CN106755189A - 一种利用两种深度共熔溶剂分步预处理以提高水稻秸秆中纤维素酶解效率的绿色方法 - Google Patents

一种利用两种深度共熔溶剂分步预处理以提高水稻秸秆中纤维素酶解效率的绿色方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106755189A
CN106755189A CN201610929252.1A CN201610929252A CN106755189A CN 106755189 A CN106755189 A CN 106755189A CN 201610929252 A CN201610929252 A CN 201610929252A CN 106755189 A CN106755189 A CN 106755189A
Authority
CN
China
Prior art keywords
rice straw
congruent melting
depth congruent
melting solvent
depth
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.)
Granted
Application number
CN201610929252.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106755189B (zh
Inventor
侯雪丹
黄超梅
叶梅
林凯鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong University of Technology
Original Assignee
Guangdong University of Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong University of Technology filed Critical Guangdong University of Technology
Priority to CN201610929252.1A priority Critical patent/CN106755189B/zh
Publication of CN106755189A publication Critical patent/CN106755189A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106755189B publication Critical patent/CN106755189B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/02—Monosaccharides
    • 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
    • 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
    • C12P2203/00—Fermentation products obtained from optionally pretreated or hydrolyzed cellulosic or lignocellulosic material as the carbon source

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

本发明属于木质纤维素利用及能源化工应用领域，公开了一种利用两种深度共熔溶剂分步预处理以提高水稻秸秆中纤维素酶解效率的绿色方法。本发明首先以一种深度共熔物为溶剂，对水稻秸秆进行预处理，经过滤分离得到残渣，干燥后再用另一种深度共熔溶剂对残渣进行相同的方式预处理，最终得到预处理后的水稻秸秆；以水稻秸秆残渣为底物，利用纤维素酶对其进行酶解，最后得到以葡萄糖为主的糖液。本发明不仅能有效增强水稻秸秆的酶解效率，提高了可发酵的还原糖(葡萄糖)收率，克服了离子液体预处理工艺成本高、环境不友好等缺点，且解决了单一使用某一种深度共熔溶剂预处理效果差的问题，拓展了某些绿色深度共熔溶剂的应用范围、提高了其利用率。

Description

一种利用两种深度共熔溶剂分步预处理以提高水稻秸秆中纤 维素酶解效率的绿色方法
技术领域
本发明属于木质纤维素利用及能源化工应用领域，具体涉及一种利用两种深度共熔溶剂分步预处理以提高水稻秸秆中纤维素酶解效率的绿色方法。
背景技术
