CN114045315A - 一种提高甘草渣酶解效率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高甘草渣酶解效率的方法,利用绿色低共熔溶剂氯化胆碱/乙醇胺对甘草渣80~120℃进行预处理,所需反应条件更加温和,能在低温条件脱除木质素成分,提高后续纤维素酶酶解解得到葡萄糖的效率。
Description
技术领域:
本发明涉及有机固体废弃物资源化利用技术领域,具体涉及一种提高甘草渣酶解效率的方法。
背景技术:
目前,中药业在我国蓬勃发展,其生产加工过程产生的中药渣呈逐步增加趋势,每年排放量约有6000~7000万吨。传统的中药渣大多采用废弃、填埋以及焚烧等方法处理,造成了资源浪费和环境污染问题。中药渣作为生物质的一种,其含有丰富的纤维素、半纤维素等多糖以及木质素组分,可被转化为燃料和高附加值能源产品。
生物质转化燃料乙醇一般需要经过预处理、酶水解和发酵过程。预处理主要目的是打破原料致密复杂的结构,对后续酶水解至关重要。现有预处理方法往往需要比较苛刻的反应条件,如高温、高压,或需要强酸、强碱试剂,才能破坏木质纤维素的紧密结构,去除木质素的包围,使纤维素成分暴露出来,用于后续的酶解发酵制备燃料乙醇过程。然而,这些试剂中强酸试剂会对反应设备产生腐蚀,强碱试剂处理会产生黑液等污染物,给环境带来压力,而高温、高压反应条件则会产生毒性物质,对纤维素的酶解发酵产形成抑制作用。
发明内容:
本发明的目的是提供一种提高甘草渣酶解效率的方法,利用绿色低共熔溶剂氯化胆碱/乙醇胺对甘草渣进行预处理,所需反应条件更加温和,能在低温条件脱除木质素成分,提高后续纤维素酶酶解解得到葡萄糖的效率。
本发明是通过以下技术方案予以实现的:
一种提高甘草渣酶解效率的方法,该方法包括以下步骤:
S1.将乙醇胺和氯化胆碱按照摩尔比为1:1~1:10,优选为1:5混合,80~120℃加热搅拌20~120min制得低共熔溶剂;
S2.将甘草渣与步骤S1得到的低共熔溶剂按固液比1:10~1:20g/mL,优选为1:20加入反应釜中80~120℃优选为100~120℃反应1~4h;
S3.将步骤S2得到固体加入至含纤维素酶的缓冲液中48-52℃优选为50℃酶解糖化得到葡萄糖溶液。
步骤S3所述的缓冲液为pH 4.8的0.05mol/L柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液。
步骤S3所述的纤维素酶添加量为10~30FPU/g绝干底物。
步骤S3所述的酶解反应底物浓度为5%~20%(w/v),在摇床中酶解糖化反应72~120h。
优选地,步骤S2搅拌速率为500rpm,步骤S3摇床速率为150rpm。
本发明的有益效果如下:
1)本发明利用绿色低共熔溶剂氯化胆碱/乙醇胺对甘草渣进行预处理,在温度不高于120℃,处理时间短于4h条件下,纤维素保留率>80%,木质素脱除素>80%,预处理条件更加温和,所需处理时间更短,具有节能高效、安全环保的优点。
2)本发明利用低共熔溶剂预处理后,固体残渣经过简单漂洗、烘干步骤后,可直接用于下一步酶解糖化实验,无需添加酸、碱等化学试剂,避免对设备的腐蚀作用、酶解效率大于70%,具有经济、简便的优点。
附图说明:
图1是不同预处理条件对甘草渣酶解效果的影响示意图。
具体实施方式:
以下是对本发明的进一步说明,而不是对本发明的限制。
甘草渣洗涤、烘干粉碎后,过筛至20~60目之间,储存在密封袋于干燥皿中保存,备用。纤维素酶,由丹麦诺维信(NovezymesA/S)生物工程有限公司提供,其滤纸酶活为221FPU/mL;实验过程中所用的氯化胆碱、乙醇胺、柠檬酸、柠檬酸钠等化学试剂均为分析纯。
实施例1:考察不同预处理温度对甘草渣组成成分的影响
S1.将乙醇胺和氯化胆碱按照摩尔比为1:5混合,80℃加热搅拌30min形成均一透明的液体然后冷却至室温制得低共熔溶剂;
S2.将甘草渣与步骤S1得到的低共熔溶剂按固液比1:20g/mL加入100毫升的高温反应釜中500rpm转速搅拌加热至80、100与120℃,反应3h后,用砂芯漏斗进行固液分离,收集固体物用于组成成分分析。
预处理前后原料化学组分变化根据美国可再生能源实验室(NREL)标准分析方法进行测定。称取150mg待测样品于2mL离心管内,加入1.5mL 72%浓硫酸摇匀并置于30℃,150rpm摇床水解1h,反应结束后用42mL去离子水将水解产物完全洗涤至75mL耐压瓶中(此时硫酸浓度为4%)。将耐压瓶放入高压灭菌锅,于121℃反应1h充分水解,待反应结束后冷却至室温。用砂芯漏斗中进行固液分离。固相部分于105℃烘箱烘干至恒重,计算酸不溶木质素含量。滤液用碳酸钙中和至pH中性、用HPLC检测葡萄糖、木糖浓度,计算出原料中纤维素、半纤维素的含量。纤维素保留率、半纤维素和木质素去除率按照下式(1)、(2)、(3)进行计算。
表1
结果如表1所示,在120℃处理3h后,甘草渣木质素的去除率最大为77.86%,且纤维率保留率为85.63%。
实施例2:考察不同预处理固液比对甘草渣组成成分的影响
S1.将乙醇胺和氯化胆碱按照摩尔比为1:5混合,80℃加热搅拌30min形成均一透明的液体然后冷却至室温制得低共熔溶剂;
S2.将甘草渣与步骤S1得到的低共熔溶剂按固液比1:10、1:15或1:20g/mL加入100毫升的高温反应釜中500rpm转速搅拌加热至120℃,反应3h后,用砂芯漏斗进行固液分离,收集固体物用于组成成分分析。
结果如表2所示,固液比为1:10、1:15或1:20,甘草渣木质素的去除率为75.86~77.86%,相差不大,且纤维率保留率为90.98~85.63%。
表2
