本發(fā)明屬于生物化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種從煙草廢棄物中提取纖維素的方法。
背景技術(shù)：
煙草中細(xì)胞壁物質(zhì)由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等物質(zhì)構(gòu)成，這些物質(zhì)維持煙草細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，約占煙草干物質(zhì)重量的26％～35％，其中，纖維素約占干物質(zhì)總重的13％～18％。木質(zhì)素占煙葉總細(xì)胞壁物質(zhì)的16％～24％，含量范圍為3.5～7.5％。煙梗的木質(zhì)素含量比煙葉高，在燃吸時雜氣重，嚴(yán)重影響卷煙品質(zhì)，在生產(chǎn)過程中很大部分的煙梗被作為煙草廢棄物丟棄。我國煙草植物的種植面積和產(chǎn)量均世界首位，作為煙草生產(chǎn)大國，我們每年有近超過100萬噸的煙葉、煙末、煙梗等下腳料被廢棄。
目前經(jīng)濟(jì)效益的需求和當(dāng)前環(huán)境污染的情況，煙草廢棄物中如何有效利用，減低環(huán)境污染和提升生產(chǎn)效益是當(dāng)前的關(guān)注重點(diǎn)。煙草廢棄物中含有大量的纖維素，如何有效利用以解決目前的污染問題并為國民經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展做出巨大的功效，是急需解決的問題。
cn201110116236.8涉及一種微生物固態(tài)發(fā)酵法制備煙草薄片基礎(chǔ)物料-煙梗纖維素的方法。本發(fā)明選擇高產(chǎn)蛋白酶、果膠酶、木質(zhì)素酶、淀粉酶等酶的微生物，以煙梗、煙末和碎煙葉為原料，制備微生物種子，所制備的微生物種子接種到煙梗中，進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，發(fā)酵后的煙梗在緩沖液中浸泡并進(jìn)行酶解，酶解后的煙梗，蛋白質(zhì)、木質(zhì)素、果膠質(zhì)等大分子物質(zhì)被降解成小分子物質(zhì)，與煙梗中的纖維素類物質(zhì)易于分離，再經(jīng)攪拌打漿、過濾、分離得到水溶性浸出物及水不溶性的煙梗纖維素。該專利沒有提及采用白腐真菌進(jìn)行發(fā)酵的工藝。
cn201210399941.8利用固定化酶制劑結(jié)合醋酸菌發(fā)酵制備煙草提取物的方法，是用固定化酶制劑處理煙草提取物原料獲得處理產(chǎn)物，再用醋酸菌發(fā)酵處理產(chǎn)物獲得發(fā)酵產(chǎn)物，然后將發(fā)酵產(chǎn)物濃縮處理，即得煙草提取物。該專利沒有提及采用白腐真菌進(jìn)行發(fā)酵的工藝。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
根據(jù)目前的研發(fā)現(xiàn)狀，本發(fā)明提供一種從煙草廢棄物中提取纖維素的方法，該方法先通過發(fā)酵分解煙草廢棄物中的木質(zhì)纖維，然后模擬降水進(jìn)行淋洗以去除發(fā)酵分解得到有機(jī)碎屑，減少有機(jī)碎屑附著帶來的影響，從而加速了分解速率，大大縮短了生產(chǎn)周期。
一方面，本發(fā)明提供一種從煙草廢棄物中提取纖維素的方法，其具體步驟為：
