[发明专利]一种玉米芯酸解渣与秸秆碱煮渣混合酶解方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物化工技术领域，具体地说，涉及一种玉米芯酸解 渣与秸秆碱煮渣混合酶解制糖的方法。

背景技术

作为世界经济支柱的石油资源仅可维持工业文明百年的消耗，因 此，石油替代品的开发研究迫在眉睫。目前很多国家都在研究以木质 生物资源为原料，用生物转化法制备燃料乙醇的方法，用以替代或部 分替代储量有限的石油。

木质生物资源主要包括谷类、薯类、油料等的植物秸秆，以及玉米 芯、甘蔗渣等，其主要成分是纤维素、半纤维素和木素。其中，纤维素、 半纤维素是可发酵糖的来源，其含量占66～75％(纤维质原料的绝干重 量)，由可发酵糖通过酿酒酵母发酵生产乙醇是很成熟的工艺。

当采用纤维素酶水解木质生物资源时，纤维素酶必须接触吸附到 纤维素底物上才能使反应进行，因此，纤维素对纤维素酶的可及性是 决定水解速度的关键因素。但是，木素的存在阻碍了纤维素对酶的可 及性，且纤维素的结晶结构以及木质生物资源的表面状态、木质生物 资源的多组分结构、木素对纤维素的保护作用以及纤维素被半纤维素 覆盖等结构与化学成分的因素致使木质生物资源难以水解。

因此，木质生物资源在酶水解之前需要进行必要的预处理，而预 处理是利用木质生物资源生产乙醇工艺中技术最不成熟、成本最高的 一个环节。

木质生物资源预处理的方法主要有物理法，化学法，物理化学法， 生物法等。但其中很多方法都存在产率低、环境污染严重、成本高、 操作复杂等缺点，不能推广使用。目前，较为成熟的化学预处理方法 主要有酸水解法和碱水解法。

酸水解法包括浓酸水解和稀酸水解两种。稀酸水解过程为多相水 解反应，硫酸浓度一般为0.5～2％，温度为180～240℃，时间为几分 钟到几小时，其优点在于半纤维素水解得到的糖含量大，催化剂成本 低，易于中和，但半纤维素的水解产物五碳糖易在该条件下进一步降 解(糠醛)；浓酸水解过程为单相水解反应，纤维素在浓酸作用下首 先溶解，然后在溶液中进行水解反应。浓酸能够迅速溶解纤维素，但 并不是发生了水解反应，而是生成纤维素糊精而变得易于水解。

碱水解的处理效果主要取决于原料中的木素含量，其机理是基于 连接木聚糖半纤维素和其他组分内部分子之间(比如木素和其他半纤 维素之间)酯键的皂化作用。碱能使连接键脱除，从而增加了木质纤 维原料的多孔性，引起木质纤维原料润胀，结果导致内部表面积增加， 聚合度降低，结晶度下降，木素和碳水化合物之间化学键断裂，木素 结构受到破坏，形成碱木素并溶出从而减少木素含量。

但是用上述方法进行预处理后再酶解，均不能做到木质生物资源 的全利用，并且存在试剂回收、处理等方面的问题，污染环境，且生 产成本较高。

为了解决上述问题，本发明人根据不同木质生物资源的成分含量 不同，分别进行稀酸水解及碱水解，不同原料各组分得到有效分离， 得到的酸解渣与碱煮渣按一定比例混合后进行酶解，以洗涤酸解渣与 碱煮渣的洗水作为酶解的底水，有效降低了酶解过程中的酸碱消耗， 且洗水基本做到100％回用，降低了对环境的影响，在不影响原料酶 解得率的同时，有效降低了生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种玉米芯酸解渣与秸秆碱煮渣混合酶 解的方法。

为了实现本发明的目的，本发明的玉米芯酸解渣与秸秆碱煮渣混 合酶解方法，其包括如下步骤：

1)玉米芯经水洗、酸洗后，在酸性条件下水解，得到玉米芯酸 解渣；

2)秸秆经切碎、水洗后，在碱性条件下水解，得到秸秆碱煮渣；

3)将上述玉米芯酸解渣与秸秆碱煮渣经水洗后按重量比2～1∶1 混合，优选的重量比为3∶2，作为酶解底物；将洗涤后的洗水混合作 为酶解底水；用纤维素酶进行混合酶解。

其中，步骤1)、步骤2)为预处理过程，步骤3)为酶催化水解 (酶解)过程。

步骤3)中所述混合酶解是在酶解底水pH为4.0～6.0，酶解底物 (干基计)的重量百分数为10％～30％的条件下，将纤维素酶加入到 酶解底物中，加入量为10～30FPIU/g底物，在40～60℃的温度下，酶 解24～120h。

优选的是，酶解底水pH为4.5～5.2，酶解底物(干基计)的重量 百分数为12％～18％，酶解温度为48～50℃，酶解时间为48～72h。