实施例3:考察不同预处理时间对甘草渣组成成分的影响
S1.将乙醇胺和氯化胆碱按照摩尔比为1:5混合,80℃加热搅拌30min形成均一透明的液体然后冷却至室温制得低共熔溶剂;
S2.将甘草渣与步骤S1得到的低共熔溶剂按固液比1:20g/mL加入100毫升的高温反应釜中500rpm转速搅拌加热至120℃,反应1-4h后,用砂芯漏斗进行固液分离,收集固体物用于组成成分分析。
结果如表3所示,处理时间为1~4h,甘草渣木质素的去除率为74.98~78.42%,相差不大,但纤维率保留率为93.47%降至83.89%。
表3
对比例:考察不同低共熔溶剂对甘草渣组成成分的影响
S1.将尿素和氯化胆碱按照摩尔比为2:1混合,80℃加热搅拌30min形成均一透明的液体然后冷却至室温制得低共熔溶剂;
S2.将甘草渣与步骤S1得到的低共熔溶剂按固液比1:20g/mL加入100毫升的高温反应釜中500rpm转速搅拌加热至120℃,反应1~4h后,用砂芯漏斗进行固液分离,收集固体物用于组成成分分析。结果参见表4。
表4
实施例4:
称取1g实施例1、2、3预处理后的甘草渣(绝干物料)装于50mL具塞三角瓶中,加入含有20FPU/g绝干底物纤维素酶的pH4.8的0.05M柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液,使反应总体积为20mL,固体浓度为5%(w/v)。在50℃,150rpm摇床酶解96h。取出液体样品,用HPLC测定酶解液中葡萄糖、木糖等单糖含量。酶解效率计算公式如式(4)所示。
结果见图1,在120℃处理4h后,葡萄糖、木糖浓度和纤维素酶解效率达到最大,分别为25.17g/L、6.71g/L和78.57%;较未处理中药渣酶解得率(30.40%)提高了1.58倍。
Claims (10)
1.一种提高甘草渣酶解效率的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
S1.将乙醇胺和氯化胆碱按照摩尔比为1:1~1:10混合,80~120℃加热搅拌20~120min制得低共熔溶剂;
S2.将甘草渣与步骤S1得到的低共熔溶剂按固液比1:10~1:20g/mL加入反应釜中80~120℃反应1~4h;
S3.将步骤S2得到固体加入至含纤维素酶的缓冲液中48-52℃酶解糖化得到葡萄糖溶液。
2.根据权利要求1所述提高甘草渣酶解效率的方法,其特征在于,步骤S1乙醇胺和氯化胆碱摩尔比为1:5。
3.根据权利要求1所述提高甘草渣酶解效率的方法,其特征在于,步骤S2甘草渣与步骤S1得到的低共熔溶剂的固液比1:20g/mL。
4.根据权利要求1所述提高甘草渣酶解效率的方法,其特征在于,步骤S2搅拌速率为500rpm。
5.根据权利要求1所述提高甘草渣酶解效率的方法,其特征在于,步骤S2反应温度为100~120℃。
6.根据权利要求1所述提高甘草渣酶解效率的方法,其特征在于,步骤S3所述的纤维素酶添加量为10~30FPU/g绝干底物。
7.根据权利要求1所述提高甘草渣酶解效率的方法,其特征在于,步骤S3所述的酶解反应底物浓度为5%~20%(w/v)。
8.根据权利要求1所述提高甘草渣酶解效率的方法,其特征在于,步骤S3在摇床中50℃酶解糖化反应72~120h。
9.根据权利要求1所述提高甘草渣酶解效率的方法,其特征在于,步骤S3所述的缓冲液为pH 4.8的0.05mol/L柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液。
10.根据权利要求1所述提高甘草渣酶解效率的方法,其特征在于,步骤S3摇床速率为150rpm。
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CN202111356544.8A CN114045315A (zh) | 2021-11-16 | 2021-11-16 | 一种提高甘草渣酶解效率的方法 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114657226A (zh) * | 2022-04-08 | 2022-06-24 | 南京工业大学 | 一种从甘草渣中提取黄酮类化合物及提取后残渣利用的方法 |
CN114767581A (zh) * | 2022-03-14 | 2022-07-22 | 珠海市日新化妆品有限公司 | 一种利用灵芝渣制备灵芝提取物的方法和应用 |
CN115725672A (zh) * | 2022-12-01 | 2023-03-03 | 华南理工大学 | 一种提高果壳类生物质酶解糖化效果的预处理方法及其应用 |
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---|---|---|---|---|
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 |
CN110258157A (zh) * | 2019-06-18 | 2019-09-20 | 山东科技大学 | 一种利用甜菜碱低共熔溶剂预处理木质纤维素的方法 |
CN110734943A (zh) * | 2019-10-24 | 2020-01-31 | 淮阴工学院 | 一种甘蔗渣预处理改善酶解糖化效果的方法 |
-
2021
- 2021-11-16 CN CN202111356544.8A patent/CN114045315A/zh active Pending
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