[发明专利]一种利用竹纤维素制备葡萄糖的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用竹纤维素制备葡萄糖的方法，属于木质纤维素预处理技术领域。

技术背景

随着化石资源短缺问题的日益凸显，木质纤维素制备能源越来越受到重视。木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素以及一些其他少量组分组成。竹作为一种重要的木质纤维素资源，开发竹材制备生物燃料对保障我国能源安全具有重要意义。

在制备生物乙醇或者生物丁醇过程中，需要制备可用于发酵的葡萄糖。木质纤维素的纤维素、半纤维素和木质素通过化学键以及特殊作用力形成了非均一结构，阻碍了各组分的降解。为克服木质纤维素中纤维素的抗降解屏障，需要采用预处理破坏木质纤维素的结构，从而有利于制备葡萄糖。从木质纤维素制备葡萄糖的主要步骤包括预处理和酶水解。目前，预处理是制备葡萄糖过程中成本最高的一个步骤。常用的预处理方式有物理法、化学法和生物法等。物理法主要采用蒸汽爆破，存在能耗较高、处理效果差的缺点。化学处理主要采用酸处理、碱处理、有机溶剂处理等。酸处理一般采用稀酸在高温条件下进行，存在设备腐蚀和副产物多的不足；碱处理效果较好，但需要中和处理，增加了运行成本。有机溶剂处理存在着溶剂成本高，回收系统复杂，易燃易爆等缺点。生物法处理虽然条件温和，环境污染小，设备要求低，但处理周期较长，且效果比物理法差。水热处理采用水作为溶剂处理木质纤维素，在高温下，水电离生成的H+和木质纤维素生成的有机酸电离生成的H+均具有催化降解木质纤维素的作用，有利于木质纤维素的后续转化利用。中国发明专利CN102604121A采用水热法——高沸醇处理两步法，制备得到木糖、高纯纤维素、以及不含硫的高纯木质素。中国发明专利CN101798584A采用连续式水热法提高纤维素的酶水解以及转化制备乙醇，处理温度170～230℃，所用设备相对复杂，不易控制。

发明内容

本发明的目的是提出一种利用竹纤维素制备葡萄糖的方法，采用间歇式反应釜，通过控制升温速率、最高温度以及降温速率，实现竹中大部分半纤维素溶出、少量木质素溶出，所得样品采用纤维素酶水解制备得到葡萄糖，使制备过程环境友好且条件可控，。

本发明提出的利用竹纤维素制备葡萄糖的方法，包括以下步骤：

（1）将颗粒度为20～80目的竹粉与水按质量比1:10混合，放入间歇式耐压反应釜中，密封后开动搅拌，搅拌转速为150转/分钟，采用电热炉加热反应釜，以5℃/分钟的加热速率从室温加热至220～240℃，然后采用冷凝水以23℃/分钟的冷却速率迅速冷却至80℃，随后自然冷却至室温，得到反应混合物；

（2）将上述反应混合物过滤，用20℃水洗涤后，过滤得到的滤渣，滤渣在室温下风干48小时，得到水热处理产品，以水热处理产品为底物，在底物中加入纤维素酶，使得每克底物中的纤维素酶含有20个滤纸酶活单位，然后加入pH值为4.8的乙酸钠-乙酸缓冲溶液，使得底物在缓冲溶液中的质量百分比浓度为2%，将上述混合液置于恒温摇床，摇床转速为150转/分钟，反应温度50℃，反应时间72～96小时，得到葡萄糖。

本发明提出的利用竹纤维素制备葡萄糖的方法，其优点是：

（1）本发明采用的溶剂是水，与酸、碱、有机溶剂相比，成本较低，生成过程不对环境构成污染，因而具有环保性；水不易燃烧和爆炸，对设备腐蚀性极低，水的回收利用成本较低。

（2）本发明通过控制升温速率及降温速率实现了控制反应强度因子，生产过程易于控制，反应后半纤维素溶出率可达100%，竹纤维素酶水解转化率可提高3.7倍。

（3）本发明利用竹为原料水解制备葡萄糖，避免了使用玉米、小麦等粮食制备葡萄糖，对保障粮食安全具有重要意义。

（4）本发明工艺简单、操作简易，具有广泛的应用前景。

具体实施方式

本发明提出的一种利用竹纤维素制备葡萄糖的方法，包括以下步骤：

（1）将颗粒度为20～80目的竹粉与水按质量比1:10混合，放入间歇式耐压反应釜中，密封后开动搅拌，搅拌转速为150转/分钟，采用电热炉加热反应釜，以5℃/分钟的加热速率从室温加热至220～240℃，然后采用冷凝水以23℃/分钟的冷却速率迅速冷却至80℃，随后自然冷却至室温，得到反应混合物；