以来源广泛、廉价、可再生的木质纤维素生物质如农业废弃物为原料生产生物燃料和相关平台化合物是解决目前全球环境污染和能源危机的最具潜力路径之一。木质纤维素生物质的主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，因物种、来源、部位的差异，这三类生物高分子的结构和比例也有所不同。目前，木质纤维素生物质的有效转化涵盖了生物质组分全利用的生物炼制产业，包括由纤维素获得可发酵单糖、纤维基材料，由半纤维素获得糠醛、糖醇等化学品，由木质素得到芳香族化合物、塑料产品以及其它衍生物。由于其天然的复杂结构特性，木质纤维素生物质具有超强的化学和生物降解抗性，要想将其三大组分有效转化，需要寻找绿色的方法将其分离，因而寻找作用于木质纤维素生物质的绿色溶剂将其组分解构成为可再生生物燃料和生物基高附加值化学品获得过程中的有效途径之一。
用于木质纤维素生物质分解为纤维素、半纤维素和木质素及其相关产品的传统溶剂，如有机溶剂或者无机酸碱，往往存在源于化石资源、不可再生、污染环境、对设备和操作要求高等缺点。而后自2002年美国著名科学家Rogers领导的研究组开创了利用离子液体溶解纤维素的新领域，人们发现某些离子液体可作为一类“绿色”溶剂成功地用于木质纤维素生物质预处理。随后，离子液体用于木质纤维素生物质的溶解和组分分离的研究得到了长足发展。总体来说，离子液体用于木质纤维素原料预处理的发展趋势主要有两方面：1)离子液体的种类向绿色可再生、合成简便、廉价的方向扩展；2)离子液体对木质纤维素生物质组分的分离作用方式由“全溶解”到“萃取分离”的转变。但目前大部分用于木质纤维素预处理的离子液体来源不可再生、毒性大、难降解，并且相对于酸碱预处理法而言，成本较高，这也是制约其工业化应用的最大障碍。即使是申请人团队以往发明的可再生的[胆碱][氨基酸]离子液体的应用，虽其合成方法相对简单、成本有所降低，且预处理可获得较高的可发酵糖收率，但仍存在一些合成过程能耗仍相对较大、效率偏低、稳定性不够高、碱性强等缺点。因此，开发更为绿色、廉价的新型溶剂体系，提高木质纤维素组分的利用效率迫在眉睫。
深度共熔溶剂(DES)，是一类由季铵盐、天然碱等氢键受体和有机酸、酰胺、甘油或碳水化合物等氢键供体组成的共熔混合物。类似离子液体，DES也具有不易挥发、热稳定性高、对各种有机物和无机物溶解能力强、熔点低等优点，并且同样具有可设计性。与离子液体相比，DES的原料均为廉价、易大量获取的生物基材料，因而可完全生物降解；其合成步骤简单，仅需将两种组分在一定的温度(如80℃)下简单地搅拌混合即可获得成品，合成收率为100％，无需纯化；且无需使用溶剂、零排放，环境友好。总之，环境友好、廉价、生物相容性好的特性使DES更胜离子液体一筹。自Abbott等报道了此类新型溶剂体系以来，DES在生物催化、金属电极沉淀、天然产物萃取、生物催化等方面的应用受到了越来越多的关注和研究。最值得注意的是，DES在多糖的溶解方面也表现出良好的应用前景，近来人们陆续用各种不同组分组成的DES如对纤维素、淀粉、木质素、几丁质等进行溶解研究。进而在木质纤维素生物质预处理方面，一些新的成果也开始出现。如加拿大的Procentese等人，探讨了用氯化胆碱：甘油(1:2)、氯化胆碱：尿素(1:2)和氯化胆碱：咪唑(3:7)分别对玉米棒进行预处理，随后探讨其糖化效率。通过研究不同的温度(80，115，150℃)下，玉米棒回收率、结构组分变化、酶解效率和糖收率以及抑制剂的形成等因素，发现氯化胆碱/咪唑在80℃下处理玉米棒15h后，酶水解总糖收率达76％，其中葡萄糖和木糖收率分别为86％和63％。随后，马来西亚学者Gunny等人研究了三种DES(氯化胆碱/甘油、氯化胆碱/乙二醇、氯化胆碱/苹果酸；摩尔比1:2)预处理稻壳后(115℃，3h)不经分离直接添加缓冲液稀释后，加入纤维素酶进行酶水解过程研究(DES浓度10％)，最终DNS法测定体系还原糖含量显示各种方法优劣顺序为：氯化胆碱/乙二醇>氯化胆碱/甘油>氯化胆碱/苹果酸>稀碱处理>未处理，且纤维素酶在含10％氯化胆碱/甘油或氯化胆碱/乙二醇体系中其活性可维持90％以上。最近，各种酸性DES用于木质纤维素生物质预处理开始出来，如江南大学Xu等人发现以氯化胆碱和各种有机酸如甲酸、乙酸、柠檬酸等组成的DES(两者摩尔比为1:2或1:1)进行玉米秸秆的预处理和后续的酶解及微生物丁醇发酵研究。结果发现，以氯化胆碱/甲酸(摩尔比1：2)130℃下预处理玉米秸秆3h，葡萄糖产量和得率分别为17.0g/L和99％，丁醇得率为0.17g/g总糖，生产效率达0.12g/(L·h)。关于酸性DES，最近也有印度科学家尝试新的组合，如乳酸/甜菜碱、乳酸/氯化胆碱，当以乳酸/氯化胆碱(摩尔比5:1)60℃下预处理水稻秸秆12h，60％的木质素可被提取，酶水解24h糖化率为36％。此外，作者发现若预处理过程添加5％的水，木质素提取率在以前的基础上提高22％左右。
