一种提高甘蔗渣酶解效率的方法

本发明属于生物质转化与利用。更具体地，涉及一种提高甘蔗渣酶解效率的方法。

背景技术：

1、纤维素类能源植物具有很高的生物质产量，其纤维素和半纤维素的含量较高，对环境友好，是目前最有发展前途的生物质能源之一，也是石油无法与其相比的可更新资源。

2、蔗渣是甘蔗经破碎和提取蔗汁后甘蔗茎的纤维性底物，是一种非常有潜力的生物质精炼资源。甘蔗渣水解可得到己糖和戊糖，己糖和戊糖发酵后可转化为乙醇，作为燃料添加到汽油中。但蔗渣中的纤维素和半纤维素均与木质素紧密连接在一起，结构稳定，导致了其纤维素难以被有效分离，影响了纤维素的进一步利用。因此在进行生物质资源转化时需要对其进行预处理，破坏其紧密结构，去除其中的木质素，才能在酶解过程中顺利把半纤维素、纤维素水解成木糖、葡萄糖等单糖，再进一步通过发酵来生产乙醇，提高纤维素转化率。

3、现有常用的甘蔗渣预处理方法一般为物理法、化学法、生物法，化学法作为最有可能实现工业化生产且研究最多的一种方法，主要包含酸预处理、碱预处理和有机溶剂预处理。其中，有机溶剂预处理因其可回收循环利用、低毒性和可产生易于酶解的预处理残渣等优点而受到学者们青睐，但仅仅有机溶剂预处理通常不足以使木质纤维类生物质中的木质素和半纤维素被降解，还需要通过添加酸性或碱性催化剂，从而脱除大部分半纤维素和木质素，打破原有的致密结构，提高纤维素酶的可及性，利于纤维素后续的利用，如现有技术提供了一种通过金属盐预处理和添加剂提高蔗渣酶解效率的方法，但该方法以吐温80作为添加剂，对酶解速率的提升效果有限。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，旨在提供一种提高甘蔗渣酶解效率的方法，以特定的表面活性剂聚乙二醇8000为添加剂，辅助特定种类的金属盐，能更有效提升甘蔗渣的酶解速率。

2、本发明上述目的通过以下技术方案实现：

3、本发明提供了一种提高甘蔗渣酶解效率的方法，包括如下步骤：

4、s1.将甘蔗渣、有机溶液与金属盐混匀，再进行保温处理，分离得到预处理蔗渣；

5、s2.将s1所得预处理蔗渣、聚乙二醇8000、纤维素酶依次加入到缓冲溶液中进行酶解；

6、其中，所述金属盐为cacl2、mgcl2、mncl2、zncl2、fecl2、cucl2、alcl3、fecl3中的一种或几种。

7、本发明预处理条件温和，通过有机溶剂预处理有效去除了木质纤维原料中的半纤维素和木质素，而金属盐的添加进一步促进了半纤维素和木质素的脱除，瓦解了甘蔗渣原料的致密结构，暴露出更多的纤维素，增加了酶对纤维素的可及度，两种预处理手段的结合更有效脱除了甘蔗渣中的半纤维素和木质素，降低了半纤维素和木质素对后续酶解的影响，且有效保留了纤维素，初步提高了酶解效率；此外，表面活性剂的加入可减少木素对纤维素酶的无效吸附、稳定纤维素的酶活，增加纤维素酶对纤维素的可及性，从而在较短时间内有效提升了葡萄糖产率。

8、优选地，所述金属盐为cucl2、alcl3、fecl3中的一种或几种。

9、优选地，s1所述甘蔗渣为风干、搓丝、粉碎后的甘蔗渣。本发明所述甘蔗渣和预处理蔗渣的质量均以绝干量计。

10、优选地，s1所述甘蔗渣与有机溶液的质量体积比为1g：8～15ml，最优选为1g：10ml。

11、优选地，s1所述有机溶液为乙醇溶液。

12、优选地，s1所述有机溶液的浓度为50～70％(v/v)。

13、优选地，s1所述金属盐在有机溶液中的终浓度为0.02～0.03mol/l，更优选为0.025mol/l。

14、优选地，s1所述保温处理的转速为200～300rpm。

15、优选地，s1所述保温处理的温度为160～180℃。

16、优选地，s1所述保温处理的时间为10～30min。

17、优选地，s1所述保温处理在密闭环境中进行，如反应釜等。

18、优选地，s1所述分离为真空抽滤或离心分离。

19、优选地，s1所述分离前还进行洗涤，更优选为依次用乙醇溶液和去离子水洗涤至中性。

20、进一步优选地，所述乙醇溶液的浓度为55％～65％(v/v)。

21、优选地，s2所述预处理蔗渣与纤维素酶的用量比为1g：10～20fpu，最优选为1g：10fpu。

22、优选地，s2所述预处理蔗渣与聚乙二醇8000的质量比为1：0.01～0.06，最优选为1：0.025。

23、优选地，s2所述缓冲溶液的ph为4.5～5.0。

24、优选地，s2所述缓冲溶液为乙酸-乙酸钠缓冲溶液。

25、优选地，s2所述预处理蔗渣与缓冲溶液的质量体积比为1g：40～100ml，最优选为1g：50ml。

26、优选地，s2所述酶解的温度为40～55℃，最优选为50℃。

27、优选地，s2所述酶解的转速为100～250rpm，最优选为150rpm。

28、优选地，s2所述酶解的时间为6～72h，最优选为24h。

29、本发明具有以下有益效果：

30、本发明通过采用特定的金属盐与有机溶剂相耦合的方式对甘蔗渣进行预处理后，再在酶解阶段加入特定的表面活性剂聚乙二醇8000，与金属盐协同提升了甘蔗渣的酶解效率，使甘蔗渣24h葡萄糖得率高达87.8％，极大地促进了甘蔗渣的生物资源化利用。

技术特征：

1.一种提高甘蔗渣酶解效率的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，s1所述有机溶液为乙醇溶液。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，s1所述金属盐在有机溶液中的终浓度为0.02～0.03mol/l。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，s1所述保温处理的转速为200～300rpm；温度为160～180℃；时间为10～30min。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，s2所述预处理蔗渣与纤维素酶的用量比为1g：10～20fpu。

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，s2所述预处理蔗渣与聚乙二醇8000的质量比为1：0.01～0.06。

7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，s2所述缓冲溶液为乙酸-乙酸钠缓冲溶液。

8.根据权利要求1所述方法，其特征在于，s2所述预处理蔗渣与缓冲溶液的质量体积比为1g：40～100ml。

9.根据权利要求1所述方法，其特征在于，s2所述酶解的温度为40～55℃；时间为6～72h。

10.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述金属盐为cucl2、alcl3、fecl3中的一种或几种。

技术总结
本发明提供了一种提高甘蔗渣酶解效率的方法，首先将甘蔗渣、有机溶液与金属盐混匀，再进行保温处理，再将分离得到的预处理蔗渣、聚乙二醇8000、纤维素酶依次加入到缓冲溶液中进行酶解；其中，所述金属盐为CaCl2、MgCl2、MnCl2、ZnCl2、FeCl2、CuCl2、AlCl3、FeCl3中的一种或几种。本发明通过采用特定的金属盐与有机溶剂相耦合的方式对甘蔗渣进行预处理后，再在酶解阶段加入特定的表面活性剂聚乙二醇8000，与金属盐协同提升了甘蔗渣的酶解效率，使甘蔗渣24h葡萄糖得率高达87.8％，极大地促进了甘蔗渣的生物资源化利用。

技术研发人员：张红丹,韩雪艳,谢君
受保护的技术使用者：华南农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13