CN104017842A

CN104017842A - 利用碱性双氧水促进芒草酶解糖化效率的方法

Info

Publication number: CN104017842A
Application number: CN201410292585.9A
Authority: CN
Inventors: 苏小军; 谭兴和; 蔡柳; 彭姿
Original assignee: Hunan Agricultural University
Current assignee: Hunan Agricultural University
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2014-09-03

Abstract

本发明涉及一种利用碱性双氧水促进芒草酶解糖化效率的方法，包括以下步骤：用400KGy⁶⁰Co-γ射线辐照芒草粉末；将所述辐照过的芒草粉末放入到一定浓度的氢氧化钠和双氧水溶液中，并在一定温度下水浴一段时间；向水浴过的混合溶液中加入稀硫酸洗涤至中性，并过滤得到滤渣；将所述滤渣放入烘箱中干燥一段时间，得到芒草残渣；将所述芒草残渣放入到加有纤维素酶的缓冲液中，再通过恒温振荡器振荡一段时间；将振荡后的溶液进行沸水浴一段时间，冷却后过滤得到滤液；测定所述滤液中还原糖的含量。利用纤维素酶处理芒草产生的还原糖发酵生产车用燃料乙醇前需进行预处理，采取低剂量辐照加稀碱复合工艺处理，能大大提高芒草酶解糖化的效率。

Description

利用碱性双氧水促进芒草酶解糖化效率的方法

技术领域

本发明涉及芒草酶解糖化领域，具体为一种利用碱性双氧水促进芒草酶解糖化效率的方法。

背景技术

芒草是多年生禾本科植物，属C₄类光合作用禾草。其植株高度最高可达4m，异花传粉，自交不亲和，寿命通常为18—20a，在适宜条件下最长可达25a。芒属类植物原产于东亚，广泛分布于从东南亚到太平洋附近岛屿的热带、亚热带和温带地区，全属共包括4组17个种，其中我国产6种，主要分布于长江以南的广大区域。芒草适应性强，能够在缺水少肥的边际荒地以及多种金属矿区生长，且生物产量高，种植4—5a后每hm²土地干物质年产量可达10t以上，其植物纤维品质较好同时灰分低,因而近年来被国内外公认为是现今最具潜力的能源植物之一。

能源作为国民经济的支柱，其重要性不言而喻。当前，随着以石油为首的传统能源日益枯竭而引发的能源危机己成为世界各国关注的焦点。美国《油气杂志》2009年12月发布的《全球石油产量和油气储量年终统计》显示：截至2009年底，全球石油总探明储量约为1855.04亿t，新增探增量仅占0.9%；沙特***己探明石油储量仍列世界各国之首，为356.02亿t，但较去年同期下降了0.6%；中国石油探明储量仅为27.88亿t，虽较去年有所增加，但国民人均拥有量仍不容乐观。按2009年全球石油年开采量约35.25亿t计算，全球己探明石油在53年内便将耗竭；中国2009年石油年开采量约1.89亿t，照此计算，我国已探明石油仅供开采不到15年。此外，石油、煤炭、天然气等传统不可再生能源在燃烧过程中大量释放的碳氧化物、硫氧化物、氮氧化物等气体，是导致温室效应、酸雨和光化学烟雾等环境污染的主要因素,极大威胁了人类的生存和发展。因此，寻找安全环保的新能源替代传统不可再生能源，解决能源危机带来的各种问题已迫在眉睫。芒草中纤维素和半纤维素含量丰富，作为一种理想的第二代能源植物极具应用前景。芒草是国内外公认生产纤维质燃料乙醇的优质原料，纤维质的糖化是纤维质燃料乙醇生产工艺中的关键技术，其技术的成熟度直接影响到纤维质燃料乙醇的生产效率。

芒草在我国连续多年的产量稳定性还尚未得到全面的评价，且目前的主要利用方式仍停留在直接燃烧、固化和气化发电，而生物与化学转化利用仍处在试验阶段。大规模工业化的纤维质燃料乙醇生产技术尚不够成熟，在预处理、五碳糖发酵等关键技术上仍有待进一步探索以提高效率、降低成本，从而适应生产需求。

