CN102864192A

CN102864192A - 一种从木质纤维类物质中制取糖的方法

Info

Publication number: CN102864192A
Application number: CN2011101884237A
Authority: CN
Inventors: 王鑫; 乔凯; 金平
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2011-07-07
Filing date: 2011-07-07
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2031-07-07
Also published as: CN102864192B

Abstract

本发明公开一种从木质纤维类物质中制取糖的方法，包括如下内容：首先将粉碎的纤维质原料与氯化锡水溶液混合制得原料浆液，然后在0.6~0.8MPa、160℃~190℃条件下蒸汽爆破2~5min，反应结束后固液混合物不经分离，直接将其作为酶水解的原料，酶水解后得到含糖的水解液。该方法操作流程短，能耗低，原料利用率高且糖化效果好。

Description

一种从木质纤维类物质中制取糖的方法

技术领域

本发明涉及一种从木质纤维类物质中制取糖的方法。

技术背景

燃料乙醇作为一种最有前景的可再生能源越来越受到各国的关注。从长远考虑必须寻找丰富且廉价的能源原料来源，用木质纤维素类物质生产生物燃料是解决今后燃料短缺的有效途径。目前国内外利用木质纤维素生产酒精普遍采用的是先对纤维素物质水解然后再发酵的工艺。木质纤维素类生物质只有在催化剂存在的情况下才能发生水解，常用的催化剂包括无机酸和酶。相对于酸水解而言，酶水解具有产物单一且浓度较高等优点，是目前水解的主要方法。由于木质纤维素类生物质结构复杂，使得酶与纤维素很难有大的接触面积，水解效率较低，因此在酶水解前必须对木质纤维素类生物质进行预处理。纤维素类生物质预处理有多种方法，大致可分为物理法、化学法和生物法三种，或它们的组合。蒸汽爆破法作为一种物理化学方法，能有效地实现木质纤维素化学组分分离，并且不用或少用化学药品，对环境无污染，能耗较低，是近年来发展比较快、比较有效、低成本的木质纤维高效分离技术。

单纯的水蒸气爆破处理导致半纤维素和木质素脱除率偏低以及伴随的副产物都会影响发酵生产乙醇的最终得率。最近的研究大多尝试在蒸爆过程中添加少量酸，旨在较低的蒸爆强度或不提高强度的条件下，进一步破坏纤维素紧密结构，提高生物质的酶水解能力。F. Zimbardi等在《Industrial Crops and Products》第26卷2期p195-206 “Acid impregnation and steam explosion of corn stover in batch processes”报道了利用稀酸蒸爆处理玉米秸秆。秸秆原料用1.5%硫酸浸泡10min后，在190℃、蒸爆时间5min进行预处理，半纤维素几乎完全脱除，但木糖收率仅为52.8%，即使固体物料经过纤维素酶进一步水解，木糖总收率为63.1%，葡萄糖收率为65.9%。

CN1896254A公开了一种稀酸蒸爆处理木质纤维素类物质用于生产酒精。该方法包括将原料粉碎后用浓度0.5-1.5%的H₂SO₄浸泡11-13h，然后在1.6-2.0MPa、180-200℃的条件下蒸汽爆破6-10min。反应结束后，进行固液分离，固体进行纤维素酶解和发酵。该方法虽能有效提高纤维素的酶解效率和酒精产量，但是蒸爆处理前秸秆必须进行长时间的浸泡，至少在11个小时以上，因此预处理流程长，且蒸爆处理强度偏大，能量消耗大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种从木质纤维类物质中制取糖的方法，该方法操作流程短，能耗低，原料利用率高且糖化效果好。

本发明从木质纤维类物质中制取糖的方法包括如下内容：首先将粉碎的纤维质原料与氯化锡水溶液混合制得原料浆液，然后在0.6~0.8MPa、160℃~190℃条件下蒸汽爆破2~5min，反应结束后固液混合物不经分离，直接将其作为酶水解的原料，酶水解后得到含糖的水解液。

