CN105506027A - 低温稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质制备糖化液的方法 - Google Patents
低温稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质制备糖化液的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105506027A CN105506027A CN201511024350.2A CN201511024350A CN105506027A CN 105506027 A CN105506027 A CN 105506027A CN 201511024350 A CN201511024350 A CN 201511024350A CN 105506027 A CN105506027 A CN 105506027A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- vapour
- fried
- quick
- biomass
- acid
- 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
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 80
- 239000002253 acid Substances 0.000 title claims abstract description 75
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 238000004880 explosion Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 62
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 18
- 108010059892 Cellulase Proteins 0.000 claims abstract description 16
- 229940106157 cellulase Drugs 0.000 claims abstract description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000011343 solid material Substances 0.000 claims abstract description 6
- BHZOKUMUHVTPBX-UHFFFAOYSA-M sodium acetic acid acetate Chemical compound [Na+].CC(O)=O.CC([O-])=O BHZOKUMUHVTPBX-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 5
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000010902 straw Substances 0.000 claims description 39
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 37
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 29
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 claims description 29
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 28
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 28
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 28
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 claims description 21
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 claims description 21
- 235000016383 Zea mays subsp huehuetenangensis Nutrition 0.000 claims description 20
- 235000009973 maize Nutrition 0.000 claims description 20
- 238000005474 detonation Methods 0.000 claims description 16
- 239000008399 tap water Substances 0.000 claims description 16
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 claims description 16
- 239000012895 dilution Substances 0.000 claims description 12
- 238000010790 dilution Methods 0.000 claims description 12
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 claims description 10
- 239000001117 sulphuric acid Substances 0.000 claims description 10
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 claims description 10
- 238000007605 air drying Methods 0.000 claims description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- 235000017060 Arachis glabrata Nutrition 0.000 claims description 3
- 244000105624 Arachis hypogaea Species 0.000 claims description 3
- 235000010777 Arachis hypogaea Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000018262 Arachis monticola Nutrition 0.000 claims description 3
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 claims description 3
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims description 3
- 230000009514 concussion Effects 0.000 claims description 3
- 235000020232 peanut Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims description 3
- 240000008892 Helianthus tuberosus Species 0.000 claims description 2
- 235000003230 Helianthus tuberosus Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 2
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 abstract description 7
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 abstract description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 abstract 1
- 239000007974 sodium acetate buffer Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 7
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 6
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 5
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 5
- 241000209140 Triticum Species 0.000 description 4
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 description 4
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 4
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 4
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 4
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 206010013786 Dry skin Diseases 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 238000012913 prioritisation Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 2
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 2
- 150000001720 carbohydrates Chemical group 0.000 description 2
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 2
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 2
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical class CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 239000007857 degradation product Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000007071 enzymatic hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006047 enzymatic hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 1
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- -1 often take 10g Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 1
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000017854 proteolysis Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000012916 structural analysis Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
- C12P19/14—Preparation of compounds containing saccharide radicals produced by the action of a carbohydrase (EC 3.2.x), e.g. by alpha-amylase, e.g. by cellulase, hemicellulase
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P2201/00—Pretreatment of cellulosic or lignocellulosic material for subsequent enzymatic treatment or hydrolysis
Landscapes
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Zoology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Microbiology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
本发明提供了一种低温稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质制备糖化液的方法，该方法包括步骤：将颗粒度150mm以下的生物质物料与1％～5％的稀硫酸溶液混匀，25℃～95℃反应10～14小时，过滤掉上清液，用水冲洗掉固体物料上的残留稀酸；对稀硫酸处理后的物料进行汽爆预处理，汽爆压强2MPa～2.8Mpa，维压时间80s～120s；在40～55℃下干燥经瞬间弹射蒸汽爆破预处理后的物料，然后与pH＝4.8±0.1的醋酸-醋酸钠缓冲液混匀，物料与缓冲溶液的质量比为1：10～1：100，加入纤维素酶，混匀，45～55℃以80～120rpm转速震荡反应48h～72h，之后经沉降，获取上清液即为糖化液。利用本发明的方法，可高效获取糖化液。
Description
技术领域
本发明涉及一种低温稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质(例如玉米秸秆)制备糖化液的方法，属于化学工程领域。
背景技术
生物质作为一种植物利用光合作用所产生的一种取之不尽、用之不竭的可再生资源，其主要成分为碳水化合物和木质素等，而其中的碳水化合物被纤维素酶降解后所产生的多糖能够被微生物利用，用来生产燃料乙醇和丁醇等生物燃料，以替代日益稀缺的化石燃料。但是生物质通常以玉米秸秆等农林废弃物为主，具有较高的顽抗特性，因此需要预处理和酶解过程才能被微生物利用。
现有的生物质预处理，以酸处理、碱处理、蒸汽爆破等方法为主，其普遍具有的特征是工艺方便，效果显著，但这些方法也各有不足。酸法处理往往要求较高酸浓度和反应温度，增加了反应器的成本，残余化学添加物与原料分离困难，对环境的友好性较差，预处理过程中易产生毒性副产物对后续发酵产生抑制作用等。碱法预处理，其往往需要利用大量的价格较高的碱试剂，不仅增加了成本，同时，所产生的碱废液难以被处理，造成了较大的环境负担。蒸汽爆破方法，除使用蒸汽外无其他化学物质的添加，副产物产生量较小，特别是瞬间弹射蒸汽爆破(InstantCatapultSteamExplosion,ICSE，简称瞬间汽爆)的爆破过程采用弩射式方式，时间仅为0.0875s，能够降低物料的颗粒大小，使其变得疏松多孔，促进酶解过程，过程中维压时间仅为几十秒。但仅使用蒸汽爆破预处理，物料酶解后糖收率较低，最优条件下要求压力偏高。
文献“酸催化的蒸汽爆破预处理强度对麦草酶水解影响的研究”(罗鹏，刘忠，王高升，《林产化学与工业》，2006年第4期)公开了以蒸汽爆破法对0.5％的稀硫酸浸渍的麦草进行预处理，研究了不同处理强度对麦草浆得率、半纤维素回收率、纤维素回收率、纤维素酶水解得率产生的影响。实验结果表明，在蒸汽爆破预处理过程中，麦草纤维组分发生分离。随着处理强度的提高，粗浆得率降低，细浆得率上升，纤维素的降解程度和半纤维素的去除程度提高，酶水解得率相应提高。在处理强度为4.14的预处理条件下，半纤维素的水解程度最大，而细浆得率和纤维素的酶解得率最高,分别为62.0％和73.4％；最佳的处理强度为3.55，此条件下，汽爆麦草原料细浆中的葡萄糖得率和滤出液中总糖的得率最高，分别为20.0％和13.0％。然而，该文献使用的酸浸渍的方法仅仅满足添加酸液和润湿物料的作用。文中并没有对加酸与不加酸的情况做出对比。由于温度较低(室温)，并没有充分发挥酸的作用效果。
