CN110734949A - 一种秸秆的预处理厌氧发酵酶解工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种秸秆的预处理厌氧发酵酶解工艺，生产工艺如下：（1）秸秆的预处理工艺：先将秸秆中的灰尘和杂质除去，再用剪刀剪成小块，放入烘箱中烘干；向烘干的秸秆中加入氨基酸离子液体胆碱脯氨酸盐，充入氮气保护，放入水浴中进行反应后，加入等量的去离子水稀释、混匀，离心后，将秸秆残渣加入沼液中混合均匀，放入恒温箱中处理，将秸秆残渣用去离子水洗涤至滤液透明，在烘箱中烘至恒重，用粉碎机粉碎，得到预处理秸秆粉末；（2）秸秆的厌氧发酵‑酶解工艺：将所得预处理秸秆粉末进行灭菌处理，冷却至室温后，接入菌液培养后，加入含酶缓冲液中，再加入乙酸‑乙酸钠纯缓冲溶液，在水浴中酶解后，取出放入冷水中冷却，终止反应。
Description
技术领域
本发明属于秸秆发酵技术领域，具体涉及一种秸秆的预处理厌氧发酵酶解工艺。
背景技术
秸秆中含有大量木质素、半纤维素等难降解物质，难以实现高效利用，故降解前通常需要预处理。基于传统型的离子液体存在毒性强、生物降解性差、处理残液难以利用等缺点，对环境产生二次污染。因此本发明选择了安全性高、对环境友好的新型氨基酸离子液体-胆碱脯氨酸盐对秸秆进行预处理，并辅助沼液预处理，提高秸秆木质素提取率；最后通过复合菌厌氧发酵和纤维素酶酶解工艺处理秸秆粉末，提高秸秆木质素的降解率。
发明内容
本发明的目的是针对现有问题，提供了一种秸秆的预处理厌氧发酵酶解工艺，按照本发明方法处理的秸秆木质素的提取率高、降解率高。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种秸秆的预处理厌氧发酵酶解工艺，具体生产工艺如下：
第一步：选择氨基酸离子液体胆碱脯氨酸盐和沼液对秸秆进行预处理，离子液体对秸秆的复杂结构造成一定破坏，离子液体降解木质素效果显著，可不同程度地去除秸秆中的木质素或半纤维素，离子液体处理能降低秸秆中的木质素含量，且降低纤维素的结晶度来提高总糖含量，木质素提取率大；在预处理过程中沼液可降解木质纤维素的枝孢菌属、链格孢属，以及可降解蛋白类的微生物丰度提高；
秸秆的预处理工艺：先将秸秆中的灰尘和杂质除去，再用剪刀剪成小块，放入100-110℃烘箱中烘干；向50-70份烘干的秸秆中按固液比1:13加入氨基酸离子液体胆碱脯氨酸盐，充入氮气保护，放入90-95℃的水浴中进行反应1-2h后，加入等量的去离子水稀释、混匀，离心20-30min后，将秸秆残渣加入沼液中混合均匀，放入29-31℃恒温箱中处理4-6d，将秸秆残渣用去离子水洗涤至滤液透明，在100-110℃烘箱中烘至恒重，用粉碎机粉碎，得到预处理秸秆粉末；
第二步：再利用复合菌剂厌氧发酵和纤维素酶对预处理后的秸秆进行酶解，酶解率高，木质纤维素可以进行有效的降解，对于厌氧发酵过程中的延滞时间也有减少的作用；秸秆的厌氧发酵-酶解工艺：将（1）中所得预处理秸秆粉末进行灭菌处理，冷却至室温后，接入5-7%的菌液，在28-29℃、100-200r/min条件下培养1-2d后，加入10-14份含酶缓冲液中，再加入1000-1400份乙酸-乙酸钠纯缓冲溶液，在50-55℃水浴中酶解1-2d后，取出放入冷水中冷却，终止反应；所得厌氧发酵酶解秸秆能有效地促进植株的生长，提高植物的光合作用和抗氧化能力，改善土壤微环境，增强土壤肥力，可以作为潜在的肥料资源应用到生产中；
进一步的，步骤（1）中离心转速为10000-11000r/min，沼液用量为18-20%TS。进一步的，步骤（2）中菌液的制备：将4-8份固体的马铃薯葡萄糖琼脂PDA
培养基粉末溶于100-200份水中，在120-125℃下灭菌20-25min后，转接至沙氏液体培养基中，按3:1接入粗毛栓菌和黄孢原毛平革菌，于25-30℃、100-200r/min培养3-5d。
进一步的，将0.025-0.05份纤维素酶加入到10-20份乙酸-乙酸钠缓冲溶液中制得含酶缓冲液。
本发明相比现有技术具有以下优点：
（1）选择氨基酸离子液体胆碱脯氨酸盐和沼液对秸秆进行预处理，离子液体对秸秆的复杂结构造成一定破坏，离子液体降解木质素效果显著，可不同程度地去除秸秆中的木质素或半纤维素，离子液体处理能降低秸秆中的木质素含量，且降低纤维素的结晶度来提高总糖含量，木质素提取率大；在预处理过程中沼液可降解木质纤维素的枝孢菌属、链格孢属，以及可降解蛋白类的微生物丰度提高。
（2）再利用复合菌剂厌氧发酵和纤维素酶对预处理后的秸秆进行酶解，酶解率高，木质纤维素可以进行有效的降解，对于厌氧发酵过程中的延滞时间也有减少的作用，所得厌氧发酵酶解秸秆能有效地促进植株的生长，提高植物的光合作用和抗氧化能力，改善土壤微环境，增强土壤肥力，可以作为潜在的肥料资源应用到生产中。
具体实施方式
下面结合具体实施方法对本发明做进一步的说明。
实施例1
一种秸秆的预处理厌氧发酵酶解工艺，具体生产工艺如下：
（1）秸秆的预处理工艺：
先将秸秆中的灰尘和杂质除去，再用剪刀剪成小块，放入100℃烘箱中烘干；向50份烘干的秸秆中按固液比1:13加入氨基酸离子液体胆碱脯氨酸盐，充入氮气保护，放入90℃的水浴中进行反应2h后，加入等量的去离子水稀释、混匀，离心20min后，将秸秆残渣加入沼液中混合均匀，放入29℃恒温箱中处理6d，将秸秆残渣用去离子水洗涤至滤液透明，在100℃烘箱中烘至恒重，用粉碎机粉碎，得到预处理秸秆粉末；
其中，离心转速为10000r/min，沼液用量为18%TS；
（2）秸秆的厌氧发酵-酶解工艺：
将（1）中所得预处理秸秆粉末进行灭菌处理，冷却至室温后，接入5%的菌液，在28℃、100r/min条件下培养2d后，加入10份含酶缓冲液中，再加入1000份乙酸-乙酸钠纯缓冲溶液，在50℃水浴中酶解2d后，取出放入冷水中冷却，终止反应；
其中，菌液的制备：将4份固体的马铃薯葡萄糖琼脂PDA培养基粉末溶于
100份水中，在120℃下灭菌25min后，转接至沙氏液体培养基中，按3:1接入粗毛栓菌和黄孢原毛平革菌，于25℃、100r/min培养5d；
将0.025份纤维素酶加入到10份乙酸-乙酸钠缓冲溶液中制得含酶缓冲液。
实施例2
一种秸秆的预处理厌氧发酵酶解工艺，具体生产工艺如下：
（1）秸秆的预处理工艺：
先将秸秆中的灰尘和杂质除去，再用剪刀剪成小块，放入110℃烘箱中烘干；向70份烘干的秸秆中按固液比1:13加入氨基酸离子液体胆碱脯氨酸盐，充入氮气保护，放入95℃的水浴中进行反应1h后，加入等量的去离子水稀释、混匀，离心30min后，将秸秆残渣加入沼液中混合均匀，放入31℃恒温箱中处理4d，将秸秆残渣用去离子水洗涤至滤液透明，在110℃烘箱中烘至恒重，用粉碎机粉碎，得到预处理秸秆粉末；
其中，离心转速为11000r/min，沼液用量为20%TS；
（2）秸秆的厌氧发酵-酶解工艺：
将（1）中所得预处理秸秆粉末进行灭菌处理，冷却至室温后，接入7%的菌液，在29℃、200r/min条件下培养1d后，加入14份含酶缓冲液中，再加入1400份乙酸-乙酸钠纯缓冲溶液，在55℃水浴中酶解1d后，取出放入冷水中冷却，终止反应；
其中，菌液的制备：将8份固体的马铃薯葡萄糖琼脂PDA培养基粉末溶于
200份水中，在125℃下灭菌20min后，转接至沙氏液体培养基中，按3:1接入粗毛栓菌和黄孢原毛平革菌，于30℃、200r/min培养3d；
将0.05份纤维素酶加入到20份乙酸-乙酸钠缓冲溶液中制得含酶缓冲液。
