CN113881736A - 一种芦苇资源化利用工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环保领域，尤其涉及一种芦苇资源化利用工艺，包括以下步骤：步骤1：将芦苇剪成1‑5cm段；步骤2：将上述剪成小段的芦苇进行粉碎，粉碎至过1mm筛；步骤3：调节步骤2中的得到物料的含固率至40％‑50％，继续粉碎打浆过80目筛；并通过柠檬酸钠控制浆料pH在4‑5；步骤4；添加含有淀粉酶、纤维素酶、β‑葡萄糖苷酶和半纤维素酶的混合酶，添加量为10FPU/g‑40FPU/g；并保持在35‑55℃、150‑300rpm的条件下酶解72h；步骤5：冷却结晶并过滤，得到葡萄糖、木糖和纤维二塘。该工艺可提升对于芦苇的降解能力，提升得糖效率。
Description
技术领域
本发明涉及环保领域，尤其涉及一种芦苇资源化利用工艺。
背景技术
纤维素是由植物通过光合作用合成的可生物降解的高分子聚合物。自然界通过光合作用合成的纤维素年产量可达上百亿吨，主要来源于木材、棉花、草类等植物。芦苇作为一种纤维含量高的木质纤维素材料，其属多年生植物，生长集中、易于砍伐、且产量高，可以代替传统的木材用于包装、建筑等领域。我国芦苇资源丰富，分布广泛，其生态学价值和经济价值也越来越受到科技工作者的重视。
木质纤维原料中的天然纤维素和半纤维素均为多糖，水解后可生成葡萄糖、木糖等糖类。但考虑到芦苇纤维的木质纤维素含量比普通秸秆类物质更高，目前对于芦苇中的资源化利用工艺中存在着降解困难，预处理效果不明显的问题。
再者，目前对于芦苇的资源化利用工艺中均采用干芦苇，干芦苇需要芦苇收割后放置在一个温暖干燥、且通风性良好的空旷环境中进行自然风干。但整个过程需要长时间占用较大场地，成本较高。而目前暂没有对于收割后的青芦苇直接加工的工艺。
最后，芦苇营养成分为可溶性糖、淀粉、纤维素、粗蛋白、可溶性蛋白以及灰分，但不同生境的芦苇，其各种营养成分比重不一，从可溶性糖、淀粉及纤维素三者总和看，仅过渡带芦苇中含量占比在50-60％，沼泽芦苇、沙丘芦苇以及盐化甸芦苇中可溶性淀粉、淀粉、纤维素含量在60-70％以上。针对芦苇纤维素的结构，单一酶降解得糖糖率较低。
基于上述现有工艺的不足之处，本案拟提供一种芦苇资源化利用工艺，该工艺能够提升对芦苇的降解能力，处理效果明显提升。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种芦苇资源化利用工艺，该工艺可提升对于芦苇的降解能力，提升得糖效率。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种芦苇资源化利用工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将芦苇剪成1-5cm段；
步骤2：将上述剪成小段的芦苇进行粉碎，粉碎至过1mm筛；
步骤3：调节步骤2中的得到物料固体含量在40％-50％，继续粉碎打浆过80目筛；并通过柠檬酸钠控制浆料pH在4-5；
步骤4；添加含有淀粉酶、纤维素酶、β-葡萄糖苷酶和半纤维素酶的混合酶，添加量为10FPU/g-40FPU/g；并保持在35-55℃、150-300rpm的条件下酶解72h；
步骤5：冷却结晶并过滤，得到葡萄糖、木糖和纤维二塘。
本发明采用上述技术方案，该技术方案涉及一种芦苇资源化利用工艺，该工艺步骤中，先将芦苇切割成小段后粉碎，然后继续粉碎打浆过80目筛，得到小于80目芦苇颗粒，并保持物料的固体含量在40％-50％；在此情况下，加入混合酶进行酶解。此方案的技术效果在于，一方面保持物料的固体含量在40％-50％，酶解过程中通过150-300rpm的搅拌，如此增大混合酶与芦苇颗粒的混合度，确保芦苇颗粒能与混合酶充分接触；另一方面将芦苇切段继续后经过打浆步骤得到小于80目芦苇颗粒，如此可增大与混合酶的接触面积，提升酶解效率。基于上述工艺步骤，可提升对于芦苇的降解能力，提升得糖效率。