文献“玉米秸秆稀酸蒸汽爆破协同作用机制研究”(贾天宇，廖克俭，佟名友，《当代化工》，2011,40(12))公开了以玉米秸秆原料，进行蒸汽爆破处理，比较了水蒸气蒸爆、稀酸和稀酸蒸爆3种预处理方法，通过对3种预处理过程中米秸秆纤维组分变化、纤维素和半纤维素降解产物和玉米秸秆结构分析以及酶解试验，结果表明，稀酸蒸爆协同作用包括稀酸的软化和蒸汽爆破的活化两种机制：一是通过稀酸脱除大部分的半纤维素破坏了半纤维素与木质素间的相互作用，软化了纤维组织；二是软化的纤维通过蒸汽爆破冻结其活性纤维素超分子结构，增加了纤维素与纤维素酶的接触面积。该方法将加酸和汽爆同时进行，是现在主流的酸和汽爆的联用方式。但是在高温下190℃，酸的作用效果强烈，不仅容易造成大量糖损失，更容易产生抑制性副产物。
文献“玉米秸秆稀酸-蒸汽爆破预处理和水解糖化的试验研究”(韩沐昕谭羽非刘欢鹏李冬梅，《科学技术与工程》2014年第10期)考察了玉米秸秆经1％(w/w)稀硫酸和水分别浸泡后在不同汽爆压力(分别确定研究压力为1.5MPa、1.8MPa和2.0MPa)和保压时间(分别为4min、6min和8min)下进行蒸汽爆破预处理的处理效果。表明在1％稀硫酸预浸12h后，采用1.8MPa汽爆条件保压8min，经过预处理玉米秸秆的最大葡萄糖得率为26.9g/100g原料；在该条件下，预处理后过滤液中总糖得率最高为34.5g/100g原料。该文献记载的处理方法，糖分损失大。
文献“瞬间弹射蒸汽爆破联用化学法预处理玉米秸秆的组分和酶解分析”(刘黎阳，郝学密，刘晨光，白凤武；《化工学报》，2014年第11期)公开了以瞬间弹射蒸汽爆破(instantcatapultsteamexplosion,ICSE)为基础，联用稀酸法、碱法、氨水法、有机溶剂法以及离子液体法对玉米秸秆进行预处理，对不同方法采用组分和酶解分析。其研究结果表明，ICSE处理后的物料能够显著促进传统的化学预处理过程，其中ICSE与碱法联用预处理的糖收率最高，达到了77.54％，而ICSE与离子液体联用预处理后糖收率比单纯使用离子液体提高了7.78倍，达到了60.04％。选取ICSE与离子液体联用预处理过程作为最优预处理方法。其中ICSE+稀酸预处理(稀酸预处理条件：1.5％硫酸溶液，106～108℃条件下反应6h)糖收率最低仅为27.40％。上述工作是对生物质先进行瞬间蒸汽爆破处理后，再进行包括酸处理在内的其他预处理。前期的瞬间蒸汽爆破为后期其他预处理方式带来了增大物料接触比表面积的好处。但由于物料在瞬间蒸汽爆破前没有经过其他预处理，因此爆破效果不如经过稀酸预处理再爆破的物料。此外，该过程中酸处理的温度也高于100℃，需要专门的压力容器进行操作。
综上所述，现有的预处理生物质制备糖化液的方法，仍有待进一步改进，特别是糖收率有待进一步提高。
发明内容
本发明主要是对稀硫酸与瞬间汽爆(ICSE)结合预处理生物质的方法加以改进，降低预处理过程的苛刻要求和反应条件，提高酶解后糖收率。
为实现上述目的，本发明提供了一种稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质制备糖化液的方法，该方法包括步骤：
稀酸预处理：将颗粒度150mm以下的生物质物料与1％～5％的稀硫酸溶液混匀，25℃～95℃反应10～14小时，过滤掉上清液，用水冲洗掉固体物料上的残留稀酸；
瞬间弹射蒸汽爆破预处理：对稀硫酸处理后的物料进行汽爆预处理，汽爆压强2MPa～2.8Mpa，维压时间80s～120s；
酶解：在40～55℃下干燥经瞬间弹射蒸汽爆破预处理后的物料，然后与pH＝4.8±0.1的醋酸-醋酸钠缓冲液混匀，物料与缓冲溶液的质量比为1：10～1：100，加入纤维素酶，混匀，45～55℃以80～200rpm转速震荡反应48h～72h，之后经沉降，获取上清液即为糖化液。
根据本发明的具体实施方案，本发明的稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质制备糖化液的方法中，所述生物质为农作物秸秆。更具体地，所述农作物秸秆可以包括玉米秸秆、菊芋秸秆、麦秆、稻杆、花生秧等各种农作物秸秆中的一种或多种。这些物料在进行稀酸处理前，优选是粉碎至粒度150mm以下。例如将棒状的农作物秸秆用锤片式秸秆粉碎机粉碎，通常粉碎后的物料颗粒长度为1mm～150mm。
根据本发明的具体实施方案，本发明的稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质制备糖化液的方法中，稀酸预处理步骤中，生物质物料与稀硫酸溶液质量比为1：5～10。本发明的稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质制备糖化液的方法中，首先采用低于100℃的低温区的温度值对生物质物料进行稀酸处理，该过程可在常压下进行，采用常规的容器和设备即可实施，对容器设备无耐高温高压的特殊要求。发明人在研究中发现，本发明的方法中，酸处理的温度过高会影响糖收率，而温度过低则对半纤维素的去除效果不利。根据本发明的具体实施方案，本发明的稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质制备糖化液的方法中，稀酸预处理步骤的温度优选为50～95℃。
本发明的稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质制备糖化液的方法中，发明人在研究中发现，瞬间弹射蒸汽爆破预处理时如果物料上残留有稀酸，将影响最终糖收率。根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，稀酸预处理步骤后，需要用水冲洗掉固体物料上的残留稀酸(洗涤至水基本为中性)再进行瞬间弹射蒸汽爆破预处理。在进行汽爆预处理时，优选采取短时间汽爆条件，优选地，汽爆压强2.4MPa～2.6Mpa，维压时间90s～100s。
根据本发明的具体实施方案，本发明的稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质制备糖化液的方法中，酶解步骤中，纤维素酶加入量为10FPU～35FPU。