步驟(1)接種載體的制備：固定化的載體置于盛有瓊脂培養(yǎng)基的高壓滅菌鍋中滅菌，冷卻后將載體表面的瓊脂用熱蒸餾水清洗，清洗后將載體在白腐真菌發(fā)酵液中振蕩培養(yǎng)，待用；
步驟(2)發(fā)酵：盛有煙草廢棄物的網(wǎng)箱置于已加入白腐真菌發(fā)酵液的發(fā)酵池中浸沒發(fā)酵；
步驟(3)淋洗階段：將步驟(2)所述的裝有發(fā)酵剩余物的網(wǎng)箱從發(fā)酵池中取出，加入步驟(1)制備的接種載體，水流模擬降雨淋洗，直至清洗液為澄清狀，邊淋洗邊將網(wǎng)箱翻轉(zhuǎn)；
步驟(4)：將步驟(3)清洗完成后剩余的材料取出，烘干，得高純度纖維素；
其中，所述的白腐真菌發(fā)酵液的制備過程如下：以煙草廢棄物為液體發(fā)酵基質(zhì)，將白腐真菌進(jìn)行液體深層發(fā)酵后離心后，取上層清液，加入土豆葡萄糖液體混勻后制備得白腐真菌的土豆葡萄糖液體；測得白腐真菌發(fā)酵液中白腐真菌的酶活為3.0iu/ml；
土豆葡萄糖液體具體制備過程為土豆煮沸后進(jìn)行過濾，濾液冷卻后與葡萄糖混勻的液體；
所述瓊脂培養(yǎng)基是指由土豆葡萄糖液體與瓊脂制備的瓊脂培養(yǎng)基。
所述水流模擬降雨淋洗是指淋洗的降水速率在0.25～4.0毫米/小時之間。優(yōu)選為1.0～2毫米/小時之間。
所述煙草廢棄物是指廢棄的煙草、煙梗、煙葉下腳料、卷煙下腳料或其他卷煙生產(chǎn)過程中的大量副產(chǎn)品等。也可以是煙草。
進(jìn)一步地，步驟(1)所述的固定化的載體以聚乙烯醇、海藻酸鈉和活性炭為原料滴入氯化鈣和硼酸溶液中交聯(lián)反應(yīng)制備而成的球體。采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15％、3.5％的聚乙烯醇和海藻酸鈉與質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2％的活性炭，攪拌均勻后，通過恒流泵以40r/min的速率將混合均勻的固定化原料滴入裝有2％氯化鈣飽和硼酸溶液的交聯(lián)反應(yīng)成型槽，立即形成球體凝膠，滴加完成后靜止交聯(lián)4h即得球狀的固定化載體。
進(jìn)一步地，所述球體的直徑為1～5cm，優(yōu)選為3cm。
進(jìn)一步地，所述高壓滅菌鍋中溫度為100～150℃，壓力為1.2～1.5pa。
進(jìn)一步地，所述熱蒸餾水的溫度為50～70℃，優(yōu)選為60℃。
進(jìn)一步地，所述步驟(1)中振蕩培養(yǎng)的時間為5～10天，優(yōu)選為7天。
進(jìn)一步地，步驟(2)發(fā)酵階段的發(fā)酵溫度為20～30℃，優(yōu)選為25℃，發(fā)酵周期為7～16天，優(yōu)選為10天，發(fā)酵ph為4～7，優(yōu)選為6.5。
進(jìn)一步地，所述步驟(2)中網(wǎng)箱的體積為1m3，孔徑為0.5～1mm。所述步驟(2)中煙草廢棄物放置在網(wǎng)箱中的量為5公斤，發(fā)酵池中白腐真菌發(fā)酵液約為1.5l。
進(jìn)一步地，步驟(3)所述淋洗階段的淋洗時間為6～16小時，優(yōu)選所述步驟(3)的淋洗時間為6～10小時。更優(yōu)選為8小時。
進(jìn)一步地，所述步驟(3)淋洗階段流出的淋洗液通過過濾濾出濾渣后的水重復(fù)用于淋洗，實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用和減少環(huán)境污染。所述過濾采用活性炭和砂石過濾。
進(jìn)一步地，在步驟(4)之前，重復(fù)步驟(2)～(3)1～3次，每次重復(fù)前，需要將接種載體取出，將接種載體重復(fù)步驟(1)接種后再次利用。
纖維素的含量達(dá)到89.9％。
在步驟(1)中，接種載體清洗后，保證球體表面無多的殘留培養(yǎng)基，而孔隙內(nèi)的培養(yǎng)基又保存完整，易于后期發(fā)酵菌的著床。
在步驟(2)中所述的發(fā)酵，土豆葡萄糖液具體制備過程為200g土豆煮沸30min后進(jìn)行過濾，濾液冷卻后與20g葡萄糖混勻后得到的液體。
在步驟(3)所述的淋洗階段，細(xì)水模擬降雨淋洗能有效的減少纖維素的流失，大大提高提取率。網(wǎng)箱中添加的接種球，一方面可以增加摩擦力將有機(jī)碎屑更快去除；另一方面可以彌補(bǔ)因淋洗而損失的活性發(fā)酵菌。進(jìn)一步地，添加的接種球?yàn)?0個。具體時間參考淋洗的洗出液情況，洗出液為澄清狀即可。淋洗過程中材料的混勻，通過將網(wǎng)箱進(jìn)行翻轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明使用的發(fā)酵-淋洗方法提取煙草廢棄物中的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、可溶性物質(zhì)，并且提取過程中沒有使用有機(jī)溶劑；使用的方法簡單，節(jié)能環(huán)保，采用白腐真菌處理煙草廢棄物，提取纖維素，纖維素的提取純度高，提取纖維素的周期時間短，成本低，提取率高，污染少。將被廢棄的煙草材料作為原料，極大擴(kuò)大了農(nóng)作物煙草廢棄物的利用范圍，解決目前煙草廢棄物帶來的污染問題，該方法的市場前景廣闊。與目前單純的水醇法、氧化還原法，提取效率更高，產(chǎn)生的三廢更少。
具體實(shí)施方式
以下所述的是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明所保護(hù)的不限于以下優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說在此發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的基礎(chǔ)上，做出的若干變形和改進(jìn)，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
所述煙草廢棄物是指廢棄的煙草、煙梗、煙葉下腳料、卷煙下腳料或其他卷煙生產(chǎn)過程中的大量副產(chǎn)品等。也可以是煙草。
實(shí)施例1
步驟(1)接種載體的制備：以煙草廢棄物為液體發(fā)酵基質(zhì)，將白腐真菌進(jìn)行液體深層發(fā)酵后離心后，取上層清液，加入土豆葡萄糖液體(200g土豆煮沸30min后進(jìn)行過濾，濾液冷卻后與20g葡萄糖混勻后得到的)混勻后制備得白腐真菌的土豆葡萄糖液體；測得白腐真菌發(fā)酵液中白腐真菌的酶活為3.0iu/ml，待用；30個接種球體(直徑為5cm)置于盛有由土豆葡萄糖液體與瓊脂(質(zhì)量比為5:1)制備的瓊脂培養(yǎng)基的高壓滅菌鍋(溫度為100℃，壓力為1.2pa)中滅菌，冷卻后將載體表面的瓊脂用熱蒸餾水(溫度為70℃)清洗，保證球體表面無多的殘留培養(yǎng)基，而孔隙內(nèi)的培養(yǎng)基又保存完整，清洗后將載體在1l白腐真菌發(fā)酵液中振蕩培養(yǎng)，振蕩培養(yǎng)的時間為7天，待用；
