CN104480163B - 一种酶解糖液的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种酶解糖液的制备方法，包括以下步骤：将农作物秸秆经过汽爆预处理；将所述预处理后的产物进行常压闪蒸；将所述常压闪蒸的产物进行真空闪蒸，然后经过酶解，得到酶解糖液。本发明将常压闪蒸和真空闪蒸结合，瞬间降低预处理产物的压力，使预处理产物中的水、酸、醛等混合液体随着压力的降低沸点也降低，从而变为气态而蒸发，达到降低温度，去除酸类和醛类的目的。而且两种闪蒸相结合，酸类和醛类的去除效果更佳。

Description

一种酶解糖液的制备方法
技术领域
本发明涉及纤维素乙醇领域，特别涉及酶解糖液的制备方法。
背景技术
随着石油资源的逐渐枯竭和环境的日益恶化，大力推广使用可再生能源技术已成为许多国家能源发展战略的重要组成部分，以减少对石油资源的依赖和温室气体的排放。
纤维素乙醇技术，是一种高端的清洁能源技术，因为它可以被用来替代传统的粮食乙醇技术，利用地球上广泛存在的纤维素质生物原料生产清洁的乙醇燃料，被寄予了很高的期望。
纤维素乙醇是指以纤维素生物质为原料生产的乙醇。纤维素生物质是由纤维素(30-50％)，半纤维素(20-40％)，和木质素(15-30％)组成的复杂材料，其可以为农作物秸秆、林业加工废料、甘蔗渣等废弃物。
目前，纤维素乙醇的生产方法为：(1)以粉碎后的纤维素生物质为原料，按照酸法水解、碱法水解或蒸汽汽爆进行预处理；(2)经预处理后的原料通过纤维素酶使其中的纤维素及半纤维素转化为可发酵的酶解糖液；(3)酶解糖液经过固液分离、脱毒，去除预处理中添加的酸、碱或化学药剂；(4)加入酿酒酵母，通过酿酒酵母菌使酶解糖液中的单糖发酵生产出含有乙醇的成熟醪液；(5)醪液经过蒸馏脱水即可得到乙醇。
在该方法中，有效的预处理过程直接影响后续的发酵效率。其中蒸汽汽爆预处理是应用较多一种方法。秸秆等纤维素生物质在蒸汽汽爆预处理过程中，部分纤维素、半纤维素和木质素在高温下发生降解反应而产生一些酸类、醛类物质，这些物质对于后续的生物发酵菌种具有毒害作用。因此采用该种蒸汽汽爆预处理后，后续的酶解糖液必须经过固液分离、脱毒，去除预处理中添加的或产生的酸、碱或其他有机物以后，再进行生物发酵，才能具有较好的生物发酵效率。
但是脱毒过程中需要使用活性炭，不但造成酶解糖液的损失，而且对设备材质要求高，增加了生产成本。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种酶解糖液的制备方法，可以有效去除毒害物质，而且糖液没有损失，对设备要求低。
本发明公开了一种酶解糖液的制备方法，包括以下步骤：
(A)将农作物秸秆经过汽爆预处理；
(B)将所述预处理后的产物进行常压闪蒸；
(C)将所述常压闪蒸的产物进行真空闪蒸，然后经过酶解，得到酶解糖液。
优选的，所述步骤(A)中，所述汽爆预处理的蒸汽压力为1.2～1.8Mpa。
优选的，所述步骤(A)中，汽爆预处理的时间为5～15分钟。
优选的，所述步骤(B)中，所述常压闪蒸的进料温度为170～190℃。
优选的，所述步骤(B)中，所述常压闪蒸的时间为2～5秒。
优选的，所述步骤(B)中，所述常压闪蒸的出料温度为90～95℃。
优选的，所述步骤(C)中，所述真空闪蒸的进料温度为90～95℃。
优选的，所述步骤(C)中，所述真空闪蒸的时间为6～10分钟。
优选的，所述步骤(C)中，所述真空闪蒸的出料温度为65～70℃。
与现有技术相比，本发明的酶解糖液的制备方法，包括以下步骤：将农作物秸秆经过汽爆预处理；将所述预处理后的产物进行常压闪蒸；将所述常压闪蒸的产物进行真空闪蒸，然后经过酶解，得到酶解糖液。本发明将常压闪蒸和真空闪蒸结合，瞬间降低预处理产物的压力，使预处理产物中的水、酸、醛等混合液体随着压力的降低沸点也降低，从而变为气态而蒸发，达到降低温度，去除酸类和醛类的目的。而且两种闪蒸相结合，酸类和醛类的去除效果更佳。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种酶解糖液的制备方法，包括以下步骤：
(A)将农作物秸秆经过汽爆预处理；
(B)将所述预处理后的产物进行常压闪蒸；
(C)将所述常压闪蒸的产物进行真空闪蒸，然后经过酶解，得到酶解糖液。