根据本发明的具体实施方案，本发明的稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质制备糖化液的方法中，在稀酸预处理步骤前，还包括对生物质进行粉碎并可根据需要用水洗涤后风干的过程。
根据本发明的一具体实施方案，本发明的稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质制备糖化液的方法包括如下步骤：
(1)准备物料：将秸秆粉碎成颗粒长度为1mm～150mm的物料，自来水洗涤后自然风干，可密封放于阴凉处备用；
(2)稀酸预处理：将物料与1％～5％的稀硫酸溶液混匀，固液质量比为1:5～1:10，于25℃～95℃反应10～14小时(可放入恒温水浴锅中反应)后，之后过滤掉上清液，用自来水冲洗固体物料上的残余稀酸，取出放于4℃环境中备用；
(3)瞬间弹射蒸汽爆破预处理：对稀硫酸处理后的物料进行汽爆预处理，汽爆压强2MPa～2.8Mpa，维压时间80s～120s；
(4)酶解：将物料利用鼓风干燥箱在40～55℃优选45～50℃下干燥，然后与pH＝4.8±0.1的醋酸－醋酸钠缓冲液混匀，物料与缓冲溶液的质量比为1:10～100，加入纤维素酶10FPU～35FPU,混匀后，45～55℃以80～200rpm转速震荡反应48h～72h，经沉降，获取上清液即为糖化液。其中，所述的振荡反应可在恒温振荡水浴锅中进行。
本发明有益效果：
(1)本发明中所采用的稀硫酸预处理方法反应条件较为温和，与主流的稀酸预处理100℃以上的温度相比较。低温稀酸预处理节省了专门高温高压设备。而与稀酸浸泡的室温相比较，优化后的温度可以充分发挥稀酸的作用效果。
(2)本发明的方法采用瞬间汽爆装置，缩短了维持和放压的时间，减小了物料在高温下停留的时间，避免了不必要的糖损失和副产物的生成。而产生的巨大撕裂力能提高物料的破碎程度，利于后期与纤维素酶的结合。
(3)本发明的方法对原料的颗粒大小要求较低，且与瞬间弹射蒸汽爆破结合后，其糖产率有明显的提高，不仅能够满足工业生产的需要，同时具有环境友好的特性。
(4)本发明所用生物质为各种农作物秸秆，可有效解决生物燃料生产过程中与人争粮和与粮争地的问题。
附图说明
图1为实施例1中玉米秸秆在不同酸处理温度下的酶解糖收率曲线图。
图2为实施例2中玉米秸秆在不同汽爆压强和维压时间下的酶解糖收率剖面图。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步详细说明本发明的技术方案及其特点和应用中所具有的技术效果，但本发明并不因此而受到任何限制。
实施例1
将风干玉米秸秆(采自辽宁省昌图市，2013年9月)风干后用锤片式秸秆粉碎机粉碎，粉碎后物料长度在5mm左右，用自来水洗涤后自然风干，称取10g与100mL的1％的稀硫酸溶液混匀，放于25℃-95℃不同温度下的恒温水浴锅中，浸泡12小时后取出，过滤掉上清液，用500mL自来水冲洗后，取出，放入瞬间弹射蒸汽爆破试验台(QBS-80B型，河南鹤壁正道生物能源公司)的填料仓内进行预处理。处理条件：汽爆压强2.5MPa，维压时间90s，处理后的物料用鼓风干燥箱于45℃干燥后，取0.3g与30mL醋酸-醋酸钠缓冲溶液(pH＝4.8)放入50mL离心管中，加入35FPU/g的纤维素酶，混匀，放于50℃恒温震荡水浴锅中反应72h后，取出、静置、沉降，取上清液即为所需的糖化液。
本实施例中玉米秸秆在不同酸处理温度下的酶解糖收率曲线参见图1。本实施例的结果表明，经处理和酶解后的物料最高的糖收率为53.63％，出现在稀酸处理温度为95℃的方案中。
实施例2
将风干玉米秸秆(采自辽宁省昌图市，2013年9月)风干后用锤片式秸秆粉碎机粉碎，粉碎后物料长度在5mm左右，用自来水洗涤后自然风干，称取10g与100mL的1％的稀硫酸溶液混匀，放于95℃的恒温水浴锅中，浸泡12小时后取出，过滤掉上清液，用500mL自来水冲洗后，取出，放入瞬间弹射蒸汽爆破试验台(QBS-80B型，河南鹤壁正道生物能源公司)的填料仓内进行预处理。处理条件：汽爆压强2-2.8MPa，维压时间80-120s，处理后的物料用鼓风干燥箱于45℃干燥后，取0.3g与30mL醋酸-醋酸钠缓冲溶液(pH＝4.8)放入50mL离心管中，加入35FPU/g的纤维素酶，混匀，放于50℃恒温震荡水浴锅中反应72h后，取出、静置、沉降，取上清液即为所需的糖化液。
本实施例中玉米秸秆在不同汽爆压强和维压时间下的酶解糖收率变化参见图2。本实施例的结果表明，经处理和酶解后的物料最高的糖收率为53.63％，汽爆装置工作状态为汽爆压强2.5MPa，维压时间90s。
实施例3
在优化后低温稀酸预处理联用瞬间蒸汽爆破的条件下对其他生物质物料进行处理。将风干花生秧(采自河南省郑州市，2012年9月)风干后用锤片式秸秆粉碎机粉碎，粉碎后物料长度在5mm左右，用自来水洗涤后自然风干。称取10g与80mL的5％的稀硫酸溶液混匀，放于75℃的恒温水浴锅中，浸泡10h后取出，用抽滤漏斗过滤掉上清液，用500mL自来水冲洗掉残余酸后，取出。然后放入瞬间弹射蒸汽爆破试验台(QBS-80B型，河南鹤壁正道生物能源公司)的填料仓内进行预处理。处理条件：汽爆压强2.5MPa，维压时间90s，处理后的物料利用鼓风干燥箱(45℃)干燥后，取0.3g与20mL醋酸-醋酸钠缓冲溶液(pH＝4.8)放入50mL离心管中，加入30FPU/g的纤维素酶，混匀，放于50℃恒温震荡水浴锅中反应48h后，取出、静置、沉降，取上清液即为所需的糖化液。经处理和酶解后的物料糖收率为50.32％。
实施例4
