CN108060190A - 一种利用食用菌菌糠生产单糖的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及食用菌菌糠利用开发技术领域，进一步涉及一种利用食用菌菌糠生产单糖的方法。克服现有技术存在的半纤维素含量低，木糖和葡萄糖难以分离，难以进行工业化生产的问题。本发明采用的步骤为：步骤一、酸水解：食用菌菌糠，风干粉碎，按固液比1：10～20加入质量浓度为1‑5%的稀酸溶液，100‑120℃处理30‑120min，过滤后得滤液和滤渣，滤液中木糖制备食品级木糖；步骤二、碱水解：滤渣按1：10～20固液比加入质量浓度为1‑5%的碱溶液，40‑60℃处理60‑120min后，用酸中和至中性，测定纤维素含量；步骤三、酶水解：按纤维素含量加入纤维素酶，纤维素用量为10‑20FPU/g纤维素，50℃、180rpm条件下酶解48‑72小时得酶解液，过滤得葡萄糖溶液和木质素。

Description

一种利用食用菌菌糠生产单糖的方法
技术领域：
本发明涉及食用菌菌糠利用开发技术领域，进一步涉及一种利用食用菌菌糠 生产单糖的方法。
技术背景：
食用菌菌糠是以玉米芯、木屑、棉籽壳、稻草、农作物秸秆或工业废料(造 纸厂废液、醋糟、酒糟等)作为主要原料代料栽培食用菌后废弃的固体培养基。 我国目前食用菌总产量已达400～500万吨，产值300亿元以上。由此产生的菌糠 数量也非常巨大，年产量达700～900万吨。目前对菌糠的利用方法总体利用率低， 附加值不高，既造成了大量的资源浪费，又对环境造成了污染。随着食用菌产业 的快速发展，如何更加高效地处理食用废弃菌糠成为食用菌行业亟待解决的重要 课题之一。
菌糠经过食用菌生长利用之后，其中仍富含大量的纤维素、半纤维素和木质 素，根据基质的不同，菌糠中粗纤维含量约占10‐30％，粗蛋白含量6‐13％[食药 用菌，2015，23(2)：72‐75]。对这一部分可再生资源的利用研究，目前主要集 中在肥料和饲料方面。如直接以菌糠作为吸附载体接种微生物肥料，如专利 201510748273.9，这种方法只是利用了菌糠结构的疏松性作为载体进行吸附，其 本身的营养成分并没有得到利用，利用率和附加值都不高；或者对菌糠进行一定 的堆肥发酵处理，使菌糠中的大分子物质转化成小分子物质后，再接种微生物菌 剂，制备微生物肥料，如专利CN 105777231A，这类方法中菌糠经过自然发酵腐 熟，大分子物质得到了降解和利用，提高了利用率，但仍然存在自然发酵周期长，占地面积大的缺点。菌糠中大量的纤维素和半纤维素水解后生成的葡萄糖和木糖 都是可利用的单糖，其中木糖可以进一步转化成木糖醇、糠醛等工业产品；葡萄 糖可以作为发酵碳源生产各种发酵产品，把菌糠中的纤维素和半纤维素转化成单 糖，再进行进一步的开发利用，是提高菌糠附加值的一种行之有效的转化方式。 但是由于天然木质纤维素结构中的纤维素和半纤维素被包裹在木质素内部，必须 经过一定的预处理才能得到应用。专利200910086798.5采用碱水解脱除菌糠中 的木质素，之后再用酶水解的方法使纤维素和半纤维素转化为葡萄糖和木糖，提 高了菌糠的整体利用度，但碱处理在脱除木质素的同时，会水解半纤维素，使半 纤维素损失，同时残留的半纤维素在酶解时产生的木糖和纤维素水解产生的葡萄 糖混合在一起，两种单糖的性质接近，常规分离技术很难将其分开。因此再利用 受限，工业化生产很难实现。
发明内容：
本发明要提供一种利用食用菌菌糠生产单糖的方法，以克服现有技术存在的 半纤维素含量低，木糖和葡萄糖难以分离，难以进行工业化生产的问题。
为了达到本发明的目的，本发明提供的技术解决方案是：一种利用食用菌菌 糠生产单糖的方法，包括下述步骤：
步骤一、酸水解：食用菌菌糠，风干粉碎，按固液比1：10～20加入质量浓 度为1-5％的稀酸溶液，100-120℃处理30-120min，过滤后得滤液和滤渣，滤液 中木糖制备食品级木糖；
步骤二、碱水解：滤渣按1：10～20固液比加入质量浓度为1-5％的碱溶液， 40-60℃处理60-120min后，用酸中和至中性，测定纤维素含量；
步骤三、酶水解：按纤维素含量加入纤维素酶，纤维素用量为10-20FPU/g 纤维素，50℃、180rpm条件下酶解48-72小时得酶解液，过滤得葡萄糖溶液和 木质素。
上述步骤一中稀酸溶液是硫酸或盐酸，上述滤液中木糖经过中和、浓缩、脱 色、离子交换和结晶制备食品级木糖。
上述步骤二中碱性溶液是氢氧化钠或氢氧化钙溶液。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、可以实现菌糠的全循环使用，实现零排放：本专利采用酸碱耦合技术对 菌糠进行水解处理，利用两步处理法将菌糠中的半纤维素和纤维素水解产生的木 糖和葡萄糖分步收集，分步利用。第一步选择合适的稀酸水解条件使菌糠里的半 纤维素得到最大程度的水解，避免了半纤维素在后续碱处理过程中的损失，从而 使木糖的收率最大化；第二步采用稀碱处理酸解原料，破坏木质素之间的酯键和 醚间，脱除部分木质素，提高纤维素的酶解率，碱处理后的纤维素原料经过纤维 素酶酶解后生成葡萄糖。酶解后的固体残留物主要为木质素，改性后可以用来生 产木质素衍生物。
2、本发明通过对菌糠进行酸碱耦合预处理，所采用的工艺条件温和，纤维 素及半纤维素损失小，可以同时生产木糖、葡萄糖和木质素，实现纤维素、半纤 维素和木质素的分级利用，提高其附加值；使其再利用变得简单可行，可实现大 规模的工业化生产，使得食用废弃菌糠的高效处理成为现实。
3、环境污染小：在本发明的制备过程中，稀酸水解后直接采用稀碱中和， 大大降低酸的排放，减少对环境的污染。
附图说明：
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式：
本发明提供一种利用食用菌菌糠生产单糖的方法，具体为利用两步预处理的 方法分步水解半纤维素和纤维素得到木糖和葡萄糖的方法。
下面将通过具体实施例对本发明进行详细地说明。
实施例1：
步骤一，酸水解：将平茹、鸡腿菇、金针茹等各种食用菌菌糠，风干后粉 碎至10目左右，按固液比1：10加入质量浓度为5％的硫酸溶液中，100℃处理 30min，过滤后得滤液和液渣；
测定滤液中木糖的含量为13g/L左右，半纤维素的转化率可达到92％以上。 滤液经过中和、浓缩、脱色、离子交换和结晶制备食品级木糖，木糖的产量可达 到100g/kg菌糠，还可进一步生产木糖醇及糠醛等产品。
步骤二，碱水解：滤渣按1：10固液比加入质量浓度为5％的氢氧化钠溶液 中，60℃处理60min后，用酸中和至中性，测定纤维素的含量；
步骤三，酶水解：按纤维素含量加入商品纤维素酶(CTec2，丹麦 诺维信酶制剂公司生产)，用量为20FPU/g纤维素，50℃、180rpm条件下酶解 48小时得酶解液，酶解液经过滤后得滤液和滤渣，滤液为葡萄糖溶液，其产量 经测定可达40g/L酶解液，经过稀释后可以用来作为培养各种微生物的碳源；滤 渣主要成分为木质素，经过改性可以生产各种木质素衍生物。
实施例2：
步骤一，酸水解：将平茹、鸡腿菇、金针茹等各种食用菌菌糠，风干后粉 碎至10目左右，按固液比1：15加入质量浓度为2％的硫酸溶液中，120℃处理 60min，过滤后得滤液和液渣；测定滤液中木糖的含量为9g/L左右，半纤维素的 转化率可达到90％。滤液经过中和、浓缩、脱色、离子交换和结晶制备食品级木 糖，木糖的产量可达到98g/kg菌糠。
步骤二，碱水解：滤渣按1：15固液比加入质量浓度为2％的氢氧化钠溶液 中，60℃处理100min，用酸中和至中性，测定纤维素的含量；
步骤三，酶水解：按纤维素含量加入商品纤维素酶(CTec2，丹麦诺 维信酶制剂公司生产)，用量为10FPU/g纤维素，50℃、180rpm条件下酶解60 小时得酶解液，酶解液经过滤后得滤液和滤渣，滤液为葡萄糖溶液，其产量经测 定可达25g/L酶解液。
实施例3：
步骤一，酸水解：将平茹、鸡腿菇、金针茹等各种食用菌菌糠，风干后粉 碎至10目左右，按固液比1：20加入质量浓度为5％的硫酸溶液中，100℃处理 120min，过滤后得滤液和液渣；
测定滤液中木糖的含量为7g/L左右，半纤维素的转化率可达到89％。滤液经过中和、 浓缩、脱色、离子交换和结晶制备食品级木糖，木糖的产量可达到97g/kg菌糠。
步骤二，碱水解：滤渣按1：20固液比加入质量浓度为5％的氢氧化钠溶液 中，60℃处理60min后，用酸中和至中性，测定纤维素的含量；
步骤三，酶水解：按纤维素含量加入商品纤维素酶(CTec2，丹麦诺 维信酶制剂公司生产)，用量为15FPU/g纤维素，50℃、180rpm条件下酶解72 小时得酶解液，酶解液经过滤后得滤液和滤渣，滤液为葡萄糖溶液，其产量经测 定可达18g/L酶解液。
上述实施例1为最佳实施例。