综上可见，目前DES用于木质纤维素生物质的预处理方面报道开始展露，但并不多，从已有的报道可知它们在该方面的应用有替代离子液体的潜力，但存在以下几个缺点：(1)预处理效果好的DES氢键供体组成单一，主要集中在甘油、乙二醇和乳酸；(2)对于预处理效果较差的DES组成没有应对方法以提高其作用效果。因此，在DES组分的种类和比例上进行调整和更改以筛选目标DES并非唯一手段，可以采用多种DES组合和分步处理的方式来提高某些DES的可利用性。
发明内容
为了解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种利用两种深度共熔溶剂分步预处理以提高水稻秸秆中纤维素酶解效率的绿色方法，该方法可获得较高葡萄糖收率。以两种深度共熔溶剂组合、分步预处理木质纤维素的方法，克服了某些单一深度共熔溶剂预处理效果差、利用效率低的缺点。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种利用两种深度共熔溶剂分步预处理以提高水稻秸秆中纤维素酶解效率的绿色方法，包括以下步骤：
(1)将水稻秸秆经干燥后，粉碎成平均粒径为150～350μm的水稻秸秆粉；
(2)以深度共熔溶剂A为预处理溶剂，将质量比为1:5～1:25的水稻秸秆粉和深度共熔溶剂A混合，于80～130℃下搅拌2～6小时，随后冷却至室温，加入1～3倍深度共熔溶剂A体积的温水，过滤、洗涤滤渣，干燥后获得预处理后的水稻秸秆；将经过深度共熔溶剂A预处理后的水稻秸秆与深度共熔溶剂B混合，同样于80～130℃下搅拌2～6小时，随后冷却至室温，加入1～3倍深度共熔溶剂B体积的温水，过滤、洗涤滤渣，干燥后获得最终的水稻秸秆样品；所述深度共熔溶剂B的质量与深度共熔溶剂A的质量相同；
(3)称取步骤(2)最终获得的水稻秸秆样品，按照固液比为1～5mg/mL加入柠檬酸盐缓冲液，再按照6～20U/mg水稻秸秆样品的比例加入商品化纤维素酶，在转速为150～250r/min以及温度为40～60℃的条件下进行反应，测定水解液中葡萄糖浓度，直至水解液中葡萄糖浓度不再变化，终止反应。
步骤(2)中所述的深度共熔溶剂A包括摩尔比为1：3的苹果酸和脯氨酸，或者摩尔比为1：2的氯化胆碱和尿素，或者摩尔比为2：1的氯化胆碱和草酸；所述的深度共熔溶剂B包括摩尔比为1：3的苹果酸和脯氨酸，或者摩尔比为1：2的氯化胆碱和尿素，或者摩尔比为2：1的氯化胆碱和草酸；所述深度共熔溶剂A和深度共熔溶剂B是不同物质。
步骤(3)中所述的柠檬酸盐缓冲液的浓度为50mmol/L，其pH值为4.8。
步骤(3)中所述的商品化纤维素酶是来源于里氏木霉(Trichoderma reesei)的纤维素酶。
本发明的原理是：
因为不同深度共熔溶剂对木质纤维素的主要组分的作用方式不同(氯化胆碱/尿素主要作用于木质素，苹果酸/脯氨酸作用于木质素和部分纤维素，氯化胆碱草酸主要作用于半纤维素和部分纤维素)，两种溶剂分先后联合作用更有利于木质纤维素原本紧致的复杂网络结构分解和溶胀，提高多糖组分的比表面积和可及度，因而酶水解效率较单一DES预处理明显提高。
与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：
(1)本发明利用两种深度共熔物作为溶剂来分两步预处理水稻秸秆，明显增强了水稻秸秆的酶解效率，提高了可发酵的葡萄糖收率。且比单一使用这些DES效果明显提高，拓展了某些绿色溶剂的使用范围、提高了其利用率。
(2)基于生物基可再生资源的深度共熔溶剂具有低毒、可再生、可生物降解、合成工艺简便绿色、成本低廉等特点，故以该类深度共熔溶剂为木质纤维素的预处理溶剂，预处理工艺环境友好、符合绿色化学发展策略，克服传统预处理工艺环境不友好、离子液体预处理工艺成本高等缺陷。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
以氯化胆碱/草酸(摩尔比2：1，深度共熔溶剂A)和氯化胆碱/尿素(摩尔比1：2，深度共熔溶剂B)分两步先后预处理提高水稻秸秆酶解效率
a)预处理：精确称量300mg水稻秸秆粉(将水稻秸秆经干燥后，粉碎成平均粒径为150～350μm的水稻秸秆粉)和6g氯化胆碱/草酸以摩尔比2：1组成的深度共熔溶剂A，共同置于25mL三角瓶中，于120℃下回流搅拌2小时；随后冷却至室温，加入6g温水稀释、过滤，再用18g去离子水洗涤滤渣4次，滤渣经干燥后，再添加6g氯化胆碱/尿素以摩尔比1：2组成的深度共熔溶剂B共同置于25mL三角瓶中，于120℃下回流搅拌2小时；随后冷却至室温，加入6g温水稀释、过滤，再用18g去离子水洗涤滤渣4次，滤渣经干燥后获得水稻秸秆样品，保存于冰箱备用。
b)酶解：精确称量上述预处理后的水稻秸秆样品20mg，置于50mL的三角瓶中，加入7mL柠檬酸盐缓冲液(50mmol/L，pH 4.8)和160U来源于里氏木霉的商品化纤维素酶，密封后置于200r/min、50℃的恒温振荡器中反应。定时取样200μL，于100℃下处理3分钟以淬灭酶反应；离心(10000g)后，利用高效液相色谱测定葡萄糖浓度，直至水解液中葡萄糖浓度不再变化，终止反应。根据预处理前水稻秸秆中葡萄糖的理论产量，即可计算最终的葡萄糖收率，如表1。