作为优选，所述混合酶中的纤维素酶、β－葡萄糖苷酶和半纤维素酶的比例为40∶30∶15∶15。经过试验比对发现，上述比例的中和得糖率最高。
作为优选，所述混合酶的添加量为20FPU/g-30FPU/g。经过试验发现，混合酶的添加量小于20FPU/g时，进一步增加混合酶的含量能够提升得糖率，而在混合酶的添加量大于30FPU/g时，进一步增加混合酶的含量对于得糖率的提升效果不明显。故此方案中优选范围是保证混合酶的添加量为20FPU/g-30FPU/g，可确保在适量的混合酶基础上得到较高的得糖率，从而控制成本。
作为优选，所述步骤1中的芦苇采用含水率为45-65％的青芦苇和/或含水率为10-15％的干芦苇。此方案中，不仅可采用自然风干的干芦苇也可采用收割得到的青芦苇，从而能够对于青芦苇直接进行加工，省略了芦苇的储存、风干步骤，节省了仓储成本。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，下面描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
试验1，复合酶配比优化；
本实验基于以下工艺步骤展开，并对工艺步骤中的参数进行调整，通过设置4组实验组比对，具体如下：
(一)，本试验组提供一种芦苇资源化利用工艺，采用以下步骤：
步骤1：将相同量的芦苇(含水率为45-65％的青芦苇和/或含水率为10-15％的干芦苇)剪成1-5cm段；
步骤2：将上述剪成小段的芦苇进行粉碎，粉碎至过1mm筛；
步骤3：调节步骤2中的得到物料的固体含量在40％-60％，继续粉碎打浆过80目筛；并通过柠檬酸钠控制浆料pH在4-5；
步骤4；向4组试验组中分别添加混合酶(混合酶的配比如表1所示)，混合酶的添加量为20FPU/g，各组试验组中的混合酶含有淀粉酶、纤维素酶、β-葡萄糖苷酶和半纤维素酶的比例不同；并保持在35-55℃、150-300rpm的条件下酶解72h；
步骤5：冷却结晶并过滤，得到葡萄糖、木糖和纤维二塘。
表1混合酶配比表
| 淀粉酶 | 纤维素酶 | β－葡萄糖苷酶 | 半纤维素酶 | |
| 试验组1 | 30％ | 30％ | 20％ | 20％ |
| 试验组2 | 40％ | 30％ | 15％ | 15％ |
| 试验组3 | 40％ | 20％ | 20％ | 20％ |
| 试验组4 | 20％ | 40％ | 20％ | 20％ |
上述试验组的测糖得率。数据如表2所示：
表2不同配比混合酶水解芦苇糖得率
| 葡萄糖 | 木糖 | 纤维二糖 | |
| 试验组1 | 49.33％ | 68.43％ | 27.53％ |
| 试验组2 | 59.33％ | 70.32％ | 27.32％ |
| 试验组3 | 56.21％ | 62.18％ | 21.51％ |
| 试验组4 | 39.56％ | 69.75％ | 20.43％ |
根据上述实验比对发现，试验组2的综合得糖率最高，复合酶选择配比为：淀粉酶40％、纤维素酶30％、β－葡萄糖苷酶15％、半纤维素酶15％。
实验2：不同酶溶度及不同含水率芦苇浆酶解制糖实验：
(二)，本试验组提供一种芦苇资源化利用工艺，采用以下步骤：
步骤1：将相同量的芦苇剪成1-5cm段；
步骤2：将上述剪成小段的芦苇进行粉碎，粉碎至过1mm筛；
步骤3：调节步骤2中的得到物料的固体含量，继续粉碎打浆过80目筛；并通过柠檬酸钠控制浆料pH在4-5；
步骤4；向4组试验组中分别添加混合酶(淀粉酶40％、纤维素酶30％β－葡萄糖苷酶15％半纤维素酶15％)，调节混合酶的添加量，并保持在35-55℃、150-300rpm的条件下酶解72h；
步骤5：冷却结晶并过滤，得到葡萄糖、木糖和纤维二塘。
实验基于上述工艺步骤展开，并对工艺步骤中的参数进行调整，通过设置5个实验大组，每个试验大组之间仅对于步骤3中的浆料固体含量进行调整，分别为30％、40％、50％、60％、70％；每个试验大组中分设4个试验小组，其中的每个大组中的试验组1-4保证步骤3中的浆料含水率一致，区别仅在于步骤4中的混合酶添加量调整，分别为10FPU、20FPU、30FPU和40FPU。
此外，在5个实验大组中均设置一组对照组，对照组采用以下工艺步骤：
步骤1：将相同量的芦苇含水率为45-65％的青芦苇和/或含水率为10-15％的干芦苇)剪成1-5cm段；
步骤2：将上述剪成小段的芦苇进行粉碎，粉碎至过1mm筛；
步骤3：调节物料的含固率至实验大组所需浓度，并通过柠檬酸钠控制浆料pH在4-5；
步骤4；向4组试验组中分别添加混合酶(淀粉酶40％、纤维素酶30％β－葡萄糖苷酶15％半纤维素酶15％)，添加量为10FPU/g，并保持在35-55℃、150-300rpm的条件下酶解72h；
步骤5：冷却结晶并过滤，得到葡萄糖、木糖和纤维二塘。
不同酶浓度及芦苇浆料含水率下，酶解工艺得到单糖浓度及单糖得率数据如下表：
经由上述表格换算得到的得糖率表格如下
实验2分析如下：
1.从上述两个表中各实验大组中的试验组1和对照组进行比对发现，同样的浆料含水率和酶浓度情况下，试验组1经过粉碎打浆过80目的筛后，制得糖的得率及浓度均高于对照组(不打浆组)。因此可以看出，经过打浆工序并过80目筛，可增大与混合酶的接触面积，提升酶解效率。
2.各实验大组内进行比较，在浆料含水率一定的条件下，20FPU浓度的酶水解后糖的浓度及得率较10FPU有较大幅度的提高；而30FPU浓度时，水解后糖的得率及浓度较20FPU增长放缓，40FPU浓度时，水解后糖的浓度及得率较30FPU而言基本无太大变化。故此方案中优选范围是保证混合酶的添加量为20FPU/g-30FPU/g，可确保在适量的混合酶基础上得到较高的得糖率，从而控制成本。
3，各实验大组中进行横向比较，在各自浓度的酶添加量的条件下，含固率在40％-50％时糖的浓度及得率均高于其他含水率。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (4)
1.一种芦苇资源化利用工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将芦苇剪成1-5cm段；
步骤2：将上述剪成小段的芦苇进行粉碎，粉碎至过1mm筛；
步骤3：调节步骤2中的得到物料的含固率至40％-50％，继续粉碎打浆过80目筛；并通过柠檬酸钠控制浆料pH在4-5；
步骤4；添加含有淀粉酶、纤维素酶、β-葡萄糖苷酶和半纤维素酶的混合酶，添加量为10FPU/g-40FPU/g；并保持在35-55℃、150-300rpm的条件下酶解72h；
步骤5：冷却过滤，得到葡萄糖、木糖和纤维二塘。
2.根据权利要求1所述的一种芦苇资源化利用工艺，其特征在于：所述混合酶中的纤维素酶、β－葡萄糖苷酶和半纤维素酶的比例为40∶30∶15∶15。
3.根据权利要求2所述的一种芦苇资源化利用工艺，其特征在于：所述混合酶的添加量为20FPU/g-30FPU/g。
4.根据权利要求1所述的一种芦苇资源化利用工艺，其特征在于：所述步骤1中的芦苇采用含水率为45-65％的青芦苇和/或含水率为10-15％的干芦苇。
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