CN115786422A - 一种利用碳酸盐产co2爆破预处理酸性玉米芯废渣的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用碳酸盐产CO2爆破预处理酸性玉米芯废渣的方法的较佳实施例，包括如下步骤：步骤一、取玉米芯废渣置于可密封的压力容器中，按照固液比1:5~1:10向压力容器中加入碳酸盐溶液，达到压力容器的装载量为50~70%；碳酸盐溶液的浓度为0.5~2M。步骤二、迅速将压力容器重新密封，加热，观察压力容器的压力和温度情况，压力控制在0.05~0.2Mpa，温度控制在80~120℃，持续10~30min。步骤三、保温保压结束后，迅速打开气阀气，将压力容器中的物料压滤去除水分，同时将处理后的玉米芯废渣物料进行纤维素酶解糖化。本发明去除一部分玉米芯废渣中的木质素，提高酶解效果。

Description

一种利用碳酸盐产CO2爆破预处理酸性玉米芯废渣的方法

技术领域

本发明属于糖醇制备技术领域，特别涉及一种利用碳酸盐产CO2爆破预处理酸性玉米芯废渣的方法。

背景技术

玉米芯中主要成分为纤维素（32~36%）、半纤维素（35~40%）、木质素（25%）以及少量的灰分。其中，玉米芯中半纤维素组分可以通过稀酸高温处理开发生产木糖、低聚木糖、糠醛、木糖醇等，利用完半纤维素组分的玉米芯废渣中还富含纤维素和木质素，其中纤维素组分可以通过纤维素酶酶解糖化生产单体葡萄糖，通过精制可以生产葡萄糖浆系列产品，通过微生物发酵可生产燃料乙醇。

玉米芯废渣纤维素组分的利用工艺关键点是提高酶解糖化效率，玉米芯废渣中除了纤维素组分还存在大量木质素，木质素对纤维素酶蛋白具有吸附作用，并且还形成致密结构，包裹纤维素组分，阻碍纤维素酶和纤维素的接触，降低玉米芯废渣的酶解糖化效率。除此之外，玉米芯废渣还残留大量稀酸溶液，而酶解糖化的环境pH要求较为严格。为了解决这个问题，玉米芯废渣酶解糖化之前还应该进行预处理工艺。

在木质纤维素转化利用的过程中，通常利用①物理（机械粉碎、高温热解、超声辐射等）、②化学（酸法、碱法、有机溶剂法等）、③生物（以白腐菌、褐腐菌、软腐菌等真菌发酵降解木质素）、④物理化学结合（水热法、蒸汽爆破法、氨爆破法等）等方法破坏细胞壁的结构。

玉米芯废渣原料在纤维素酶解糖化之前，需要进行预处理，①玉米芯废渣中除了纤维素组分还存在大量木质素，木质素对纤维素酶蛋白具有吸附作用，需要利用碱处理进行去除木质素操作，提高酶解效率；②玉米芯废渣中纤维素和木质素结构紧密，纤维素酶不能有效和纤维素结合，纤维素水解葡萄糖的难度较大；③玉米芯废渣还残留大量稀酸溶液，并且酸主要分布在玉米芯废渣内部空隙中，在纤维素酶解过程中会不断释放，降低体系的pH值，而纤维素酶解糖化的环境pH要求较为严格，因此酶解过程会受阻。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种利用碳酸盐产CO2爆破预处理酸性玉米芯废渣的方法，解决玉米芯废渣木质素问题，还解决玉米芯废渣中稀酸问题，提高玉米芯废渣酶解糖化效率。

本发明是这样实现的，提供一种利用碳酸盐产CO2爆破预处理酸性玉米芯废渣的方法，包括如下步骤：

步骤一、取玉米芯废渣置于可密封的压力容器中，按照固液比1:5~1:10向压力容器中加入碳酸盐溶液，达到压力容器的装载量为50~70%；碳酸盐溶液的浓度为0.5~2M；

