[发明专利]芦苇纤维快速降解制糖的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纤维素水解制糖领域，尤其涉及一种木质素纤维降解制糖的方法。

背景技术

随着石化能源大量减少，生物质等可替代的新能源已受到重大关切。木质纤维原料中的天然纤维素和半纤维素均为多糖，水解后可生成葡萄糖、木糖等糖类，经发酵可转化为乙醇、有机酸和其它可替代石化能源产品的化合物。因此，用生物质原料进行制糖是获得生物质能源的一个前提。

目前，全球生物质总量的90%是木质纤维素，大约每年有200×10⁹吨，产量巨大的生物质原料如果利用得当，不仅可以有效处理和回收废弃资源，而且能提供环保、清洁的新能源产品。然而，由于木质纤维原料中的木质素、半纤维素对纤维素的保护作用以及纤维素本身的结晶结构，使现有的木质纤维素很难进行水解反应，生物细菌也难以进入到木质纤维素的内部进行转化。现今有采用木材等木质纤维制糖的工艺，其是将秸秆木质纤维素经过稀酸稀碱、微波、超声波、蒸汽爆破等预处理，或直接用纤维素酶制剂降解成还原糖。但是这些方法在工业化生产应用中存在秸秆运输和贮藏成本高、酸碱用量大而回收低、环境污染严重、回收装置价格昂贵、纤维素酶的生产成本高、酶解效率低、用酶量大等问题。

芦苇作为一种纤维含量高的木质纤维素材料，其属多年生植物，生长集中、易于砍伐、且产量高，可以代替传统的木材用于包装、建筑等领域。我国芦苇资源丰富，分布广泛，其生态学价值和经济价值也越来越受到科技工作者的重视。但考虑到芦苇纤维的木质纤维素含量比普通秸秆类物质更高，降解更困难，预处理效果不明显，目前尚未见到用芦苇纤维进行制糖的工艺。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的缺陷，提供一种工艺过程简单、芦苇纤维降解快速、水解效率高、环境污染少、成本低且适用于工业化生产的芦苇纤维快速降解制糖的方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种芦苇纤维快速降解制糖的方法，包括以下步骤：

（1）原料准备：准备芦苇纤维，用机械进行粉碎；

（2）辐照处理：将所述粉碎后的芦苇纤维经辐照剂量为400 kGy～500 kGy的⁶⁰Co-γ进行一次辐照处理后，粉碎成20～40目的粗粉，再将该粗粉经辐照剂量为300 kGy～400 kGy的⁶⁰Co-γ进行二次辐照处理后，粉碎成粒度为40～200目的细粉；

（3）酸水解：取上述辐照处理后的细粉，加入质量浓度为0.5%～5%的硫酸溶液，配制成底物浓度为10%～20%的混合液，将混合液置于高压釜中，在124℃～130℃的温度条件下反应30min～60min，冷却过滤，收集滤液即可。

作为本发明上述技术方案的进一步改进，在上述芦苇纤维快速降解制糖的方法中，可取上述酸水解步骤后的滤渣，用去离子水充分洗涤后烘干，将其置于温度为50℃～55℃、pH值为4.0～4.5的柠檬酸缓冲液中，按照30～90 FPU/每克滤渣的用量加入纤维素酶，在转速140 rpm～150 rpm条件下振荡、酶解36h～48h，最后过滤即可（也可与前述滤液合并）。通过在酸水解之后再进行酶水解，不仅可以使酸水解过程中未完全糖化的纤维素彻底水解，进一步提高制糖产量，而且还能减小酶的用量，节约成本。

上述各技术方案中，所述辐照处理时一次辐照的剂量率优选为20 kGy/h～30 kGy/h，二次辐照的剂量率优选为15 kGy/h～20 kGy/h。通过两步辐照处理，并分别控制两步辐照过程中的剂量率，不仅可以提高芦苇纤维的降解率，而且有利于节约辐照消耗的能源。

上述各技术方案中，在所述原料准备步骤后，优选将机械粉碎的芦苇纤维热压成芦苇纤维砖（密度为0.8 g/cm³～0.9 g/cm³），再进行辐照处理。本发明通过先将芦苇纤维制成砖块再进行辐照处理，不仅可以满足辐照装置处理要求，同时可以有效提高预处理效率和工艺生产效率。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

首先，本发明的方法充分利用了现有废弃的芦苇资源，为芦苇资源的回收再利用及可再生能源的开发提供了新的途径；

其次，本发明采用辐照处理的芦苇原料先酸水解、后酶水解的制糖工艺，能够快速破坏芦苇纤维的组织结构，使酸水解的产糖效率大大提高，同时芦苇中半纤维素先酸水解，为芦苇纤维素的酶水解创造更好条件，芦苇纤维水解后的葡萄糖产量可达132.3～164.4克/每500克原料。