CN104263779A - 一种加压热水中超声波预处理促进木质纤维素酶水解制备还原糖的方法 - Google Patents
一种加压热水中超声波预处理促进木质纤维素酶水解制备还原糖的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104263779A CN104263779A CN201410459768.5A CN201410459768A CN104263779A CN 104263779 A CN104263779 A CN 104263779A CN 201410459768 A CN201410459768 A CN 201410459768A CN 104263779 A CN104263779 A CN 104263779A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lignocellulose
- reducing sugar
- mass ratio
- reactor
- hot water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
本发明属于绿色化学和清洁能源技术领域，涉及一种加压热水中超声波预处理促进木质纤维素酶水解制备还原糖的方法。将去离子水与木质纤维素以质量比10～100:1混合，通入3～10MPa的二氧化碳或者氮气，温度80～120℃；施加频率40～60kHz、功率90～600W的超声场，持续10～120min；在2-10min内使压力泄放至常压，烘干。向木质纤维素中加入pH＝4.8、浓度为0.2M的乙酸-乙酸钠缓冲溶液，其与木质纤维素质量比为50:1，再加入与木质纤维素质量比为0.5～1.2:1的纤维素酶，水解得到还原糖。本发明的方法，节省时间，条件温和，能耗低，工艺简单，成本低，绿色无污染。
Description
技术领域
本发明属于绿色化学和清洁能源技术领域，涉及一种加压热水中超声波预处理促进木质纤维素酶水解制备还原糖的方法。
背景技术
木质纤维素由半纤维素、纤维素和木质素构成，主要来源于农作物秸秆、树木和野草等。作为一种生物质资源，因其可再生、产量巨大，成为可再生能源和资源利用的焦点。直接燃烧是木质纤维素利用的传统形式，能源利用率低，环境污染严重。将木质纤维素通过化学或者生物法水解生成还原糖，再经发酵制取燃料乙醇，是可替代能源的重要组成部分，也是木质纤维素类生物质资源的高效利用途径。酶水解木质纤维素制备还原糖工艺因环境友好、条件温和以及还原糖收率高而倍受青睐。为了提高纤维素酶对木质纤维素水解的效率，首先需要对其进行预处理，目的在于破坏半纤维素以及木质素对纤维素的包裹和缠绕作用，最大限度地改善酶对纤维素的可及度。
以往对木质纤维素预处理的方法主要有：酸碱预处理、氨爆破预处理、蒸汽爆破预处理以及超临界二氧化碳预处理等。酸碱预处理工艺成熟，但存在腐蚀性强、对设备要求高、产物分离和废液处理难度大等问题。超临界二氧化碳预处理和蒸汽爆破预处理绿色环保，但需高温高压的苛刻条件且能耗较大。氨爆破预处理工艺复杂，氨回收成本高且存在环境污染问题。为克服上述预处理工艺的不足，本发明提出一种加压热水中超声波预处理促进木质纤维素酶水解制备还原糖的方法。
加压热水是指水/二氧化碳或者水/氮气系统总压力为3～10MPa、温度为80～120℃的水，是一种绿色溶剂。加压热水在预处理中能对木质纤维素起到润湿和溶胀作用，使木质纤维素结构变的松散，机械强度减弱，CO2或N2能更好的进入木质纤维素内部，泄压产生优越的爆破效果，同时加压热水也是超声波的良好传播介质，为超声波处理木质纤维素提供基础。
超声波是一种能量形式，广泛应用于分析化学、物理化学等各个领域。利用超声波产生的振荡和空化作用，可以破坏生物质的物理结构和内部化学键，打破木质素和半纤维素对纤维素的束缚，使纤维素酶与纤维素接触表面积变大，从而促进酶水解进行。
发明内容
本发明的目的是提供一种加压热水中超声波预处理促进木质纤维素酶水解制备还原糖的方法，解决酸碱预处理腐蚀设备、对设备要求高、产物分离困难和废液处理问题，超临界二氧化碳预处理和蒸汽爆破预处理高温高压等苛刻条件和高能耗，氨纤维爆破预处理工艺复杂、回收成本高、污染环境问题。
本发明的技术方案是：
一种加压热水中超声波预处理促进木质纤维素酶水解制备还原糖的方法，将一定质量比去离子水与粉碎后烘干的木质纤维素放入反应器中，在加压热水中进行超声波预处理，再使用纤维素酶对预处理后的木质纤维素进行水解，制备还原糖；具体步骤以下：
(1)将去离子水与粉碎烘干的木质纤维素以质量比为10～100:1混合加入到反应器中，反应器内通入3～10MPa压力的二氧化碳或者氮气并加热，保持反应器内温度为80～120℃；然后反应器内施加频率40～60kHz、功率90～600W的超声场，持续10～120min；待反应结束后，在2-10min内使反应器压力泄放至常压，取出物料并将其烘干至恒重。
(2)将步骤(1)中所得烘干后的木质纤维素放入中加入pH＝4.8、浓度为0.2M的乙酸-乙酸钠缓冲溶液，乙酸-乙酸钠缓冲溶液与木质纤维素质量比为50:1，再加入与木质纤维素质量比为0.5～1.2:1的纤维素酶，纤维素酶活性为4000U/g，在50℃、100r/min的水浴摇床中酶水解48h，得到还原糖溶液。
