[发明专利]采用含纤维素的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的原料制备单 糖的方法。

背景技术

现有技术可以用含纤维素的原料制备单糖，所得单糖主要是葡萄糖，葡萄 糖可以用于食品、医药工业，在印染制革工业中可以用作还原剂，在制镜工业 和热水瓶胆镀银工艺中常用葡萄糖作还原剂；所得单糖还包括木糖，可以通过 加氢制造木糖醇，作为食品的无热量甜味剂。所述单糖也可以经过微生物(例 如酵母)发酵制备乙醇。

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、高粱秸秆、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，约占秸秆总重量的 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，对纤维素进行水解。

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、稻草或玉米秆等植物原 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15FPU/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。