本发明方法中氯化锡在原料浆液中的质量浓度为0.25%~2.5%。

本发明方法中纤维质原料包括农作物秸秆、草料、林业生物质、糖加工残渣中的一种或几种混合，纤维质原料的粒度及其在原料浆液中的质量含量可以根据实际情况进行合理调整。

本发明方法中纤维质原料为秸秆，秸秆颗粒的粒度为20~60目，秸秆颗粒在原料浆液中的质量浓度为50%~67%。秸秆为玉米秸秆、麦秆、稻秆、高粱秆等中的一种或几种混合。

本发明中为使纤维质原料与氯化锡水溶液混合后在短时间形成均匀的原料浆液，可以采用包括机械搅拌、涡流搅拌、气流搅拌等在内的任何一种方式进行搅拌。

本发明方法中酶水解条件如下：固液混合物pH值调至4.0~5.0，于30~50℃水解48~72小时，纤维素酶的用量为15~30FPU/克纤维素，得到含有葡萄糖和木糖的水解液可用于发酵乙醇。

本发明方法中所述的纤维素酶可以根据现有技术进行自制，也可以采用市售的纤维素酶商品。

与现有技术相比本发明从木质纤维类物质中制取糖的方法具有如下优点：

1. 本发明方法首先采用氯化锡水溶液和蒸汽爆破相结合的方式对纤维质原料进行处理，然后将处理后的产物进行酶解，大大提高了木糖和葡萄糖的收率；

2. 本发明方法中所用的氯化锡不会对酶解过程中所用的酶活性产生抑制作用，氯化锡水溶液和蒸汽爆破组合处理后的固液混合物可以不经分离直接进行酶解，氯化锡的用量少，降低了处理成本；

3. 本发明方法蒸爆处理强度较低，减少了蒸汽的使用量，蒸爆料的固含量高，提高了半纤维素水解液的糖浓度，有利于木糖的直接利用；

4. 本发明方法可以在原料混合后直接进行爆破处理，无须长时间浸泡处理，缩短了处理时间，简化了处理的流程，降低了能耗。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明方法的过程和效果。

实施例1

首先将经过粉碎和过筛的玉米秸秆颗粒（20-60目）和氯化锡水溶液混合搅拌均匀制得原料浆液，原料浆液中氯化锡的质量浓度为0.5%，秸秆颗粒质量浓度为50%，然后原料浆液在0.8MPa、190℃条件下蒸汽爆破5min，反应结束后，将固液混合物的pH值调至5.0，于50℃酶水解72小时，纤维素酶的用量为30FPU/克纤维素，得到含有葡萄糖和木糖的水解液并可用于发酵乙醇。水解液中木糖质量浓度为5.6%，葡萄糖质量浓度为9.8%，木糖收率为65.9%，葡萄糖收率为72.0%。

实施例2

首先将经过粉碎和过筛的玉米秸秆颗粒（20-60目）和氯化锡水溶液混合搅拌均匀制得原料浆液，原料浆液中氯化锡的质量浓度为1%，秸秆颗粒质量浓度50%，然后原料浆液在0.8MPa、190℃条件下蒸汽爆破2min，反应结束后，将固液混合物的pH值调至5.0，于50℃酶水解72小时，纤维素酶的用量为30FPU/克纤维素，得到含有葡萄糖和木糖的水解液并可用于发酵乙醇。水解液中木糖质量浓度为5.9%，葡萄糖质量浓度为10.2%，木糖收率为69.4%，葡萄糖收率为74.9%。

实施例3

首先将经过粉碎和过筛的玉米秸秆颗粒（20-60目）和氯化锡水溶液混合搅拌均匀制得原料浆液，原料浆液中氯化锡的质量浓度为2%，秸秆颗粒质量浓度50%，然后原料浆液在0.8MPa、180℃条件下蒸汽爆破3min，反应结束后，将固液混合物的pH值调至5.0，于50℃酶水解72小时，纤维素酶的用量为30FPU/克纤维素，得到含有葡萄糖和木糖的水解液并可用于发酵乙醇。水解液中木糖质量浓度为6.7%，葡萄糖质量浓度为10.5%，木糖收率为78.8%，葡萄糖收率为77.1%。