Claims (3)

1.一种利用食用菌菌糠生产单糖的方法，其特征在于：包括下述步骤：
步骤一、酸水解：食用菌菌糠，风干粉碎，按固液比1：10～20加入质量浓度为1-5%的稀酸溶液，100-120℃处理30-120min，过滤后得滤液和滤渣，滤液中木糖制备食品级木糖；
步骤二、碱水解：滤渣按1：10～20固液比加入质量浓度为1-5%的碱溶液，40-60℃处理60-120min后，用酸中和至中性，测定纤维素含量；
步骤三、酶水解：按纤维素含量加入纤维素酶，纤维素用量为10-20FPU/g纤维素，50℃、180rpm条件下酶解48-72小时得酶解液，过滤得葡萄糖溶液和木质素。
2.根据权利要求1所述的一种利用食用菌菌糠生产单糖的方法，其特征在于：上述步骤一中稀酸溶液是硫酸或盐酸，上述滤液中木糖经过中和、浓缩、脱色、离子交换和结晶制备食品级木糖。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用食用菌菌糠生产单糖的方法，其特征在于：上述步骤二中碱性溶液是氢氧化钠或氢氧化钙溶液。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110204381A (zh) * 2019-07-15 2019-09-06 绥化学院 一种改性黑木耳菌糠制备生物有机复合肥的方法
CN110714041A (zh) * 2019-11-19 2020-01-21 云南省烟草农业科学研究院 一种利用废弃烟杆高效率直接产生葡萄糖的方法

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