一種提高秸稈還原糖含量的方法技術

本發明專利技術公開了一種提高秸稈還原糖含量的方法。該方法，包括如下步驟：將秸稈進行輻照。累計輻照劑量為50-1000kGy，優選200-800kGy，輻照劑量率為0.5kGy/h。輻照源60Co-γ射線輻照源。所述方法，還包括如下步驟：在所述輻照步驟之前將秸稈進行粉碎，粉碎后秸稈的粒度為20-180目。還包括：在所述輻照步驟之后將秸稈酶解、在酶解步驟之后將秸稈浸泡于堿的水溶液及室溫放置。該方法具有操作簡單、所需處理時間短暫、明顯提高得糖率以及環境友好的獨特優勢。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種提高秸桿還原糖含量的方法。
技術介紹
當前，伴隨著工業經濟的迅猛發展，傳統的能源消費逐漸增加。按照目前的開采和消耗速度估算，石油、天然氣和煤炭儲量只能供應人類幾十年的時間。另一方面，隨著傳統能源的大量使用，環境污染問題也愈發嚴重，人類面臨著資源短缺和環境污染的雙重壓力。為了有效應對這個全球性的難題，越來越多的國家把目光投在了可再生能源的開發和利用上來(A. J. Ragauskas, 2006)。目前，生物質能源以其資源存量大、使用清潔的優點越來越成為了發展的熱點(J. A. Antonius, 2006)。據有關部門估計,在未來十年間,可再生能源在全球能源中的比例會越來越大，預計會達到30%左右。目前生物質能源主要是指生物柴油、燃料乙醇、沼氣等，目前來說，燃料乙醇是使用和生產最大的一種生物質能源，也是一種很有市場潛力的可替代乙烯的重要工業原料(C. Martin, 2002)。因此，以多樣性生物質為原料生產生物乙醇，既是解決我國農村生物制廢棄資源、建設社會主義新農村的重要手段，也是保障社會可持續發展的重要需求。纖維素是地球上分布最廣、含量最豐富、可以再生的一種天然多糖，纖維素是由纖維素二糖重復單元通過β - 1，4D糖苷鍵連接而成的高分子。纖維素中的葡萄糖屬于β - D-吡喃葡萄糖，由于它含有大量的羥基而容易形成分子內和分子間氫鍵，使原本應該親水的高分子鏈難溶、難熔，從而限制了其深加工和資源利用(張俐娜，2005)。因此通過特定的處理方法和技術手段改善纖維素的結構和性質，進而形成一種具備新的生物特性高聚物具有十分重要的理論意義和經濟價值。秸桿是木質纖維素物質的一種主要成分，以秸桿為原料來生產生物乙醇的技術已經見于報導，這些技術工藝主要包含三個過程；即秸桿原料的預處理過程、原料的酶水解過程、生物發酵制取燃料乙醇的過程。目前為止，在這個工藝過程中，還存在幾個比較突出的問題，如過于昂貴的預處理費用、高轉化率的微生物菌種還比較缺乏、酶解成本過高等。綜合起來講，預處理部分的成本要占整個處理成本的三分之一。目前秸桿的復雜結構和纖維素的結晶區使得纖維素酶的作用受到限制，纖維素酶很難進入其中，這制約了生物降解反應的有效進行。因此，必須通過各種預處理手段對其進行有效的預處理，應用較多的方法包括物理的和化學的方法，這些方法都要達到破壞木質纖維素的母體結構，分離纖維素與木質素、半纖維素的結合狀態，降低纖維素的結晶度，增加秸桿的孔隙率的目的。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種提高秸桿還原糖含量的方法。本專利技術提供的提高秸桿還原糖含量的方法，包括如下步驟將秸桿進行輻照。上述方法所述輻照步驟中，累計輻照劑量為50-1OOOkGy，優選200-800kGy，更優選 300-800kGy,具體為 200、300、500、800、1000、500-800、300-500、300_1000 或200-500kGy，輻照劑量率為O. 5kGy/h，輻照源6°Co - Y射線輻照源。所述方法，還包括如下步驟在所述輻照步驟之前將秸桿進行粉碎，粉碎后秸桿的粒度為20-180目，優選100目。所述方法，還包括如下步驟在所述輻照步驟之后，將所得秸桿酶解。所述酶解步驟中，所用酶為纖維素酶，酶活為1450-1500FPU/g，優選1472FPU/g，該酶活的定義為在37°C，pH值為5. 5的條件下，每分鐘催化I μ mol纖維素所需要的酶量為I個酶活力單位；加入量為10-70mg酶/g底物，優選50mg酶/g底物，所述底物為按照前述方法處理后所得產物；溫度為35-60°C，優選50°C，時間為6-72小時，優選48小時；pH值為 4. 0-5. 2，優選 4. 8。所述方法，還包括如下步驟在所述酶解步驟之后將秸桿浸泡于堿的水溶液中。其中，所述堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水；所述堿的水溶液的質量百分濃度為O. 25%_10%，具體為O. 25-4%或4%或2%或O. 25-2% 或 O. 5-4% 或 O. 5-2% 或 2-4% 或 O. 5% 或 1% 或 O. 25-1% 或 O. 5-1% 或 1-2% ；所述浸泡步驟中，時間為1-24小時，優選10小時，具體為1-10小時或4-10小時或7-10小時或I小時或4小時或7小時或4-7小時；所述方法，還包括如下步驟在前述各方法的所有步驟之后，將所得秸桿室溫放置。所述放置步驟中，時間為0-30天，優選16-20天，且時間不為0，具體為16天或20天或4天或8天或12天或4-20天或8-20天或12-16天或12-20天。上述方法適用于各種農作物的秸桿，所述農作物具體為玉米、小麥、水稻、棉花或甘蔗。本專利技術提供的提高秸桿還原糖含量的方法，具有操作簡單、所需處理時間短暫、明顯提高得糖率以及環境友好的獨特優勢。輻照作用可改變玉米秸桿組織結構特性，部分纖維素、半纖維素在輻照作用下被直接降解成小分子糖，致使輻照后的材料中還原糖含量增加。另一方面輻照作用于木質纖維的空間結構，破壞了纖維素與半纖維素和木質素之間的交聯結構，利于纖維素酶進入木質纖維素內部，擴大了與纖維素的接觸面積，從而使酶解效率得以提聞。實驗結果表明，較高劑量能明顯提高玉米秸桿還原糖的含量，經IOOOkGy劑量輻照后，玉米秸桿還原糖含量增加了 78. 07mg/g，增長率為317. 35%。輻照和酶解混合處理有明顯的協同效應，粉碎至O. 150mm的秸桿，經IOOOkGy劑量輻照后，其還原糖酶解得率為20. 51%。同時發現輻照后效應對玉米秸桿酶解產糖有明顯的影響，以500kGy輻照的玉米秸桿，其輻照后還原糖得率在20d時達到最大值，還原糖得率與初始相比提高了 13. 68%ο較低劑量輻照(0-200kGy)對玉米秸桿酶解還原糖得率作用不明顯，但可大幅降低后續堿浸泡所需的用量和時間，與未經輻照相比，處理堿液濃度和時間分別從10%和24h降低為2%和10h，這對降低成本和保護環境具有重要意義。附圖說明圖I為輻照劑量對玉米秸桿還原糖含量的影響。圖2為輻照酶解對玉米秸桿酶解產糖率的影響。圖3為輻照劑量對玉米秸桿粉末酶解還原糖得率的影響。圖4為輻照后效應對玉米秸桿酶解產糖率的影響。圖5為輻照與弱堿液協同處理對玉米秸桿酶解產糖率的影響。圖6為NaOH溶液濃度對還原糖得率的影響。圖7為接枝率對吸附容量的影響。具體實施例方式下面結合具體實施例對本專利技術作進一步闡述，但本專利技術并不限于以下實施例。所述方法如無特別說明均為常規方法。所述原材料如無特別說明均能從公開商業途徑而得。下述實施例所用材料與試劑如下所示玉米秸桿，采自中國農科院作物所試驗基地；纖維素酶，國藥集團有限公司；乙酸、乙酸鈉、3，5- 二硝基水楊酸、氫氧化鈉等均為分析純試劑。所用實驗儀器如下所用輻照源為中國農業科學院原子能利用研究所的6tlCo Y射線輻照源，劑量率為O. 5kGy/h，吸收劑量均采用重鉻酸銀(Ag2Cr207)劑量計標定，劑量計與中國計量科學院比對(NDAS)，誤差〈±3%。電子天平上海精密儀器儀表有限公司；紅外光譜儀BRUKERTENS0R37 ；水浴恒溫振蕩器THZ-82A型；紫外可見分光光度計北京普析通用儀器有限責任公司，T6型。紅外掃描中，所用紅外光譜儀的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種提高秸稈還原糖含量的方法，包括如下步驟：將秸稈進行輻照。

【技術特征摘要】
1.一種提高秸桿還原糖含量的方法，包括如下步驟將秸桿進行輻照。2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于所述輻照步驟中，累計輻照劑量為 50-1000kGy，優選200_800kGy，輻照劑量率為O. 5kGy/h，輻照源6°Co - Y射線輻照源。3.根據權利要求I或2所述的方法，其特征在于所述方法，還包括如下步驟在所述輻照步驟之前將秸桿進行粉碎，粉碎后秸桿的粒度為20-180目，優選100目。4.根據權利要求1-3任一所述的方法，其特征在于所述方法，還包括如下步驟在所述輻照步驟之后，將所得秸桿酶解。5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于所述酶解步驟中，所用酶為纖維素酶，酶活為1450-1500FPU/g,優選1472FPU/g ;加入量為10_70mg酶/g底物，優選50mg酶/g底物，所述底物為所述輻照處理所得產物；溫度為35-60...

【專利技術屬性】
技術研發人員：哈益明，唐洪濤，李偉明，王鋒，李慶鵬，周洪杰，靳婧，
申請(專利權)人：中國農業科學院農產品加工研究所，
類型：發明
國別省市：