所述的木质纤维素为玉米秸秆、玉米芯、稻秆、高粱秸秆、甘蔗渣、麦秆中的一种或两种以上混合，粒径为20～40目。
本发明的效果和益处是：加压热水是一种绿色溶剂，在预处理中能对木质纤维素起到润湿和溶胀作用，使木质纤维素结构变的松散，机械强度减弱，CO2或N2能更好的进入木质纤维素内部，泄压产生更好的爆破效果，同时加压热水也是超声波的良好传播介质，使超声振荡和波空化作用效果更好，在加压热水和超声波的共同作用下，破坏木质纤维素的物理结构和内部化学键，打破木质素和半纤维素对纤维素的束缚，纤维素酶与纤维素有更大的接触面积，从而促进酶水解进行，获得更高的还原糖产率。加压热水中进行超声波预处理，节省时间，无需高温，条件温和，对设备要求低，操作简单，绿色环保，成本低，后续处理简单。
具体实施方式
以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施方式。
实施例1
按质量比20:1称取20g去离子水和1g玉米秆混合加入到反应器中，向反应器内灌入CO2，保持5MPa，置于超声槽中，在80℃、40kHz、600W条件下保持60min。反应结束后，迅速泄压至常压，随后取出玉米秆烘干至恒重。预处理后的玉米秆1g、0.7g活性4000U/g纤维素酶和50ml pH值4.8、浓度为0.2M的乙酸-乙酸钠缓冲溶液放入100ml锥形瓶中，在50℃、100r/min的水浴摇床中水解48h，将产物过滤、离心，对液相产物进行紫外分析，还原糖产率27.6％。
实施例2
按质量比50:1称取50g去离子水和1g玉米秆混合加入到反应器中，向反应器内灌入N2，保持10MPa，置于超声槽中，在40kHz、600W、120℃条件下保持60min。反应结束后，迅速泄压至常压，随后取出玉米秆烘干至恒重。预处理后的玉米秆1g、0.7g活性4000U/g纤维素酶和50ml pH值4.8、浓度为0.2M的乙酸-乙酸钠缓冲溶液放入100ml锥形瓶中，在50℃、100r/min的水浴摇床中水解48h，将产物过滤、离心，对液相产物进行紫外分析，还原糖产率26.8％。
实施例3
按质量比20:1称取20g去离子水和1g玉米芯混合加入到反应器中，向反应器内灌入CO2，保持5MPa，置于超声槽中，在59kHz、90W、80℃条件下保持120min。反应结束后，迅速泄压至常压，随后取出玉米秆烘干至恒重。预处理后的玉米秆1g、0.7g活性4000U/g纤维素酶和50ml pH值4.8、浓度为0.2M的乙酸-乙酸钠缓冲溶液放入100ml锥形瓶中，在50℃、100r/min的水浴摇床中水解48h，将产物过滤、离心，对液相产物进行紫外分析，还原糖产率26.3％。
实施例4
按质量比50:1称取50g去离子水和1g玉米芯混合加入到反应器中，向反应器内灌入CO2，保持10MPa，置于超声槽中，在40kHz、600W、80℃条件下保持60min。反应结束后，迅速泄压至常压，随后取出玉米秆烘干至恒重。预处理后的玉米秆1g、0.7g活性4000U/g纤维素酶和50ml pH值4.8、浓度为0.2M的乙酸-乙酸钠缓冲溶液放入100ml锥形瓶中，在50℃、100r/min的水浴摇床中水解48h，将产物过滤、离心，对液相产物进行紫外分析，还原糖产率28.6％。
Claims (2)
1.一种加压热水中超声波预处理促进木质纤维素酶水解制备还原糖的方法，其特征在于：
(1)将去离子水与粉碎烘干的木质纤维素以质量比为10～100:1混合加入到反应器中，反应器内通入3～10MPa压力的二氧化碳或者氮气并加热，保持反应器内温度为80～120℃；然后反应器内施加频率40～60kHz、功率90～600W的超声场，持续10～120min；待反应结束后，在2-10min内使反应器压力泄放至常压，取出物料并将其烘干至恒重；
(2)将步骤(1)中所得烘干后的木质纤维素放入中加入pH＝4.8、浓度为0.2M的乙酸-乙酸钠缓冲溶液，乙酸-乙酸钠缓冲溶液与木质纤维素质量比为50:1，再加入与木质纤维素质量比为0.5～1.2:1的纤维素酶，纤维素酶的活性为4000U/g，在50℃、100r/min的水浴中酶水解48h，得到还原糖溶液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的木质纤维素为玉米秸秆、玉米芯、稻秆、高粱秸秆、甘蔗渣、麦秆中的一种或两种以上混合，粒径为20～40目。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410459768.5A CN104263779A (zh) | 2014-09-11 | 2014-09-11 | 一种加压热水中超声波预处理促进木质纤维素酶水解制备还原糖的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410459768.5A CN104263779A (zh) | 2014-09-11 | 2014-09-11 | 一种加压热水中超声波预处理促进木质纤维素酶水解制备还原糖的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104263779A true CN104263779A (zh) | 2015-01-07 |
Family
ID=52155356