步骤二、迅速将压力容器重新密封，加热，观察压力容器的压力和温度情况，压力控制在0.05~0.2Mpa，温度控制在80~120℃，持续10~30min；

步骤三、保温保压结束后，迅速打开气阀气，将压力容器中的物料压滤去除水分，同时将处理后的玉米芯废渣物料进行纤维素酶解糖化。

与现有技术相比，本发明的利用碳酸盐产CO2爆破预处理酸性玉米芯废渣的方法具有以下特点：

1、利用碳酸钠碱处理方法，可以去除一部分玉米芯废渣中的木质素，降低木质素对纤维素酶的吸附作用。

2、碳酸钠和物料残留的稀酸反应，一方面可以稳定后续酶解反应体系pH，同时产生大量CO₂气泡，给予反应体系一定压力，然后在一定时间后快速释放体系压力，体系气压的剧变和CO₂气流的释放，进一步对玉米芯废渣原料进行破坏，解除原料紧密的结构，提高酶解效果。

3、CO₂气流对玉米芯废渣原料原有空隙的破坏，完全去除空隙中的稀酸，解决残留稀酸对后续纤维素酶解过程的阻碍作用。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明利用碳酸盐产CO2爆破预处理酸性玉米芯废渣的方法的较佳实施例，包括如下步骤：

步骤一、取玉米芯废渣置于可密封的压力容器中，按照固液比1:5~1:10向压力容器中加入碳酸盐溶液，达到压力容器的装载量为50~70%；碳酸盐溶液的浓度为0.5~2M。

步骤二、迅速将压力容器重新密封，加热，观察压力容器的压力和温度情况，压力控制在0.05~0.2Mpa，温度控制在80~120℃，持续10~30min。

步骤三、保温保压结束后，迅速打开气阀气，将压力容器中的物料压滤去除水分，同时将处理后的玉米芯废渣物料进行纤维素酶解糖化。

进一步地，所述碳酸盐为碳酸钙或碳酸氢钠。

下面通过具体实施例进一步说明本发明的利用碳酸盐产CO2爆破预处理酸性玉米芯废渣的方法。

实施例1

本发明的利用碳酸盐产CO2爆破预处理酸性玉米芯废渣的方法的第一个实施例，目的是验证利用本发明方法预处理玉米芯废渣木质素的去除能力。该实施例包括如下步骤：

步骤11、取1kg玉米芯废渣置于10L密封的压力容器中，同时按照固液比1：5分别向压力容器中加入浓度分别为0.1M、0.5M、1M、2M的碳酸钠溶液。

步骤12、将压力容器重新密封，加热，压力控制在0.1Mpa，温度控制在100℃，持续10min。

步骤13、保温结束后迅速打开气阀放气，物料进行压滤去除水分。

步骤14、利用NREL中木质纤维素组分分析方法进行处理后的玉米芯废渣物料的组分分析。得到如图1所示的玉米芯废渣物料处理前后木质素含量对比实验结果。

从图1可以看出，通过不同浓度的碳酸钠溶液处理，玉米芯废渣的木质素去除率不一致，较浓的溶液去除能力强。针对不同的玉米芯废渣物料，需要选择合适的碳酸钠溶液浓度进行处理。总而言之，碳酸钠溶液对玉米芯废渣的木质素的去除能力较强。

实施例2

本发明的利用碳酸盐产CO2爆破预处理酸性玉米芯废渣的方法的第二个实施例，目的是验证本发明方法预处理玉米芯废渣对酶解效果的影响。该实施例包括如下步骤：

步骤21、取1kg玉米芯废渣置于10L可密封的容器中，同时按照固液比1：7分别向压力容器中加入浓度分别为0.1M、0.5M、1M、2M的碳酸钠溶液。

步骤22、将压力容器重新密封，加热，压力控制在0.1Mpa，温度控制在80℃，持续10min。

步骤23、保温结束后迅速打开气阀放气，物料进行压滤去除水分。

步骤24、将处理后的玉米芯废渣物料进行纤维素酶解糖化，Cellic CTec2纤维素酶，酶添加量：12mg/g（酶蛋白/纤维素），固含量：15%，酶解时间：72h。测定酶解后的纤维素转化率，得到如图2所示的试验结果。

从图2可以看出，在0.5M浓度的碳酸钠溶液进行预处理下，玉米芯废渣酶解72h纤维素转化率可以达到85%左右，相比较未处理物料提高了15~18%。利用碳酸钠溶液进行预处理，玉米芯废渣酶解效果提高明显。

实施例3

本发明的利用碳酸盐产CO2爆破预处理酸性玉米芯废渣的方法的第三个实施例，目的是验证本发明方法预处理玉米芯废渣酸残留情况。该实施例包括如下步骤：

步骤31、取1kg玉米芯废渣置于10L可密封的容器中，同时按照固液比1：6向压力容器中加入0.5M的碳酸钠溶液。

步骤32、将压力容器重新密封，加热，压力控制在0.15Mpa，温度控制在110℃，持续10min。

步骤33、保温结束后迅速打开气阀放气，物料进行压滤去除水分。

步骤34、将处理后的玉米芯废渣物料进行纤维素酶解糖化，Cellic CTec2纤维素酶，酶添加量：12mg/g（酶蛋白/纤维素），固含量：15%，酶解时间：72h。测试酶解糖化过程中体系pH的情况，以玉米芯废渣原料直接酶解做对比，得到如图3所示的试验结果。

从图3可以看出，物料酶解的初始调节pH值为5.5~6.0，不预处理物料在酶解过程中，pH值持续下降，下降到3.1左右。而预处理后的物料，调节初始pH值到5.5~6.0后，后续pH略有下降，但是都保持在5.0以上，体系pH较为稳定，说明玉米芯废渣空隙中的酸基本被预处理过程去除干净。

实施例4

本发明的利用碳酸盐产CO2爆破预处理酸性玉米芯废渣的方法的第四个实施例，目的是验证本发明方法预处理玉米芯废渣对酶解效果的影响。该实施例包括如下步骤：

步骤41、取1kg玉米芯废渣置于可密封的容器中，同时按照固液比1：6分别向压力容器中加入0.4M的碳酸钠溶液。

步骤42、将压力容器重新密封，加热，压力控制在0.15Mpa，温度控制在120℃，分别持续5min、10min、20min、60min。

步骤43、保温结束后迅速打开气阀放气，物料进行压滤去除水分。

步骤44、将处理后的玉米芯废渣物料进行纤维素酶解糖化，Cellic CTec2纤维素酶，酶添加量：12mg/g（酶蛋白/纤维素），固含量：15%，酶解时间：72h。测定酶解后的纤维素转化率，得到如图4所示的试验结果。

从图4可以看出，不同预处理保温时间对预处理效果及酶解效果有一定影响，结果发现，保温时间需要在10min以上，预处理效果明显。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种利用碳酸盐产CO2爆破预处理酸性玉米芯废渣的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、取玉米芯废渣置于可密封的压力容器中，按照固液比1:5~1:10向压力容器中加入碳酸盐溶液，达到压力容器的装载量为50~70%；碳酸盐溶液的浓度为0.5~2M；

步骤二、迅速将压力容器重新密封，加热，观察压力容器的压力和温度情况，压力控制在0.05~0.2Mpa，温度控制在80~120℃，持续10~30min；

步骤三、保温保压结束后，迅速打开气阀气，将压力容器中的物料压滤去除水分，同时将处理后的玉米芯废渣物料进行纤维素酶解糖化。

2.如权利要求1所述的利用碳酸盐产CO2爆破预处理酸性玉米芯废渣的方法，其特征在于，所述碳酸盐为碳酸钙或碳酸氢钠。

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