步驟(2)發(fā)酵：盛有5公斤煙草廢棄物的網(wǎng)箱(網(wǎng)箱的體積為1m3，孔徑為0.5～1mm)置于已加入1.5l白腐真菌發(fā)酵液的發(fā)酵池中浸沒發(fā)酵；發(fā)酵溫度為20℃，發(fā)酵周期為7天，發(fā)酵ph為4；
步驟(3)淋洗階段：將步驟(2)所述的裝有發(fā)酵剩余物的網(wǎng)箱從發(fā)酵池中取出，加入步驟(1)制備的接種載體，水流模擬降雨淋洗，降水速率在0.25～0.5毫米/小時之間，淋洗時間為16小時，直至清洗液為澄清狀，邊淋洗邊將網(wǎng)箱翻轉(zhuǎn)；流出的淋洗液通過采用活性炭和砂石過濾濾出濾渣后的水重復(fù)用于淋洗；
步驟(4)：重復(fù)步驟(2)～(3)1次，重復(fù)前，需要將接種載體取出，將接種載體重復(fù)步驟(1)接種后再次利用；將步驟(3)清洗完成后剩余的材料取出，烘干，得高純度纖維素；纖維素的含量達(dá)到76.5％。
實(shí)施例2
步驟(1)接種載體的制備：以煙草廢棄物為液體發(fā)酵基質(zhì)，將白腐真菌進(jìn)行液體深層發(fā)酵后離心后，取上層清液，加入土豆葡萄糖液體(200g土豆煮沸30min后進(jìn)行過濾，濾液冷卻后與20g葡萄糖混勻后得到的)混勻后制備得白腐真菌的土豆葡萄糖液體；測得白腐真菌發(fā)酵液中白腐真菌的酶活為3.0iu/ml，待用；30個接種球體(直徑為3cm)置于盛有由土豆葡萄糖液體與瓊脂(質(zhì)量比為5:1)制備的瓊脂培養(yǎng)基的高壓滅菌鍋(溫度為150℃，壓力為1.5pa)中滅菌，冷卻后將載體表面的瓊脂用熱蒸餾水(溫度為50℃)清洗，保證球體表面無多的殘留培養(yǎng)基，而孔隙內(nèi)的培養(yǎng)基又保存完整，清洗后將載體在1l白腐真菌發(fā)酵液中振蕩培養(yǎng)，振蕩培養(yǎng)的時間為10天，待用；
步驟(2)發(fā)酵：盛有5公斤煙草廢棄物的網(wǎng)箱(網(wǎng)箱的體積為1m3，孔徑為0.5～1mm)置于已加入1.5l白腐真菌發(fā)酵液的發(fā)酵池中浸沒發(fā)酵；發(fā)酵溫度為25℃，發(fā)酵周期為10天，發(fā)酵ph為6.5；
步驟(3)淋洗階段：將步驟(2)所述的裝有發(fā)酵剩余物的網(wǎng)箱從發(fā)酵池中取出，加入步驟(1)制備的接種載體，水流模擬降雨淋洗，降水速率在1～2毫米/小時之間，淋洗時間為8小時，直至清洗液為澄清狀，邊淋洗邊將網(wǎng)箱翻轉(zhuǎn)；流出的淋洗液通過采用活性炭和砂石過濾濾出濾渣后的水重復(fù)用于淋洗；
步驟(4)：重復(fù)步驟(2)～(3)2次，每次重復(fù)前，需要將接種載體取出，將接種載體重復(fù)步驟(1)接種后再次利用；將步驟(3)清洗完成后剩余的材料取出，烘干，得高純度纖維素；纖維素的含量達(dá)到89.9％。
實(shí)施例3