表1实施例1的葡萄糖收率
实施例2
以氯化胆碱/尿素(摩尔比1：2，深度共熔溶剂B)和氯化胆碱/草酸(摩尔比2：1，深度共熔溶剂A)分先后两步预处理提高水稻秸秆酶解效率
a)预处理：精确称量300mg水稻秸秆粉(将水稻秸秆经干燥后，粉碎成平均粒径为150～350μm的水稻秸秆粉)和6g深度共熔溶剂B，共同置于25mL三角瓶中，于120℃下回流搅拌2小时；随后冷却至室温，加入6g温水稀释、过滤，再用18g去离子水洗涤滤渣4次，滤渣经干燥后，再添加6g深度共熔溶剂A共同置于25mL三角瓶中，于120℃下回流搅拌2小时；随后冷却至室温，加入6g温水稀释、过滤，再用18g去离子水洗涤滤渣4次，滤渣经干燥后获得水稻秸秆样品，保存于冰箱备用。
b)酶解：精确称量上述预处理后的水稻秸秆样品20mg，置于50mL的三角瓶中，加入7mL柠檬酸盐缓冲液(50mmol/L，pH 4.8)和160U来源于里氏木霉的商品化纤维素酶，密封后置于200r/min、50℃的恒温振荡器中反应。定时取样200μL，于100℃下处理3分钟以淬灭酶反应；离心(10000g)后，利用高效液相色谱测定葡萄糖浓度，直至水解液中葡萄糖浓度不再变化，终止反应。根据预处理前水稻秸秆中葡萄糖的理论产量，即可计算最终的葡萄糖收率，如表2。
表2实施例2的葡萄糖收率
对比例1
以氯化胆碱/草酸(摩尔比2：1)一步预处理提高水稻秸秆酶解效率
a)预处理：精确称量300mg水稻秸秆粉(将水稻秸秆经干燥后，粉碎成平均粒径为150～350μm的水稻秸秆粉)和6g氯化胆碱/草酸以摩尔比2：1组成的深度共熔溶剂，共同置于25mL三角瓶中，于120℃下回流搅拌4小时；随后冷却至室温，加入6g温水稀释、过滤，再用18g去离子水洗涤滤渣4次，滤渣经干燥后保存于冰箱备用。
b)酶解：精确称量上述预处理后的水稻秸秆20mg，置于50mL的三角瓶中，加入7mL柠檬酸盐缓冲液(50mmol/L，pH 4.8)和160U来源于里氏木霉的商品化纤维素酶，密封后置于200r/min、50℃的恒温振荡器中反应。定时取样200μL，于100℃下处理3分钟以淬灭酶反应；离心(10000g)后，利用高效液相色谱测定葡萄糖浓度，直至水解液中葡萄糖浓度不再变化，终止反应。根据预处理前水稻秸秆中葡萄糖的理论产量，即可计算最终的葡萄糖收率，如表3。
表3对比例1的葡萄糖收率
对比例2
以氯化胆碱/尿素(摩尔比1：2)一步预处理提高水稻秸秆酶解效率
a)预处理：精确称量300mg水稻秸秆粉(将水稻秸秆经干燥后，粉碎成平均粒径为150～350μm的水稻秸秆粉)和6g氯化胆碱/尿素以摩尔比1：2组成的深度共熔溶剂，共同置于25mL三角瓶中，于120℃下回流搅拌4小时；随后冷却至室温，加入6g温水稀释、过滤，再用18g去离子水洗涤滤渣4次，滤渣经干燥后保存于冰箱备用。
b)酶解：精确称量上述预处理后的水稻秸秆20mg，置于50mL的三角瓶中，加入7mL柠檬酸盐缓冲液(50mmol/L，pH 4.8)和160U来源于里氏木霉的商品化纤维素酶，密封后置于200r/min、50℃的恒温振荡器中反应。定时取样200μL，于100℃下处理3分钟以淬灭酶反应；离心(10000g)后，利用高效液相色谱测定葡萄糖浓度，直至水解液中葡萄糖浓度不再变化，终止反应。根据预处理前水稻秸秆中葡萄糖的理论产量，即可计算最终的葡萄糖收率，如表4。
表4对比例2的葡萄糖收率
实施例3
以苹果酸/脯氨酸(摩尔比1：3，深度共熔溶剂A)和氯化胆碱/尿素(摩尔比1：2，深度共熔溶剂B)分两步先后预处理提高水稻秸秆酶解效率
a)预处理：精确称量300mg水稻秸秆粉(将水稻秸秆经干燥后，粉碎成平均粒径为150～350μm的水稻秸秆粉)和6g摩尔比为1：3的苹果酸/脯氨酸深度共熔溶剂A，共同置于25mL三角瓶中，于120℃下回流搅拌6小时；随后冷却至室温，加入6g温水稀释、过滤，再用18g去离子水洗涤滤渣4次，滤渣经干燥后再添加6g摩尔比为1：2的氯化胆碱/尿素深度共熔溶剂B，同置于25mL三角瓶中，于120℃下回流搅拌6小时；随后冷却至室温，加入6g温水稀释、过滤，再用18g去离子水洗涤滤渣4次，滤渣经干燥后获得水稻秸秆样品，保存于冰箱备用。
b)酶解：精确称量上述预处理后的水稻秸秆样品20mg，置于50mL的三角瓶中，加入7mL柠檬酸盐缓冲液(50mmol/L,pH 4.8)和160U来源于里氏木霉的商品化纤维素酶，密封后置于200r/min、50℃的恒温振荡器中反应。定时取样200μL，于100℃下处理3分钟以淬灭酶反应；离心(10000g)后，利用高效液相色谱测定葡萄糖浓度，直至水解液中葡萄糖浓度达到最大，终止反应。根据预处理前水稻秸秆中葡萄糖的理论产量，即可计算得到最终的葡萄糖收率，如表5。
