專利名稱：一種棉桿水解液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種棉桿水解液及其制備方法。
背景技術(shù)：
我國為全球最大棉花需求和進(jìn)口國，新疆是我國的主要產(chǎn)棉地區(qū)，2005年，僅新疆棉花種植面積就達(dá)1721萬畝，棉花產(chǎn)量為180萬噸，棉花秸桿產(chǎn)量約650萬噸。2011年我國棉花產(chǎn)量約為660萬噸，相應(yīng)產(chǎn)生了約1900萬噸棉花秸桿。棉桿是棉花生產(chǎn)的主要副產(chǎn)品之一，主要成分包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、蛋白質(zhì)、果膠等。大量的棉桿被廢棄，造成了極大的資源浪費(fèi)。隨著我國可再生能源法的頒布實(shí)施，生物質(zhì)能的利用必將受到全社會(huì)的重視。開發(fā)利用棉花秸桿符合國家產(chǎn)業(yè)政策，對調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，增加農(nóng)民收入具有現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益明顯，發(fā)展前景十分廣闊。如何合理有效地將這些棉花秸桿開發(fā)利用成可再生能源，對發(fā)展我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，加快新農(nóng)村建設(shè)將起到積極的推動(dòng)作用。棉桿的利用方式主要有燃燒產(chǎn)能、制造纖維板，也有利用棉桿水解制糖的報(bào)道。棉桿水解制糖主要采用的是酸法水解或者酶法水解，酸法水解處理糖得率較低，副產(chǎn)物多且糖液后處理成本高，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。酶法具有條件溫和、反應(yīng)專一等優(yōu)點(diǎn)，但由于棉桿等生物質(zhì)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，直接酶解轉(zhuǎn)化率低，酶加量高，導(dǎo)致成本較高。因此，在酶解前必須對棉桿進(jìn)行預(yù)處理。目前，關(guān)于玉米秸桿預(yù)處理的相關(guān)報(bào)道較多，但關(guān)于棉桿預(yù)處理的研究較少。堿處理棉桿轉(zhuǎn)化率低，而且微波處理也不利于工業(yè)放大。酸處理轉(zhuǎn)化率較高，但是試劑用量大，成本高，操作中產(chǎn)生的二氧化硫?qū)Νh(huán)境的污染大，且獲得糖液中鹽濃度高，也不利于發(fā)酵進(jìn)行。因此建立一種對環(huán)境污染小的、可獲得高轉(zhuǎn)化率的制備方法顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種棉桿水解液及其制備方法。該方法制備的棉桿水解液，葡萄糖濃度可達(dá)到40g/L以上，棉桿的酶水解轉(zhuǎn)化率可達(dá)70%以上。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案:本發(fā)明提供了一種棉桿水解液，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，包括88 90%葡萄糖，2 3%葡寡糖，1.4 1.5%纖維二糖，0.4 0.5%木糖，1.3 1.4%甘露糖，0.9 0.98%酚類物質(zhì)，0.6 0.65%蛋白，0.8 0.85%乳酸，余量為灰分。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，本發(fā)明提供的一種棉桿水解液以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，包括88.5%葡萄糖，2.5%葡寡糖，1.44%纖維二糖，0.44%木糖，1.33%甘露糖，0.97%酚類物質(zhì)，0.64%蛋白，0.83%乳酸和2.64%灰分。本發(fā)明還提供了一種棉桿水解液的制備方法，包括如下步驟:步驟1:取棉桿粉碎后，與過量的浸泡液混合后于50 100°C浸泡30 60min后獲得第一混合物，干燥后獲得第二混合物，控制第二混合物中的水分含量為50 75%，即固形物含量為25 50% ;浸泡液為酸或堿；步驟2:取第二混合物在180 21 (TC的條件下蒸汽爆破5 15min，洗滌后，與纖維素酶混合后酶解、過濾，收集濾液，即得。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，以g/mL計(jì)，步驟I中棉桿與浸泡液的質(zhì)量體積比為1:3 10。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，步驟I中浸泡液的濃度為I 4%。在本發(fā)明的一些實(shí)施 例中，步驟I中浸泡液為硫酸水溶液或氫氧化鈉水溶液。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，步驟2中洗滌具體為采用循環(huán)水洗滌，去除氣爆過程中產(chǎn)生的發(fā)酵抑制物，同時(shí)洗至pH值為5 7。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，步驟2中纖維素酶的酶活為1500 2000U/g。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，步驟2中纖維素酶占第二混合物中纖維素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)至少為4.0%。在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中，步驟2中纖維素酶占第二混合物中纖維素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為4.0 7.0%。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，步驟2中酶解具體為于50 60°C的條件下酶解72 120h。本發(fā)明還提供了上述制備方法制得的棉桿水解液；制備方法為取棉桿粉碎后，與過量的浸泡液混合后于50 100°C浸泡30 60min后獲得第一混合物，干燥后獲得第二混合物，控制第二混合物中的水分含量為50 75% ;浸泡液為酸或堿；取第二混合物在180 210°C的條件下蒸汽爆破5 15min，洗滌后，與纖維素酶混合后酶解、過濾，收集濾液，即得。作為優(yōu)選，步驟I中棉桿與浸泡液的質(zhì)量體積比為1:3 10。作為優(yōu)選，步驟I中浸泡液的濃度為I 4%。作為優(yōu)選,步驟I中浸泡液為硫酸水溶液或氫氧化鈉水溶液。作為優(yōu)選，步驟2中洗滌具體為采用循環(huán)水洗滌，去除氣爆過程中產(chǎn)生的發(fā)酵抑制物，同時(shí)洗至pH值為5 7。作為優(yōu)選，步驟2中纖維素酶的酶活為1500 2000U/g。作為優(yōu)選，步驟2中纖維素酶占第二混合物中纖維素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)至少為4.0%。更優(yōu)選的，步驟2中纖維素酶占第二混合物中纖維素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為4.0 7.0%。作為優(yōu)選，步驟2中酶解具體為于50 60°C的條件下酶解72 120h。本發(fā)明提供的制備方法酸或堿結(jié)合蒸汽爆破及酶解條件制備棉桿水解液，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):1、與堿預(yù)處理或堿微波預(yù)處理相比，棉桿的酶水解轉(zhuǎn)化率高，易于工業(yè)化應(yīng)用；2、與酸預(yù)處理相比，化學(xué)試劑用量小，污染小，不會(huì)產(chǎn)生二氧化硫等有毒氣體，處理成本低；3、水解液中鹽離子濃度低，葡萄糖含量高，雜質(zhì)少。本發(fā)明提供的制備方法制得的棉桿水解液中，葡萄糖濃度可達(dá)到40g/L以上，棉桿的酶水解轉(zhuǎn)化率可達(dá)70%以上，有效解決了農(nóng)業(yè)廢棄物資源浪費(fèi)，為棉桿的資源化利用開辟了新的途徑，具有良好的工業(yè)化應(yīng)用前景。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開了一種棉桿水解液及其制備方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以借鑒本文內(nèi)容，適當(dāng)改進(jìn)工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)。特別需要指出的是，所有類似的替換和改動(dòng)對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發(fā)明。本發(fā)明的方法及應(yīng)用已經(jīng)通過較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述，相關(guān)人員明顯能在不脫離本發(fā)明內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對本文所述的方法和應(yīng)用進(jìn)行改動(dòng)或適當(dāng)變更與組合，來實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)。本發(fā)明提供的棉桿水解液及其制備方法中所用的試劑和纖維素酶均可由市場購得；其中纖維素酶購自諾維信(中國)生物技術(shù)有限公司。下面結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明:實(shí)施例1棉桿水解液的制備取棉桿IOKg,粉碎機(jī)粉碎至粒徑0.5 Icm備用。稱取400g棉桿顆粒,按固液比1:6加入濃度為1.2%的稀硫酸，放入60°C水浴鍋中，浸泡50min后取出，擠干至固形物含量為30%，放入氣爆罐中，195°C條件下氣爆lOmin，然后采用循環(huán)水洗氣爆物料pH至5.0，根據(jù)纖維素含量添加纖維素酶，酶加量占纖維素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5.5%，加入酶解罐中50°C條件下酶解72h，酶解結(jié)束后抽濾獲得水解液，葡萄糖濃度可達(dá)40g/L，棉桿的酶水解轉(zhuǎn)化率為70%。實(shí)施例2棉桿水解液的制備取棉桿IOKg,粉碎機(jī)粉碎至粒徑0.5 Icm備用。稱取400g棉桿顆粒,按固液比1:8加入濃度為2.8%的稀硫酸，放入80°C水浴鍋中，浸泡30min后取出，擠干至固形物含量為40%，放入氣爆罐中，204°C條件下氣爆13min，然后采用循環(huán)水洗氣爆物料pH至6.0，根據(jù)纖維素含量添加纖維素酶，酶加量占纖維素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為4.0%，加入酶解罐中50°C條件下酶解120h，酶解結(jié)束后抽濾獲得水解液，葡萄糖濃度可達(dá)50g/L，棉桿的酶水解轉(zhuǎn)化率為80%。 實(shí)施例3棉桿水解液的制備取棉桿IOKg,粉碎機(jī)粉碎至粒徑0.5 Icm備用。稱取400g棉桿顆粒,按固液比1:10加入濃度為4%的氫氧化鈉，放入90°C水浴鍋中，浸泡60min后取出，擠干至固形物含量為40%，放入氣爆罐中，204°C條件下氣爆7min，然后采用循環(huán)水洗氣爆物料pH至7.0，根據(jù)纖維素含量添加纖維素酶，酶加量占纖維素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為6.2%，加入酶解罐中50°C條件下酶解120h，酶解結(jié)束后抽濾獲得水解液，葡萄糖濃度可達(dá)45g/L，棉桿的酶水解轉(zhuǎn)化率為 75%。實(shí)施例4棉桿水解液的制備取棉桿IOKg,粉碎機(jī)粉碎至粒徑0.5 Icm備用。稱取400g棉桿顆粒,按固液比1:3加入濃度為1%的氫氧化鈉，放入100°C水浴鍋中，浸泡30min后取出，擠干至固形物含量為50%，放入氣爆罐中，180°C條件下氣爆15min，然后采用循環(huán)水洗氣爆物料pH至7.0，根據(jù)纖維素含量添加纖維素酶，酶加量占纖維素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為4.0%，加入酶解罐中55°C條件下酶解100h，酶解結(jié)束后抽濾獲得水解液，葡萄糖濃度可達(dá)40g/L，棉桿的酶水解轉(zhuǎn)化率為 70%ο實(shí)施例5棉桿水解液的制備取棉桿IOKg,粉碎機(jī)粉碎至粒徑0.5 Icm備用。稱取400g棉桿顆粒,按固液比1:5加入濃度為4%的稀硫酸，放入50°C水浴鍋中，浸泡40min后取出，擠干至固形物含量為25%，放入氣爆罐中，210°C條件下氣爆5min，然后采用循環(huán)水洗氣爆物料pH至5.0，根據(jù)纖維素含量添加纖維素酶，酶加量占纖維素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為7.0%，加入酶解罐中58°C條件下酶解90h，酶解結(jié)束后抽濾獲得水解液，葡萄糖濃度可達(dá)53g/L，棉桿的酶水解轉(zhuǎn)化率為83%。 以上所述 僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種棉桿水解液，其特征在于，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，包括88 90%葡萄糖，2 3%葡寡糖，1.4 1.5%纖維二糖，0.4 0.5%木糖，1.3 1.4%甘露糖，0.9 0.98%酚類物質(zhì)，0.6 0.65%蛋白，0.8 0.85%乳酸，余量為灰分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的棉桿水解液，其特征在于，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，包括88.5%葡萄糖，2.5%葡寡糖，1.44%纖維二糖，0.44%木糖，1.33%甘露糖，0.97%酚類物質(zhì)，0.64%蛋白，0.83%乳酸和2.64%灰分。
3.一種棉桿水解液的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1:取棉桿粉碎后，與過量的浸泡液混合后于50 100°C浸泡30 60min后獲得第一混合物，干燥后獲得第二混合物，所述第二混合物中的水分含量為50 75% ;所述浸泡液為酸或堿； 步驟2:取所述第二混合物在180 210°C的條件下蒸汽爆破5 15min，洗滌后，與纖維素酶混合后酶解、過濾，收集濾液，即得。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，以g/mL計(jì)，步驟I中所述棉桿與所述浸泡液的質(zhì)量體積比為1:3 10。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟I中所述浸泡液的濃度為I 4% 。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟I中所述浸泡液為硫酸水溶液或氫氧化鈉水溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟2中所述洗滌具體為采用循環(huán)水洗至PH值為5 7。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟2中所述纖維素酶的酶活為1500 2000U/g。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟2中所述纖維素酶占所述第二混合物中纖維素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)至少為4.0%。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟2中所述酶解具體為于50 60°C的條件下酶解72 120h。
11.根據(jù)權(quán)利要求3至10任一項(xiàng)所述的制備方法制得的棉桿水解液。
全文摘要
本發(fā)明涉及生物技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種棉桿水解液及其制備方法。該方法制得的棉桿水解液中，葡萄糖濃度可達(dá)到40g/L以上，棉桿的酶水解轉(zhuǎn)化率可達(dá)70%以上，有效解決了農(nóng)業(yè)廢棄物資源浪費(fèi)，為棉桿的資源化利用開辟了新的途徑，具有良好的工業(yè)化應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C12P19/14GK103146781SQ201310091489
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者李必金, 于宏艷, 葉華, 龔華, 胡征宇 申請人:新疆梅花氨基酸有限責(zé)任公司