步驟(1)接種載體的制備：以煙草廢棄物為液體發(fā)酵基質(zhì)，將白腐真菌進(jìn)行液體深層發(fā)酵后離心后，取上層清液，加入土豆葡萄糖液體(200g土豆煮沸30min后進(jìn)行過濾，濾液冷卻后與20g葡萄糖混勻后得到的)混勻后制備得白腐真菌的土豆葡萄糖液體；測得白腐真菌發(fā)酵液中白腐真菌的酶活為3.0iu/ml，待用；30個接種球體(直徑為1cm)置于盛有由土豆葡萄糖液體與瓊脂(質(zhì)量比為5:1)制備的瓊脂培養(yǎng)基的高壓滅菌鍋(溫度為120℃，壓力為1.2pa)中滅菌，冷卻后將載體表面的瓊脂用熱蒸餾水(溫度為60℃)清洗，保證球體表面無多的殘留培養(yǎng)基，而孔隙內(nèi)的培養(yǎng)基又保存完整，清洗后將載體在1l白腐真菌發(fā)酵液中振蕩培養(yǎng)，振蕩培養(yǎng)的時間為5天，待用；
步驟(2)發(fā)酵：盛有5公斤煙草廢棄物的網(wǎng)箱(網(wǎng)箱的體積為1m3，孔徑為0.5～1mm)置于已加入1.5l白腐真菌發(fā)酵液的發(fā)酵池中浸沒發(fā)酵；發(fā)酵溫度為30℃，發(fā)酵周期為7天，發(fā)酵ph為7，
步驟(3)淋洗階段：將步驟(2)所述的裝有發(fā)酵剩余物的網(wǎng)箱從發(fā)酵池中取出，加入步驟(1)制備的接種載體，水流模擬降雨淋洗，降水速率在3～4毫米/小時之間，淋洗時間為6小時，直至清洗液為澄清狀，邊淋洗邊將網(wǎng)箱翻轉(zhuǎn)；流出的淋洗液通過采用活性炭和砂石過濾濾出濾渣后的水重復(fù)用于淋洗；
步驟(4)：重復(fù)步驟(2)～(3)3次，每次重復(fù)前，需要將接種載體取出，將接種載體重復(fù)步驟(1)接種后再次利用；將步驟(3)清洗完成后剩余的材料取出，烘干，得高純度纖維素；纖維素的含量達(dá)到85.0％。
實(shí)施例4
步驟(1)接種載體的制備：以煙草廢棄物為液體發(fā)酵基質(zhì)，將白腐真菌進(jìn)行液體深層發(fā)酵后離心后，取上層清液，加入土豆葡萄糖液體(200g土豆煮沸30min后進(jìn)行過濾，濾液冷卻后與20g葡萄糖混勻后得到的)混勻后制備得白腐真菌的土豆葡萄糖液體；測得白腐真菌發(fā)酵液中白腐真菌的酶活為3.0iu/ml，待用；30個接種球體(直徑為5cm)置于盛有由土豆葡萄糖液體與瓊脂(質(zhì)量比為5:1)制備的瓊脂培養(yǎng)基的高壓滅菌鍋(溫度為100℃，壓力為1.2pa)中滅菌，冷卻后將載體表面的瓊脂用熱蒸餾水(溫度為70℃)清洗，保證球體表面無多的殘留培養(yǎng)基，而孔隙內(nèi)的培養(yǎng)基又保存完整，清洗后將載體在1l白腐真菌發(fā)酵液中振蕩培養(yǎng)，振蕩培養(yǎng)的時間為10天，待用；
步驟(2)發(fā)酵：盛有5公斤煙草廢棄物的網(wǎng)箱(網(wǎng)箱的體積為1m3，孔徑為0.5～1mm)置于已加入1.5l白腐真菌發(fā)酵液的發(fā)酵池中浸沒發(fā)酵；發(fā)酵溫度為30℃，發(fā)酵周期為12天，發(fā)酵ph為6，
步驟(3)淋洗階段：將步驟(2)所述的裝有發(fā)酵剩余物的網(wǎng)箱從發(fā)酵池中取出，加入步驟(1)制備的接種載體，水流模擬降雨淋洗，降水速率在2.5～3.5毫米/小時之間，淋洗時間為12小時，直至清洗液為澄清狀，邊淋洗邊將網(wǎng)箱翻轉(zhuǎn)；流出的淋洗液通過采用活性炭和砂石過濾濾出濾渣后的水重復(fù)用于淋洗；
步驟(4)：重復(fù)步驟(2)～(3)2次，每次重復(fù)前，需要將接種載體取出，將接種載體重復(fù)步驟(1)接種后再次利用；將步驟(3)清洗完成后剩余的材料取出，烘干，得高純度纖維素；纖維素的含量達(dá)到88.1％。