CN114045315A - 一种提高甘草渣酶解效率的方法 - Google Patents

一种提高甘草渣酶解效率的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114045315A
CN114045315A CN202111356544.8A CN202111356544A CN114045315A CN 114045315 A CN114045315 A CN 114045315A CN 202111356544 A CN202111356544 A CN 202111356544A CN 114045315 A CN114045315 A CN 114045315A
Authority
CN
China
Prior art keywords
improving
enzymolysis
licorice
enzymolysis efficiency
licorice root
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
Application number
CN202111356544.8A
Other languages
English (en)
Inventor
陈小燕
解先利
张宇
王忠铭
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.)
Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Original Assignee
Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
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 Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS filed Critical Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Priority to CN202111356544.8A priority Critical patent/CN114045315A/zh
Publication of CN114045315A publication Critical patent/CN114045315A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/02Monosaccharides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/14Preparation 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P2201/00Pretreatment 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)
  • Saccharide Compounds (AREA)

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

一种提高甘草渣酶解效率的方法
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。
Figure BDA0003357390380000041
Figure BDA0003357390380000042
Figure BDA0003357390380000043
表1
Figure BDA0003357390380000044
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
Figure BDA0003357390380000045
Figure BDA0003357390380000051
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
Figure BDA0003357390380000052
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
Figure BDA0003357390380000061
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。
Figure BDA0003357390380000062
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。
CN202111356544.8A 2021-11-16 2021-11-16 一种提高甘草渣酶解效率的方法 Pending CN114045315A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111356544.8A CN114045315A (zh) 2021-11-16 2021-11-16 一种提高甘草渣酶解效率的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111356544.8A CN114045315A (zh) 2021-11-16 2021-11-16 一种提高甘草渣酶解效率的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114045315A true CN114045315A (zh) 2022-02-15

Family

ID=80209502

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111356544.8A Pending CN114045315A (zh) 2021-11-16 2021-11-16 一种提高甘草渣酶解效率的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114045315A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
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
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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114045315A (zh) 一种提高甘草渣酶解效率的方法
CN102212976B (zh) 一种分离甘蔗渣纤维素和木质素的方法
JP5520822B2 (ja) バイオマス成分の分離プロセス
CN102864668B (zh) 木质纤维素原料预处理方法
Yuan et al. Enhancement of sugar recovery and ethanol production from wheat straw through alkaline pre-extraction followed by steam pretreatment
BR112012002707B1 (pt) Processo para fabricação de xilitol
JP2021524869A (ja) 繊維系バイオマスに対する総合的な利用方法
CN110734943B (zh) 一种甘蔗渣预处理改善酶解糖化效果的方法
CN113151366B (zh) 一种稀碱协同乙醇预处理提高杨木发酵效率的方法
CN104888655A (zh) 木质纤维糖基表面活性剂及其制备方法
CN113603899B (zh) 一种利用路易斯碱辅助中性低共熔溶剂预处理木质纤维素的方法
CN110066840A (zh) 一种水热-微波结合离子液体两步预处理木质纤维素原料提高酶解效率的方法
CN108117652A (zh) 一种酶解木质素的提取方法
CN106755198B (zh) 一种农林生物质原料浓醪水解产糖的方法
CN112899067A (zh) 一种提高生物油中糖含量的方法
CN110818770B (zh) 三元双相氯化铝水解制备薯蓣皂素方法
CN105779527B (zh) 一种提高碱性预处理木质纤维原料酶解得率的方法
CN101985642A (zh) 一种利用稻秆制备细菌纤维素的方法
CN109337947A (zh) 一种通过碱性过氧化氢预处理和添加剂提高蔗渣酶解效率的方法
CN109457000A (zh) 一种通过金属盐预处理和添加剂提高蔗渣酶解效率的方法
CN109337946A (zh) 一种通过两段预处理和添加剂提高蔗渣酶解效率的方法
CN113789355A (zh) 一种绿色高效预处理提高木质纤维素酶解糖化效率的方法
CN110734942A (zh) 一种木糖渣预处理改善酶解糖化效果的方法
Wang et al. Optimal tartaric acid pretreatment of reed for bioethanol production by fed batch semi-synchronous saccharification fermentation
CN115820750A (zh) 一种杨木酶解发酵生产乙醇的方法及其应用

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
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20220215

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication