CN103436560B - 一种植物藤蔓发酵糖液的制备方法 - Google Patents

一种植物藤蔓发酵糖液的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于生物质能源领域，涉及一种植物藤蔓发酵糖液的制备方法。本发明提出的制备方法是将藤蔓水解，具体工艺包括藤蔓洗净、粉碎、铵盐处理及草酸钙催化水解等。本发明提出的植物藤蔓发酵糖液的制备方法具有以下优点：（1）成本低，原材料来源广；（2）制备工艺简单，投入少，适合大规模的推广和应用；（3）避免微生物酶发酵制糖工艺的不确定性，降低了技术风险；（4）糖转化率高，产生的残渣量少，是绿色环保型工艺。本发明制备的植物藤蔓发酵糖液可用于生产酒精的原料，市场前景广阔。

Description

一种植物藤蔓发酵糖液的制备方法
技术领域
本发明属于生物质能源技术领域，具体涉及一种植物藤蔓发酵糖液的制备方法。
背景技术
随着人口的增长，粮食、能源与环境是人类面临的最主要挑战。以纤维素原料生产可再生清洁能源日益受到广泛关注，而以农作物废弃物为原料生产燃料乙醇被认为是最有发展前景的产业。西瓜、南瓜、地瓜、扁豆等经济作物在我国种植面积很广，每年在收获果实的同时也产生近乎等量的藤蔓。藤蔓中蛋白质含量低但碳水化合物含量高，个别品种碳水化合物含量高达干物质的82%，因而是生产生物质能的优质原料。国内外对藤蔓转化燃料乙醇的研究已起步，但与玉米秸秆作原料相比，目前乙醇产率还比较低，瓶颈在于藤蔓降解成可发酵糖的技术还不理想。因此，发明藤蔓的高效降解工艺对藤蔓的综合开发及木质纤维素的能源化利用均具有极高的经济价值和社会效益。
利用木质纤维材料制取生物乙醇对缓解能源危机与环境恶化有重要的意义（生物质化学工程，2012，46(3)，39-44）。但在酶水解过程中，由于部分纤维素酶和半纤维素酶不可逆的以无效吸附的方式吸附在底物特别是木质素表面会导致酶活性的损失，此外纤维素本身的结晶结构和半纤维素结构的复杂性也是导致水解效率低的重要因素。
本发明的创新性在于：（1）首先用铵盐对藤蔓进行预处理，将藤蔓的纤维素、木质素等天然高分子相互解离；（2）首先用草酸钙催化藤蔓纤维素水解，通过调节溶液pH值，使得糖得率超过90%；（3）水解温度较低，能源消耗少，有利于相关技术的推广和应用。
发明内容
本发明属于生物质能源领域，涉及一种植物藤蔓发酵糖液的制备方法。本发明提出的制备方法是将藤蔓水解，具体工艺包括藤蔓洗净、粉碎、铵盐处理及草酸钙催化水解等。本发明提出的植物藤蔓发酵糖液的制备方法具有以下优点：（1）成本低，原材料来源广；（2）制备工艺简单，投入少，适合大规模的推广和应用；（3）避免微生物酶发酵制糖工艺的不确定性，降低了技术风险；（4）糖转化率高，产生的残渣量少，是绿色环保型工艺。本发明制备的植物藤蔓发酵糖液可用于生产酒精的原料，市场前景广阔。
本发明提出的植物藤蔓发酵糖液的制备方法，其特征在于：
1）清洁藤蔓：将植物藤蔓漂洗、烘干；其中植物藤蔓为西瓜藤蔓、南瓜藤蔓、地瓜藤蔓、扁豆藤蔓之一种；
2）藤蔓粉碎：将清洁后的藤蔓干燥，置于粉碎机中，粉碎成粒径为20～100目的颗粒；
3）铵盐处理：将粉碎后的藤蔓与铵盐水溶液混合，加热至60～80℃，反应1～3小时，冷却，过滤，得铵盐处理的藤蔓；其中铵盐为氯化铵、硫酸氨、硝酸铵、醋酸铵之一种，铵盐的质量浓度为1～5%，藤蔓与铵盐水溶液的料/液比为1/20～1/60（重量(g)/体积(mL））；
4）草酸钙催化水解：将铵盐处理的藤蔓置于草酸钙/盐酸混合水溶液中，调节溶液pH为2～3，在不锈钢反应釜中加热至80～120℃，反应3～6小时，冷却，过滤，得植物藤蔓发酵糖液，其中草酸钙/盐酸混合水溶液中，草酸钙的质量浓度为3%，盐酸的质量浓度为2%，藤蔓与草酸钙/盐酸混合水溶液的料/液比为1/10～1/30（重量(g)/体积(mL））。
取出适量糖液煮沸、灭活，并适度稀释，用DNS比色定糖法测定发酵糖含量，并计算糖得率。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本发明
实施例1
将西瓜藤蔓收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的藤蔓置于粉碎机中，粉碎成粒径为20～100目的颗粒；
将10g粉碎后的藤蔓与200mL浓度为1%的氯化铵水溶液混合，加热至60℃，反应1小时，冷却，过滤，得铵盐处理的藤蔓；
将30g草酸钙与100g20%的盐酸溶液混合，溶解后，添加去离子水至混合液重量为1000g，得草酸钙/盐酸混合水溶液；
将5g铵盐处理的藤蔓置于50mL草酸钙/盐酸混合水溶液中，调节溶液pH为2～3，在不锈钢反应釜中加热至80℃，反应3小时，冷却，过滤，得植物藤蔓发酵糖液。
取出适量糖液煮沸、灭活，并适度稀释，用DNS比色定糖法测定发酵糖含量，并计算糖得率为68%。
实施例2
将南瓜藤蔓收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的藤蔓置于粉碎机中，粉碎成粒径为20～100目的颗粒；
将10g粉碎后的藤蔓与600mL浓度为5%的硫酸氨水溶液混合，加热至80℃，反应3小时，冷却，过滤，得铵盐处理的藤蔓；
将30g草酸钙与100g20%的盐酸溶液混合，溶解后，添加去离子水至混合液重量为1000g，得草酸钙/盐酸混合水溶液；
将5g铵盐处理的藤蔓置于150mL草酸钙/盐酸混合水溶液中，调节溶液pH为2～3，在不锈钢反应釜中加热至120℃，反应6小时，冷却，过滤，得植物藤蔓发酵糖液；
取出适量糖液煮沸、灭活，并适度稀释，用DNS比色定糖法测定发酵糖含量，并计算糖得率为86%。
实施例3
将地瓜藤蔓收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的藤蔓置于粉碎机中，粉碎成粒径为20～100目的颗粒；
将10g粉碎后的藤蔓与500mL浓度为3%的硝酸铵水溶液混合，加热至70℃，反应2小时，冷却，过滤，得铵盐处理的藤蔓；
将30g草酸钙与100g20%的盐酸溶液混合，溶解后，添加去离子水至混合液重量为1000g，得草酸钙/盐酸混合水溶液；
将5g铵盐处理的藤蔓置于100mL草酸钙/盐酸混合水溶液中，调节溶液pH为2～3，在不锈钢反应釜中加热至120℃，反应6小时，冷却，过滤，得植物藤蔓发酵糖液；
取出适量糖液煮沸、灭活，并适度稀释，用DNS比色定糖法测定发酵糖含量，并计算糖得率为92%。
实施例4
将扁豆藤蔓收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的藤蔓置于粉碎机中，粉碎成粒径为20～100目的颗粒；
将10g粉碎后的藤蔓与400mL浓度为3%的醋酸铵水溶液混合，加热至70℃，反应2小时，冷却，过滤，得铵盐处理的藤蔓；
将30g草酸钙与100g20%的盐酸溶液混合，溶解后，添加去离子水至混合液重量为1000g，得草酸钙/盐酸混合水溶液；
将5g铵盐处理的藤蔓置于120mL草酸钙/盐酸混合水溶液中，调节溶液pH为2～3，在不锈钢反应釜中加热至100℃，反应4小时，冷却，过滤，得植物藤蔓发酵糖液；
取出适量糖液煮沸、灭活，并适度稀释，用DNS比色定糖法测定发酵糖含量，并计算糖得率为71%。
实施例5
将西瓜藤蔓收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的藤蔓置于粉碎机中，粉碎成粒径为20～100目的颗粒；
将10g粉碎后的藤蔓与300mL浓度为4%的硝酸铵水溶液混合，加热至80℃，反应2小时，冷却，过滤，得铵盐处理的藤蔓；
将30g草酸钙与100g20%的盐酸溶液混合，溶解后，添加去离子水至混合液重量为1000g，得草酸钙/盐酸混合水溶液；
将5g铵盐处理的藤蔓置于90mL草酸钙/盐酸混合水溶液中，调节溶液pH为2～3，在不锈钢反应釜中加热至110℃，反应5小时，冷却，过滤，得植物藤蔓发酵糖液。
取出适量糖液煮沸、灭活，并适度稀释，用DNS比色定糖法测定发酵糖含量，并计算糖得率为89%。
实施例6
将地瓜藤蔓藤蔓收割，用自来水洗净，烘干，将清洁后的藤蔓置于粉碎机中，粉碎成粒径为20～100目的颗粒；
将10g粉碎后的藤蔓与400mL浓度为4%的醋酸铵水溶液混合，加热至80℃，反应3小时，冷却，过滤，得铵盐处理的藤蔓；
将30g草酸钙与100g20%的盐酸溶液混合，溶解后，添加去离子水至混合液重量为1000g，得草酸钙/盐酸混合水溶液；
将5g铵盐处理的藤蔓置于150mL草酸钙/盐酸混合水溶液中，调节溶液pH为2～3，在不锈钢反应釜中加热至120℃，反应6小时，冷却，过滤，得植物藤蔓发酵糖液；
取出适量糖液煮沸、灭活，并适度稀释，用DNS比色定糖法测定发酵糖含量，并计算糖得率为83%。

