[发明专利]采用含纤维素原料制备单糖的方法

说明书

技术领域

本发明是关于糖的制备方法，更具体地是关于采用含纤维素原料制备单糖的方法。

背景技术

现有技术的由含纤维素原料，如秸秆制备乙醇用单糖的方法主要包括秸秆的预处理，以及酶解纤维素和/或半纤维素制备单糖的步骤。现有的由含纤维素原料，如秸秆制备乙醇的方法除了包括上述步骤之外，还包括发酵酶解产物单糖的步骤。

含纤维素的原料一般为植物的根、茎和叶，包括秸秆。所述秸秆即农作物(一般为草本植物)收获果实后留下的根、茎和叶，主要为茎和叶，如玉米秸秆、高梁秸秆、谷类植物的秸秆、麦秸。秸秆的主要成分是木质纤维素。所述木质纤维素是纤维素、半纤维素和木质素的混合物。秸秆中纤维素、半纤维素和木质素通过共价键或非共价键紧密结合而成的木质纤维，约占秸杆总重量的70-90％。秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的含量会随不同来源的农作物或农作物的不同部分而有所区别。

纤维素被纤维素酶水解的反应通常称为酶解反应，又可以称为糖化反应，酶解的主要产物是单糖。纤维素在纤维素酶的作用下能够转化成葡萄糖，半纤维素在半纤维素酶的作用下能够转化成木糖等单糖，葡萄糖和木糖都可以用于发酵生产乙醇，比如酿酒酵母可以发酵葡萄糖制备乙醇，树干毕赤酵母可以发酵木糖制备乙醇。纤维素的非结晶结构是很容易被打破的，它可以完全降解成葡萄糖，然后由葡萄糖发酵成乙醇。但是，纤维素的结晶结构难以被破坏。另外，木质素是由苯基丙烷聚合而成的一种非多糖物质，由芳香烃的衍生物以-C-C-键、-O-键纵横交联在一起，其侧链又与半纤维素以共价键结合，形成一个十分致密的网络结构，将纤维素紧紧包裹在里面，不利于纤维素酶对纤维素的进攻，使得纤维素酶和半纤维素酶无法接触底物，因此，需要先对秸秆进行预处理，如对秸秆进行蒸汽爆破或者酸处理后再与纤维素酶和/或半纤维素酶接触，对纤维素和/或半纤维素进行酶解。

CN1629321A公开了一种利用秸秆植物提取制乙醇用葡萄糖和/或木糖的方法，该方法包括在室温下，按照秸秆植物∶稀酸溶液的重量比为1∶4.5-8.5的比例将秸秆与稀酸溶液混合，然后升温到90-100℃恒温，快速水解秸秆中的半纤维素提取糖溶液，糖溶液发酵制备乙醇。该方法还包括在所述糖溶液中进一步加入纤维素酶水解糖溶液中未溶的纤维素，所述纤维素酶的加入量与秸秆的重量比为1∶10-1∶100，调pH值在4.5-5.5，然后升温到45-60℃，得到含有葡萄糖和木糖的水溶液，发酵制备乙醇。

CN1117835C公开了一种乙醇溶解汽爆秸秆木质素制备液体燃料的方法，该方法以汽爆秸秆为原料，在高压反应釜中，用乙醇萃取汽爆秸秆中的木质素；再用真空抽滤得到滤液，并将汽爆秸秆萃取渣进行同步糖化固态发酵乙醇，乙醇萃取液及真空抽滤所得滤液即为该方法制备的液体燃料。

所述汽爆秸秆原料的制备方法包括将切碎的麦草、稻草或玉米杆等植物原料装入汽爆罐，在1.2-1.7兆帕压力下，维持压力5-10分钟，之后，瞬间减压释放。

所述的乙醇萃取汽爆秸秆中的木质素的方法为在高压反应釜中，加入汽爆秸秆和乙醇，汽爆秸秆和乙醇的体积比为1∶10-1∶50，在1.5-2.0兆帕的压力范围内保持1-2小时。

所述的将汽爆秸秆萃取渣进行同步糖化固态发酵乙醇是指：在33-35℃范围内(发酵)，维持14-16小时，在38-40℃范围内(酶解)，维持68小时，并交替进行发酵2-3天。

CN1193099C公开了一种使用耐热型酵母从木素纤维素生物质中生产乙醇的方法，该方法包括以下步骤：

将木素纤维素生物质粉碎成颗粒大小为15-30毫米；对粉碎的木素纤维素生物质进行蒸汽爆炸预处理，根据所用材料的类型保持1-3兆帕的压力和190-230℃的温度1-10分钟的时间，之后引发迅速减压；收集预处理过的物料并且通过过滤分离液体和固体部分，将固体部分引入发酵贮器中；向发酵贮器添加浓度为15UFP/克纤维素的纤维素酶和12.6国际单位/克纤维素的β-葡萄糖苷酶；给发酵贮器接种马克斯克鲁维氏酵母CECT 10875耐热型酵母培养物的悬浮液；将混合物在42℃下摇动72小时。

采用上述方法均可实现由含纤维素原料制备单糖的目的，但单糖的产率较低，一般不超过35％。

发明内容

本发明的目的是克服现有的采用含纤维素原料制备单糖的方法制备得到的单糖的产率较低的缺陷，提供一种单糖产率较高的采用含纤维素原料制备单糖的方法。