实施例4

首先将经过粉碎和过筛的玉米秸秆颗粒（20-60目）和氯化锡水溶液混合搅拌均匀制得原料浆液，原料浆液中氯化锡的质量浓度为2.5%，秸秆颗粒质量浓度50%，然后原料浆液在0.6MPa、180℃条件下蒸汽爆破3min，反应结束后，将固液混合物的pH值调至5.0，于50℃酶水解72小时，纤维素酶的用量为30FPU/克纤维素，得到含有葡萄糖和木糖的水解液并可用于发酵乙醇。水解液中木糖质量浓度为6.9%，葡萄糖质量浓度为10.8%，木糖收率为81.2%，葡萄糖收率为79.3%。

实施例5

首先将经过粉碎和过筛的玉米秸秆颗粒（20-60目）和氯化锡水溶液混合搅拌均匀制得原料浆液，原料浆液中氯化锡的质量浓度为2.5%，秸秆颗粒质量浓度67%，然后原料浆液在0.8MPa、180℃条件下蒸汽爆破3min，反应结束后，将固液混合物的pH值调至5.0，于50℃酶水解72小时，纤维素酶的用量为30FPU/克纤维素，得到含有葡萄糖和木糖的水解液并可用于发酵乙醇。水解液中木糖质量浓度为7.5%，葡萄糖质量浓度为12.8%，木糖收率为73.4%，葡萄糖收率为76.8%。

实施例6

首先将经过粉碎和过筛的玉米秸秆颗粒（20-60目）和氯化锡水溶液混合搅拌均匀制得原料浆液，原料浆液中氯化锡的质量浓度为2.5%，秸秆颗粒质量浓度50%，然后原料浆液在0.6MPa、170℃条件下蒸汽爆破5min，反应结束后，将固液混合物的pH值调至5.0，于50℃酶水解72小时，纤维素酶的用量为30FPU/克纤维素，得到含有葡萄糖和木糖的水解液并可用于发酵乙醇。水解液中木糖质量浓度为6.5%，葡萄糖质量浓度为10.1%，木糖收率为76.5%，葡萄糖收率为74.2%。

对比例1

首先将经过粉碎和过筛的玉米秸秆颗粒（20-60目）和氯化铁水溶液混合搅拌均匀制得原料浆液，原料浆液中氯化锡的质量浓度为1%，秸秆颗粒质量浓度50%，然后原料浆液在0.8MPa、190℃条件下蒸汽爆破2min，反应结束后，将固液混合物的pH值调至5.0，于50℃酶水解72小时，纤维素酶的用量为30FPU/克纤维素，得到含有葡萄糖和木糖的水解液并可用于发酵乙醇。水解液中木糖质量浓度为3.2%，葡萄糖质量浓度为6.5%，木糖收率为37.6%，葡萄糖收率为47.7%。

对比例2

首先将经过粉碎和过筛的玉米秸秆（20-60目）和氯化铁水溶液混合搅拌均匀制得原料浆液，原料浆液中氯化锡的质量浓度为2.5%，秸秆颗粒质量浓度50%，然后原料浆液在0.6MPa、180℃条件下蒸汽爆破3min，反应结束后，将固液混合物的pH值调至5.0，于50℃酶水解72小时，纤维素酶的用量为30FPU/克纤维素，得到含有葡萄糖和木糖的水解液并可用于发酵乙醇。水解液中木糖质量浓度为3.8%，葡萄糖质量浓度为7.1%，木糖收率为44.7%，葡萄糖收率为52.1%。

Claims

1.一种从木质纤维类物质中制取糖的方法，包括如下内容：首先将粉碎的纤维质原料与氯化锡水溶液混合制得原料浆液，然后在0.6~0.8MPa、160 ~ 190 ℃条件下蒸汽爆破2~5min，反应结束后固液混合物不经分离，直接将其作为酶水解的原料，酶水解后得到含糖的水解液。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的氯化锡在原料浆液中的质量浓度为0.25%~2.5%。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的纤维质原料包括农作物秸秆、草料、林业生物质、糖加工残渣中的一种或几种混合。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于所述的纤维质原料为秸秆，秸秆颗粒的粒度为20~60目，秸秆颗粒在原料浆液中的质量浓度为50%~67%。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于秸秆为玉米秸秆、麦秆、稻秆、高粱秆中的一种或几种混合。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的原料浆液采用机械搅拌、涡流搅拌、气流搅拌方式进行搅拌。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的酶水解条件如下：固液混合物pH值调至4.0~5.0，于30~50℃水解48~72小时，纤维素酶的用量为15~30FPU/克纤维素。