表5实施例3的葡萄糖收率
实施例4
以氯化胆碱/尿素(摩尔比1：2，深度共熔溶剂B)和苹果酸/脯氨酸(摩尔比1：3，深度共熔溶剂A)分两步先后预处理提高水稻秸秆酶解效率
a)预处理：精确称量300mg水稻秸秆粉(将水稻秸秆经干燥后，粉碎成平均粒径为150～350μm的水稻秸秆粉)和6g深度共熔溶剂B，共同置于25mL三角瓶中，于120℃下回流搅拌6小时；随后冷却至室温，加入6g温水稀释、过滤，再用18g去离子水洗涤滤渣4次，滤渣经干燥后再添加6g摩深度共熔溶剂A，同置于25mL三角瓶中，于120℃下回流搅拌6小时；随后冷却至室温，加入6g温水稀释、过滤，再用18g去离子水洗涤滤渣4次，滤渣经干燥后获得水稻秸秆样品，保存于冰箱备用。
b)酶解：精确称量上述预处理后的水稻秸秆样品20mg，置于50mL的三角瓶中，加入7mL柠檬酸盐缓冲液(50mmol/L,pH 4.8)和160U来源于里氏木霉的商品化纤维素酶，密封后置于200r/min、50℃的恒温振荡器中反应。定时取样200μL，于100℃下处理3分钟以淬灭酶反应；离心(10000g)后，利用高效液相色谱测定葡萄糖浓度，直至水解液中葡萄糖浓度达到最大，终止反应。根据预处理前水稻秸秆中葡萄糖的理论产量，即可计算得到最终的葡萄糖收率，如表6。
表6实施例4的葡萄糖收率
对比例3
以苹果酸/脯氨酸(摩尔比1：3)一步预处理提高水稻秸秆酶解效率
a)预处理：精确称量300mg水稻秸秆粉(将水稻秸秆经干燥后，粉碎成平均粒径为150～350μm的水稻秸秆粉)和6g摩尔比为1：3的苹果酸/脯氨酸深度共熔溶剂，共同置于25mL三角瓶中，于120℃下回流搅拌12小时；随后冷却至室温，加入6g温水稀释、过滤，再用18g去离子水洗涤滤渣4次，滤渣经干燥后保存于冰箱备用。
b)酶解：精确称量上述预处理后的水稻秸秆20mg，置于50mL的三角瓶中，加入7mL柠檬酸盐缓冲液(50mmol/L,pH 4.8)和160U来源于里氏木霉的商品化纤维素酶，密封后置于200r/min、50℃的恒温振荡器中反应。定时取样200μL，于100℃下处理3分钟以淬灭酶反应；离心(10000g)后，利用高效液相色谱测定葡萄糖浓度，直至水解液中葡萄糖浓度不再变化，终止反应。根据预处理前水稻秸秆中葡萄糖的理论产量，即可计算得到最终的葡萄糖收率，如表7。
表7对比例3的葡萄糖收率
对比例4
以氯化胆碱/尿素(摩尔比1:2)一步预处理提高水稻秸秆酶解效率
a)预处理：精确称量300mg水稻秸秆粉(将水稻秸秆经干燥后，粉碎成平均粒径为150～350μm的水稻秸秆粉)和6g摩尔比为1：2的氯化胆碱/尿素深度共熔溶剂，共同置于25mL三角瓶中，于120℃下回流搅拌12小时；随后冷却至室温，加入6g温水稀释、过滤，再用18g去离子水洗涤滤渣4次，滤渣经干燥后保存于冰箱备用。
b)酶解：精确称量上述预处理后的水稻秸秆20mg，置于50mL的三角瓶中，加入7mL柠檬酸盐缓冲液(50mmol/L,pH 4.8)和160U来源于里氏木霉的商品化纤维素酶，密封后置于200r/min、50℃的恒温振荡器中反应。定时取样200μL，于100℃下处理3分钟以淬灭酶反应；离心(10000g)后，利用高效液相色谱测定葡萄糖浓度，直至水解液中葡萄糖浓度不再变化，终止反应。根据预处理前水稻秸秆中葡萄糖的理论产量，即可计算得到最终的葡萄糖收率，如表8。
表8对比例4的葡萄糖收率
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用两种深度共熔溶剂分步预处理以提高水稻秸秆中纤维素酶解效率的绿色方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将水稻秸秆经干燥后，粉碎成平均粒径为150～350μm的水稻秸秆粉；
(2)以深度共熔溶剂A为预处理溶剂，将质量比为1:5～1:25的水稻秸秆粉和深度共熔溶剂A混合，于80～130℃下搅拌2～6小时，随后冷却至室温，加入1～3倍深度共熔溶剂A体积的温水，过滤、洗涤滤渣，干燥后获得预处理后的水稻秸秆；将经过深度共熔溶剂A预处理后的水稻秸秆与深度共熔溶剂B混合，同样于80～130℃下搅拌2～6小时，随后冷却至室温，加入1～3倍深度共熔溶剂B体积的温水，过滤、洗涤滤渣，干燥后获得最终的水稻秸秆样品；所述深度共熔溶剂B的质量与深度共熔溶剂A的质量相同；
(3)称取步骤(2)最终获得的水稻秸秆样品，按照固液比为1～5mg/mL加入柠檬酸盐缓冲液，再按照6～20U/mg水稻秸秆样品的比例加入商品化纤维素酶，在转速为150～250r/min以及温度为40～60℃的条件下进行反应，测定水解液中葡萄糖浓度，直至水解液中葡萄糖浓度不再变化，终止反应。
