一種去除汽爆秸稈水洗液發酵抑制物的方法
【專利摘要】本發明公開了一種去除汽爆秸稈水洗液發酵抑制物的方法，汽爆秸稈水洗液含有豐富的五碳糖，但水洗液中的抑制物制約了微生物生長。本發明將汽爆秸稈水洗液減壓蒸餾濃縮出去揮發性抑制物；向濃縮后的汽爆秸稈水洗液中加入漆酶酶液除去難揮發性水溶木質素抑制物。本發明利用減壓蒸餾耦合漆酶氧化的方法脫除了汽爆水洗液中的揮發性和不揮發性抑制物，經過脫毒處理的汽爆秸稈水洗液其揮發性抑制物脫除率可達40%以上，難揮發性水溶木質素抑制物脫除率可達50%以上，本發明解決了汽爆秸稈水洗液高質化利用過程中抑制物的問題，為生物質高質化利用提供了新的技術。
【專利說明】一種去除汽爆秸稈水洗液發酵抑制物的方法
【技術領域】
[0001]本方法屬于生物質預處理領域，特別涉及一種去除汽爆秸桿水洗液發酵抑制物的方法。
【背景技術】
[0002]秸桿是地球上最豐富的可再生資源，以中國為例年產秸桿近7億噸，將秸桿轉化為生物基能源，生物基材料，生物基化學品，不僅有助于解決人類面臨的能源環境問題，也有助于增加農民收入，實現現代化農業。秸桿是由纖維素，木質素，半纖維素三種主要成分組成的復雜化合物。纖維素是有葡萄糖組成的線性復合物，不僅可以作為重要的碳源也可以作為造紙原料等。木質素是復雜的、非晶性、三維網狀化合物，被認為是工業上唯一能從可再生資源中獲取的芳香族化合物。木質素有很好的分散性、阻燃性、熱穩定性，在工業、農業、醫藥方面具有廣泛的應用前景。但目前的生物質高值化利用過程中半纖維素往往作為副產物，只是簡單的加以利用，或者作為廢棄物而丟棄，造成嚴重的資源浪費和環境污染。因此，實現半纖維素的高值化利用具有重要意義。
[0003]半纖維素是一種由不同類型單糖組成的雜多糖，自然界中半纖維素含量僅次于纖維素，是構成植物細胞壁結構的第二大碳水化合物。組成半纖維素的單糖主要有五碳糖如木糖，阿拉伯糖，鼠李糖，巖澡糖等和六碳糖如半乳糖，甘露糖和葡萄糖等，有的還含有酸性多糖如半乳糖酸酸和葡糖醛酸等。其中木糖是主要的結構成分，木糖可以作為重要的五碳糖，為微生物生長提供重要的碳源。目前常用的從秸桿中分離半纖維素的方法包括稀酸水解法，和汽爆法。其中低壓無污染蒸汽爆破是集物理撕裂、化學催化于一體的，有效的、低成本的預處理技術。經過汽爆預處理后，秸桿半纖維素轉化為木糖、低聚木糖，存在于水洗夜中而得到分離。上述水洗夜含有豐富的木糖和低聚木糖，可作為發酵碳源供微生物生長利用。但汽爆水洗 液中含有少量糠醛、5-羥甲基糠醛，甲酸、乙酸及水溶性木質素小分子化合物，這類化合物的存在抑制了微生物的生長，阻礙了汽爆水洗液的進一步利用，因此如何脫除汽爆水洗液中的上述抑制物是半纖維素高質化利用的前提。
[0004]目前常用的脫出汽爆水洗液的方法包括膨潤土吸附法(CN201210230821.5)，膜過濾法等(CN201110121160.8)，但上述幾種脫毒方法都尤其不足，因此有必要進一步探索新的水洗夜脫毒工藝。漆酶是一種含銅的多酚氧化酶，具有較高的氧化還原電勢，作用底物廣泛，可以氧化降解酚型木質素結構單元、催化氧化多種酚和芳胺類化合物，在染料脫色，廢水處理和生物修復等領域具有較廣泛的應用前景。作為主要的木質纖維素氧化酶，漆酶在木質素氧化降解，氧化改性等方面同樣發揮著重要作用。
[0005]本發明提出利用減壓蒸餾的方式脫除汽爆秸桿水洗液中糠醛，5羥甲基糠醛，甲酸，乙酸等揮發性發酵抑制物，同時獲得高濃度的糖液作為發酵碳源，利用木質素降解酶氧化脫除汽爆秸桿水洗夜中的水溶性木質素，最終得到了低抑制物濃度的糖溶液。本發明解決了汽爆秸桿水洗液利用過程中發酵抑制物濃度過高不利于微生物生長的問題，為秸桿高值化利用提供了新的技術。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供了一種去除汽爆秸桿水洗液發酵抑制物的方法，和難揮發性水溶性木質素抑制物的方法。即汽爆秸桿水洗液減壓蒸餾濃縮脫除揮發性發酵抑制物；向濃縮后的汽爆秸桿水洗液中加入漆酶酶液，氧化脫除難揮發性水溶性木質素抑制物，作用后得到酶法脫毒處理的汽爆秸桿水洗液。
[0007]一種去除汽爆秸桿水洗液發酵抑制物的方法的技術方案如下:
[0008]( I)將汽爆秸桿水洗液減壓蒸餾；
[0009](2)蒸餾后的汽爆秸桿水洗液中加入木質素降解酶，加入比例為每毫升汽爆秸桿水洗液加入木質素降解酶2~30U，木質素降解酶處理的條件為，pH值為3~8，反應溫度為20~60°C，反應氧壓為O~0.6MPa，時間為3~24h，得到經木質素降解酶處理后的汽爆秸桿水洗液。
[0010]步驟(1)中汽爆稻桿水洗液為稻草稻桿、小麥稻桿、水稻稻桿經過0.8MPa~2MPa汽爆處理后，以I~15倍的水，50~80V水洗15~60min所的溶液。
[0011]步驟(1)減壓蒸餾條件40~80°C。
[0012]步驟(2)木質素降解酶包括漆酶，錳過氧化物酶，木質素氧化酶之一或三種酶的任
意組合。
[0013]一種去除汽爆秸桿水洗發酵抑制物的方法，其具有如下優點:
[0014](I)脫毒過程中無外源化學物質加入，是真正的綠色無污染催化過程。
[0015](2)同時得到了高濃度糖液，以利于發酵。
[0016](3)脫毒成本較低，設備簡單，便于操作。
【具體實施方式】
[0017]實施例1
[0018]秸桿切成15cm的小段，放入汽爆罐中，汽爆預處理的條件為汽爆壓力1.5MPa，維壓時間為15min，快速卸壓。所得汽爆秸桿中以1:15的固液比加入80°C自來水，水洗提取30min得到汽爆秸桿水洗液。將汽爆秸桿水洗液減壓蒸餾濃縮，蒸餾條件為:70°C，減壓蒸餾時間5h。然后調節水洗液pH值為4.5，加入漆酶的用酶量為Iml水洗液漆酶用量為5U，設置催化反應溫度為50°C，氧分壓為OMPa，催化反應進行12h，主要揮發性抑制物可去除45%，難揮發性水溶性木質素抑制物可去除52%。
[0019]實施例2
[0020]秸桿切成12cm的小段，放入汽爆罐中，汽爆預處理的條件為汽爆壓力1.5MPa，維壓時間為5min，快速卸壓。所得汽爆秸桿中以1:12的固液比加入80°C自來水，水洗提取30min得到汽爆秸桿水洗液。將汽爆秸桿水洗液減壓蒸餾濃縮，蒸餾條件為:70°C，減壓蒸餾時間5h。然后調節水洗液pH值為4.5，加入錳過氧化物酶酶的用酶量為Iml水洗液酶用量為10U，，設置催化反應溫度為45°C，氧分壓為0.2MPa，催化反應進行16h，主要揮發性抑制物可去除50%，難揮發性水溶性木質素抑制物可去除61%。
[0021]實施例3
[0022]秸桿切成15cm的小段，放入汽爆罐中，汽爆預處理的條件為汽爆壓力1.5MPa，維壓時間為25min，快速卸壓。所得汽爆秸桿中以1:15的固液比加入70°C自來水，水洗提取30min得到汽爆秸桿水洗液。將汽爆秸桿水洗液減壓蒸餾濃縮，蒸餾條件為:70°C，減壓蒸餾時間5h。然后調節水洗液pH值為5.5，加入漆酶的用酶量為Iml水洗液漆酶用量為8U,設置催化反應溫度為35°C，氧分壓為0.1MPa，催化反應進行15h，主要揮發性抑制物可去除39%，難揮發性水溶性木質素抑制物可去除41%。
[0023]實施例4
[0024]秸桿切成IOcm的小段，放入汽爆罐中，汽爆預處理的條件為汽爆壓力1.1MPa，維壓時間為lOmin，快速卸壓。所得汽爆秸桿中以1:15的固液比加入80°C自來水，水洗提取30min得到汽爆秸桿水洗液。將汽爆秸桿水洗液減壓蒸餾濃縮，蒸餾條件為:65°C，減壓蒸餾時間4h。然后調節水洗液pH值為3.5，加入木質素氧化酶的用酶量為Iml水洗液酶用量為5U，設置催化反應溫度為50°C，氧分壓為0.4MPa，催化反應進行24h，主要揮發性抑制物可去除59%，難揮發性水溶性木質素抑制物可去除76%。
[0025]實施例5
[0026]秸桿切成15cm的小段，放入汽爆罐中，汽爆預處理的條件為汽爆壓力1.5MPa，維壓時間為lOmin，快速卸壓。所得汽爆秸桿中以1:10的固液比加入80°C自來水，水洗提取30min得到汽爆秸桿水洗液。將汽爆秸桿水洗液減壓蒸餾濃縮，蒸餾條件為:80°C，減壓蒸餾時間5h。然后調節水洗液pH值為4，加入漆酶的用酶量為Iml水洗液漆酶用量為15U，設置漆酶催化反應溫度為50°C，氧分壓為0.2MPa，催化反應進行12h，主要揮發性抑制物可去除45%，難揮發性水溶性木`質素抑制物可去除62%。
【權利要求】
1.一種去除汽爆秸桿水洗液發酵抑制物的方法，其特征在于以下步驟: (1)將汽爆秸桿水洗液減壓蒸餾； (2)蒸餾后的汽爆秸桿水洗液中加入木質素降解酶，加入比例為每毫升汽爆秸桿水洗液加入木質素降解酶2~30U,木質素降解酶處理的條件為,pH值為3~8,反應溫度為20~60°C，反應氧壓為O~0.6MPa，時間為3~24h，得到經木質素降解酶處理后的汽爆秸桿水洗液。
2.根據權利要求1所述的方法，特征在于所述的步驟(1)中汽爆秸桿水洗液為稻草秸桿、小麥秸桿、水稻秸桿經過0.8MPa~2MPa汽爆處理后，以1~15倍的水，50~80 V水洗15~60min所的溶液。
3.根據權利要求1所述的方法，特征在于所述的步驟(1)減壓蒸餾條件40~80°C。
4.根據權利要求1所述的方法，特征在于所述的步驟(2)木質素降解酶包括漆酶，錳過氧化物酶，木質素氧化酶之一或三種酶的任意組合。
【文檔編號】C12P1/00GK103820501SQ201410058428
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月20日 優先權日:2014年2月20日
【發明者】陳洪章, 李冠華 申請人:中國科學院過程工程研究所