一種采用含纖維素原料制備還原糖的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種采用含纖維素原料制備還原糖的方法。所述采用含纖維素原料制備還原糖的方法包括將預(yù)處理后的含纖維素原料與纖維素酶混合后進(jìn)行水解，其中，所述預(yù)處理的方法包括將所述含纖維素原料與堿性溶液混合后進(jìn)行微波消解，所述微波消解的條件包括溫度為50-200℃、壓力為0.05-2MPa、微波頻率為0.5-5GHz、時間為1-60分鐘。采用本發(fā)明提供的方法能夠提高還原糖的產(chǎn)率。
【專利說明】一種采用含纖維素原料制備還原糖的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采用含纖維素原料制備還原糖的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前生產(chǎn)燃料乙醇、生物柴油、氫氣和沼氣等可再生生物能源的主要原料是玉米、木薯等淀粉類生物質(zhì)，利用這些原料進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，不但會造成與人爭糧的不利局面，給人類生活和生產(chǎn)帶來負(fù)面影響，而且會受到糧食資源產(chǎn)量、產(chǎn)地和運輸?shù)葪l件的限制，難以滿足日益增長的生物能源需求。含纖維素原料主要包括農(nóng)作物秸桿和野生草本及木本植物，是地球上分布最廣且最廉價的可再生資源之一，非常適合作為可再生生物能源的生產(chǎn)原料。目前，全國秸桿理論資源量約為8.4億噸，可收集資源量約為7億噸。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，以含纖維素原料為原料，利用微生物發(fā)酵制取可再生生物能源主要分為兩個步驟:(1)將含纖維素原料水解成還原糖；(2 )將還原糖經(jīng)微生物發(fā)酵轉(zhuǎn)化成目標(biāo)生物能源。然而，在含纖維素原料的內(nèi)部，半纖維素和木質(zhì)素通過共價鍵形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，纖維素被包裹其中，很難與外界酶接觸。如果直接用纖維素酶水解，還原糖產(chǎn)率一般低于20%。因此，通常情況下，在將含纖維素原料用纖維素酶進(jìn)行水解之前，需要對含纖維素原料進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理指的是將含纖維素原料從其天然結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成能夠有效水解的結(jié)構(gòu)的過程。含纖維素原料經(jīng)預(yù)處理后，纖維素-半纖維素-木質(zhì)素的復(fù)合結(jié)構(gòu)被破壞，半纖維素和木質(zhì)素部分?jǐn)嗔讶芙?，從而使得纖維素的結(jié)晶度降低，與纖維素酶接觸的比表面積增大，并能夠更有效地被纖維素酶水解成可發(fā)酵利用的還原糖。
[0004]目前，含纖維素原料通常采用蒸汽爆破或者采用酸性溶液進(jìn)行預(yù)處理。例如，CN101387084A公開了一種蒸汽爆破含纖維素的原料的方法，該方法將含纖維素的原料連續(xù)輸送至保溫壓力裝置中，保持3-10分鐘，每隔5-12秒使該裝置中的部分含纖維素的原料釋放到常壓，從而破壞含纖維素的原料中包埋纖維素和半纖維素的木質(zhì)素鞘。CN101148830A公開了一種對植物進(jìn)行汽爆-微波耦合處理分離秸桿組分的方法，該方法包括如下步驟:
(1)將植物秸桿進(jìn)行蒸汽爆破預(yù)處理后，加入40-6(TC溫水潤漲洗滌，洗滌液靜置沉淀獲得半纖維素；(2)將水洗后的汽曝秸桿脫水至含水量為3-5mL/g，之后加入甘油混勻后，進(jìn)行間歇性微波處理；處理完畢，加入熱水保溫攪拌溶解30-90min ;用40_60°C水洗滌、過濾3_5次，濾餅為粗纖維；所述甘油的加入量為每克植物秸桿干料加入5-7mL的甘油；(3)將濾液經(jīng)過靜置沉淀獲得木質(zhì)素。CN101434977A公開了一種纖維素制糖工藝，該工藝采用擠壓膨化預(yù)處理和纖維素酶復(fù)配水解的方式得到總糖液。其中，所述擠壓膨化預(yù)處理主要利用熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)，使得秸桿細(xì)胞壁內(nèi)各層間部分木質(zhì)素、纖維素、半纖維素水解，從而改變細(xì)胞間木質(zhì)素的分布狀態(tài)、增大其比表面積并提高水解效率。
[0005]但是采用上述方法對含纖維素原料的預(yù)處理時，不能將含纖維素原料中包埋纖維素和半纖維素的木質(zhì)素鞘充分破壞，因而導(dǎo)致將預(yù)處理后的含纖維素原料進(jìn)行水解制糖或水解制生物能源時，還原糖的產(chǎn)率較低。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了克服采用現(xiàn)有的方法制備還原糖產(chǎn)率較低的缺陷，而提供一種能夠提高還原糖產(chǎn)率的采用含纖維素原料制備還原糖的方法。
[0007]本發(fā)明提供了一種采用含纖維素原料制備還原糖的方法，該方法包括將預(yù)處理后的含纖維素原料與纖維素酶混合后進(jìn)行水解，其中，所述預(yù)處理的方法包括將所述含纖維素原料與堿性溶液混合后進(jìn)行微波消解，所述微波消解的條件包括溫度為50-200°C、壓力為0.05-2MPa、微波頻率為0.5_5GHz、時間為1-60分鐘。
[0008]本發(fā)明的發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)，通過堿性溶液與微波消解處理的協(xié)同作用，能夠顯著提高還原糖的產(chǎn)率。推測其原因，可能是由于:一方面，纖維素中的β_1，4-糖苷鍵具有縮醛鍵的性質(zhì)，對堿極為敏感，將所述含纖維素原料與堿性溶液混合均勻后，β -1, 4-糖苷鍵發(fā)生斷裂，聚合度降低，再將與堿性溶液混合均勻后的粉碎產(chǎn)物用微波消解進(jìn)行處理，能夠極為充分地破壞含纖維素原料的表面結(jié)構(gòu)及內(nèi)部的纖維素-半纖維素-木質(zhì)素復(fù)合結(jié)構(gòu)，從而使半纖維素和木質(zhì)素充分?jǐn)嗔讶芙?、纖維素的結(jié)晶度降低，并將部分半纖維素分解成木糖、甘露糖等單糖，進(jìn)而在纖維素酶的作用下被水解成葡萄糖。另一方面，堿性溶液的存在為微波消解提供了更為有利的條件，從而更有利于將包埋纖維素和半纖維素的木質(zhì)素鞘充分破壞。此外，本發(fā)明提供的方法采用的微波消解時間不超過60分鐘，能夠有效地降低堿性溶液將還原糖中的葡萄糖和木糖進(jìn)一步降解成5-羥甲基糠醛、糠醛、甲酸等對發(fā)酵等后續(xù)應(yīng)用有害的物質(zhì)的概率。并且，本發(fā)明采用微波加熱替代傳統(tǒng)蒸汽和水浴加熱，反應(yīng)在密閉容器中進(jìn)行，不僅能耗低、條件相對溫和，而且還能夠縮短處理時間，并降低生產(chǎn)成本。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，當(dāng)將所述含纖維素原料的含水量控制在小于2重量％時，不僅更有利于得到粒徑較小的粉碎產(chǎn)物，而且還能更為充分地破壞含纖維素原料的表面結(jié)構(gòu)及內(nèi)部的纖維素-半纖維素-木質(zhì)素復(fù)合結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步提高還原糖的產(chǎn)率。
[0010]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]附圖是用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的【具體實施方式】一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0012]圖1為本發(fā)明提供的采用含纖維素原料制備還原糖的工藝流程圖；
[0013]圖2為實施例1中采用微波消解后得到的含纖維素原料的微觀結(jié)構(gòu)圖?！揪唧w實施方式】
[0014]以下對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0015]本發(fā)明提供的采用含纖維素原料制備還原糖的方法包括將預(yù)處理后的含纖維素原料與纖維素酶混合后進(jìn)行水解，其中，所述預(yù)處理的方法包括將所述含纖維素原料與堿性溶液混合后進(jìn)行微波消解，所述微波消解的條件包括溫度為50-20(TC、壓力為0.05-2MPa、微波頻率為0.5_5GHz、時間為1-60分鐘。[0016]其中，所述微波消解主要是利用微波離子傳導(dǎo)和極性分子轉(zhuǎn)動加熱原理，并采用物質(zhì)內(nèi)外部同時加熱方式以實現(xiàn)將樣品快速破壞、分解的目的，其具有加熱速度快且受熱均勻等優(yōu)點。所述微波消解可以在現(xiàn)有的各種微波消解儀中進(jìn)行，在此將不再贅述。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，盡管只要將粉碎后的含纖維素原料與堿性溶液混合后進(jìn)行微波消解，并將所述微波消解的條件控制在溫度為50-200°C、壓力為0.05-2MPa、微波頻率為0.5-5GHz、時間為1-60分鐘，就能夠有效地提高還原糖的產(chǎn)率，但為了使避免還原糖中的葡萄糖和木糖進(jìn)一步降解成5-羥甲基糠醛、糠醛、甲酸等對發(fā)酵等后續(xù)應(yīng)用有害的物質(zhì)、并進(jìn)一步提高還原糖的產(chǎn)率，優(yōu)選情況下，所述微波消解的條件包括溫度為100-150°C、壓力為0.1-0.8MPa、微波頻率為2-3GHz、時間為5-30分鐘。
[0018]在本發(fā)明中，所述壓力均指表壓。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明，所述含纖維素原料的種類可以為本領(lǐng)域的常規(guī)選擇，例如，可以包括玉米、小麥、水稻和甘蔗等各種農(nóng)作物及野生草本植物的秸桿、以及玉米芯、甘蔗渣、水葫蘆等富含纖維素的各種工業(yè)廢棄原料。優(yōu)選情況下，所述含纖維素原料選自玉米秸桿、小麥秸桿、水稻秸桿、甘蔗秸桿、高梁秸桿、棉花秸桿、豆秸和水葫蘆中的一種或多種。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，為了增大含纖維素原料與堿性溶液的接觸面積并提高還原糖的產(chǎn)率，優(yōu)選情況下，所述預(yù)處理的方法還包括在將所述含纖維素原料與堿性溶液混合之前，將所述含纖維素原料粉碎。
[0021]根據(jù)本發(fā)明，所述粉碎的方法和條件均可以為本領(lǐng)域的常規(guī)選擇，只要能夠得到粒徑較小的顆粒，從而更有利于后續(xù)的用堿性溶液和微波消解處理即可，通常可以在粉碎機(jī)中進(jìn)行，具體的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，在此將不再贅述。此外，經(jīng)粉碎后的粉碎產(chǎn)物的顆粒直徑也可以在較寬的范圍內(nèi)進(jìn)行選擇和變動，并可以通過調(diào)整粉碎機(jī)的功率和粉碎時間來進(jìn)行合理選擇，優(yōu)選小于550微米。通常來說，粉碎產(chǎn)物的顆粒直徑越小，越有利于后續(xù)的處理，但對粉碎條件也有較高的要求；粉碎產(chǎn)物的顆粒直徑越大，可以降低粉碎的條件，但不利于后續(xù)的堿性溶液和微波消解處理，因此，從各方面的因素綜合考慮，更優(yōu)選地，將所述含纖維素原料粉碎得到的粉碎產(chǎn)物的顆粒直徑為200-400微米。
