[发明专利]一种纤维素可发酵糖及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于纤维材料应用技术领域，特别涉及一种纤维素可发酵糖及其制备方法与应用。

背景技术

随着石化燃料由短缺变成枯竭，能源危机成为人类面临的共同问题。寻找新的能源关乎着经济的可持续发展与人类的长足发展。在各种可再生能源中，生物质是独特的、唯一可再生的碳源，可转化为常规的固态、液态或气态的燃料。而且，生物质来源于空气中的H₂O和CO₂，燃烧后再生成H₂O和CO₂，所以不会增加空气中CO₂的含量。因此，与矿物质能源相比，生物质能源是一种更为清洁的能源。

虽然，我国现在很重视木质纤维素生产乙醇的研究和技术开发，但却都面临着技术与经济方面的巨大挑战。目前，木质纤维素的水解方法主要有酸法水解和酶法水解两种方法。酸法水解尽管可以获得较高的葡萄糖得率，然而浓酸不仅对设备产生较大腐蚀，而且水解液中含有大量对微生物产生抑制的水解产物，使得最终的乙醇发酵效率较低。另外，纤维素酶产量低，不稳定的性质也增大了酶法制备生物乙醇的困难。为了解决现有的问题，急需寻找一种新的方式制备纤维素可发酵糖。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种纤维素可发酵糖的制备方法。

本发明的另一目的在于提供所述方法制备得到的纤维素可发酵糖。

本发明的又一目的在于提供所述纤维素可发酵糖的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种纤维素可发酵糖的制备方法，包括以下步骤：

(1)将麻浆与氢氧化钠/尿素混合溶液按质量比为1：40～60混合后搅拌，得到混合体系；

(2)将步骤(1)中得到的混合体系冷却至-8～-12℃，搅拌溶解，得到纤维素溶液；

(3)将步骤(2)中的纤维素溶液进行中和处理，浓缩，然后将浓缩后的纤维素溶液与稀硫酸溶液按体积比为1：4～12混合，再进行酸水解，得到纤维素可发酵糖。

步骤(1)中所述的麻浆为含有纤维素、半纤维素、木素及其他物质的的原料；优选为已知纤维素和半纤维素含量的绝干麻浆，因为可发酵糖是由纤维素和半纤维素降解得到的，因此已知浆料中的纤维素和半纤维素的含量，可计算可发酵糖的得率。

步骤(1)中所述的氢氧化钠/尿素混合溶液为将氢氧化钠、尿素与水混合得到的氢氧化钠和尿素的混合溶液。

步骤(1)中所述的混合体系中氢氧化钠的质量分数5～10％，尿素的质量分数3～15％。

步骤(2)中所述的冷却为在密封条件下进行，避免空气中的二氧化碳与氢氧化钠反应。

步骤(2)中所述的搅拌的速度优选为3000～9000r/min。

步骤(2)中所述的搅拌的时间优选为5～10min。

步骤(3)中所述的中和处理为采用盐酸溶液调PH至中性。

所述的盐酸溶液的摩尔浓度优选为5～8mol/L。

步骤(3)中所述的浓缩为采用旋转蒸发仪进行浓缩；优选为采用旋转蒸发仪将纤维素溶液浓缩至浓度为6～10g/L。

步骤(3)中所述的加入稀硫酸溶液为在6000～9000r/min的高速剪切力下缓慢加入稀硫酸溶液。

步骤(3)中所述的稀硫酸溶液的浓度为质量百分比4％。

步骤(3)中所述的酸水解的条件优选为：在120℃条件下水解1h。

一种纤维素可发酵糖，通过上述任一项所述的方法制备得到。

所述的纤维素可发酵糖在生物乙醇领域中的应用。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明将已知纤维素和半纤维素含量的麻浆与氢氧化钠/尿素混合溶液按一定的质量比混合，搅拌，形成均匀的混合体系，并在一定条件下溶解固态纤维素，使其形成易于酸水解的纤维素溶液，然后用质量分数为4％的稀硫酸在一定条件下酸化水解纤维素，制得到可用于生产生物乙醇的纤维素可发酵糖。本发明克服了传统酸水解纤维素的方法中存在的所需酸的浓度大，危险大且对设备腐蚀严重的问题，同时也避免使用纤维素酶，解决了酶水解纤维素方法中成本高，效率低的问题。

2、浆料的种类对纤维素在氢氧化钠/尿素混合溶液中的溶解度有较大的影响，浆料在混合溶液中的溶解度又会进一步影响酸解的效果。本发明选择麻浆纤维作为原料，由于麻浆纤维其自身半纤维素含量低、聚合度小等特点在不用增加其他助剂的条件就能达到近100％的溶解效果，减少了固体纤维对硫酸作用效果的影响，提高了酸解纤维的效果。