发明内容

针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种利用碱性双氧水能大大提高芒草酶解糖化效率的方法。

本发明解决上述技术问题采用以下技术方案：一种利用碱性双氧水促进芒草酶解糖化效率的方法，包括以下步骤：

（1）用400KGy⁶⁰Co-γ射线辐照芒草粉末；

（2）将所述辐照过的芒草粉末放入到一定浓度的氢氧化钠和双氧水溶液中，并在一定温度下水浴一段时间；

（3）向步骤（2）中水浴过的混合溶液中加入稀硫酸洗涤至中性，并过滤得到滤渣；

（4）将所述滤渣放入烘箱中干燥一段时间，得到芒草残渣；

（5）将所述芒草残渣放入到加有纤维素酶的缓冲液中，再通过恒温振荡器振荡一段时间；

（6）将振荡后的溶液进行沸水浴一段时间，冷却后过滤得到滤液；

（7）测定所述滤液中还原糖的含量。

作为优选，步骤（2）中所述氢氧化钠的浓度为1%-1.5%，所述双氧水的浓度为1%-3%，所述水浴温度为30℃，所述时间为5h。

作为优选，步骤（4）中所述时间为24h，所述干燥温度为60℃。

作为优选，步骤（5）中所述缓冲液的pH为4.8，所述恒温振荡器的温度和转速分别为50℃和150rpm，振荡时间为96h。

作为优选，步骤（6）中所述沸水浴时间为5分钟。

作为优选，所述氢氧化钠的浓度为1.2%，所述双氧水的浓度为2%。

本发明与现有技术相比具有如下优点：利用纤维素酶处理芒草产生的还原糖发酵生产燃料乙醇前需进行预处理，采取低剂量辐照加稀碱复合工艺处理，能大大提高芒草酶解糖化的效率。NaOH处理通过破坏辐照芒草中木质素的结构，使纤维素酶能够深入接触反应底物，增加酶结合位点，提高产还原糖量，使特定的微生物能够高效利用可发酵性糖生产燃料乙醇。采用结合低浓度的NaOH处理结合400KGy60Co-γ射线辐照处理芒草，能使芒草的空间结构更为松散，良好的促进酶解效率。双氧水也是通过氧化作用脱除木质纤维素原料中的木质素和半纤维素达到提高酶解效率的目的。氧化反应发生的过程中会发生一系列的侧链取代、亲电取代以及烷基芳醚键的断裂等等，使原料中的木质素和半纤维素得以去除。在反应体系中加入一定量的碱，最常用的为氢氧化钠，能够活化双氧水，使木质素的降解效果提高，增大了纤维素的比表面积；同时双氧水也能提高氢氧化钠对纤维素的溶胀作用，二者相互促进，协同作用，使酶解反应更容易进行。因而提高了纤维素和半纤维素在处理后的干物质中的比例，为接下来纤维素的酶解糖化提供了极大地帮助。大大提高了芒草的酶解效率。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

将5g经400KGy⁶⁰Co-γ射线辐照过的芒草粉末放入三角瓶中，加入浓度为1%的氢氧化钠溶液和浓度为1%的双氧水，混合后在30℃下水浴5h，然后用稀硫酸洗涤至中性，并过滤得到滤渣，将所述滤渣放入60℃的烘箱中干燥24h，得到芒草残渣；将所述芒草残渣放入到加有300U纤维素酶的30mlpH为4.8的缓冲液中，再放置于50℃，转速为150rpm的恒温振荡器中振荡96h，然后取出再进行沸水浴5分钟，使酶失活，阻止酶解反应继续进行，待溶液冷却后过滤，收集滤液，测定所述滤液中还原糖的含量为498.81mg/g。

实施例2：

将5g经400KGy⁶⁰Co-γ射线辐照过的芒草粉末放入三角瓶中，加入浓度为1.2%的氢氧化钠溶液和浓度为2%的双氧水，混合后在30℃下水浴5h，然后用稀硫酸洗涤至中性，并过滤得到滤渣，将所述滤渣放入60℃的烘箱中干燥24h，得到芒草残渣；将所述芒草残渣放入到加有300U纤维素酶的30mlpH为4.8的缓冲液中，再放置于50℃，转速为150rpm的恒温振荡器中振荡96h，然后取出再进行沸水浴5分钟，使酶失活，阻止酶解反应继续进行，待溶液冷却后过滤，收集滤液，测定所述滤液中还原糖的含量为505.08mg/g。

实施例3：

将5g经400KGy⁶⁰Co-γ射线辐照过的芒草粉末放入三角瓶中，加入浓度为1.5%的氢氧化钠溶液和浓度为3%的双氧水，混合后在30℃下水浴5h，然后用稀硫酸洗涤至中性，并过滤得到滤渣，将所述滤渣放入60℃的烘箱中干燥24h，得到芒草残渣；将所述芒草残渣放入到加有300U纤维素酶的30mlpH为4.8的缓冲液中，再放置于50℃，转速为150rpm的恒温振荡器中振荡96h，然后取出再进行沸水浴5分钟，使酶失活，阻止酶解反应继续进行，待溶液冷却后过滤，收集滤液，测定所述滤液中还原糖的含量为500.01mg/g。

芒草通过高能射线辐照改变了木质素和纤维素、半纤维素之间紧密的结构。为了取得更好的酶解效果，采用碱性双氧水对400KGy ⁶⁰Co -γ射线辐照过的芒草进行预处理。通过多次试验，可知在30℃的条件下，用浓度为1.2％NaOH和 2％的双氧水混合溶液处理400KGy ⁶⁰Co -γ射线辐照过的芒草6h，酶解还原糖含量最高达到505.08 mg/g，比辐照芒草直接酶解产还原糖含量提高了5.6倍。因此，碱性双氧水预处理工艺能够明显提高效提高辐照芒草的酶解效率。1.2％NaOH和 2％的双氧水的预处理工艺组合，辐照芒草还原糖含量最高可达505.08 mg/g。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种利用碱性双氧水促进芒草酶解糖化效率的方法，包括以下步骤：

（1）用400KGy⁶⁰Co-γ射线辐照芒草粉末；

（4）将所述滤渣放入烘箱中干燥一段时间，得到芒草残渣；

（7）测定所述滤液中还原糖的含量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中所述氢氧化钠的浓度为1%-1.5%，所述双氧水的浓度为1%-3%，所述水浴温度为30℃，所述时间为5h。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（4）中所述时间为24h，所述干燥温度为60℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（5）中所述缓冲液的pH为4.8，所述恒温振荡器的温度和转速分别为50℃和150rpm，振荡时间为96h。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（6）中所述沸水浴时间为5分钟。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述氢氧化钠的浓度为1.2%，所述双氧水的浓度为2%。