[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

本发明是关于一种制备单糖的方法，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。

所述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)收获种子或果实后剩余的根、茎和叶，主要为茎 和叶，如包括玉米秸秆、高梁秸秆、稻秆、麦秸的谷类植物的秸秆、包括豆 秸的油料植物的秸秆以及棉花秸秆。秸秆中纤维素、半纤维素和木质素通过 共价键和/或非共价键紧密结合，三者约占秸秆干物质总重量的70-90重量 ％。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。

纤维素在纤维素酶的作用下能够降解成葡萄糖，半纤维素在半纤维素酶 的作用下能够降解成木糖，葡萄糖和木糖都可以用于发酵生产乙醇。但是木 质素是由苯基丙烷聚合而成的一种非多糖物质，因而不溶于水难以降解。由 于木质素由芳香烃的衍生物以-C-C-键、-O-键纵横交联，侧链与半纤维素以 共价键结合，形成致密的网络结构——木质素鞘包埋纤维素和半纤维素，因 而使纤维素酶和半纤维素酶不易与纤维素和半纤维素接触，结果导致秸秆也 难以降解。因此无论是用含纤维素的原料制备单糖，还是用含纤维素的原料 制备乙醇的糖化步骤，都需要对含纤维素的原料进行预处理，一般采用蒸汽 爆破和/或酸水解进行预处理，以破坏木质素对纤维素和半纤维素的包埋。

例如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。

酸水解虽然能够破坏木质素，但是也会破坏纤维素，继而降低葡萄糖的 产率，而且酸水解后还需要加大量碱中和才能进行酶解和发酵。因此更优选 只通过蒸汽爆破完成预处理过程，达到破坏木质素对纤维素和半纤维素的包 埋作用。

例如文献“对植物秸秆酒精生产工艺的介绍”，张学峰、兰玉成，酿酒， 第29卷第4期，第37-38页，2002年7月，公开了一种利用植物秸秆生产 酒精的方法，该方法包括将玉米秸秆除石除铁清洗后，切割成1.5厘米的小 段，水浸40分钟，通入2.5兆帕蒸汽，保温8分钟，泄压，水洗十分之一的 蒸汽爆破产物，并在所述十分之一的蒸汽爆破产物中培养里斯木酶产生纤维 素酶，将所得培养物与另外十分之九的蒸汽爆破产物混合，保温50℃水解 24小时，经过滤得到6％糖液，无机膜浓缩成20％以上的糖液，加入休哈塔 酵母(0.8-1.2亿/毫升)，发酵24小时，产酒份10％，蒸馏得99.5％的酒精。

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CECT10875耐热型酵母 培养物的悬浮液；将混合物在42℃下摇动72小时。

但是现有用含纤维素的原料制备单糖的方法以及用含纤维素的原料制 备乙醇的糖化步骤中，蒸汽爆破预处理对含纤维素的原料中包埋纤维素和半 纤维素的木质素鞘破坏不够，因而导致单糖的产率低。此外，现有的蒸汽爆 破方法在单位时间内处理的含纤维素的原料的量较少，因而，生产效率不高。

发明内容