專利名稱：將紫莖澤蘭降解成可發酵還原糖的方法
技術領域：
本發明涉及一種使紫莖澤蘭變廢為寶的方法，具體來說是將紫莖澤蘭降解成可發酵還原糖的方法。
背景技術：
鑒于石油資源不足、能源供應短缺、燃料安全和環境污染壓力等問題的存在，發展新型的可再生原料和能源成為趨勢，燃料乙醇以其可再生、無環境污染、可作為機動車燃料使用等優點備受政府和社會重視。然而，傳統的燃料乙醇的生產主要采用淀粉質原料如小麥、玉米、薯干等，或者糖質原料如甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜等，需要消耗大量的農作物，生產成本較高。紫莖澤蘭(Crofton Weed)，多年生草本或亞灌木。植物界里的“殺手”，所到之處寸草不生，牛羊中毒。可進行有性繁殖和無性繁殖，對環境的適應性極強，無論在干旱貧瘠的荒坡隙地、墻頭、巖坎，在石縫里也能生長。為危害極大的外來入侵種，對生物多樣性的破壞極大，在2010年中國西南大旱后瘋長蔓延，威脅到農作物的生長，嚴重影響我國的自然生態和社會經濟安全。至目前為止，在云南省分布面積高達2580萬公頃，80%面積的土地都有紫莖澤蘭分布，其產量高達I億噸以上。而紫莖澤蘭的綜合纖維素含量為51. 81%，其碳水化合物含量較高。利用紫莖澤蘭轉化為糖繼而生產多種化工產品，尤其是生產燃料乙醇，是將其變廢為寶，化害為利的一個良好途徑。紫莖澤蘭中的纖維素主要由纖維素、半纖維素和木質素組成，纖維素、半纖維素降解成可還原糖；木質素轉化為化工原料和能源是高值化利用植物秸桿的理想途徑之一。而且，若想利用植物秸桿為原料來生產燃 料乙醇，必然需要將秸桿中的木質纖維素、尤其是其中的纖維素降解為可用來生產乙醇的還原糖。現有技術中未見有關將紫莖澤蘭等綜合纖維素含量較高的材料降解成可發酵還原糖的方法的報道。傳統的例如稻草、麥桿等木質纖維素降解工藝和缺點在崔永強等，木質纖維素為原料的燃料乙醇發酵技術研究進展[J].化工進展，2010年第29卷第10期1868-1875頁，有較為詳盡的分析和對比。大體可分為兩種一種是將木質纖維素經過濃酸、濃堿或稀酸、稀堿，經高溫、高壓、微波、超聲波和蒸汽爆破等預處理后再經水解或酶解得到還原糖，該方法存在著酸堿用量大而回收率低、回收裝置價格昂貴、環境污染嚴重、能耗高、操作工藝安全性差等缺點；另一種是直接用纖維素酶制劑降解成還原糖，此法存在著纖維素酶的用量大、成本高、酶解效率低等缺點。除此之外，經過這些傳統方法處理得到的還原糖不能直接用于乙醇的發酵生產，還需要對處理液進行沉淀，萃取等方法處理后才能繼續后續的糖化發酵生產乙醇的工序。也就是說現有技術中也沒有適當的工藝技術可供參考。

發明內容
本發明的目的是提供一種用較少量的稀酸和較少量的纖維素酶將紫莖澤蘭降解成可發酵還原糖的方法，用本方法處理得到的還原糖不需任何處理可直接用于乙醇的發酵生產。為實現上述目的，本發明提供了將紫莖澤蘭降解成可發酵還原糖的方法，其特征在于先向紫莖澤蘭中加入緩沖液；再以緩沖液的用量為基準，按每50ml緩沖液中加入
I 7ml濃度為O. 005 O. 10mol/L的Hcl溶液預處理5 180min,得到處理反應液；最后向所述處理反應液中加入纖維素酶進行降解。優選地，所述緩沖液的用量與稻桿重量的液固比為6 20 :1。更優選地，所述緩沖液的用量與稻桿重量的液固比為10 20 :1。優選地，所述緩沖液為磷酸、醋酸、檸檬酸鈉或檸檬酸緩沖液，所述緩沖液的pH值為 4. 5 5. 5。 優選地，所述纖維素酶的用量為1. 5 4. 5FPU/g秸桿重量。因為商品酶的活性不一致，所以所加入的商品酶的重量則沒有固定參數。優選地，所述降解過程的溫度為28 45°C，降解時間為6 72h。更優選地，所述降解時間為12 60h。優選地,所述預處理時間為60 180min。為了使紫莖澤蘭中的木質纖維素降解得更充分，優選先將紫莖澤蘭曬干到恒重并經機械粉碎到30-100目的細度。干燥恒重是便于更粉碎也是便于與其它物料配比，細度只要達到30目就能保證降解的效率和速度，理論上來說越細越好，但從經濟性考慮，在30-100目較佳。為了使預處理和降解反應更充分、更均勻，優選保持整個反應過程在搖床中進行，所述搖床的轉速為50 135r/min。本發明的有益效果1、實現了將對生物多樣性造成危害、嚴重影響生態安全和社會經濟的外來有害入侵物種紫莖澤蘭降解成可發酵還原糖的目的，使其能夠成為生物乙醇制備中的有用原料，使其在生物燃料等多領域實現科學利用。