一種可實現麥草秸稈高效酶水解轉化的預處理方法
【專利摘要】本發明涉及一種可實現麥草秸稈高效酶水解轉化的預處理方法，步驟如下：將麥草秸稈浸泡后進行螺旋擠壓，加入H2SO4或氫氧化鈉，然后加入蒸餾水，蒸煮、螺旋擠壓機擠壓、恒溫水浴后，進行兩段磨解處理、篩選、酶水解，無菌條件下加入酶液恒溫培養酶解，酶解后即得麥草秸稈水解液。本發明方法充分利用了制漿工業中現有的部分設備，不需要額外投資即可完成預處理工藝，節省了大量的經濟成本，同時也有利于現有工廠與生物質精煉工業的有效融合以發展復合型生物質精煉工業，有利于制漿造紙工業的可持續發展。
【專利說明】一種可實現麥草秸稈高效酶水解轉化的預處理方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于生物質利用的【技術領域】，尤其是一種可實現麥草秸桿高效酶水解轉化的預處理方法。
【背景技術】
[0002]隨著人類社會的飛速發展，自然界中的煤炭、石油、天然氣資源則日益減少，由其使用引發的全球變暖、環境污染等問題及引起的其他環保問題日益突出。對于人類社會而言，尋找和使用綠色、清潔、可再生能源已經迫在眉睫。由此產生了 “生物質精煉(Biorefinery)”的概念，并業已成為世界各國的重要戰略研究方向之一。據預測，到2020年將有50%的有機化學品和材料產自生物質原料，2000-2020年將是世界各國大力發展生物質能源的關鍵時期。預計2020年，我國生物質能的利用量將占到一次能源總消費量的4% ο
[0003]生物質是地球上最豐富的有機能源，是一種取之不盡、用之不竭的可再生能源，是地球上僅次于煤炭、石油和天然氣資源的第四大能源。生物質是人類社會最重要的能量來源，每年的產量達到1700億噸，這些豐富的生物質資源對實現世界經濟的可持續發展、實現環境保護和資源的有效利用具有重要的意義。目前，國內外對生物質資源的利用主要體現在燃料乙醇、生物柴油、生物質電能、沼氣、生物質材料等方面。制漿造紙工業是最早的利用天然纖維素的工業，也是唯一一個集大規模采集、加工和利用生物質原料的工業。將制漿造紙與生物質能源結合，在造紙企業獲得紙漿和紙的同時，還可以生產高附加值的燃料和化學品，如乙醇、碳纖維、聚合物、煤油和生物柴油，這也有利于實現制漿造紙工業的可持續發展。
[0004]我國是農業大國，非木材纖維素類(如麥草、玉米秸桿、蔗渣等)生物質資源相當豐富，據報道，我國各類農作物的秸桿年總產量達7億多噸，其中稻草2.3億噸，玉米桿2.2億噸，豆類和秋雜糧作物秸桿1.0億噸，花生和薯類藤蔓、甜菜葉等1.0億噸。但是，這些資源大部分以堆積、燃燒等形式被廢棄，造成了極大的環境污染和資源浪費，將這些資源轉化成氣體燃料或液體燃料(如氫氣、酒精、柴油等)，不但可以解決人類所面臨的資源危機、食物短缺、環境污染等一系列問題，也能為人類社會的可持續發展提供保證。利用農作物秸桿生產燃料乙醇具有成本低廉、資源豐富等優勢。有研究表明，使用纖維素乙醇作為燃料可減少14%的溫室氣體排放量。
[0005]通過檢索，尚未發現與本發明專利申請相關的專利公開文獻。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供一種可有效實現麥草酶水解的預處理方法。
[0007]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0008]一種可實現麥草秸桿高效酶水解轉化的預處理方法，步驟如下:[0009]⑴將麥草秸桿置于90_100°C的熱水中浸泡20-30分鐘，然后將熱水浸泡過的麥草秸桿進行螺旋擠壓，螺旋擠壓的壓縮比為3:1-5:1 ;
[0010]⑵向經過螺旋擠壓處理后的麥草秸桿中加入相對于絕干麥草秸桿質量1.0%-3.0%的H2SO4,該H2SO4的質量濃度為98%，或相對于絕干麥草質量10%-20%的氫氧化鈉，然后加入蒸餾水，絕干麥草秸桿質量與加入蒸餾水后的總液體體積比為1:4-1:10，進行蒸煮，蒸煮溫度為100-170°C，蒸煮過程中的升溫時間控制在40-60分鐘，保溫時間為10-60分鐘；
[0011]⑶將經過稀硫酸或堿預處理后的麥草秸桿置于螺旋擠壓機中擠壓1-2次，并收集預提取液，擠壓處理后的麥草秸桿經過水充分洗滌至pH值呈中性，再經過螺旋擠壓機擠壓
1-2次，螺旋擠壓機的壓縮比均為3:1-5:1，得經過平衡水分處理后的麥草秸桿；
[0012]⑷將相對于絕干麥草質量1.0%-5.0%的氫氧化鈉和相對于絕干麥草質量
1.0%-5.0%的亞硫酸鈉溶解在蒸餾水中，然后將該藥品混合液加入步驟⑶中提及的經過平衡水分處理后的麥草秸桿中，通過加入蒸餾水，最終配成麥草秸桿質量濃度為10-30%的體系，密封后在恒溫水浴中進行化學預浸潰處理，處理溫度為60-90°C，處理時間20-40分鐘，得化學預浸潰處理后的麥草；
[0013](5)將步驟⑷中化學預浸潰處理后的麥草進行兩段磨解處理:第一段為壓力磨解，具體條件為:溫度120`2-7分鐘；第二段為常壓磨解，具體條件為:盤磨間隙0.08-0.10mm，麥草漿料的質量濃度10%-30%，得磨解后麥草漿料纖維；
[0014](6)將步驟(5)中磨解后麥草漿料纖維經過篩選并收集通過0.15mm篩縫的級分，將收集到的麥草漿料纖維級分脫水至濃度為15%-25%，然后經過磨漿至打漿度為30-70° SR，收集得打漿后麥草漿料級分，用于后續的生物酶水解；
[0015](7)在無菌條件下，向打漿后麥草漿料級分中按打漿后麥草漿料級分:pH=4.5乙酸一乙酸鈉緩沖液的比例g:mL為1:25加入pH=4.5乙酸一乙酸鈉緩沖液，充分攪拌后加入酶液，然后加入蒸餾水使底物的質量濃度為1.0%-5.0%，無菌條件下進行恒溫培養酶解，酶解后即得麥草秸桿水解液；
[0016]其中，恒溫培養酶解的條件為:反應溫度45_65°C，反應時間2-72小時；pH4_6 ;轉速 100_160rpm。
[0017]而且，所述步驟(8)中酶液為纖維素葡聚糖酶與纖維素二糖酶的復合酶，纖維素葡聚糖酶用量為31-33EGU/g底物，纖維素二糖酶的用量為63-65CBU/g底物，其中，①纖維素葡聚糖酶的酶活為650-750E⑶/g，溫度為50-60°C，pH值為4.5-6.0 ;②纖維素二糖酶的酶活為 240-260CBU/g，溫度為 50-60。。，pH 值為 4.5-6.0 ；
[0018]或者，酶液為纖維素酶，纖維素酶的用量為80CBU/g底物，其中，所用纖維素酶的酶活為:脫脂棉酶活3-4IU/mL，濾紙酶活5-6IU/mL，羧甲基纖維素酶活30_31IU/mL ；
[0019]而且，所述酶液為纖維素葡聚糖酶與纖維素二糖酶的復合酶，纖維素葡聚糖酶用量為32EGU/g底物，纖維素二糖酶的用量為64CBU/g底物，其中，①纖維素葡聚糖酶的酶活為700E⑶/g，適宜溫度為50-60°C，pH值為4.5-6.0 ;②纖維素二糖酶的酶活為250CBU/g，適宜溫度為50-600C，pH值為4.5-6.0 ；
[0020]或者，所述酶液為纖維素酶的用量為80CBU/g底物，其中，所用纖維素酶的酶活為:脫脂棉酶活3.86IU/mL，濾紙酶活5.97IU/mL，羧甲基纖維素酶活30.44IU/mL。[0021]而且，所述步驟⑴中螺旋擠壓的壓縮比為4:1。
[0022]而且，所述步驟⑶中螺旋擠壓的壓縮比為4:1。
[0023]而且，所述步驟(6)中磨解后麥草漿料纖維經過篩選前還經過如下的處理:兩段磨解處理后，將所得磨解后麥草漿料纖維加入95 °C的熱水中，配成質量濃度為3.0%，攪拌40分鐘，然后在疏解機中進行疏解。
[0024]而且，所述步驟(7)中PH=4.5乙酸一乙酸鈉緩沖液的配制方法為:每升緩沖液為:精確稱取164g乙酸鈉，然后加入300mL蒸餾水溶解，再加入84mL的質量分數為99.5%的冰乙酸，稀釋至1000mL即可。
[0025]本發明的優點和有益效果為:
[0026]1、本發明方法充分利用了制漿工業中現有的部分設備，不需要額外投資即可完成預處理工藝，節省了大量的經濟成本，同時也有利于現有工廠與生物質精煉工業的有效融合以發展復合型生物質精煉工業，有利于制漿造紙工業的可持續發展。
[0027]2、本發明方法充分借助化學法處理和機械法處理的有機結合，不僅能提取大部分半纖維素或木素，而且能提高纖維素的暴露程度從而提高其可及性，提高麥草秸桿的物盡其用和高效轉化。
[0028]3、本發明方法的麥草秸桿在水解29.5小時后，水解液中葡萄糖的濃度達到7140mg/L，底物的葡萄糖轉化率達到89.73% ;水解48.5小時后，水解液中葡萄糖的濃度達到7770mg/L，底物的葡萄糖轉化率達到97.64%，轉化效率較高，麥草秸桿也得到了充分的利用，節約了能源。
【專利附圖】

【附圖說明】
`[0029]圖1為本發明可實現麥草秸桿高效酶水解轉化的預處理方法的工藝流程圖。【具體實施方式】
[0030]下面通過具體實施例對本發明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發明的保護范圍。
[0031]實施例1
[0032]一種可實現麥草秸桿高效酶水解轉化的預處理方法，步驟如下:
[0033]⑴首先對麥草原料進行切斷和篩選，選取5cm左右的麥草秸桿，清水洗滌3_4次；
[0034]⑵將選取的麥草秸桿置于95°C的熱水中浸泡20分鐘，然后，將熱水浸泡過的麥草秸桿置于螺旋擠壓疏解機中進行擠壓疏解，螺旋擠壓機的壓縮比為4:1 ;
[0035]⑶將經過螺旋擠壓處理后的麥草置于蒸煮罐中，加入1.5% (w/w)(相對于絕干麥草質量)的H2SO4 (分析純，質量濃度為98%)，然后加入蒸餾水，絕干麥草秸桿質量與加入蒸餾水后的總液體體積比為1:10，進行蒸煮，蒸煮溫度為150°C，蒸煮過程中的升溫時間控制在60分鐘，保溫時間為50分鐘，經過一定程度的稀硫酸預處理以提取麥草中的部分半纖維素，同時達到破壞麥草纖維結構的目的，使麥草纖維素更多地暴露出來；
[0036]⑷將經過稀硫酸預處理后的麥草置于螺旋擠壓機中擠壓1-2次，并收集預提取液，用于半纖維素和木素的分離和利用，擠壓處理后的麥草經過充分洗滌至PH值呈中性，再經過螺旋擠壓機擠壓1-2次，以盡量去除水分，螺旋擠壓機的壓縮比均為4:1，得經過平衡水分處理后的麥草稻桿；
[0037](5)將相對于絕干麥草質量3.0% (w/w)的氫氧化鈉(NaOH)和相對于絕干麥草質量4.0% (w/w)的亞硫酸納(Na2SO3)溶解在蒸懼水中，然后將該藥品混合液加入步驟⑶中提及的經過平衡水分處理后的麥草秸桿中，通過加入蒸餾水，最終配成麥草秸桿質量濃度為20%(w/w)的濃度，密封后恒溫水浴進行化學預浸潰處理，處理溫度為80°C，處理時間30分鐘，得化學預浸潰處理后的麥草；
[0038](6)麥草經過上述步驟的化學預浸潰處理后，經過兩段磨解處理:第一段為壓力磨解，具體條件為:溫度120-170°C，麥草漿料的質量濃度為20%(w/w)，壓力0.7MPa，磨解5分鐘；第二段為常壓磨解，具體條件為:盤磨間隙0.08mm，麥草漿料的質量濃度為20% (w/w),得磨解后麥草漿料纖維；
[0039](7)兩段磨解處理后，將所得磨解后麥草漿料纖維加入95°C的熱水中，配成質量濃度為3.0% (w/w)的體系,攪拌40分鐘,然后在疏解機中進行疏解,疏解后的麥草衆料纖維經過篩選(篩縫為0.15_)，收集通過0.15_篩縫的級分。將收集到的麥草漿料纖維級分脫水至濃度為20% (w/w)左右。然后，將麥草漿料纖維級分經過磨漿至打漿度為65±5° SR，收集并用于后續的生物酶水解；
[0040](8)在進行酶水解前，所用儀器(酶水解所用錐形瓶以及密封錐形瓶的紗布、脫脂棉和牛皮紙等)均經過121°C的高溫滅菌處理60分鐘。
[0041](9)在150毫升錐形瓶中加入1.0g (相當于絕干量)的上述麥草漿料纖維級分，加入25mL的乙酸一乙酸鈉(pH=4.5)緩沖液，接著放置在磁力攪拌器上攪拌使漿料纖維充分分散，待底物分散后加入相應的纖維素酶液，然后加入蒸餾水使底物的最終濃度為2.0%(w/w)，利用脫脂棉、紗布和牛皮紙將錐形瓶瓶口蓋實；將該錐形瓶置于恒溫培養振蕩器中，在一定溫度下反應一定時間，即得麥草秸桿水解液。乙酸一乙酸鈉(pH=4.5)緩沖液的配制方法為:精確稱取164g乙酸鈉(`CH3COONa.3Η20)，加入燒杯中，然后加入300mL蒸餾水溶解，倒進容量瓶中再加入84mL冰乙酸(分析純，質量濃度為99.5%)，稀釋至1000mL即可。具體的酶水解條件:①底物濃度2.0% ;②反應溫度55°C ;③反應時間24-72小時；④轉速160rpm ；⑤纖維素酶的用量為80CBU/g底物。其中，所用纖維素酶的酶活為:脫脂棉酶活3.86IU/mL,濾紙酶活5.97IU/mL，CMC (羧甲基纖維素)酶活30.44IU/mL。
[0042]檢測結果:
[0043]上述酶水解條件下:水解29.5小時后，水解液中葡萄糖的濃度為7140mg/L，底物的葡萄糖轉化率為89.73% ;水解48.5小時后，水解液中葡萄糖的濃度為7770mg/L，底物的葡萄糖轉化率為97.64%。
[0044]實施例2
[0045]一種可實現麥草秸桿高效酶水解轉化的預處理方法，步驟如下:
[0046]⑴首先對麥草原料進行切斷和篩選，選取5cm左右的麥草秸桿，清水洗滌3_4次；
[0047]⑵將選取的麥草秸桿置于95°C的熱水中浸泡20分鐘，然后，將熱水浸泡過的麥草秸桿置于螺旋擠壓疏解機中進行擠壓疏解，螺旋擠壓機的壓縮比為4:1 ;
[0048]⑶將經過螺旋擠壓處理后的麥草置于蒸煮罐中，加入10% (相對于絕干麥草質量)的NaOH，然后加入蒸餾水，絕干麥草秸桿質量與加入蒸餾水后的總液體體積比為1:10，進行蒸煮，蒸煮溫度為150°C，蒸煮過程中的升溫時間控制在60分鐘，保溫時間為50分鐘，經過一定程度的稀硫酸或堿預處理以提取麥草中的部分半纖維素，同時達到破壞麥草纖維結構的目的，使麥草纖維素更多地暴露出來；
[0049]⑷將經過稀硫酸或堿預處理后的麥草置于螺旋擠壓機中擠壓1-2次，并收集預提取液，用于糖類及木素的分離和利用。擠壓處理后的麥草經過充分洗滌至pH值呈中性，再經過螺旋擠壓機擠壓1-2次，以盡量去除水分，螺旋擠壓機的壓縮比均為4:1，得經過平衡水分處理后的麥草稻桿；
[0050](5)將相對于絕干麥草質量3.0% (w/w)的氫氧化鈉(NaOH)和相對于絕干麥草質量4.0% (w/w)的亞硫酸納(Na2SO3)溶解在蒸懼水中，然后將該藥品混合液加入步驟⑶中提及的經過平衡水分處理后的麥草秸桿中，通過加入蒸餾水，最終配成麥草秸桿質量濃度為20%(w/w)的濃度，密封后恒溫水浴進行化學預浸潰處理，處理溫度為80°C，處理時間30分鐘，得化學預浸潰處理后的麥草；
[0051](6)麥草經過上述步驟的化學預浸潰處理后，經過兩段磨解處理:第一段為壓力磨解，具體條件為:溫度120-170°C，壓力0.3MPa，麥草漿料的質量濃度為20%(w/w)，磨解7分鐘；第二段為常壓磨解，具體條件為:盤磨間隙0.08mm，麥草漿料的質量濃度為20% (w/w),得磨解后麥草漿料纖維；
[0052](7)兩段磨解處理后，將所得磨解后麥草漿料纖維加入95°C的熱水中，配成約3.0%(w/w)的體系,攪拌40分鐘,然后在疏解機中進行疏解,疏解后的麥草衆料纖維經過篩選(篩縫為0.15mm)，收集通過0.15mm篩縫的級分。將收集到的麥草漿料纖維級分脫水至濃度為20% (w/w)左右。然后，將麥草漿料纖維級分經過磨漿至打漿度為65±5° SR，收集并用于后續的生物酶水解；
[0053](8)在進行酶水解前，所用儀器(酶水解所用錐形瓶以及密封錐形瓶的紗布、脫脂棉和牛皮紙等)均經過121°C的高溫滅菌處理60分鐘。
[0054](9)在150毫升錐`形瓶中加入1.0g (相當于絕干量)的上述麥草漿料纖維級分，加入25mL的乙酸一乙酸鈉(pH=4.5)緩沖液，接著放置在磁力攪拌器上攪拌使漿料纖維充分分散，待底物分散后加入相應的纖維素酶液，然后加入蒸餾水使底物的最終濃度為2.0%，利用脫脂棉、紗布和牛皮紙將錐形瓶瓶口蓋實；將該錐形瓶置于恒溫培養振蕩器中，在一定溫度下反應一定時間，即得麥草秸桿水解液。乙酸一乙酸鈉(pH=4.5)緩沖液的配制方法為:精確稱取164g乙酸鈉(CH3COONa.3H20)，加入燒杯中，然后加入300mL蒸餾水溶解，倒進容量瓶中再加入84mL冰乙酸(分析純，質量濃度為99.5%)，稀釋至1000mL即可。具體的酶水解條件:①底物濃度2.0% ?’②反應溫度55°C ;③反應時間2-12小時；④轉速130rpm ;⑤纖維素酶的用量為80CBU/g底物。其中，所用纖維素酶的酶活為:脫脂棉酶活3.86IU/mL，濾紙酶活5.97IU/mL，CMC (羧甲基纖維素)酶活30.44IU/mL。
[0055]檢測結果:
[0056]在上述酶水解條件下:水解4小時后，水解液中葡萄糖的濃度為3570mg/L，底物的葡萄糖轉化率為53.56% ;水解10.5小時后，水解液中葡萄糖的濃度為6160mg/L，底物的葡萄糖轉化率為92.41%。
[0057]實施例3
[0058]一種可實現麥草秸桿高效酶水解轉化的預處理方法，步驟如下:
[0059]⑴首先對麥草原料進行切斷和篩選，選取5cm左右的麥草秸桿，清水洗滌3_4次；[0060]⑵將選取的麥草秸桿置于95°C的熱水中浸泡20分鐘，然后，將熱水浸泡過的麥草秸桿置于螺旋擠壓疏解機中進行擠壓疏解，螺旋擠壓機的壓縮比為4:1 ;
[0061]⑶將經過螺旋擠壓處理后的麥草置于蒸煮罐中，加入10% (相對于絕干麥草質量)的NaOH，然后加入蒸餾水，絕干麥草秸桿質量與加入蒸餾水后的總液體體積比為1:10，進行蒸煮，蒸煮溫度為150°C，蒸煮過程中的升溫時間控制在60分鐘，保溫時間為50分鐘，經過一定程度的堿預處理以提取麥草中的部分半纖維素，同時達到破壞麥草纖維結構的目的，使麥草纖維素更多地暴露出來；
[0062]⑷將經過稀硫酸或堿預處理后的麥草置于螺旋擠壓機中擠壓1-2次，并收集預提取液，用于糖類及木素的分離和利用。擠壓處理后的麥草經過充分洗滌至pH值呈中性，再經過螺旋擠壓機擠壓1-2次，以盡量去除水分，螺旋擠壓機的壓縮比均為4:1，得經過平衡水分處理后的麥草稻桿；
[0063](5)將相對于絕干麥草質量3.0% (w/w)的氫氧化鈉(NaOH)和相對于絕干麥草質量4.0% (w/w)的亞硫酸納(Na2SO3)溶解在蒸懼水中，然后將該藥品混合液加入步驟⑶中提及的經過平衡水分處理后的麥草秸桿中，通過加入蒸餾水，最終配成麥草秸桿質量濃度為20%(w/w)的濃度，密封后恒溫水浴進行化學預浸潰處理，處理溫度為80°C，處理時間30分鐘，得化學預浸潰處理后的麥草；
[0064](6)麥草經過上述步驟的化學預浸潰處理后，經過兩段磨解處理:第一段為壓力磨解，具體條件為:溫度120-170°C，壓力0.3MPa，麥草漿料的質量濃度為20%(w/w)，磨解7分鐘；第二段為常壓磨解，具體條件為:盤磨間隙0.08mm，麥草漿料的質量濃度為20% (w/w),得磨解后麥草漿料纖維；
[0065]⑴兩段磨解處理后，將所得磨解后麥草漿料纖維加入95°C的熱水中，配成約3.0%(w/w)的濃度,攪拌40分鐘,然后在疏解機中進行疏解,疏解后的麥草衆料纖維經過篩選(篩縫為0.15mm)，收集通過0.15mm篩縫的級分。將收集到的麥草漿料纖維級分脫水至濃度為20%左右。然后，將麥草漿料纖維級分經過磨漿至打漿度為65±5° SR，收集并用于后續的生物酶水解；
[0066](8)在進行酶水解前，所用儀器(酶水解所用錐形瓶以及密封錐形瓶的紗布、脫脂棉和牛皮紙等)均經過121°C的高溫滅菌處理60分鐘；
[0067](9)在150毫升錐形瓶中加入1.0g (相當于絕干量)的上述麥草漿料纖維級分，加入25mL的乙酸一乙酸鈉(pH 乂 4.8)緩沖液，接著放置在磁力攪拌器上攪拌使漿料纖維充分分散，待底物分散后加入相應的纖維素酶液，然后加入蒸餾水使底物的最終濃度為2.0%(w/w)，利用脫脂棉、紗布和牛皮紙將錐形瓶瓶口蓋實；將該錐形瓶置于恒溫培養振蕩器中，在一定溫度下反應一定時間，即得麥草秸桿水解液。乙酸一乙酸鈉(pH=4.5)緩沖液的配制方法為:精確稱取164g乙酸鈉(CH3COONa.3Η20)，加入燒杯中，然后加入300mL蒸餾水溶解，倒進容量瓶中再加入84mL冰乙酸(分析純，質量濃度為99.5%)，稀釋至1000mL即可。具體的酶水解條件:①底物濃度2.0% (w/w);②反應溫度55°C ;③反應時間2-36小時；④轉速120rpm ;⑤所用生物酶為纖維素葡聚糖酶與纖維素二糖酶的復合酶，纖維素葡聚糖酶用量為32EGU/g底物，二糖酶的用量為64CBU/g底物。其中，①纖維素葡聚糖酶的酶活為700EGU/g，適宜溫度為50-60°C，pH值為4.5-6.0 ;②纖維素二糖酶的酶活為250CBU/g，適宜溫度為50-60 (w/w), pH 值為 4.5-6.0。[0068]檢測結果:
[0069]在上述酶水解條件下:水解12小時后，水解液中葡萄糖的濃度為4210mg/L，底物的葡萄糖轉化率為63.22% ;水解24小時后，水解液中葡萄糖的濃度為5430mg/L，底物的葡萄糖轉化率為81.53%。`
【權利要求】
1.一種可實現麥草秸桿高效酶水解轉化的預處理方法，其特征在于，步驟如下: ⑴將麥草稻桿置于90-100°C的熱水中浸泡20-30分鐘,然后將熱水浸泡過的麥草稻桿進行螺旋擠壓，螺旋擠壓的壓縮比為3:1-5:1 ; ⑵向經過螺旋擠壓處理后的麥草稻桿中加入相對于絕干麥草稻桿質量1.0%-3.0%的H2SO4,該H2SO4的質量濃度為98%，或相對于絕干麥草質量10%-20%的氫氧化鈉，然后加入蒸餾水，絕干麥草秸桿質量與加入蒸餾水后的總液體體積比為1:4-1:10，進行蒸煮，蒸煮溫度為100-170°C，蒸煮過程中的升溫時間控制在40-60分鐘，保溫時間為10-60分鐘； ⑶將經過稀硫酸或堿預處理后的麥草秸桿置于螺旋擠壓機中擠壓1-2次，并收集預提取液，擠壓處理后的麥草秸桿經過水充分洗滌至PH值呈中性，再經過螺旋擠壓機擠壓1-2次，螺旋擠壓機的壓縮比均為3:1-5:1，得經過平衡水分處理后的麥草秸桿； ⑷將相對于絕干麥草質量1.0%-5.0%的氫氧化鈉和相對于絕干麥草質量1.0%-5.0%的亞硫酸鈉溶解在蒸餾水中，然后將該藥品混合液加入步驟⑶中提及的經過平衡水分處理后的麥草秸桿中，通過加入蒸餾水，最終配成麥草秸桿質量濃度為10-30%的體系，密封后在恒溫水浴中進行化學預浸潰處理，處理溫度為60-90°C，處理時間20-40分鐘，得化學預浸潰處理后的麥草； (5)將步驟⑷中化學預浸潰處理后的麥草進行兩段磨解處理:第一段為壓力磨解，具體條件為:溫度120-170°C，壓力0.1-0.7MPa，麥草漿料的質量濃度為10%_30%，磨解2-7分鐘；第二段為常壓 磨解，具體條件為:盤磨間隙0.08-0.10mm，麥草漿料的質量濃度10%-30%，得磨解后麥草漿料纖維； (6)將步驟(5)中磨解后麥草漿料纖維經過篩選并收集通過0.15_篩縫的級分，將收集到的麥草漿料纖維級分脫水至濃度為15%-25%，然后經過磨漿至打漿度為30-70° SR，收集得打漿后麥草漿料級分，用于后續的生物酶水解； (7)在無菌條件下，向打漿后麥草漿料級分中按打漿后麥草漿料級分:pH=4.5乙酸一乙酸鈉緩沖液的比例g:mL為1:25加入pH=4.5乙酸一乙酸鈉緩沖液，充分攪拌后加入酶液，然后加入蒸餾水使底物的質量濃度為1.0%-5.0%，無菌條件下進行恒溫培養酶解，酶解后即得麥草秸桿水解液； 其中，恒溫培養酶解的條件為:反應溫度45-65°C，反應時間2-72小時；pH4_6 ;轉速100-160rpmo
2.根據權利要求1所述的可實現麥草秸桿高效酶水解轉化的預處理方法，其特征在于:所述步驟⑶中酶液為纖維素葡聚糖酶與纖維素二糖酶的復合酶，纖維素葡聚糖酶用量為31-33EGU/g底物，纖維素二糖酶的用量為63-65CBU/g底物，其中，①纖維素葡聚糖酶的酶活為650-750E⑶/g，溫度為50-60°C，pH值為4.5-6.0 ;②纖維素二糖酶的酶活為240-260CBU/g，溫度為 50_60°C，pH 值為 4.5-6.0 ； 或者，酶液為纖維素酶，纖維素酶的用量為80CBU/g底物，其中，所用纖維素酶的酶活為:脫脂棉酶活3-4IU/mL，濾紙酶活5-6IU/mL，羧甲基纖維素酶活30_31IU/mL。
3.根據權利要求2所述的可實現麥草秸桿高效酶水解轉化的預處理方法，其特征在于:所述酶液為纖維素葡聚糖酶與纖維素二糖酶的復合酶，纖維素葡聚糖酶用量為32EGU/g底物，纖維素二糖酶的用量為64CBU/g底物，其中，①纖維素葡聚糖酶的酶活為700EGU/g，溫度為50-60°C，pH值為4.5-6.0 ;②纖維素二糖酶的酶活為250CBU/g，溫度為50-60°C，pH值為 4.5-6.0 ； 或者，所述酶液為纖維素酶的用量為80CBU/g底物，其中，所用纖維素酶的酶活為:脫脂棉酶活3.86IU/mL，濾紙酶活5.97IU/mL，羧甲基纖維素酶活30.44IU/mL。
4.根據權利要求1所述的可實現麥草秸桿高效酶水解轉化的預處理方法，其特征在于:所述步驟⑴中螺旋擠壓的壓縮比為4:1。
5.根據權利要求1所述的可實現麥草秸桿高效酶水解轉化的預處理方法，其特征在于:所述步驟⑶中螺旋擠壓的壓縮比為4:1。
6.根據權利要求1所述的可實現麥草秸桿高效酶水解轉化的預處理方法，其特征在于:所述步驟(6)中磨解后麥草漿料纖維經過篩選前還經過如下的處理:兩段磨解處理后，將所得磨解后麥草漿料纖維加入95°C的熱水中，配成質量濃度為3.0%，攪拌40分鐘，然后在疏解機中進行疏解。
7.根據權利要求1所述的可實現麥草秸桿高效酶水解轉化的預處理方法，其特征在于:所述步驟⑴中pH=4.5乙酸一乙酸鈉緩沖液的配制方法為:每升緩沖液為:精確稱取164g乙酸鈉，然后加入300mL蒸餾水溶解，再加入84mL的質量分數為99.5%的冰乙酸，稀釋至1000mL即可。
【文檔編號】C12P19/14GK103497982SQ201310394002
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月3日 優先權日:2013年9月3日
【發明者】劉葦, 侯慶喜 申請人:天津科技大學