2.根据权利要求1所述的一种利用两种深度共熔溶剂分步预处理以提高水稻秸秆中纤维素酶解效率的绿色方法，其特征在于：步骤(2)中所述的深度共熔溶剂A包括摩尔比为1：3的苹果酸和脯氨酸，或者摩尔比为1：2的氯化胆碱和尿素，或者摩尔比为2：1的氯化胆碱和草酸；所述的深度共熔溶剂B包括摩尔比为1：3的苹果酸和脯氨酸，或者摩尔比为1：2的氯化胆碱和尿素，或者摩尔比为2：1的氯化胆碱和草酸；所述深度共熔溶剂A和深度共熔溶剂B是不同物质。
3.根据权利要求1所述的一种利用两种深度共熔溶剂分步预处理以提高水稻秸秆中纤维素酶解效率的绿色方法，其特征在于：步骤(3)中所述的柠檬酸盐缓冲液的浓度为50mmol/L，其pH值为4.8。
4.根据权利要求1所述的一种利用两种深度共熔溶剂分步预处理以提高水稻秸秆中纤维素酶解效率的绿色方法，其特征在于：步骤(3)中所述的商品化纤维素酶是来源于里氏木霉Trichoderma reesei的纤维素酶。
CN201610929252.1A 2016-10-31 2016-10-31 一种利用两种深度共熔溶剂分步预处理以提高水稻秸秆中纤维素酶解效率的绿色方法 Expired - Fee Related CN106755189B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610929252.1A CN106755189B (zh) 2016-10-31 2016-10-31 一种利用两种深度共熔溶剂分步预处理以提高水稻秸秆中纤维素酶解效率的绿色方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610929252.1A CN106755189B (zh) 2016-10-31 2016-10-31 一种利用两种深度共熔溶剂分步预处理以提高水稻秸秆中纤维素酶解效率的绿色方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106755189A true CN106755189A (zh) 2017-05-31
CN106755189B CN106755189B (zh) 2021-01-05

Family

ID=58972401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610929252.1A Expired - Fee Related CN106755189B (zh) 2016-10-31 2016-10-31 一种利用两种深度共熔溶剂分步预处理以提高水稻秸秆中纤维素酶解效率的绿色方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106755189B (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107488682A (zh) * 2017-09-12 2017-12-19 湘潭大学 一种高效绿色提高木质纤维素酶解糖化效率的组合预处理工艺
CN107904266A (zh) * 2017-12-18 2018-04-13 湘潭大学 一种高效绿色提高木质纤维素酶解糖化效率的预处理方法及应用
CN108441530A (zh) * 2018-03-13 2018-08-24 北京化工大学 一种利用碱性低共熔溶剂预处理木质纤维素的方法
CN111235326A (zh) * 2020-01-19 2020-06-05 广东省生物工程研究所（广州甘蔗糖业研究所） 一种深度共熔溶剂-炭基固体酸催化剂催化水解的方法
CN113388653A (zh) * 2021-08-06 2021-09-14 南京林业大学 一种提高毛竹综纤维素酶水解葡萄糖得率的方法
CN113549140A (zh) * 2021-08-12 2021-10-26 广东工业大学 一种利用深度共熔溶剂提取鸡毛角蛋白的方法
CN113559145A (zh) * 2021-07-26 2021-10-29 湖南中医药大学 一种核桃青皮多酚提取复合组剂及提取方法
CN113862318A (zh) * 2021-09-28 2021-12-31 北京化工大学 一种木质纤维素绿色高效精炼系统及方法
CN117534528A (zh) * 2023-11-21 2024-02-09 宁夏大彩生物科技有限公司 一种绿色环保复合肥料
CN117587002A (zh) * 2023-11-20 2024-02-23 广东海洋大学 一种天然甲壳素载体固定化脂肪酶及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101298620A (zh) * 2007-05-10 2008-11-05 河南科技大学 天然纤维素原料经离子液体分级处理一步发酵制备乙醇的方法