Claims (1)

1.一种植物藤蔓发酵糖液的制备方法，其特征在于：
1）清洁藤蔓：将植物藤蔓漂洗、烘干；其中植物藤蔓为西瓜藤蔓、南瓜藤蔓、地瓜藤蔓、扁豆藤蔓之一种；
2）藤蔓粉碎：将清洁后的藤蔓干燥，置于粉碎机中，粉碎成粒径为20~100目的颗粒；
3）铵盐处理：将粉碎后的藤蔓与铵盐水溶液混合，加热至60~80℃，反应1~3小时，冷却，过滤，得铵盐处理的藤蔓；其中铵盐为氯化铵、硫酸氨、硝酸铵、醋酸铵之一种，铵盐的质量浓度为1~5%，藤蔓与铵盐水溶液的料/液比为1/20~1/60 g/mL；
4）草酸钙催化水解：将铵盐处理的藤蔓置于草酸钙/盐酸混合水溶液中，调节溶液pH为2~3，在不锈钢反应釜中加热至80~120℃，反应3~6小时，冷却，过滤，得植物藤蔓发酵糖液，其中草酸钙/盐酸混合水溶液中，草酸钙的质量浓度为3%，盐酸的质量浓度为2%，藤蔓与草酸钙/盐酸混合水溶液的料/液比为1/10~1/30 g/mL。
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