按照本发明实施例方法氨基酸离子液体和沼液预处理的秸秆木质素提取率高，秸秆木质素提取率平均为44.5%；复合菌厌氧发酵和纤维素酶酶解的秸秆木质素的降解率高，秸秆木质素的降解率平均为80.27%；所得厌氧发酵酶解秸秆能有效地促进植株的生长，提高植物的光合作用和抗氧化能力，改善土壤微环境，增强土壤肥力，可以作为潜在的肥料资源应用到生产中。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所做的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (4)
1.一种秸秆的预处理厌氧发酵酶解工艺，其特征在于，具体生产工艺如下：
秸秆的预处理工艺：
先将秸秆中的灰尘和杂质除去，再用剪刀剪成小块，放入100-110℃烘箱中烘干；向50-70份烘干的秸秆中按固液比1:13加入氨基酸离子液体胆碱脯氨酸盐，充入氮气保护，放入90-95℃的水浴中进行反应1-2h后，加入等量的去离子水稀释、混匀，离心20-30min后，将秸秆残渣加入沼液中混合均匀，放入29-31℃恒温箱中处理4-6d，将秸秆残渣用去离子水洗涤至滤液透明，在100-110℃烘箱中烘至恒重，用粉碎机粉碎，得到预处理秸秆粉末；
（2）秸秆的厌氧发酵-酶解工艺：
将（1）中所得预处理秸秆粉末进行灭菌处理，冷却至室温后，接入5-7%的菌液，在28-29℃、100-200r/min条件下培养1-2d后，加入10-14份含酶缓冲液中，再加入1000-1400份乙酸-乙酸钠纯缓冲溶液，在50-55℃水浴中酶解1-2d后，取出放入冷水中冷却，终止反应。
2.如权利要求1所述的一种秸秆的预处理厌氧发酵酶解工艺，其特征在于，工艺步骤（1）中，离心转速为10000-11000r/min，沼液用量为18-20%TS。
3.如权利要求1所述的一种秸秆的预处理厌氧发酵酶解工艺，其特征在于，工艺步骤（2）中，菌液的制备：将4-8份固体的马铃薯葡萄糖琼脂PDA培养基粉末溶于100-200份水中，在120-125℃下灭菌20-25min后，转接至沙氏液体培养基中，按3:1接入粗毛栓菌和黄孢原毛平革菌，于25-30℃、100-200r/min培养3-5d。
4.如权利要求1所述的一种秸秆的预处理厌氧发酵酶解工艺，其特征在于，工艺步骤（2）中，将0.025-0.05份纤维素酶加入到10-20份乙酸-乙酸钠缓冲溶液中制得含酶缓冲液。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN114210714A (zh) * | 2021-11-05 | 2022-03-22 | 新疆冠农果茸股份有限公司 | 一种可提高废弃秸秆利用的厌氧发酵方法 |
| CN114875105A (zh) * | 2022-03-09 | 2022-08-09 | 益水源生物技术(西安)有限公司 | 一种生物质基高效碳源及其制备方法 |
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2019
- 2019-11-25 CN CN201911164101.1A patent/CN110734949A/zh not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|---|
| CN114210714A (zh) * | 2021-11-05 | 2022-03-22 | 新疆冠农果茸股份有限公司 | 一种可提高废弃秸秆利用的厌氧发酵方法 |
| CN114875105A (zh) * | 2022-03-09 | 2022-08-09 | 益水源生物技术(西安)有限公司 | 一种生物质基高效碳源及其制备方法 |
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