按照本发明，首先将农作物秸秆经过汽爆预处理，所述汽爆预处理的蒸汽压力优选为1.2～1.8MPa，汽爆预处理的时间优选为5～15分钟。汽爆预处理的温度优选为170～200℃。具有细胞结构的植物原料在高压、高温介质下汽相蒸煮，半纤维素和木质素产生一些酸性物质，使半纤维素降解成可溶性糖，同时复合胞间层的木质素软化和部分降解，从而削弱了纤维间的粘结。然后突然减压，介质和物料共同作用完成物理的能量释放过程。物料内的汽相介质喷出瞬间急速膨胀，同时物料内的高温液态水迅速暴沸形成闪蒸，对外作功，使物料从胞间层解离成单个纤维细胞。汽爆预处理后的产物更易于酶解和发酵。
得到预处理产物后，对所述预处理后的产物进行常压闪蒸。所述常压闪蒸的进料温度优选为170～190℃。所述常压闪蒸的时间优选为2～5秒。所述常压闪蒸的出料温度优选为90～95℃。
所述常压闪蒸后，对产物进行真空闪蒸，所述真空闪蒸的进料温度优选为90～95℃。所述真空闪蒸的时间优选为6～10分钟。所述真空闪蒸的出料温度优选为65～70℃。
本发明将常压闪蒸和真空闪蒸结合，瞬间降低预处理产物的压力，使预处理产物中的水、酸、醛等混合液体随着压力的降低沸点也降低，从而变为气态而蒸发，达到降低温度，去除酸类和醛类的目的。而且两种闪蒸相结合，酸类和醛类的去除效果更佳。
按照本发明，真空闪蒸的产物经过酶解，得到酶解糖液。所述酶解为纤维素酶酶解。所述酶解的温度优选为45～55℃，所述酶解的时间为60～72小时。所述酶解的PH条件优选为4.2～4.8。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的酶解糖液的制备方法进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
将50KG(水分含量20％)农作物秸秆经过筛分除尘后进入汽爆预处理系统，与处理系统在1.3MPa，170℃下汽相蒸煮12分钟，迅速减压，得到预处理产物。
将所述预处理产物加热至170℃，常压闪蒸2秒，降温至95℃，进行真空闪蒸10分钟，降至70℃。计入0.32Kg(预处理物料绝干质量1％)纤维素酶，在常压，45℃，PH4.8条件下进行酶解，得到酶解糖液。
重复了3个批次。闪蒸后的结果参见表1。
实施例2
将50KG(水分含量20％)农作物秸秆经过筛分除尘后进入汽爆预处理系统，与处理系统在1.4MPa，180℃下汽相蒸煮10分钟，迅速减压，得到预处理产物。
将所述预处理产物加热至180℃，常压闪蒸3秒，降温至93℃，进行真空闪蒸8分钟，降至68℃。计入0.32Kg(预处理物料绝干质量1％)纤维素酶，在常压，45℃，PH4.8条件下进行酶解，得到酶解糖液。
重复了3个批次，每个批次做两罐。闪蒸后结果参见表1。
实施例3
将50KG(水分含量20％)农作物秸秆经过筛分除尘后进入汽爆预处理系统，与处理系统在1.6MPa，190℃下汽相蒸煮8分钟，迅速减压，得到预处理产物。
将所述预处理产物加热至190℃，常压闪蒸4秒，降温至90℃，进行真空闪蒸6分钟，降至65℃。计入0.32Kg(预处理物料绝干质量1％)纤维素酶，在常压，45℃，PH4.8条件下进行酶解，得到酶解糖液。
重复了4个批次，每个批次做两罐。闪蒸后结果参见表1。
表1预处理后及真空闪蒸后物料中的醛、酸含量
根据表1可知，通过常压和真空两级闪蒸后秸秆原料预处理后发酵抑制物含量明显降低20-30％，提高了生物发酵菌种的发酵环境，有利于提高生物发酵产量。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种酶解糖液的制备方法，包括以下步骤：
(A)将农作物秸秆经过汽爆预处理；
(B)将所述预处理后的产物进行常压闪蒸；所述常压闪蒸的时间为2～5秒；所述常压闪蒸的进料温度为170～190℃；所述常压闪蒸的出料温度为90～95℃；
(C)将所述常压闪蒸的产物进行真空闪蒸，所述真空闪蒸的进料温度为90～95℃，所述真空闪蒸的出料温度为65～70℃，所述真空闪蒸的时间为6～10分钟，然后经过酶解，得到酶解糖液。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(A)中，所述汽爆预处理的蒸汽压力为1.2～1.8Mpa。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(A)中，汽爆预处理的时间为8～15分钟。
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