[0022]本發(fā)明對所述含纖維素原料中的水含量沒有特別地限定，可以為本領(lǐng)域的常規(guī)選擇。然而本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將所述含纖維素原料的含水控制在小于2重量％時，不僅有利于得到粒徑較小的粉碎產(chǎn)物，還能夠進(jìn)一步保證在后續(xù)的采用堿性溶液處理和微波消解的過程中，將含纖維素原料中包埋纖維素和半纖維素的木質(zhì)素鞘充分平破壞，從而更為顯著地提高還原糖的產(chǎn)率。因此，優(yōu)選情況下，所述含纖維素原料的含水量小于2重量％。除非特殊說明，本發(fā)明所述含纖維素原料的含水量均是指含纖維素原料的初始重量Wl與在105°C烘干至恒重的含纖維素原料的重量W2之差，與含纖維素原料的初始重量Wl的重量百分比，即含水量(重量%) =(Wl-W2)/fflX100%o
[0023]根據(jù)本發(fā)明，不同批次含纖維素的原料或不同種類的含纖維素原料的含水量可能存在較大的差異，通常為5-60重量％。因此，為了獲得含水量小于2重量％的含纖維素原料，一般需要將水含量較高的含纖維素原料在60-120°C下烘干，以使部分水分蒸發(fā)，從而將水含量控制在上述范圍內(nèi)。
[0024]根據(jù)本發(fā)明，將所述粉碎產(chǎn)物與堿性溶液接觸的目的是使得含纖維素原料的表面結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部的纖維素-半纖維素-木質(zhì)素復(fù)合結(jié)構(gòu)被部分破壞，從而更有利于后續(xù)的微波消解。所述堿性溶液的種類為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知，例如，其中的堿可以選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、氫氧化鋇、氫氧化鋁、氫氧化錳、氫氧化鋅、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鋰和氨水中的一種或多種。以上堿性溶液的濃度可以在較寬的范圍內(nèi)進(jìn)行選擇和變動，例如，通?？梢詾?.1-5重量％。
[0025]根據(jù)本發(fā)明，所述堿性溶液的用量可以根據(jù)粉碎產(chǎn)物的用量進(jìn)行合理的選擇，通常來說，所述粉碎產(chǎn)物與堿性溶液的重量比可以為0.05-20:100，優(yōu)選為1-10 =IOO0需要說明書的是，此處所述的堿性溶液的用量包括其中的水含量。
[0026]本領(lǐng)域技術(shù)人員公知，所述纖維素酶為復(fù)合酶，至少包括C1型纖維素酶、Cx型纖維素酶和纖維二糖酶三種酶。
[0027]C1酶可以使結(jié)晶的纖維素轉(zhuǎn)變?yōu)榉墙Y(jié)晶的纖維素。
[0028]Cx型纖維素酶又分為Cxi型纖維素酶和Cx2型纖維素酶兩種。Cxi型纖維素酶為內(nèi)切型纖維素酶，可以從水合非結(jié)晶纖維素分子內(nèi)部作用于β_1，4-糖苷鍵，生成纖維糊精和纖維二糖。Cx2型纖維素酶是一種外切型纖維素酶，可以從水合非纖維素分子的非還原端作用于β-1，4-糖苷鍵，逐一切斷β-1，4-糖苷鍵生成葡萄糖。
[0029]纖維二糖酶則作用于纖維二糖，使纖維二糖水解生成葡萄糖。
[0030]所述纖維素酶可以通過商購得到，例如，可以購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司的纖維素酶。
[0031]根據(jù)本發(fā)明，將預(yù)處理后的含纖維素原料與纖維素酶混合后進(jìn)行水解的步驟可以通過本領(lǐng)域常規(guī)的各種方法完成。通常來說，纖維素酶的用量越多越好，但出于成本考慮，以每克含纖維素原料的干重計，所述纖維素酶的用量優(yōu)選為1-10重量％、更優(yōu)選為1-5重量％。
