[发明专利]一种含纤维素原料的酶解方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含纤维素原料的酶解方法。

背景技术

现有技术的由含纤维素原料，如秸秆制备乙醇的方法主要包括三个步骤：1、含纤维素原料的预处理，2、纤维素的酶解，3、糖的发酵制乙醇。

经过预处理后的含纤维素原料中的纤维素裸露出来，在与纤维素酶混合后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。

在传统的含纤维素原料的酶解方法中，酶解步骤通常采用间歇式操作，即将含纤维素原料和酶全部加入到一个酶解罐中并混合均匀，在适当的酶解条件下维持至酶解终点，得到酶解产物。所述传统的间歇式酶解方法的能耗较高，单糖产率较低，酶的作用效率低，酶解周期长，且设备利用率低。

发明内容

本发明的目的是克服现有的含纤维素原料的酶解方法单糖产率较低，酶的作用效率低，酶解周期长的缺陷，提供一种具有较高单糖产率，酶的作用效率较高，酶解周期较短的含纤维素原料的酶解方法。

本发明的发明人发现，现有技术的含纤维素原料的酶解方法中，含纤维素原料，如秸秆原料通常是以液浆的形式存在，在将浆液状的全部秸秆原料直接与酶混合时，会使酶浓度降低，使酶活力下降。再者，将经过预处理的秸秆与酶混合酶解的方法通常为将破碎的秸秆颗粒一次全部加入到酶与水的混合液中与酶液混合，进行酶解糖化反应，或者，先将所用反应物料——经预处理的秸秆颗粒于反应罐中与水混合，然后在酶解温度下，将酶直接加入到反应罐中反应。尽管上述混合是在搅拌条件下进行的，但是秸秆颗粒仍然不容易与酶混合均匀。因为，经过预处理后的秸秆粒度变小，颗粒以及碎屑状的秸秆颗粒很容易互相粘连和团聚，因此一次将全部秸秆完全与酶混合，仅有部分秸秆能与酶充分接触，但是由于秸秆之间的粘连和团聚也会有部分秸秆不能充分与酶接触，即使在搅拌下，也不能完全将秸秆打散，从而导致酶的利用率较低。因此，酶解后纤维素转化为糖的转化率低，且酶解周期较长。

为了实现上述目的，本发明提供了一种含纤维素原料的酶解方法，该方法包括在水的存在下，将含纤维素原料与酶混合，将含纤维素原料酶解，得到酶解产物，其中，所述酶解分多阶段进行，所述多阶段包括连续进行的主酶解阶段以及主酶解阶段以后的间歇酶解阶段，在主酶解阶段中，向酶解罐中连续加入含纤维素原料以及酶，含纤维素原料的加入量以及酶的加入量使得经过该主酶解阶段得到的酶解产物中的单糖含量为50-100g/L，并使经过该主酶解阶段得到的酶解产物分别连续流入后续阶段的酶解罐中进行间歇酶解，直至后续阶段的各个酶解罐的酶解终点的酶解产物中单糖的含量为大于或等于105g/L。

本发明的方法通过采用连续酶解与间歇酶解相结合的方式，使含纤维素原料能与酶混合均匀并充分接触，并且在反应过程中，酶的浓度一直保持在较高的水平，因此，含纤维素原料能与酶充分反应，从而有效地提高了原料的糖转化率。例如，在其它的蒸汽爆破条件都相同的情况下，实施例1的单糖产率达38.41％，酶解周期仅为64小时；而对比例1的单糖产率仅为35.35％，单糖产率提高幅度达8.7%，酶解周期高达88小时，酶解周期缩短20小时以上，并同时提高的设备利用率并降低了综合能耗。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。