[发明专利]一种生产可发酵性糖的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物质能源技术领域，具体涉及可发酵糖液的制备方法。

技术背景

随着化石能源的逐渐枯竭，以及使用化石能源带来的环境污染的加剧，开发可再生且对环境友好的能源势在必行。生物乙醇具有含氧量高、燃烧值高、无污染等优良特性，倍受研究者们关注。传统乙醇生产是由淀粉质原料经发酵而得到，工艺较成熟，但淀粉质原料来源有限，同时又是制糖工业原料和人类粮食来源之一，因此成本相对较高。另外，作为粮食的淀粉是人类赖以生存的重要资源，随着世界人口的急剧膨胀，粮食短缺也成为人类急待解决问题之一，长期依靠农作物生产燃料乙醇变得越来越不现实，需要寻找替代淀粉原料的资源。

地球上具有丰富的可再生资源木质纤维原料，包括木材、农林废弃物、农作物和城市生活垃圾等纤维类物质，它们主要由纤维素、半纤维素、木质素组成的。与淀粉原料一样含有大量的糖类化合物，却一直未得到充分。据不完全统计，在光合作用下，地球上每年植物可以产生纤维素1000亿t，其蕴藏的能量相当于全球人口消耗能量的10倍以上。因此，利用植物纤维原料生产燃料乙醇具有重要的现实意义。

植物纤维原料中，竹子是一种特殊的森林种质资源，具有生长快、生物量大、繁殖能力强和容易更新等特点，是极具开发与利用潜力的资源。在全球木材供给紧张的情况下，竹材与竹产品正在成为发达国家和地区的重要消费品之一。

利用竹质纤维素类生物质生产燃料乙醇或工业化学品，主要包括原料预处理、纤维素酶水解和戊糖己糖发酵等工艺，即原料中的纤维素和半纤维素在酸或酶的作用下转化成可发酵性糖类，并经微生物发酵等进一步转化为乙醇、乳酸等重要的化工产品。

在植物纤维原料生产燃料乙醇工艺中，预处理技术的好坏直接决定着后续纤维素的酶水解与水解糖液的发酵。通过预处理过程，植物原料细胞壁破坏(包括破坏纤维素-木质素-半纤维素之间的连接、降低纤维素的结晶度和除去半纤维素)、纤维素的比表面积增加，可以达到提高对纤维素酶的可及度和反应性目的，从而提高纤维素酶的水解得率。

预处理方法包括物理法、化学法、生物法和物理化学联合法等。物理法(包括机械粉碎、高温分解、高能电子辐射、微波、超声波等)处理存在着设备要求较高，作用不明显，成本较高，难以实现大规模工业化生产等问题；生物法(如白腐真菌、褐腐真菌、软腐真菌和其他细菌等)处理存在着微生物种类少，产生的降低木质素的酶活力低，处理时间长，造成生产周期长，距实现大规模工业化生产还有一定距离；化学法(包括无机酸、碱和有机溶剂法等)处理虽然也存在着后续污染问题，但它被认为是工 业化生产中较好的预处理手段之一。

在传统的稀酸预处理方法中，用得最多是稀硫酸、盐酸、磷酸等，它们处理虽然取得一定的效果，但仍存在着预处理后半纤维素的糖类得率不高、产生较多的抑制物以及后续的纤维素酶水解得率较低等问题。植物纤维原料经预处理和纤维素酶水解，目的是从木质纤维原料中得到尽可能多的可发酵性糖，以充分综合利用木质纤维原料中纤维素和半纤维素糖类，降低燃料乙醇或工业化学品的生产成本。

本发明涉及的是以竹材或其加工剩余物为原料，采用热水抽提一稀酸耦合预处理方法处理竹材原料，生产可发酵性糖的方法，可获得较高的半纤维素和纤维素糖的得率，降低抑制物的产生，从而有利于降低生产成本。

发明内容

针对当前植物纤维原料预处理技术存在的半纤维素的利用率低，水解后生成的糖类会继续降解而产生大量抑制物，以及所得固体渣纤维素酶水解不高的现状，本发明提供了一种生产可发酵性糖类的方法：

一种生产可发酵性糖的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将植物纤维原料经过粉碎的步骤。

步骤二：采用热水对植物纤维原料进行抽提的步骤。

步骤三：将上述经热水抽提的植物纤维原料与硫酸在反应器中反应，从而进行预处理的步骤；

步骤四：反应结束后，迅速取出所述反应器置于冷水中骤冷；

经吸滤后用热水洗涤，收集洗涤液和固体渣。

步骤五：称取上述的固体渣，采用纤维素酶水解；

水解结束后收集酶水解液；

合并预处理的水解液和纤维素酶水解液。

所述的植物纤维原料为竹子全材料或竹子加工后得到的剩余物。

所述的步骤一中，将原料经过粉碎至20～80目筛。

所述步骤二中，热水抽提的温度在80-100℃，热水抽提时间为2-6小时。

所述步骤二中，热水抽提的温度在90-100℃，热水抽提时间为4-6小时。