2、本發明提供的將紫莖澤蘭降解成可發酵還原糖的方法雖然本質上也是將木質纖維素降解成可發酵還原糖，但其與現有技術中的降解木質纖維素的方法相比，使用了較少量的稀酸和較少量的纖維素酶，纖維素酶的用量最低至1. 5FPU/g底物，低于實施工業化估算的酶最低用量標準。3、經實驗證明采用本發明提供的方法降解紫莖澤蘭后得到的糖化液中可發酵還原糖重量占紫莖澤蘭總重量的40%左右，而紫莖澤蘭中的總纖維素含量占總質量的理論值為50%左右，由此可知，紫莖澤蘭中總纖維素的糖化率達到了 80%左右，說明糖化充分，并且該糖化率明顯高于現有技術的纖維素糖化率。4、用本發明提供的方法處理得到的還原糖不需任何處理可直接用于乙醇的發酵生產，而無需傳統預處理后的后續工序，減少了工序，縮短了時間，能大大降低成本。5、綜上本發明提供的將紫莖澤蘭降解成可發酵還原糖的方法較現有技術中的降解木質纖維素的方法更簡單、更環保、更有效、更降低能耗、更節約能源、更省時間、成本更低。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明做進一步的詳細說明，本發明并不局限于以下實施例。實施例將紫莖澤蘭曬干后稱重，并經機械粉碎成30目的紫莖澤蘭粉，無需過篩，向上述紫莖澤蘭粉中按固液比為1: 6 20的配比加入磷酸緩沖液，再以緩沖液的用量為基準，按每50ml緩沖液中加入I 7ml濃度為O. 10mol/L的HCl溶液預處理5 180min,得到處理反應液；纖維素酶選用市售商品酶，纖維素酶按1. 5 4. 5FPU/g紫莖澤蘭重量加入上述處理反應液中進行降解，保持降解過程的溫度為28 45°C，降解時間為6 72h。預處理和降解的整個反應過程在搖床中進行，保持搖床的轉速為lOOr/min。實施例的具體實驗數據見表1:表I
權利要求
1.一種將紫莖澤蘭降解成可發酵還原糖的方法，其特征在于先向紫莖澤蘭中加入緩沖液；再以緩沖液的用量為基準，按每50ml緩沖液中加入I 7ml濃度為O. 005 O.1OmoI/L的HCl溶液預處理5 180min，得到處理反應液；最后向所述處理反應液中加入纖維素酶進行降解。
2.根據權利要求1所述的將紫莖澤蘭降解成可發酵還原糖的方法，其特征在于所述緩沖液的用量與紫莖澤蘭重量的液固比為6 20 I。
3.根據權利要求1所述的將紫莖澤蘭降解成可發酵還原糖的方法，其特征在于所述緩沖液的用量與紫莖澤蘭重量的液固比為10 20 I。
4.根據權利要求1所述的將紫莖澤蘭降解成可發酵還原糖的方法，其特征在于所述緩沖液為磷酸、醋酸、檸檬酸鈉或檸檬酸緩沖液，所述緩沖液的PH值為4. 5 5. 5。
5.根據權利要求1所述的將紫莖澤蘭降解成可發酵還原糖的方法，其特征在于所述纖維素酶的用量為1. 5 4. 5FPU/g秸桿重量。
6.根據權利要求1所述的將紫莖澤蘭降解成可發酵還原糖的方法，其特征在于所述降解過程的溫度為28 45°C，降解時間為6 72h。
7.根據權利要求6述的將紫莖澤蘭降解成可發酵還原糖的方法，其特征在于所述降解時間為12 60h。
8.根據權利要求1所述的將紫莖澤蘭降解成可發酵還原糖的方法，其特征在于所述預處理時間為60 180min。
9.根據權利要求1所述的將紫莖澤蘭降解成可發酵還原糖的方法，其特征在于所述紫莖澤蘭在加入緩沖液前先曬干并粉碎到30-100目的細度。
10.根據權利要求1所述的將紫莖澤蘭降解成可發酵還原糖的方法，其特征在于所述預處理和所述降解的反應過程在搖床中進行，所述搖床的轉速為50 135r/min。
全文摘要
將紫莖澤蘭降解成可發酵還原糖的方法，本發明涉及一種使紫莖澤蘭變害為利的方法。本發明的目的是提供一種用較少量的稀酸和較少量的纖維素酶將秸稈類纖維素降解成可發酵還原糖的方法，其特征在于先向紫莖澤蘭中加入緩沖液；再以緩沖液的用量為基準，按每50ml緩沖液中加入1～7ml濃度為0.005～0.10mol/L的HCl溶液預處理5～180min，得到處理反應液；最后向所述處理反應液中加入纖維素酶進行降解。用本方法處理得到的還原糖不需任何處理可直接用于乙醇的發酵生產。
文檔編號C12P19/14GK103031344SQ201210054960
公開日2013年4月10日 申請日期2012年3月5日 優先權日2012年3月5日
發明者朱靜, 長浜憲孜, 長浜義典 申請人:朱靜, 有限會社長浜商店