專利名稱：一種將木糖渣或糠醛渣高效糖化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種將木糖渣或糠醛渣 高效糖化的方法。
背景技術(shù)：
木糖主要以多糖的形態(tài)存在于植物中，特別是在玉米的穗軸、秸 稈、棉桃的外皮等農(nóng)產(chǎn)品廢棄物中的含量很多。由于木糖攝入人體后 不被消化吸收，沒有能量值且能最大限度地滿足愛吃甜品者的需求， 另外還能改善人體的微生物環(huán)境，活化人體腸道內(nèi)的雙岐桿菌并促其 生長，因此近年來被廣泛用于食品、飲料中作為無熱量甜味劑，是符 合當(dāng)今社會潮流，適用于肥胖及糖尿病患者的甜味劑。但是在利用生 物質(zhì)原料生產(chǎn)木糖和木糖醇等產(chǎn)品的同時會產(chǎn)生大量殘?jiān)茨咎?渣。
糠醛是一種重要的化工原料，以農(nóng)副產(chǎn)品下腳料為原料。我國是 糠醛的主要生產(chǎn)國和主要出口國之一。在糠醛生產(chǎn)(蒸煮水解)過程
中，伴有大量糠醛廢渣產(chǎn)生，每噸糠醛產(chǎn)品排出10噸以上殘?jiān)?，我?br> 每年排放糠醛廢渣近三千萬噸。
隨著人類社會越來越多的利用生物質(zhì)資源，木糖渣和糠醛渣等木 質(zhì)纖維素類原料加工處理過程中產(chǎn)生的生物質(zhì)廢渣的排放量也曰益 增多，如隨意堆積或挖坑傾倒廢棄，不但會造成二次揚(yáng)塵和環(huán)境污染， 還造成對資源的極大浪費(fèi)。木糖渣和糠醛渣等木質(zhì)纖維素類原料加工 處理過程中產(chǎn)生的生物質(zhì)廢渣中含有大量纖維素，可以用來發(fā)酵生產(chǎn) 糖類，但如果直接釆用木糖渣和糠醛渣等生物質(zhì)廢棄物水解制糖，由
于廢渣中含有26%左右的木質(zhì)素及8%左右的半纖維素，造成酶解時底 物濃度受到限制，得到的糖液濃度低，雜糖含量多，總糖濃度約在8%左右，葡萄糖純度僅在77%左右，糖液難以滿足其它發(fā)酵工藝的要求;
同時由于木質(zhì)素的存在，影響了纖維素酶的使用效果，造成酶用量增 大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種將木糖渣或糠醛渣等生物質(zhì)廢棄物高 效糖化的方法，減少纖維素酶用量，提高酶解糖液的濃度。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種將木糖渣或糠醛渣等生物質(zhì)廢 棄物高效糖化的方法，其對木糖渣或糠醛渣等生物質(zhì)廢棄物進(jìn)行汽爆 處理，然后收集汽爆后的物料并進(jìn)行固液分離，再對分離所得固相進(jìn) 行酶解糖化。
所述木糖渣或糠醛渣等生物質(zhì)廢棄物的含水量為0-90%。
所述木糖渣或糠醛渣等生物質(zhì)廢棄物的含水量優(yōu)選為60-80%。
所述木糖渣或糠醛渣等生物質(zhì)廢棄物優(yōu)選為玉米芯稀酸水解固 液分離后的固體渣。
所述木糖渣或糠醛渣等生物質(zhì)廢棄物優(yōu)選為甘蔗渣稀酸水解固 液分離后的固體渣。
所述汽爆為在1-20分鐘內(nèi)升溫至170-240"C,保溫l-30分鐘后，瞬 間減壓釋放。
所述汽爆的升溫時間優(yōu)選為l-2分鐘。
所述汽爆的保溫溫度優(yōu)選為190-220°C 。
所述汽爆的保溫時間優(yōu)選為2-15分鐘。
所述酶解為加入纖維素酶20-30FPIU/g底物，在pH值為4.6-5.0， 溫度為46-5(TC的條件下酶解24-72小時。
本發(fā)明方法對木糖渣或糠醛渣等生物質(zhì)廢棄物進(jìn)行汽爆處理后 再酶解，汽爆處理能夠破壞纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，增加纖維素的比表面 積，同時降低木質(zhì)素的含量，使纖維素的含量相對提高，從而有效降 低酶解糖化時所需的纖維素酶用量，提高酶解效率，減小酶解周期，