将风干玉米秸秆(采自辽宁省昌图市，2013年9月)风干后用锤片式秸秆粉碎机粉碎，粉碎后物料长度在5mm左右，用自来水洗涤后自然风干，每称取10g，与50mL的1％的稀硫酸溶液混匀，放于95℃的恒温水浴锅中，浸泡12h后取出，过滤掉上清液，用500mL自来水冲洗后，取出，放入瞬间弹射蒸汽爆破试验台(QBS-80B型，河南鹤壁正道生物能源公司)的填料仓内进行预处理。处理条件：汽爆压强2.5MPa，维压时间90s，处理后的物料用鼓风干燥箱于45℃干燥后，取0.3g与30mL醋酸-醋酸钠缓冲溶液(pH＝4.8)放入50mL离心管中，加入30FPU/g的纤维素酶，混匀，放于50℃恒温震荡水浴锅中反应72h后，取出、静置、沉降，取上清液即为所需的糖化液。经处理和酶解后的糖收率为43.83％。
对比例1
对比使用高温与低温稀酸预处理后的物料糖化液。将风干玉米秸秆(采自辽宁省昌图市，2013年9月)风干后用锤片式秸秆粉碎机粉碎，粉碎后物料长度在5mm左右，用自来水洗涤后自然风干，称取10g与100mL的1.5％的稀硫酸溶液混匀，于106℃条件下处理6小时后取出，过滤掉上清液，用500mL自来水冲洗后，取出，放入瞬间弹射蒸汽爆破试验台(QBS-80B型，河南鹤壁正道生物能源公司)的填料仓内进行预处理。处理条件：汽爆压强2.5MPa，维压时间90s，处理后的物料用鼓风干燥箱(45℃)干燥后，取0.3g与30mL醋酸-醋酸钠缓冲溶液(pH＝4.8)放入50mL离心管中，加入35FPU/g的纤维素酶，混匀，放于50℃恒温震荡水浴锅中反应72h后，取出、静置、沉降，取上清液即为所需的糖化液。经处理和酶解后的物料糖收率为21.51％。与实施例1的优化方案相比较，该对比例的糖收率仅为低温稀酸预处理的40.1％。
对比例2
对比使用室温浸泡与低温稀酸预处理后的物料糖化液。将风干玉米秸秆(采自辽宁省昌图市，2013年9月)风干后用锤片式秸秆粉碎机粉碎，粉碎后物料长度在5mm左右，用自来水洗涤后自然风干，称取10g与100mL的1.5％的稀硫酸溶液混匀，于室温(25℃)条件下处理12小时后取出，过滤掉上清液，用500mL自来水冲洗后，取出，放入瞬间弹射蒸汽爆破试验台(QBS-80B型，河南鹤壁正道生物能源公司)的填料仓内进行预处理。处理条件：汽爆压强2.5MPa，维压时间150s，处理后的物料用鼓风干燥箱(45℃)干燥后，取0.3g与30mL醋酸-醋酸钠缓冲溶液(pH＝4.8)放入50mL离心管中，加入35FPU/g的纤维素酶，混匀，放于50℃恒温震荡水浴锅中反应72h后，取出、静置、沉降，取上清液即为所需的糖化液。经处理和酶解后的物料糖收率为33.23％。与实施例1的优化方案相比较，该对比例的糖收率仅为实施例1优化方案预处理的61.96％。
Claims (10)
1.一种稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质制备糖化液的方法，该方法包括步骤：
稀酸预处理：将颗粒度150mm以下的生物质物料与1％～5％的稀硫酸溶液混匀，25℃～95℃反应10～14小时，过滤掉上清液，用水冲洗掉固体物料上的残留稀酸；
瞬间弹射蒸汽爆破预处理：对稀硫酸处理后的物料进行汽爆预处理，汽爆压强2MPa～2.8Mpa，维压时间80s～120s；
酶解：在40～55℃下干燥经瞬间弹射蒸汽爆破预处理后的物料，然后与pH＝4.8±0.1的醋酸-醋酸钠缓冲液混匀，物料与缓冲溶液的质量比为1：10～1：100，加入纤维素酶，混匀，45～55℃以80～200rpm转速震荡反应48h～72h，之后经沉降，获取上清液即为糖化液。
2.根据权利要求1所述的稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质制备糖化液的方法，其中，所述生物质为农作物秸秆。
3.根据权利要求2所述的稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质制备糖化液的方法，其中，所述农作物秸秆包括玉米秸秆、菊芋秸秆、麦秆、稻杆、花生秧等各种农作物秸秆中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质制备糖化液的方法，其中，所述生物质物料的颗粒长度为1mm～150mm。
5.根据权利要求1所述的稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质制备糖化液的方法，其中，稀酸预处理步骤中，生物质物料与稀硫酸溶液质量比为1：5～10。
6.根据权利要求1或4所述的稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质制备糖化液的方法，其中，稀酸预处理步骤的温度为50～95℃。
7.根据权利要求1或4所述的稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质制备糖化液的方法，其中，瞬间弹射蒸汽爆破预处理的条件为：汽爆压强2.4MPa～2.6Mpa，维压时间90s～100s。
8.根据权利要求1所述的稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质制备糖化液的方法，其中，酶解步骤中，纤维素酶加入量为10FPU～35FPU。
9.根据权利要求1所述的稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质制备糖化液的方法，其中在稀酸预处理步骤前，还包括对生物质进行粉碎并用水洗涤后风干的过程。
10.根据权利要求1所述的稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质制备糖化液的方法，该方法包括：
(1)准备物料：将秸秆粉碎成颗粒长度为1mm～150mm的物料，自来水洗涤后自然风干；
