[发明专利]一种利用甜高粱同步生产秸秆纳米纤维素和细菌纤维素的方法

说明书

技术领域

本方法属于秸秆资源利用领域，特别涉及一种利用甜高粱同步生产秸秆纳米纤维素和细菌纤维素的方法。

背景技术

传统丁醇发酵产业普遍存在以下问题：（1）丁醇产量、产率低。（2）溶剂终浓度低。这是丁醇高成本的关键所在。（3）丁醇在总溶剂中的比例低，后期丁醇回收、分离的成本较高。（4）传统的丁醇发酵普遍采用玉米、糖蜜为粮食原料生产，随着世界粮食的匮乏和粮食价格的上涨，丁醇发酵的成本提高。早期的丁醇工业因其发酵成本高，不敌于石油化工产品而衰落，这也是当今限制其大规模发展的瓶颈所在。

纳米纤维素是一种新型的高分子功能材料，其直径介于1nm到100 nm之间，长度为100 nm-500nm。纳米纤维素具有独特的结构和优良的性能，在生物、医学、增强剂、造纸工业、净化、传导、与无机物复合、食品工业、磁性复合物等方面的有着广泛应用，誉为拯救世界的“神奇材料”。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用甜高粱同步生产秸秆纳米纤维素和细菌纤维素的方法，综合利用甜高粱，降低了生产纳米纤维素的成本，具有良好的社会效益和综合经济效益，具体技术方案如下：

一种利用甜高粱同步生产秸秆纳米纤维素和细菌纤维素的方法，其包括如下步骤：

a、对甜高粱秸秆进行轧制处理，得到甜高粱汁液和秸秆渣；

b、将所述秸秆渣在2~6MPa的压力下进行蒸汽闪爆处理，控制闪爆过程时间小于0.1s，得到汽爆秸秆和汽爆秸秆液；

c、将所述汽爆秸秆进行水洗，收集水洗液后经过过滤后，与所述甜高粱汁液、汽爆秸秆液合并，得到混合秸秆液；

d、在水洗后的汽爆秸秆中加水，依次由漆酶、木聚糖酶和纤维素酶酶解，将酶解物经过过滤后先进行水洗，再进行过滤，得到酶解秸秆纤维，同时将水洗液和所述混合秸秆液合并，得到木醋杆菌发酵原糖液；

e、在所述酶解秸秆纤维中加水，制成酶解秸秆纤维悬浮液，经过50~150MPa的压力下均质，制成纳米纤维素水溶液；然后边搅拌，边向所述纳米纤维素水溶液中加入醋酸进行酸化后，加入壳聚糖，搅拌溶解并与所述纳米纤维素充分混合均匀，将混合液超声震荡后，在40~50℃真空干燥成膜，将得到的膜浸泡在碱液中5~10 min后取出，水洗至中性，烘干，制得到壳聚糖-纳米纤维素混合膜；

f、将所述丁醇发酵原糖液用自来水调整糖分，使得糖的含量在6~8wt%，再添加酵母粉、蛋白胨、柠檬酸、磷酸氢二钠、硫酸镁、羟甲基壳聚糖，调至pH为5.5~6.5，在121℃下灭菌20 min，制成木醋杆菌发酵培养基，接种木醋杆菌发酵种子液后进行发酵，得到细菌纤维素膜；

g、培养结束后，取出细菌纤维素膜，用蒸馏水冲洗2~4次后，浸入到0.1~0.2 mol/L的NaOH溶液中，60~90℃保温40~100 min，除去膜中的菌体和培养基，再用蒸馏水冲洗2~4次后至中性， 60~80℃烘干至恒重，制得羟甲基壳聚糖改性的细菌纤维素。

作为优选方案，步骤c中所述水洗时加入的水量为汽爆秸秆重量的0.5~2倍。

作为优选方案，步骤d所述的漆酶酶活5万U/g ，添加量60~80 U/g底物，反应温度50~70℃，酶解4~6 h；木聚糖酶酶活5万U/g，添加量20~30 U/g底物，反应温度30~50℃，酶解2~4 h；纤维素酶酶活为20万U/g，添加量为100~300 IU/g底物，反应温度40~60℃，酶解8~12 h。

作为优选方案，步骤f中，所述酵母粉、蛋白胨、柠檬酸、磷酸氢二钠、硫酸镁的加量分别为丁醇发酵原糖液重量的0.4~0.7%、0.4~0.6%、0.1~0.2%、0.2~0.3%、0.4~0.6%。

作为优选方案，步骤f中的木醋杆菌发酵温度为28~33℃，菌株的接种量为6~10%，发酵时间5~8 天。

甜高粱，又称“二代甘蔗”，含有丰富的糖分汁液，亩产甘蔗2万公斤，由于其产量大，价格廉价是发展生物能源的最佳原料。在《可再生能源发展“十一五”规划》中，甜高粱被列为生物液体燃料的第一个来源。通过对发酵后废弃的杆渣等进行综合利用，提高了甜高粱的综合价值，相应的也降低了丁醇生产的成本，从而实现能源多元化发展，满足国内外市场对生物燃料的需求。