4同時提高酶解液中的糖濃度，總糖濃度可達(dá)到15%以上。因此本發(fā)明 方法能夠降低對木糖渣或糠醛渣等生物質(zhì)廢棄物進(jìn)行酶解和糖濃縮 的成本，促進(jìn)對該類生物質(zhì)廢棄物的工業(yè)化回收和再利用，有利于環(huán) 境保護(hù)，在較大程度上節(jié)約了資源。
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。 下述實(shí)施例中所用的纖維素酶均為無錫杰能科生物工程有限公 司生產(chǎn)的纖維素酶。 實(shí)施例l
在汽爆機(jī)內(nèi)加入含水量為70%的木糖渣(玉米芯稀酸水解后的固 體殘?jiān)?，打開蒸汽閥快速升溫到20(TC,升溫時間為l分鐘，在200'C 保溫15分鐘后，關(guān)閉蒸汽閩，打開汽爆機(jī)汽爆快開閥將物料瞬間釋放 出。收集汽爆處理后的物料經(jīng)離心分離，所得固相加入相同重量的水 用酸調(diào)節(jié)pH到4.8，調(diào)節(jié)溫度到5(TC，然后加入纖維素酶，用酶量為 30FPIU/克底物(以干重計(jì))，攪拌轉(zhuǎn)速100rpm/min,酶解時間控制在 24小時。每12小時取樣一次，利用DNS法測酶解液中的總糖濃度，利 用高效液相色譜法測酶解液中的葡萄糖及木糖濃度。所得酶解液中總 還原糖濃度為15.6%，酶解得率為87.8%。
實(shí)施例2
在汽爆機(jī)內(nèi)加入含水量為60%的木糖渣(玉米芯稀酸水解后的固 體殘?jiān)?，打開蒸汽閩快速升溫到19(TC，升溫時間為2分鐘，保溫IO 分鐘后，關(guān)閉蒸汽閥，打開汽爆機(jī)汽爆快開閥將物料瞬間釋放出。收 集汽爆處理后的物料經(jīng)離心分離，所得固相加入容器中，同時加入相 同重量的水，用酸調(diào)節(jié)pH到4.6,調(diào)節(jié)溫度到46。C,然后加入纖維素 酶，用酶量為20FPIU/克底物(以干重計(jì))，攪拌轉(zhuǎn)速100rpm/min，酶 解時間控制在72小時。每12小時取樣一次，利用DNS法測酶解液中的 總糖濃度，利用高效液相色譜法測酶解液中的葡萄糖及木糖濃度。所得酶解液中總還原糖濃度為14.3%，酶解得率為85.6%。 實(shí)施例3
在汽爆機(jī)內(nèi)加入含水量為80%的木糖渣，打開蒸汽閥快速升溫到 220°C，升溫時間為2分鐘，保溫2分鐘后，關(guān)閉蒸汽閥，打開汽爆機(jī) 汽爆快開閥將物料瞬間釋放出。收集汽爆處理后的物料經(jīng)離心分離， 所得固相加入容器中，同時加入相同重量的水，用酸調(diào)節(jié)pH到5.0， 調(diào)節(jié)溫度到48t:,然后加入纖維素酶，用酶量為25FPIU/克底物(以 干重計(jì))，攪拌轉(zhuǎn)速100rpm/min,酶解時間控制在64小時。每12小時 取樣一次，利用DNS法測酶解液中的總糖濃度，利用高效液相色譜法 測酶解液中的葡萄糖及木糖濃度。所得酶解液中總還原糖濃度為 15.7%，酶解得率為88.1%。
在汽爆機(jī)內(nèi)加入含水量為30%的糠醛渣(玉米芯稀酸水解后的固 體殘?jiān)?，打開蒸汽閩快速升溫到24(TC,升溫時間為5分鐘，保溫IO 分鐘后，關(guān)閉蒸汽閥，打開汽爆機(jī)汽爆快開閥將物料瞬間釋放出。收 集汽爆處理后的物料經(jīng)離心分離，所得固相加入容器中，同時加入相 同重量的水，用酸調(diào)節(jié)pH到4.8,調(diào)節(jié)溫度到48'C,然后加入纖維素 酶，用酶量為25FPIU/克底物(以干重計(jì))，攪拌轉(zhuǎn)速100rpm/min，酶 解時間控制在48小時。每12小時取樣一次，利用DNS法測酶解液中的 總糖濃度，利用高效液相色譜法測酶解液中的葡萄糖及木糖濃度。所 得酶解液中總還原糖濃度為14.7%，酶解得率為86.6%。
實(shí)施例5
在汽爆機(jī)內(nèi)加入含水量為70%的木糖渣(甘蔗渣稀酸水解后的固 體殘?jiān)?，打開蒸汽闊快速升溫到21(TC,升溫時間為2分鐘，保溫5 分鐘后，關(guān)閉蒸汽閥，打開汽爆機(jī)汽爆快開閥將物料瞬間釋放出。收 集汽爆處理后的物料經(jīng)離心分離，所得固相加入容器中，同時加入相 同重量的水，用酸調(diào)節(jié)pH到4.8,調(diào)節(jié)溫度到5(TC,然后加入纖維素
6酶，用酶量為30FPIU/克底物(以干重計(jì))，攪拌轉(zhuǎn)速100rpm/min,酶 解時間控制在72小時。每12小時取樣一次，利用DNS法測酶解液中的 總糖濃度，利用高效液相色譜法測酶解液中的葡萄糖及木糖濃度。所 得酶解液中總還原糖濃度為15.6%，酶解得率為86.9%。 實(shí)施例6
在汽爆機(jī)內(nèi)加入含水量為90%的木糖渣(甘蔗渣稀酸水解后的固 體殘?jiān)?，打開蒸汽閥快速升溫到20(TC，升溫時間為10分鐘，保溫15 分鐘后，關(guān)閉蒸汽閥，打開汽爆機(jī)汽爆快開閥將物料瞬間釋放出。收 集汽爆處理后的物料經(jīng)離心分離，所得固相加入容器中，同時加入相 同重量的水，用酸調(diào)節(jié)pH到4.8,調(diào)節(jié)溫度到5(TC,然后加入纖維素 酶，用酶量為25FPIU/克底物(以干重計(jì))，攪拌轉(zhuǎn)速100rpm/min，酶 解時間控制在48小時。每12小時取樣一次，利用DNS法測酶解液中的 總糖濃度，利用高效液相色譜法測酶解液中的葡萄糖及木糖濃度。所 得酶解液中總還原糖濃度為14.9%，酶解得率為85.5%。
實(shí)施例7
在汽爆機(jī)內(nèi)加入含水量為70%的糠醛渣(甘蔗渣稀酸水解后的固 體殘?jiān)?，打開蒸汽閥快速升溫到20(TC，升溫時間為2分鐘，保溫IO 分鐘后，關(guān)閉蒸汽閥，打開汽爆機(jī)汽爆快開閥將物料瞬間釋放出。收 集汽爆處理后的物料經(jīng)離心分離，所得固相加入容器中，同時加入相 同重量的水，用酸調(diào)節(jié)pH到4.8,調(diào)節(jié)溫度到5(TC，然后加入纖維素 酶，用酶量為30FPIU/克底物(以干重計(jì))，攪拌轉(zhuǎn)速100rpm/min,酶 解時間控制在56小時。每12小時取樣一次，利用DNS法測酶解液中的 總糖濃度，利用高效液相色譜法測酶解液中的葡萄糖及木糖濃度。所 得酶解液中總還原糖濃度為15.6%,酶解得率為86.7%。
實(shí)施例8
在汽爆機(jī)內(nèi)加入含水量為O的木糖渣(玉米芯稀酸水解后的固體 殘?jiān)?，打開蒸汽閩快速升溫到17(TC,升溫時間為20分鐘，保溫30分鐘后，關(guān)閉蒸汽閩，打開汽爆機(jī)汽爆快開閥將物料瞬間釋放出。收 集汽爆處理后的物料經(jīng)離心分離，所得固相加入容器中，同時加入相
同重量的水，用酸調(diào)節(jié)pH到4.8，調(diào)節(jié)溫度到50'C，然后加入纖維素 酶，用酶量為30FPIU/克底物(以干重計(jì))，攪拌轉(zhuǎn)速100rpm/min,酶 解時間控制在72小時。每12小時取樣一次，利用DNS法測酶解液中的 總糖濃度，利用高效液相色譜法測酶解液中的葡萄糖及木糖濃度。所 得酶解液中總還原糖濃度為14.7%,酶解得率為83.3%。 實(shí)施例9
將含水量為70%的木糖渣(同實(shí)施例5)加入容器中，同時加入 相同重量的水，用酸調(diào)節(jié)pH到4.8，調(diào)節(jié)溫度到5(TC,然后加入纖維 素酶，用酶量為30FPIU/克底物(以干重計(jì))，攪拌轉(zhuǎn)速100rpm/min， 酶解時間控制在72小時。每12小時取樣一次，利用DNS法測酶解液中 的總糖濃度，利用高效液相色譜法測酶解液中的葡萄糖及木糖濃度。 所得酶解液中總還原糖濃度為11.7%，酶解得率為76.6%。
實(shí)施例5和實(shí)施例9對相同的木糖渣原料進(jìn)行酶解的條件相同，實(shí) 施例9直接對木糖渣進(jìn)行酶解處理，而實(shí)施例5在酶解前對木糖渣進(jìn)行 了汽爆處理，其最終所得酶解液中總還原糖的濃度比實(shí)施例9提高了 33%。將實(shí)施例1和實(shí)施例9進(jìn)行對比，也不難發(fā)現(xiàn)，實(shí)施例l由于對 木糖渣原料進(jìn)行了汽爆處理，雖然其酶解時間(24小時)僅為實(shí)施例 9中酶解時間(72小時)的1/3，但所得酶解液中的總還原糖濃度仍顯 著高于實(shí)施例9?？梢娖幚砟軌蛱岣吣咎窃愒系拿附庑屎?所得糖液的總糖濃度。
權(quán)利要求
1、一種將木糖渣或糠醛渣糖化的方法，其特征在于對木糖渣或糠醛渣進(jìn)行汽爆處理，然后收集汽爆后的物料并進(jìn)行固液分離，再對分離所得固相進(jìn)行酶解糖化。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述木糖渣或糠醛渣的 含水量為0-90%。
3、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述木糖渣或糠醛渣 的含水量為60-80%。
4、 如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述木糖渣 或糠醛渣為甘蔗渣稀酸水解固液分離后的固體渣。
5、 如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述木糖渣 或糠醛渣為玉米芯稀酸水解固液分離后的固體渣。
6、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述汽爆為在1-20分 鐘內(nèi)升溫至170-240°C，保溫l-30分鐘后，瞬間減壓釋放。
7、 如權(quán)利要求1或6所述的方法，其特征在于所述汽爆為在1-2 分鐘內(nèi)升溫至190-220°C，保溫2-15分鐘后，瞬間減壓釋放。
8、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述酶解為加入纖維 素酶20-30FPIU/g底物，在pH值為4.6-5.0，溫度為46-5(TC的條件下 酶解24-72小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種將木糖渣或糠醛渣等生物質(zhì)廢棄物高效糖化的方法，其對木糖渣或糠醛渣等生物質(zhì)廢棄物進(jìn)行汽爆處理，然后收集汽爆后的物料并進(jìn)行固液分離，再對分離所得固相進(jìn)行酶解糖化。本發(fā)明方法采用汽爆處理破壞纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，增加纖維素的比表面積，同時降低木質(zhì)素的含量，從而降低木質(zhì)纖維素類原料糖化時的纖維素酶用量，提高酶解效率，增加所得酶解液中的糖濃度，有效降低利用木質(zhì)纖維素類原料酶解和糖濃縮的成本，能夠促進(jìn)對該類生物質(zhì)廢棄物的工業(yè)化回收和再利用，有利于保護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源。
文檔編號C12P19/00GK101619333SQ20091009050
公開日2010年1月6日 申請日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月13日
發(fā)明者尚海濤, 李榮杰, 薛培儉, 黃之文 申請人:安徽豐原發(fā)酵技術(shù)工程研究有限公司