利用堿性雙氧水促進芒草酶解糖化效率的方法
【專利摘要】本發明涉及一種利用堿性雙氧水促進芒草酶解糖化效率的方法，包括以下步驟：用400KGy60Co-γ射線輻照芒草粉末；將所述輻照過的芒草粉末放入到一定濃度的氫氧化鈉和雙氧水溶液中，并在一定溫度下水浴一段時間；向水浴過的混合溶液中加入稀硫酸洗滌至中性，并過濾得到濾渣；將所述濾渣放入烘箱中干燥一段時間，得到芒草殘渣；將所述芒草殘渣放入到加有纖維素酶的緩沖液中，再通過恒溫振蕩器振蕩一段時間；將振蕩后的溶液進行沸水浴一段時間，冷卻后過濾得到濾液；測定所述濾液中還原糖的含量。利用纖維素酶處理芒草產生的還原糖發酵生產車用燃料乙醇前需進行預處理，采取低劑量輻照加稀堿復合工藝處理，能大大提高芒草酶解糖化的效率。
【專利說明】利用堿性雙氧水促進芒草酶解糖化效率的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及芒草酶解糖化領域，具體為一種利用堿性雙氧水促進芒草酶解糖化效率的方法。
【背景技術】
[0002]芒草是多年生禾本科植物，屬C4類光合作用禾草。其植株高度最高可達4m，異花傳粉，自交不親和，壽命通常為18—20a，在適宜條件下最長可達25a。芒屬類植物原產于東亞，廣泛分布于從東南亞到太平洋附近島嶼的熱帶、亞熱帶和溫帶地區，全屬共包括4組17個種，其中我國產6種，主要分布于長江以南的廣大區域。芒草適應性強，能夠在缺水少肥的邊際荒地以及多種金屬礦區生長，且生物產量高，種植4一5a后每hm2 土地干物質年產量可達IOt以上，其植物纖維品質較好同時灰分低，因而近年來被國內外公認為是現今最具潛力的能源植物之一。
[0003]能源作為國民經濟的支柱，其重要性不言而喻。當前，隨著以石油為首的傳統能源日益枯竭而引發的能源危機己成為世界各國關注的焦點。美國《油氣雜志》2009年12月發布的《全球石油產量和油氣儲量年終統計》顯示:截至2009年底，全球石油總探明儲量約為1855.04億t，新增探增量僅占0.9% ;沙特阿拉伯己探明石油儲量仍列世界各國之首，為356.02億t，但較去年同期下降了 0.6% ;中國石油探明儲量僅為27.88億t，雖較去年有所增加，但國民人均擁有量仍不容樂觀。按2009年全球石油年開采量約35.25億t計算，全球己探明石油在53年內便將耗竭；中國2009年石油年開采量約1.89億t，照此計算，我國已探明石油僅供開采不到15年。此外，石油、煤炭、天然氣等傳統不可再生能源在燃燒過程中大量釋放的碳氧化物、硫氧化物、氮氧化物等氣體，是導致溫室效應、酸雨和光化學煙霧等環境污染的主要因素，極大威脅了人類的生存和發展。因此，尋找安全環保的新能源替代傳統不可再生能源，解決能源危機帶來的各種問題已迫在眉睫。芒草中纖維素和半纖維素含量豐富，作為一種理想的第二代能源植物極具應用前景。芒草是國內外公認生產纖維質燃料乙醇的優質原料，纖維質的糖化是纖維質燃料乙醇生產工藝中的關鍵技術，其技術的成熟度直接影響到纖維質燃料乙醇的生產效率。
[0004]芒草在我國連續多年的產量穩定性還尚未得到全面的評價，且目前的主要利用方式仍停留在直接燃燒、固化和氣化發電，而生物與化學轉化利用仍處在試驗階段。大規模工業化的纖維質燃料乙醇生產技術尚不夠成熟，在預處理、五碳糖發酵等關鍵技術上仍有待進一步探索以提高效率、降低成本，從而適應生產需求。

【發明內容】

[0005]針對上述現有技術的缺點，本發明提供一種利用堿性雙氧水能大大提高芒草酶解糖化效率的方法。
[0006]本發明解決上述技術問題采用以下技術方案:一種利用堿性雙氧水促進芒草酶解糖化效率的方法，包括以下步驟:(1)用400KGy6°Co-Y射線輻照芒草粉末；
(2)將所述輻照過的芒草粉末放入到一定濃度的氫氧化鈉和雙氧水溶液中，并在一定溫度下水浴一段時間；
(3)向步驟(2)中水浴過的混合溶液中加入稀硫酸洗滌至中性，并過濾得到濾渣；
(4)將所述濾渣放入烘箱中干燥一段時間，得到芒草殘渣；
(5)將所述芒草殘 渣放入到加有纖維素酶的緩沖液中，再通過恒溫振蕩器振蕩一段時
間；
(6)將振蕩后的溶液進行沸水浴一段時間，冷卻后過濾得到濾液；
(7)測定所述濾液中還原糖的含量。
[0007]作為優選，步驟(2)中所述氫氧化鈉的濃度為1%_1.5%，所述雙氧水的濃度為1%-3%，所述水浴溫度為30°C，所述時間為5h。
[0008]作為優選，步驟(4)中所述時間為24h，所述干燥溫度為60°C。
[0009]作為優選，步驟(5)中所述緩沖液的pH為4.8，所述恒溫振蕩器的溫度和轉速分別為50°C和150rpm，振蕩時間為96h。
[0010]作為優選，步驟(6)中所述沸水浴時間為5分鐘。
[0011]作為優選，所述氫氧化鈉的濃度為1.2%，所述雙氧水的濃度為2%。
[0012]本發明與現有技術相比具有如下優點:利用纖維素酶處理芒草產生的還原糖發酵生產燃料乙醇前需進行預處理，采取低劑量輻照加稀堿復合工藝處理，能大大提高芒草酶解糖化的效率。NaOH處理通過破壞輻照芒草中木質素的結構，使纖維素酶能夠深入接觸反應底物，增加酶結合位點，提高產還原糖量，使特定的微生物能夠高效利用可發酵性糖生產燃料乙醇。采用結合低濃度的NaOH處理結合400KGy60Co-Y射線輻照處理芒草，能使芒草的空間結構更為松散，良好的促進酶解效率。雙氧水也是通過氧化作用脫除木質纖維素原料中的木質素和半纖維素達到提高酶解效率的目的。氧化反應發生的過程中會發生一系列的側鏈取代、親電取代以及烷基芳醚鍵的斷裂等等，使原料中的木質素和半纖維素得以去除。在反應體系中加入一定量的堿，最常用的為氫氧化鈉，能夠活化雙氧水，使木質素的降解效果提高，增大了纖維素的比表面積；同時雙氧水也能提高氫氧化鈉對纖維素的溶脹作用，二者相互促進，協同作用，使酶解反應更容易進行。因而提高了纖維素和半纖維素在處理后的干物質中的比例，為接下來纖維素的酶解糖化提供了極大地幫助。大大提高了芒草的酶解效率。
【具體實施方式】
[0013]為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0014]實施例1:
將5g經400KGy6°Co-Y射線輻照過的芒草粉末放入三角瓶中，加入濃度為1%的氫氧化鈉溶液和濃度為1%的雙氧水，混合后在30°C下水浴5h，然后用稀硫酸洗滌至中性，并過濾得到濾渣，將所述濾渣放入60°C的烘箱中干燥24h，得到芒草殘渣；將所述芒草殘渣放入到加有300U纖維素酶的30mlpH為4.8的緩沖液中，再放置于50°C，轉速為150rpm的恒溫振蕩器中振蕩96h，然后取出再進行沸水浴5分鐘，使酶失活，阻止酶解反應繼續進行，待溶液冷卻后過濾,收集濾液,測定所述濾液中還原糖的含量為498.81mg/g。
[0015]實施例2:
將5g經400KGy6°Co- Y射線輻照過的芒草粉末放入三角瓶中，加入濃度為1.2%的氫氧化鈉溶液和濃度為2%的雙氧水，混合后在30°C下水浴5h，然后用稀硫酸洗滌至中性，并過濾得到濾渣，將所述濾渣放入60°C的烘箱中干燥24h，得到芒草殘渣；將所述芒草殘渣放入到加有300U纖維素酶的30mlpH為4.8的緩沖液中，再放置于50°C，轉速為150rpm的恒溫振蕩器中振蕩96h，然后取出再進行沸水浴5分鐘，使酶失活，阻止酶解反應繼續進行，待溶液冷卻后過濾，收集濾液，測定所述濾液中還原糖的含量為505.08mg/g。
[0016]實施例3:
將5g經400KGy6°Co- Y射線輻照過的芒草粉末放入三角瓶中，加入濃度為1.5%的氫氧化鈉溶液和濃度為3%的雙氧水，混合后在30°C下水浴5h，然后用稀硫酸洗滌至中性，并過濾得到濾渣，將所述濾渣放入60°C的烘箱中干燥24h，得到芒草殘渣；將所述芒草殘渣放入到加有300U纖維素酶的30mlpH為4.8的緩沖液中，再放置于50°C，轉速為150rpm的恒溫振蕩器中振蕩96h，然后取出再進行沸水浴5分鐘，使酶失活，阻止酶解反應繼續進行，待溶液冷卻后過濾，收集濾液，測定所述濾液中還原糖的含量為500.01mg/go
[0017]芒草通過高能射線輻照改變了木質素和纖維素、半纖維素之間緊密的結構。為了取得更好的酶解效果，采用堿性雙氧水對400KGy 6tlCo -y射線輻照過的芒草進行預處理。通過多次試驗，可知在30°C的條件下，用濃度為1.2% NaOH和2%的雙氧水混合溶液處理400KGy 60Co - Y射線福照過的芒草6h,酶解還原糖含量最高達到505.08 mg/g,比福照芒草直接酶解產還原糖含量提高了 5.6倍。因此，堿性雙氧水預處理工藝能夠明顯提高效提高輻照芒草的酶解效率。1.2% NaOH和2%的雙氧水的預處理工藝組合，輻照芒草還原糖含量最高可達505.08 mg/g。
[0018]以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征及本發明的優點，本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內，本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種利用堿性雙氧水促進芒草酶解糖化效率的方法，包括以下步驟: (1)用400KGy6°Co-Y射線輻照芒草粉末； (2)將所述輻照過的芒草粉末放入到一定濃度的氫氧化鈉和雙氧水溶液中，并在一定溫度下水浴一段時間； (3)向步驟(2)中水浴過的混合溶液中加入稀硫酸洗滌至中性，并過濾得到濾渣； (4)將所述濾渣放入烘箱中干燥一段時間，得到芒草殘渣； (5)將所述芒草殘渣放入到加有纖維素酶的緩沖液中，再通過恒溫振蕩器振蕩一段時間； (6)將振蕩后的溶液進行沸水浴一段時間，冷卻后過濾得到濾液； (7)測定所述濾液中還原糖的含量。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(2)中所述氫氧化鈉的濃度為1%-1.5%，所述雙氧水的濃度為1%_3%，所述水浴溫度為30°C，所述時間為5h。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(4)中所述時間為24h，所述干燥溫度為60°C。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(5)中所述緩沖液的pH為4.8，所述恒溫振蕩器的溫度和轉速分別為50°C和150rpm，振蕩時間為96h。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(6)中所述沸水浴時間為5分鐘。
6.根據權利要求2所述的方法，其特征在于:所述氫氧化鈉的濃度為1.2%，所述雙氧水的濃度為2%。
【文檔編號】C12P19/14GK104017842SQ201410292585
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月27日 優先權日:2014年6月27日
【發明者】蘇小軍, 譚興和, 蔡柳, 彭姿 申請人:湖南農業大學