(2)稀酸预处理：将物料与1％～5％的稀硫酸溶液混匀，固液质量比为1:5～1:10，于50℃～95℃下反应10～14小时后，过滤掉上清液，用自来水冲洗固体物料上的残余稀酸，取出放于4℃环境中备用；
(3)瞬间弹射蒸汽爆破预处理：对稀硫酸处理后的物料进行汽爆预处理，汽爆压强2MPa～2.8Mpa，维压时间80s～120s；
(4)酶解：将物料利用鼓风干燥箱在40～55℃优选45～50℃下干燥，然后与pH＝4.8±0.1的醋酸-醋酸钠缓冲液混匀，物料与缓冲溶液的质量比为1:10～100，加入纤维素酶10FPU～35FPU，混匀后，45～55℃以80～200rpm转速振荡反应48h～72h，经沉降，获取上清液即为糖化液。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201511024350.2A CN105506027A (zh) | 2015-12-30 | 2015-12-30 | 低温稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质制备糖化液的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201511024350.2A CN105506027A (zh) | 2015-12-30 | 2015-12-30 | 低温稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质制备糖化液的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105506027A true CN105506027A (zh) | 2016-04-20 |
Family
ID=55714318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201511024350.2A Pending CN105506027A (zh) | 2015-12-30 | 2015-12-30 | 低温稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质制备糖化液的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105506027A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106049146A (zh) * | 2016-06-03 | 2016-10-26 | 黑龙江黑钻生物科技有限公司 | 一种秸秆的处理方法及其应用 |
| CN106063520A (zh) * | 2016-06-22 | 2016-11-02 | 丁大喜 | 一种高营养价值湖羊饲料的制备方法 |
| CN106619724A (zh) * | 2017-01-11 | 2017-05-10 | 中州大学 | 一种驴皮液化方法及利用该方法制备的阿胶 |
| CN107027970A (zh) * | 2017-04-27 | 2017-08-11 | 王琳琳 | 一种利用麦秸制备饲料的方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102180994A (zh) * | 2011-03-04 | 2011-09-14 | 广州优锐生物科技有限公司 | 一种蔗渣生物质组分高效分离的组合预处理方法 |
| CN102776244A (zh) * | 2012-06-21 | 2012-11-14 | 北京化工大学 | 综合利用玉米芯等农林废弃物生产多元糖醇及木质素的工艺 |
| CN103509827A (zh) * | 2012-06-25 | 2014-01-15 | 国网新源控股有限公司北京非粮醇电联产技术研发中心 | 一种利用玉米秸秆生产乙醇、沼气联产发电的方法 |
-
2015
- 2015-12-30 CN CN201511024350.2A patent/CN105506027A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102180994A (zh) * | 2011-03-04 | 2011-09-14 | 广州优锐生物科技有限公司 | 一种蔗渣生物质组分高效分离的组合预处理方法 |
| CN102776244A (zh) * | 2012-06-21 | 2012-11-14 | 北京化工大学 | 综合利用玉米芯等农林废弃物生产多元糖醇及木质素的工艺 |
| CN103509827A (zh) * | 2012-06-25 | 2014-01-15 | 国网新源控股有限公司北京非粮醇电联产技术研发中心 | 一种利用玉米秸秆生产乙醇、沼气联产发电的方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| YI ZHENG等: "Overview of biomass pretreatment for cellulosic ethanol production", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF AGRICULTURAL & BIOLOGICAL ENGINEERING》 * |
| 刘黎阳等: "瞬间弹射蒸汽爆破联用化学法预处理玉米秸秆的组分和酶解分析", 《化工学报》 * |
| 江连洲等: "《酶在大豆制品中的应用（第1版）》", 31 August 2015, 中国轻工业出版社 * |
| 韩沐昕等: "玉米秸秆稀酸蒸汽爆破预处理和水解糖化的试验研究", 《科学技术与工程》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106049146A (zh) * | 2016-06-03 | 2016-10-26 | 黑龙江黑钻生物科技有限公司 | 一种秸秆的处理方法及其应用 |
| CN106063520A (zh) * | 2016-06-22 | 2016-11-02 | 丁大喜 | 一种高营养价值湖羊饲料的制备方法 |
| CN106619724A (zh) * | 2017-01-11 | 2017-05-10 | 中州大学 | 一种驴皮液化方法及利用该方法制备的阿胶 |
| CN106619724B (zh) * | 2017-01-11 | 2019-07-26 | 中州大学 | 一种驴皮液化方法及利用该方法制备的阿胶 |
| CN107027970A (zh) * | 2017-04-27 | 2017-08-11 | 王琳琳 | 一种利用麦秸制备饲料的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2016213871B2 (en) | Methods for Converting Lignocellulosic Material to Useful Products | |
| Sitotaw et al. | Ball milling as an important pretreatment technique in lignocellulose biorefineries: a review | |
| US8173406B1 (en) | Deconstructing lignocellulosic biomass with a two-step method | |
| CN106702802B (zh) | 一种离子液体-氨基磺酸二元体系从秸秆中提取高纯纤维素的方法 | |
| CN105506027A (zh) | 低温稀酸与瞬间汽爆联用预处理生物质制备糖化液的方法 | |
| CA2905239C (en) | Treatment of lignocellulosic biomass with ionic liquid | |
| CN102071040A (zh) | 一种脱木素预处理液化制备生物油的方法 | |
| 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 | |
| JP2015006998A (ja) | リグニン分解物の製造方法 | |
| CN103255659A (zh) | 氨联合稀碱常压处理木质纤维素类生物质的方法 | |
| Rahardjo et al. | Pretreatment of tropical lignocellulosic biomass for industrial biofuel production: a review | |
| KR101273218B1 (ko) | 알카리 첨가에 의한 섬유소계 바이오매스의 증기폭쇄 효율 향상을 통한 당화액 제조 방법 | |
| JP2012016285A (ja) | リグニンの製造方法及びその組成物 | |
| Chen et al. | Combinatorial pretreatments of reed straw using liquid hot water and lactic acid for fermentable sugar production | |
| CN110283863A (zh) | 一种从针叶材中制备可发酵性糖的方法 | |
| Harun et al. | Insight into the deep eutectic solvent pretreatment of oil palm empty fruit bunches: Effects of temperature, empty fruit bunch to solvent ratio, and time | |
| WO2011125992A1 (ja) | 植物バイオマスの処理方法、植物バイオマスからの糖の製造方法、植物バイオマスからのアルコール及び/又は有機酸の製造方法 | |
| Asli et al. | Fermentable sugars from palm empty fruit bunch biomass for bioethanol production | |
| CN105483184A (zh) | 一种高产率低聚木糖的生产方法 | |
| JP2010094095A (ja) | 木材の糖化方法 | |
| CN104480163B (zh) | 一种酶解糖液的制备方法 | |
| JP2013221149A (ja) | リグニン分解物の製造方法 | |
| US11118308B2 (en) | Treatment of lignocellulosic biomass with ionic liquid | |
| Festus et al. | Wheat Straw Bio-refining Part II: Optimization of Alkali Pre-treatment Method with Microwave Radiation for Fermentable Sugars Separation | |
| Thakur | Agricultural wastes: A practical and potential source for the isolation and |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160420 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |