[发明专利]采用含纤维素的原料制备单糖的方法

说明书

技术领域

本发明是关于糖的制备方法，更具体地是关于采用含纤维素的原料制备 单糖的方法。

背景技术

现有技术可以用含纤维素的原料制备单糖，所得单糖主要是葡萄糖，葡 萄糖可以用于食品、医药工业，在印染制革工业中可以用作还原剂，在制镜 工业和热水瓶胆镀银工艺中常用葡萄糖作还原剂；所得单糖还包括木糖，可 以通过加氢制造木糖醇，作为食品的无热量甜味剂。所述单糖也可以经过微 生物(例如酵母)发酵制备乙醇。

含纤维素的原料一般为植物的根、茎和叶，包括秸秆。所述秸秆即农作 物(一般为草本植物)收获果实后留下的根、茎和叶，主要为茎和叶，如玉 米秸秆、高粱秸秆、谷类植物的秸秆、麦秸。秸秆的主要成分是木质纤维素。 所述木质纤维素是纤维素、半纤维素和木质素的混合物。秸秆中纤维素、半 纤维素和木质素通过共价键或非共价键紧密结合而成的木质纤维，约占秸秆 总重量的70-90％。秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的含量会随不同来源 的农作物或农作物的不同部分而有所区别。

纤维素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。但是，纤维素的结晶结构难 以被破坏。另外，木质素是由苯基丙烷聚合而成的一种非多糖物质，由芳香 烃的衍生物以-C-C-键、-O-键纵横交联在一起，其侧链又与半纤维素以共价 键结合，形成一个十分致密的网络结构，将纤维素紧紧包裹在里面，不利于 纤维素酶对纤维素的进攻，使得纤维素酶和半纤维素酶无法接触底物，因此， 需要先对秸秆进行预处理，如对秸秆进行蒸汽爆破或者酸处理后再与纤维素 酶和/或半纤维素酶接触，对纤维素进行水解。酸水解虽然能够破坏木质素， 但是也会破坏纤维素，继而降低葡萄糖的产率，而且酸水解后还需要加大量 碱中和才能进行酶解和发酵。因此更倾向只通过蒸汽爆破完成预处理过程， 达到破坏木质素对纤维素和半纤维素的包埋作用。

例如文献“对植物秸秆酒精生产工艺的介绍”，张学峰、兰玉成，酿酒， 第29卷第4期，第37-38页，2002年7月，公开了一种利用植物秸秆生产 酒精的方法，该方法包括将玉米秸秆除石除铁清洗后，切割成1.5厘米的小 段，水浸40分钟，通入2.5兆帕蒸汽，保温8分钟，泄压，水洗十分之一的 蒸汽爆破产物，并在所述十分之一的蒸汽爆破产物中培养里斯木酶产生纤维 素酶，将所得培养物与另外十分之九的蒸汽爆破产物混合，保温50℃水解 24小时，经过滤得到6％糖液，无机膜浓缩成20％以上的糖液，加入休哈塔 酵母(0.8-1.2亿/毫升)，发酵24小时，产酒份10％，蒸馏得99.5％的酒精。

CN1117835C公开了一种乙醇溶解汽爆秸秆木质素制备液体燃料的方 法，该方法以汽爆秸秆为原料，在高压反应釜中，用乙醇萃取汽爆秸秆中的 木质素；再用真空抽滤得到滤液，并将汽爆秸秆萃取渣进行同步糖化固态发 酵乙醇，乙醇萃取液及真空抽滤所得滤液即为该方法制备的液体燃料。

所述汽爆秸秆原料的制备方法包括将切碎的麦草、稻草或玉米秆等植物 原料装入汽爆罐，在1.2-1.7兆帕压力下，维持压力5-10分钟，之后，瞬间 减压释放。

所述的乙醇萃取汽爆秸秆中的木质素的方法为在高压反应釜中，加入汽 爆秸秆和乙醇，汽爆秸秆和乙醇的体积比为1∶10-1∶50，在1.5-2.0兆帕的 压力范围内保持1-2小时。

所述的将汽爆秸秆萃取渣进行同步糖化固态发酵乙醇是指：在33-35℃ 范围内(发酵)，维持14-16小时，在38-40℃范围内(酶解)，维持68小时， 并交替进行发酵2-3天。

CN1193099C公开了一种使用耐热型酵母从木素纤维素生物质中生产乙 醇的方法，该方法包括以下步骤：