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410459768.5A Pending CN104263779A (zh) | 2014-09-11 | 2014-09-11 | 一种加压热水中超声波预处理促进木质纤维素酶水解制备还原糖的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104263779A (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105238309A (zh) * | 2015-09-30 | 2016-01-13 | 安徽静雅声学科技有限公司 | 一种耐油纳米阻尼胶黏剂 |
| CN105238278A (zh) * | 2015-09-30 | 2016-01-13 | 安徽静雅声学科技有限公司 | 一种高分子阻尼隔音胶 |
| CN105238282A (zh) * | 2015-09-30 | 2016-01-13 | 安徽静雅声学科技有限公司 | 一种含有石英粉的耐腐蚀隔音胶黏剂 |
| CN105238308A (zh) * | 2015-09-30 | 2016-01-13 | 安徽静雅声学科技有限公司 | 一种含有玻璃微珠填充的抗冲击隔音胶黏剂 |
| CN105238281A (zh) * | 2015-09-30 | 2016-01-13 | 安徽静雅声学科技有限公司 | 一种阻燃隔音纤维胶黏剂 |
| CN105238279A (zh) * | 2015-09-30 | 2016-01-13 | 安徽静雅声学科技有限公司 | 一种抗菌隔音阻尼胶黏剂 |
| CN106087508A (zh) * | 2016-08-10 | 2016-11-09 | 泰安市奇能化工科技有限公司 | 一种超声波辅助生物酶脱除木质素的方法及其装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101044252A (zh) * | 2004-09-24 | 2007-09-26 | 坎比生物乙醇公司 | 以产生预期生物学产品的目的来处理生物质和有机废物的方法 |
| CN101343648A (zh) * | 2008-08-28 | 2009-01-14 | 上海交通大学 | 生物质原料的预处理方法 |
| CN101580522A (zh) * | 2009-06-11 | 2009-11-18 | 大连工业大学 | 离子液体溶剂分离木质纤维素中木质素和纤维素的方法 |
| CN101736631A (zh) * | 2008-11-12 | 2010-06-16 | 熊鹏 | 一种高效预处理木质纤维素的工艺 |
| CN102174594A (zh) * | 2011-03-16 | 2011-09-07 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种木质纤维素类生物质高效酶水解的方法 |
| CN103025954A (zh) * | 2010-07-01 | 2013-04-03 | 联邦科学与工业研究组织 | 植物生物质的处理 |
-
2014
- 2014-09-11 CN CN201410459768.5A patent/CN104263779A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101044252A (zh) * | 2004-09-24 | 2007-09-26 | 坎比生物乙醇公司 | 以产生预期生物学产品的目的来处理生物质和有机废物的方法 |
| CN101343648A (zh) * | 2008-08-28 | 2009-01-14 | 上海交通大学 | 生物质原料的预处理方法 |
| CN101736631A (zh) * | 2008-11-12 | 2010-06-16 | 熊鹏 | 一种高效预处理木质纤维素的工艺 |
| CN101580522A (zh) * | 2009-06-11 | 2009-11-18 | 大连工业大学 | 离子液体溶剂分离木质纤维素中木质素和纤维素的方法 |
| CN103025954A (zh) * | 2010-07-01 | 2013-04-03 | 联邦科学与工业研究组织 | 植物生物质的处理 |
| CN102174594A (zh) * | 2011-03-16 | 2011-09-07 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种木质纤维素类生物质高效酶水解的方法 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105238309A (zh) * | 2015-09-30 | 2016-01-13 | 安徽静雅声学科技有限公司 | 一种耐油纳米阻尼胶黏剂 |
| CN105238278A (zh) * | 2015-09-30 | 2016-01-13 | 安徽静雅声学科技有限公司 | 一种高分子阻尼隔音胶 |
| CN105238282A (zh) * | 2015-09-30 | 2016-01-13 | 安徽静雅声学科技有限公司 | 一种含有石英粉的耐腐蚀隔音胶黏剂 |
| CN105238308A (zh) * | 2015-09-30 | 2016-01-13 | 安徽静雅声学科技有限公司 | 一种含有玻璃微珠填充的抗冲击隔音胶黏剂 |
| CN105238281A (zh) * | 2015-09-30 | 2016-01-13 | 安徽静雅声学科技有限公司 | 一种阻燃隔音纤维胶黏剂 |
| CN105238279A (zh) * | 2015-09-30 | 2016-01-13 | 安徽静雅声学科技有限公司 | 一种抗菌隔音阻尼胶黏剂 |
| CN106087508A (zh) * | 2016-08-10 | 2016-11-09 | 泰安市奇能化工科技有限公司 | 一种超声波辅助生物酶脱除木质素的方法及其装置 |
| CN106087508B (zh) * | 2016-08-10 | 2018-01-12 | 福建祥业实业有限公司 | 一种超声波辅助生物酶脱除木质素的方法及其装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104263779A (zh) | 一种加压热水中超声波预处理促进木质纤维素酶水解制备还原糖的方法 | |
| Benazzi et al. | Pretreatment of sugarcane bagasse using supercritical carbon dioxide combined with ultrasound to improve the enzymatic hydrolysis | |
| Sasmal et al. | Ultrasound assisted lime pretreatment of lignocellulosic biomass toward bioethanol production | |
| JP4765073B2 (ja) | リグノセルロースの水熱加水分解方法 | |
| Zhou et al. | Ionic liquids-based hydrolysis of Chlorella biomass for fermentable sugars | |
| CN104498562A (zh) | 氢氧化钠/尿素/水体系预处理农业废弃物生物质的方法 | |
| RU2013135702A (ru) | Эффективный гидролиз лигноцеллюлозы, совмещенный с выработкой ферментов | |
| CN104805151A (zh) | 一种无需预浸的木质纤维素原料预处理方法 | |
| Zhang et al. | Subcritical CO2 pretreatment of sugarcane bagasse and its enzymatic hydrolysis for sugar production | |
| CN101886144B (zh) | 一种二氧化碳促进生物质水解制备还原糖的方法 | |
| CN102261004B (zh) | 一种木质纤维素原料的生物-化学联合预处理方法 | |
| CN102533907A (zh) | [胆碱][氨基酸]离子液体预处理提高水稻秸秆酶解效率的方法 | |
| CN104404108A (zh) | 一种提高木质纤维素糖转化率的预处理方法 | |
| CN105603021B (zh) | 一种利用表面活性剂提高烟秆酶解效果的方法 | |
| CN103993053B (zh) | 一种水和氨耦合预处理生物质的方法 | |
| CN102586493B (zh) | 一种超临界二氧化碳与超声耦合预处理促进生物质水解制取还原糖的方法 | |
| CN103146781B (zh) | 一种棉杆水解液及其制备方法 | |
| CN104981545B (zh) | 酶解纤维素的方法 | |
| CN103243136A (zh) | 一种提高木质纤维素酶解糖化效率的方法 | |
| Keshk | Cellulase application in enzymatic hydrolysis of biomass | |
| CN101805807A (zh) | 近临界水中用AlCl3作催化剂水解含纤维素的植物废弃物的方法 | |
| CN110066840A (zh) | 一种水热-微波结合离子液体两步预处理木质纤维素原料提高酶解效率的方法 | |
| Silva et al. | Enzymatic hydrolysis of non-treated sugarcane bagasse using pressurized liquefied petroleum gas with and without ultrasound assistance | |
| CN103045697A (zh) | 一种木质纤维素生物质的综合利用方法 | |
| WO2008074197A1 (fr) | Procédé de transformation de fibre végétale herbacée en alcool combustible |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150107 |