WO2013153203A1 (en) * 2012-04-12 2013-10-17 Technische Universiteit Eindhoven Pretreatment of lignocellulosic biomass and recovery of substituents using natural deep eutectic solvents/compound mixtures with low transition temperatures
CN103757959A (zh) * 2014-01-08 2014-04-30 中国科学院过程工程研究所 一种采用离子液体两步法从秸秆中获得富纤维素材料的新方法
CN105316375A (zh) * 2014-07-23 2016-02-10 中国科学院大连化学物理研究所 利用质子/非质子型复合离子液体预处理生物质的方法
WO2016034727A1 (en) * 2014-09-05 2016-03-10 Petroliam Nasional Berhad (Petronas) Selective extraction and conversion of a cellulosic feedstock to ethylene glycol

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101298620A (zh) * 2007-05-10 2008-11-05 河南科技大学 天然纤维素原料经离子液体分级处理一步发酵制备乙醇的方法
WO2013153203A1 (en) * 2012-04-12 2013-10-17 Technische Universiteit Eindhoven Pretreatment of lignocellulosic biomass and recovery of substituents using natural deep eutectic solvents/compound mixtures with low transition temperatures
CN103757959A (zh) * 2014-01-08 2014-04-30 中国科学院过程工程研究所 一种采用离子液体两步法从秸秆中获得富纤维素材料的新方法
CN105316375A (zh) * 2014-07-23 2016-02-10 中国科学院大连化学物理研究所 利用质子/非质子型复合离子液体预处理生物质的方法
WO2016034727A1 (en) * 2014-09-05 2016-03-10 Petroliam Nasional Berhad (Petronas) Selective extraction and conversion of a cellulosic feedstock to ethylene glycol

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANDREA SKULCOVA等: "Deep Eutectic Solvents as Medium for Pretreatment of Biomass", 《TRANS TECH PUBLICATIONS》 *
MARIA FRANCISCO等: "New natural and renewable low transition temperature mixtures (LTTMs): screening as solvents for lignocellulosic biomass processing", 《GREEN CHEM.》 *
MICHAL JABLONSKY等: "Deep Eutectic Solvents: Fractionation of Wheat Straw", 《BIORESOURCES》 *
张璐鑫: "基于污染预防的糠醛制取方法研究", 《中国博士学位论文全文数据库（电子期刊）工程科技I辑》 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107488682A (zh) * 2017-09-12 2017-12-19 湘潭大学 一种高效绿色提高木质纤维素酶解糖化效率的组合预处理工艺
CN107904266A (zh) * 2017-12-18 2018-04-13 湘潭大学 一种高效绿色提高木质纤维素酶解糖化效率的预处理方法及应用
CN108441530A (zh) * 2018-03-13 2018-08-24 北京化工大学 一种利用碱性低共熔溶剂预处理木质纤维素的方法
CN108441530B (zh) * 2018-03-13 2021-10-08 北京化工大学 一种利用碱性低共熔溶剂预处理木质纤维素的方法