[0032]根據(jù)本發(fā)明，所述水解的條件可以為本領(lǐng)域的常規(guī)選擇，通常來說，所述水解的條件包括水解的溫度、水解的時間和水解的pH。所述水解的溫度可以為纖維素酶的任何最適作用溫度，一般為20-60°C，更優(yōu)選35-45°C。所述水解的時間理論上越長越好，但考慮到設(shè)備利用率，所述水解的時間優(yōu)選為48-120小時，更優(yōu)選為60-100小時。所述水解的pH值可以為纖維素酶的任何最適作用PH，一般為3-7，更優(yōu)選pH值為4-5。由于水解過程中pH值的波動不大，因此所述水解的PH值可以按照本領(lǐng)域常用的方法在加入纖維素酶之前采用酸性物質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。所述酸性物質(zhì)可以是現(xiàn)有的各種能夠調(diào)節(jié)含纖維素原料的PH值的物質(zhì)，例如，可以為HC1、硫酸、亞硫酸、硝酸、磷酸、硒酸、高氯酸、氟化氫、溴化氫和碘化氫中的一種或多種。上述酸性物質(zhì)可以以純態(tài)直接使用，也可以以其水溶液形式使用。以水溶液形式使用時，優(yōu)選濃度為5重量％至飽和濃度。
[0033]根據(jù)本發(fā)明，由于預(yù)處理后的含纖維素原料中含有不能溶于堿性溶液中且不能被水解的物質(zhì)，在水解結(jié)束后，這些物質(zhì)仍然以固體的形式存在，因此，本發(fā)明提供的制備還原糖的方法還包括將水解產(chǎn)物進(jìn)行固液分離，以將這些固體從還原糖中去除。
[0034]按照本發(fā)明的一種【具體實施方式】，如圖1所述，本發(fā)明提供的采用含纖維素原料制備還原糖的方法包括將含纖維素原料烘干至其中的水含量小于2重量％，并將烘干后的含纖維素原料粉碎，使得到的粉碎產(chǎn)物的粒徑小于550微米，然后將所述粉碎產(chǎn)物與堿性溶液(濃度為0.1-5重量％)混合均勻并在微波作用下進(jìn)行微波消解，將得到的微波消解產(chǎn)物用纖維素酶進(jìn)行水解，并將得到的水解產(chǎn)物進(jìn)行固液分離，得到還原糖。[0035]以下將通過實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0036] 以下實施例和對比例中，還原糖的產(chǎn)率(％)=還原糖的實際產(chǎn)量+還原糖的理論產(chǎn)量X 100%=(含有還原糖的溶液中還原糖的濃度X含有還原糖的溶液的體積)+ (含纖維素原料中纖維素含量X1.111+含纖維素原料中半纖維素含量X1.136)X100%。其中，含有還原糖的溶液中還原糖的濃度采用DNS法進(jìn)行測定，具體地，以1.0mL去離子水作為空白樣，取1.0mL的含有還原糖的溶液于試管中，并加入2.0mL的3，5-二硝基水楊酸試劑(DNS試劑)混合均勻后煮沸5min，快速冷卻后分別加入IOmL去離子水。然后以空白樣作為參比溶液，在540nm波長下測定其吸光度，與標(biāo)準(zhǔn)曲線對比后即可得出其中還原糖的濃度。其中，所述標(biāo)準(zhǔn)曲線通過下述方法獲得:將無水葡萄糖于105°C烘干至恒重，準(zhǔn)確稱取IOOmg葡萄糖于IOOmL容量瓶中定容，配成濃度為1.0mg/mL的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別取0.0mL,
0.2mL、0.4mL、0.6mL、0.8mL和1.0mL標(biāo)準(zhǔn)溶液添加到玻璃試管中，添加去離子水1.0mL>
0.8mL、0.6mL、0.4mL、0.2mL和0.0mL,配置成總體積為1.0mL的溶液，葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度分別為 0.0mg/mL>0.2mg/mL、0.4mg/mL、0.6mg/mL、0.8mg/mL 和 1.0mg/mL,然后往每根玻璃試管中添加2.0mL的3，5-二硝基水楊酸試劑。將試劑混合后搖勻，于沸水浴中加熱5分鐘，取出后用冷水快速冷卻至室溫(25°C)，再分別加入IOmL蒸餾水，搖勻后在紫外可見光分光光度儀測定540nm波長下的OD值。每個葡萄糖濃度采用3個平行樣本，OD值取平均值，繪制葡萄糖濃度對應(yīng)OD值的函數(shù)關(guān)系圖，并擬合成一次線性方程，得到還原糖濃度對應(yīng)OD值的標(biāo)準(zhǔn)曲線。其中，所述3，5-二硝基水楊酸試劑的配制方法如下:取91g酒石酸鉀鈉溶于500mL去離子水中，再依次加入3.15g的3，5-二硝基水楊酸和20g氫氧化鈉,加熱攪拌使之溶解，然后加入2.5g重蒸酚和2.5g無水亞硫酸鈉，全部溶解后冷卻，并定容至1000mL,貯存于棕色試劑瓶中，室溫下放置2周后便可使用。含纖維素原料中纖維素和半纖維素含量采用購自瑞典FOSS公司的型號為Fibertec 2010的全自動纖維測定儀進(jìn)行測定。
[0037]實施例1
[0038]該實施例用于說明本發(fā)明提供的采用含纖維素原料制備還原糖的方法。
[0039]將水稻秸桿于100°C下烘干，使其中的水含量為1.5重量％。并將得到的水稻秸桿粉碎成粒徑小于212微米的粉粒，再與濃度為1.0重量％的氫氧化鈉溶液按2:100的重量比混合均勻，然后在微波消解儀(購自上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司，型號為WX-8000，下同)中于100°C下進(jìn)行微波消解5分鐘。其中，微波消解所用的微波頻率為2.45GHz，所用的壓力為0.1MPa。微波消解后得到的含纖維素原料的微觀結(jié)構(gòu)如圖2所示。從圖2中可以看出，經(jīng)微波消解后的含纖維素原料的表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)已經(jīng)被充分地破壞。將得到的微波消解產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至水解容器中，并用濃度為5重量％的硫酸溶液將其pH值調(diào)至4.5，然后加入重量為所用的含纖維素原料干重的4重量％的纖維素酶(購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，型號為BR (滬試))，在45°C進(jìn)行水解84小時。水解結(jié)束后，過濾除去固體殘渣，得到含有還原糖的溶液。經(jīng)測定，還原糖的產(chǎn)率為90.2%。
[0040]實施例2
[0041]該實施例用于說明本發(fā)明提供的采用含纖維素原料制備還原糖的方法。
[0042]將玉米秸桿于105°C下烘干，使其中的水含量為1.8重量％。并將得到的玉米秸桿粉碎成粒徑小于270微米的粉粒，再與濃度為2重量％的氫氧化鉀溶液按4:100的重量比混合均勻，然后在微波消解儀中于150°C下進(jìn)行微波消解30分鐘。其中，微波消解所用的微波頻率為2.45GHz，所用的壓力為0.8MPa。將得到的微波消解產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至水解容器中，并用濃度為5重量％的鹽酸將其pH值調(diào)至4.8，然后加入重量為所用的含纖維素原料干重的3重量％的纖維素酶(購自日本Yakult公司，型號為Onozuka R-10)，在40°C進(jìn)行水解96小時。水解結(jié)束后，過濾除去固體殘渣，得到含有還原糖的溶液。經(jīng)測定，還原糖的產(chǎn)率為93.3%。
[0043]實施例3
[0044]該實施例用于說明本發(fā)明提供的采用含纖維素原料制備還原糖的方法。
[0045]將小麥稻桿于95°C下烘干,使其中的水含量為1.6重量％。并將得到的小麥稻桿粉碎成粒徑小于500微米的粉粒，再與濃度為3重量％的氨水按3:100的重量比混合均勻，然后在微波消解儀中于135°C下進(jìn)行微波消解10分鐘。其中，微波消解所用的微波頻率為
2.45GHz，所用的壓力為0.3MPa。將得到的微波消解產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至水解容器中，并用濃度為8重量％的鹽酸將其PH值調(diào)至4.2，然后加入重量為所用的含纖維素原料干重的5重量％的纖維素酶(購自美國Sigma-Aldrich公司，型號為C1794)，在38°C進(jìn)行水解84小時。水解結(jié)束后,過濾除去固體殘渣,得到含有還原糖的溶液。經(jīng)測定,還原糖的產(chǎn)率為92.0%。
[0046]實施例4
[0047]該實施例用于說明本發(fā)明提供的采用含纖維素原料制備還原糖的方法。
[0048]將小麥秸桿于90°C下烘干，使其中的水含量為1.7重量％。并將得到的小麥秸桿粉碎成粒徑小于250微米的粉粒，再與濃度為2.5重量％的氫氧化鈉溶液按5:100的重量比混合均勻，然后在微波消解儀中于130°C下進(jìn)行微波消解25分鐘。其中，微波消解所用的微波頻率為2.45GHz，所用的壓力為0.3MPa。將得到的微波消解產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至水解容器中，并用濃度為5重量％的鹽酸將其pH值調(diào)至4.5，然后加入重量為所用的含纖維素原料干重的5重量％的纖維素酶(購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，型號為BR (滬試))，在40°C進(jìn)行水解96小時。水解結(jié)束后，過濾除去固體殘渣，得到含有還原糖的溶液。經(jīng)測定，還原糖的產(chǎn)率為96.0%。
[0049]實施例5
[0050]該實施例用于說明本發(fā)明提供的采用含纖維素原料制備還原糖的方法。
[0051]將水稻秸桿于105°C下烘干，使其中的水含量為1.4重量％。并將得到的水稻秸桿粉碎成粒徑小于220微米的粉粒，再與濃度為4.0重量％的氨水按6:100的重量比混合均勻，然后在微波消解儀中于140°C下進(jìn)行微波消解10分鐘。其中，微波消解所用的微波頻率為2.45GHz，所用的壓力為0.5MPa。將得到的微波消解產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至水解容器中，并用濃度為5重量％的硫酸溶液將其pH值調(diào)至4.2，然后加入重量為所用的含纖維素原料干重的3.5重量％的纖維素酶(購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，型號為BR (滬試))，在45°C進(jìn)行水解78小時。水解結(jié)束后，過濾除去固體殘渣，得到含有還原糖的溶液。經(jīng)測定,還原糖的產(chǎn)率為 91.8% ο
[0052]實施例6
[0053]該實施例用于說明本發(fā)明提供的采用含纖維素原料制備還原糖的方法。
[0054]按照實施例1的方法制備還原糖，不同的是，所述微波消解的條件包括溫度為80°C、壓力為0.06MPa、微波頻率為2.45GHz、時間為10分鐘。得到含有還原糖的溶液。經(jīng)測定，還原糖產(chǎn)率為78.5%。
[0055] 實施例7[0056]該實施例用于說明本發(fā)明提供的采用含纖維素原料制備還原糖的方法。
[0057]按照實施例1的方法制備還原糖，不同的是，將水稻秸桿于90°C下烘干，使其中的水含量為10重量％。得到含有還原糖的溶液。經(jīng)測定，還原糖產(chǎn)率為84.2%。
[0058]對比例I
[0059]該對比例用于說明參比的采用含纖維素原料制備還原糖的方法。
[0060]按照實施例7的方法制備還原糖，不同的是，在含纖維素原料預(yù)處理過程中，不將含纖維素原料與氫氧化鈉溶液混合后得到的混合物進(jìn)行微波消解處理，具體步驟如下:
[0061]將水稻秸桿于90°C下烘干，使其中的水含量為10重量％。并將得到的水稻秸桿粉碎成粒徑小于212微米的粉粒，再與濃度為1.0重量％的氫氧化鈉溶液按2:100的重量比混合均勻，然后在100°C下繼續(xù)攪拌混合5分鐘，再將得到的微波消解產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至水解容器中，用濃度為5重量％的硫酸溶液將其pH值調(diào)至4.5，然后加入重量為所用的含纖維素原料干重的4重量％的纖維素酶(購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，型號為BR (滬試))，在45°C進(jìn)行水解84小時。水解結(jié)束后，沉降過濾除去固體殘渣，得到含有還原糖的溶液。經(jīng)測定，還原糖產(chǎn)率為58.6%。
[0062]對比例2
[0063]該對比例用于說明參比的采用含纖維素原料制備還原糖的方法。
[0064]按照實施例7的方法制備還原糖，不同的是，不包括將粉碎產(chǎn)物用氫氧化鈉溶液處理的步驟，而是直接將粉碎產(chǎn)物用微波消解處理。得到含有還原糖的溶液。經(jīng)測定，還原糖產(chǎn)率為16.8%。
[0065]從以上實施例和對比例的結(jié)果可以看出，采用本發(fā)明提供的方法制備還原糖，能夠顯著提高還原糖的產(chǎn)率。從實施例1與實施例6和7的對比可以看出，當(dāng)采用本發(fā)明的優(yōu)選方式制備還原糖時，能夠進(jìn)一步提高還原糖的產(chǎn)率，更具工業(yè)應(yīng)用前景。此外，本發(fā)明采用微波加熱替代傳統(tǒng)蒸汽和水浴加熱，反應(yīng)在密閉容器中進(jìn)行，不僅能耗低、條件相對溫和，而且還能夠縮短處理時間短，降低了生產(chǎn)成本。
[0066]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0067]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。
[0068]此外，本發(fā)明 的各種不同的實施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種采用含纖維素原料制備還原糖的方法，該方法包括將預(yù)處理后的含纖維素原料與纖維素酶混合后進(jìn)行水解，其特征在于，所述預(yù)處理的方法包括將所述含纖維素原料與堿性溶液混合后進(jìn)行微波消解，所述微波消解的條件包括溫度為50-200°C、壓力為0.05-2MPa、微波頻率為0.5_5GHz、時間為1-60分鐘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述微波消解的條件包括溫度為100-150°C、壓力為0.1-0.8MPa、微波頻率為2-3GHz、時間為5-30分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述預(yù)處理的方法還包括在將所述含纖維素原料與堿性溶液混合之前，將所述含纖維素原料粉碎。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述含纖維素原料的含水量小于2重量％。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，將所述含纖維素原料粉碎得到的粉碎產(chǎn)物的顆粒直徑小于550微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4或5所述的方法，其中，所述堿性溶液的濃度為0.1-5重量％ ；所述粉碎產(chǎn)物與堿性溶液的重量比為1-10:100。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述堿性溶液中的堿選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、氫氧化鋇、氫氧化錳、氫氧化鋅、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鋰和氨水中的一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4、5或7所述的方法，其中，以每克含纖維素原料的干重計，所述纖維素酶的用量為1-5重量％。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 、2、4、5或7所述的方法，其中，所述水解的條件包括溫度為35-45°C、pH值為4-5、時間為60-100小時。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述含纖維素原料選自玉米秸桿、小麥秸桿、水稻秸桿、甘蔗秸桿、高梁秸桿、棉花秸桿、豆秸和水葫蘆中的一種或多種。
【文檔編號】C12P19/14GK103898180SQ201210581048
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月27日
【發(fā)明者】蘇會波, 李凡, 彭超, 林鑫, 沈乃東, 林海龍, 劉文信, 劉勁松, 袁敬偉, 岳國君, 于天楊 申請人:中糧營養(yǎng)健康研究院有限公司, 中糧生化能源（肇東）有限公司, 中糧集團(tuán)有限公司