.3～5.5的醋酸缓冲液中时，每溶解1g果胶酶或1g β-葡聚糖酶使用醋酸缓冲液的量为0.6～1.5ml。
5.如权利要求4所述的秸秆类原料的复合酶解方法，其特征在于：所述酸性物质为稀盐酸或稀硫酸，所述碱性物质为氢氧化钠或氢氧化钾。
6.如权利要求5所述的秸秆类原料的复合酶解方法，其特征在于：所述稀酸水解过程为：向秸秆类原料中加入秸秆类原料重量5～15倍的水，然后加入浓盐酸或浓硫酸，调整溶液中盐酸或硫酸的质量浓度为0.5～1.5％，水解1～2小时。
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