CN111235326A (zh) * 2020-01-19 2020-06-05 广东省生物工程研究所（广州甘蔗糖业研究所） 一种深度共熔溶剂-炭基固体酸催化剂催化水解的方法
CN113559145A (zh) * 2021-07-26 2021-10-29 湖南中医药大学 一种核桃青皮多酚提取复合组剂及提取方法
CN113388653B (zh) * 2021-08-06 2023-07-25 南京林业大学 一种提高毛竹综纤维素酶水解葡萄糖得率的方法
CN113388653A (zh) * 2021-08-06 2021-09-14 南京林业大学 一种提高毛竹综纤维素酶水解葡萄糖得率的方法
CN113549140A (zh) * 2021-08-12 2021-10-26 广东工业大学 一种利用深度共熔溶剂提取鸡毛角蛋白的方法
CN113862318A (zh) * 2021-09-28 2021-12-31 北京化工大学 一种木质纤维素绿色高效精炼系统及方法
CN113862318B (zh) * 2021-09-28 2023-12-15 北京化工大学 一种木质纤维素精炼系统及方法
CN117587002A (zh) * 2023-11-20 2024-02-23 广东海洋大学 一种天然甲壳素载体固定化脂肪酶及其制备方法和应用
CN117534528A (zh) * 2023-11-21 2024-02-09 宁夏大彩生物科技有限公司 一种绿色环保复合肥料

Also Published As

Publication number Publication date
CN106755189B (zh) 2021-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106755189A (zh) 一种利用两种深度共熔溶剂分步预处理以提高水稻秸秆中纤维素酶解效率的绿色方法
CN103045700B (zh) 一种利用可再生离子液体水溶液预处理木质纤维素的方法
CN103014099B (zh) 一种促进水解木质纤维素的方法
CN105392793B (zh) 改进的有机溶剂处理木质纤维素生物质的方法
CN108441530A (zh) 一种利用碱性低共熔溶剂预处理木质纤维素的方法
CN102533907B (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
JP5589871B2 (ja) セルロース系バイオマスの処理方法、セルロース系バイオマスからの糖又はアルコール又は有機酸の製造方法
CN101765663A (zh) 生物质预处理
CN106480128A (zh) 一种利用乳酸/盐酸胍提取半纤维素以提高水稻秸秆中纤维素酶解效率的绿色方法
CN112853794A (zh) 一种三元低共熔溶剂预处理制备纳米纤维素微纤丝的方法
CN105330869B (zh) 一种木质纤维原料的水解方法
CN106591395A (zh) 一种超声波‑微波同步辅助离子液体体系预处理木质纤维素提高其酶解效率的方法
CN105063100A (zh) 一种碱性盐结合双氧水预处理非木材纤维原料的方法
Lou et al. Pretreatment of miscanthus by NaOH/urea solution at room temperature for enhancing enzymatic hydrolysis
CN105316375A (zh) 利用质子/非质子型复合离子液体预处理生物质的方法
CN110157755A (zh) 一种强化农林生物质原料浓醪酶解产糖的方法
CN105671091A (zh) 利用离子液体[Bmim]Cl预处理棉花秸秆的方法
CN103305570B (zh) 稀盐酸辅助氧化吗啉-n-氧化物预处理玉米秸秆的方法
CN105384665B (zh) 胆碱离子液体及其在小麦秸秆预处理中的应用
CN115073621B (zh) 一种阿拉伯木聚糖的制备方法
CN105779525A (zh) 离子液体与碱液联合预处理生物质的方法
CN103397061B (zh) 一种纤维素的处理方法
JP2012055167A (ja) セルロース含有材料の処理方法及びその利用
CN102876756B (zh) 一种低聚木糖联产乳酸的工艺
CN103409482A (zh) 柠檬酸配伍十二烷基硫酸钠辅助预处理玉米秸秆的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20210105

Termination date: 20211031

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee