專利名稱：采用含纖維素的原料制備單糖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于糖的制備方法，更具體地是關(guān)于采用含纖維素的原料制備 單糖的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的由含纖維素的原料，如秸稈制備乙醇用單糖的方法主要包括
秸稈的預(yù)處理，以及酶解纖維素和/或半纖維素制備單糖的步驟?，F(xiàn)有的由含
纖維素的原料，如秸稈制備乙醇的方法除了包括上述步驟之外，還包括發(fā)酵 酶解產(chǎn)物單糖的步驟。
含纖維素的原料一般為植物的根、莖和葉，包括秸稈。所述秸稈即農(nóng)作 物(一般為草本植物)收獲果實(shí)后留下的根、莖和葉，主要為莖和葉，如玉 米秸稈、高粱秸稈、麥秸等谷類植物的秸稈。秸稈的主要成分是木質(zhì)纖維素。 所述木質(zhì)纖維素是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的混合物，秸稈中纖維素、半 纖維素和木質(zhì)素通過共價(jià)鍵或非共價(jià)鍵緊密結(jié)合而成的木質(zhì)纖維，約占秸稈
總重量的70-90%。秸稈中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素各自的含量會(huì)隨不同 來源的農(nóng)作物或農(nóng)作物的不同部分而有所區(qū)別。
含纖維素的原料的預(yù)處理方法一般為蒸汽爆破和/或酸水解進(jìn)行預(yù)處 理，以破壞木質(zhì)素對(duì)纖維素和半纖維素的包埋。酸水解雖然能夠破壞木質(zhì)素， 但是也會(huì)破壞纖維素，繼而降低葡萄糖的產(chǎn)率，而且酸水解后還需要加大量 堿中和才能進(jìn)行酶解和發(fā)酵。因此更傾向只通過蒸汽爆破完成預(yù)處理過程， 達(dá)到破壞木質(zhì)素對(duì)纖維素和半纖維素的包埋作用。
纖維素被纖維素酶水解的反應(yīng)通常稱為酶解反應(yīng)，又可以稱為糖化反 應(yīng)，酶解的主要產(chǎn)物是單糖。纖維素在纖維素酶的作用下能夠轉(zhuǎn)化成葡萄糖，半纖維素在半纖維素酶的作用下能夠轉(zhuǎn)化成木糖等單糖，葡萄糖和木糖都可 以用于發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，比如釀酒酵母可以發(fā)酵葡萄糖制備乙醇，樹干畢赤酵 母可以發(fā)酵木糖制備乙醇。纖維素的非結(jié)晶結(jié)構(gòu)是很容易被打破的，它可以 完全降解成葡萄糖，然后由葡萄糖發(fā)酵成乙醇。但是，纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)難 以被破壞。另外，木質(zhì)素是由苯基丙垸聚合而成的一種非多糖物質(zhì)，由芳香 烴的衍生物以-C-C-鍵、-O-鍵縱橫交聯(lián)在一起，其側(cè)鏈又與半纖維素以共價(jià) 鍵結(jié)合，形成一個(gè)十分致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將纖維素緊緊包裹在里面，不利于 纖維素酶對(duì)纖維素的進(jìn)攻，使得纖維素酶和半纖維素酶無法接觸底物，因此， 需要先對(duì)秸稈進(jìn)行預(yù)處理，如對(duì)秸稈進(jìn)行蒸汽爆破或者酸處理后再與纖維素 酶和/或半纖維素酶接觸，對(duì)纖維素進(jìn)行水解。
CN1117835C公開了一種乙醇溶解汽爆秸稈木質(zhì)素制備液體燃料的方 法，該方法以汽爆秸稈為原料，在高壓反應(yīng)釜中，用乙醇萃取汽爆秸稈中的 木質(zhì)素；再用真空抽濾得到濾液，并將汽爆秸稈萃取渣進(jìn)行同步糖化固態(tài)發(fā) 酵乙醇，乙醇萃取液及真空抽濾所得濾液即為該方法制備的液體燃料。
所述汽爆秸稈原料的制備方法包括將切碎的麥草、稻草或玉米稈等植物 原料裝入汽爆罐，在1.2-1.7兆帕壓力下，維持壓力5-10分鐘，之后，瞬間 減壓釋放。
所述的乙醇萃取汽爆秸稈中的木質(zhì)素的方法為在高壓反應(yīng)釜中，加入汽 爆秸稈和乙醇，汽爆秸稈和乙醇的體積比為1: 10-1: 50，在1.5-2.0兆帕的 壓力范圍內(nèi)保持l-2小時(shí)。
所述的將汽爆秸稈萃取渣進(jìn)行同步糖化固態(tài)發(fā)酵乙醇是指在33-35°C 范圍內(nèi)(發(fā)酵)，維持14-16小時(shí)，在38-4(TC范圍內(nèi)(酶解)，維持68小時(shí)， 并交替進(jìn)行發(fā)酵2-3天。
CN1193099C公開了一種使用耐熱型酵母從木素纖維素生物質(zhì)中生產(chǎn)乙 醇的方法，該方法包括以下步驟將木素纖維素生物質(zhì)粉碎成顆粒大小為15-30毫米；對(duì)粉碎的木素纖維 素生物質(zhì)進(jìn)行蒸汽爆炸預(yù)處理，根據(jù)所用材料的類型保持1-3兆帕的壓力和
190-23(TC的溫度l-10分鐘的時(shí)間，之后引發(fā)迅速減壓；收集預(yù)處理過的物 料并且通過過濾分離液體和固體部分，將固體部分引入發(fā)酵貯器中；向發(fā)酵 貯器添加濃度為15FPU/克纖維素的纖維素酶和12.6國際單位/克纖維素的卩-葡萄糖苷酶；給發(fā)酵貯器接種馬克斯克魯維氏酵母CECT 10875耐熱型酵母 培養(yǎng)物的懸浮液；將混合物在42t:下?lián)u動(dòng)72小時(shí)。
文獻(xiàn)"對(duì)植物秸稈酒精生產(chǎn)工藝的介紹"，張學(xué)峰、蘭玉成，釀酒，第 29巻第4期，第37-38頁，2002年7月，公開了一種利用植物秸稈生產(chǎn)酒 精的方法，該方法包括將玉米秸稈除石除鐵清洗后，切割成1.5厘米的小段， 水浸40分鐘，通入2.5兆帕蒸汽，保溫8分鐘，泄壓，水洗十分之一的蒸汽 爆破產(chǎn)物，并在所述十分之一的蒸汽爆破產(chǎn)物中培養(yǎng)里斯木酶產(chǎn)生纖維素 酶，將所得培養(yǎng)物與另外十分之九的蒸汽爆破產(chǎn)物混合，保溫5(TC水解24 小時(shí)，經(jīng)過濾得到6%糖液，無機(jī)膜濃縮成20%以上的糖液，加入休哈塔酵 母(0.8-1.2億/毫升)，發(fā)酵24小時(shí)，產(chǎn)酒份10%，蒸餾得99.5°/。的酒精。
采用上述方法均可實(shí)現(xiàn)由含纖維素的原料制備單糖的目的，但單糖的產(chǎn) 率較低， 一般為35%左右。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的采用含纖維素的原料制備單糖的方法單糖 產(chǎn)率較低、酶解效率較低的缺陷，提供一種單糖產(chǎn)率較高、酶解效率較高的 采用含纖維素的原料制備單糖的方法。
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)的含纖維素的原料的預(yù)處理方法通常采 用間歇式蒸汽爆破，該方法包括先將一批含纖維素原料輸送至蒸汽爆破裝 置，通入蒸汽至蒸汽爆破的壓力，并保溫一段時(shí)間，然后瞬間泄壓，完成蒸
7汽爆破并收集蒸汽爆破產(chǎn)物；然后將第二批含纖維的原料輸送至蒸汽爆破裝 置中，再次通入蒸汽至蒸汽爆破的壓力，并保溫一段時(shí)間，然后瞬間泄壓，
完成蒸汽爆破并收集蒸汽爆破產(chǎn)物；并根據(jù)處理量，按照上述方法對(duì)隨后的 含纖維的原料進(jìn)行間歇式蒸汽爆破。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在采用這樣的蒸 汽爆破方法時(shí)，即使保證每次蒸汽爆破的條件，如壓力和溫度均相同，但是， 卻無法保證每次蒸汽爆破后得到的蒸汽爆破產(chǎn)物的爆破程度均相同。推測(cè)的 原因可能是，由于每批置入蒸汽爆破裝置中的含纖維素的原料的量較多，且 每批原料的堆積方式的差異或者蒸汽爆破條件的不穩(wěn)定等因素造成無法保 證使全部含纖維素原料在通入蒸汽后的短短幾分鐘內(nèi)充分吸收水蒸汽，因 此，仍然會(huì)有大部分含纖維素的原料由于無法充分吸收水蒸汽，而不能完全 被其內(nèi)部的水蒸氣爆開，導(dǎo)致含纖維素的原料中包埋纖維素和半纖維素的木 質(zhì)素鞘無法被充分破壞，降低了含纖維素的原料中能與酶接觸的纖維素比 例，從而降低了單糖的產(chǎn)率。此外，間歇式蒸汽爆破的方法在原料的預(yù)處理 上耗費(fèi)的時(shí)間較長，單位時(shí)間內(nèi)原料的處理量較低，因而不利于生產(chǎn)效率的 提咼°
此外，現(xiàn)有技術(shù)的采用含纖維素的原料制備單糖的方法中，含纖維素的 原料，如秸稈原料通常是以液漿的形式存在，在將漿液狀的全部秸稈原料直 接與酶混合時(shí)，會(huì)使酶濃度降低，使酶活力下降。再者，將經(jīng)過預(yù)處理的秸 稈與酶混合酶解的方法通常為將破碎的秸稈顆粒一次全部加入到酶與水的 混合液中與酶液混合，進(jìn)行酶解糖化反應(yīng)，或者，先將所用反應(yīng)物料(經(jīng)預(yù) 處理的秸稈顆粒)于反應(yīng)罐中與水混合，然后在酶解溫度下，將酶直接加入 到反應(yīng)罐中反應(yīng)。盡管上述混合是在攪拌條件下進(jìn)行的，但是秸稈顆粒仍然 不容易與酶混合均勻。因?yàn)?，?jīng)過預(yù)處理后的秸稈粒度變小，顆粒以及碎屑
狀的秸稈顆粒很容易互相粘連和團(tuán)聚，因此一次將全部秸稈完全與酶混合， 僅有部分秸稈能與酶充分接觸，由于秸稈之間的粘連和團(tuán)聚會(huì)有部分秸稈不能充分與酶接觸，即使在攪拌下，也不能完全將秸稈打散。因此，酶解后纖 維素轉(zhuǎn)化為糖的轉(zhuǎn)化率低，單糖的產(chǎn)率較低。
本發(fā)明提供了一種采用含纖維素的原料制備單糖的方法，該方法包括蒸 汽爆破含纖維素的原料；將得到的蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合、酶解，其中，所 述蒸汽爆破含纖維素的原料的方法包括將含纖維素的原料連續(xù)輸送至保溫
壓力裝置中，使含纖維素的原料在該保溫壓力裝置中保持3-10分鐘后，每 隔5-12秒使所述保溫壓力裝置中的部分含纖維素的原料釋放到常壓；所述 將蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合的方法包括將蒸汽爆破產(chǎn)物分批與酶混合，所述分 批次數(shù)至少為2次，每批加入的蒸汽爆破產(chǎn)物的量至多為全部蒸汽爆破產(chǎn)物 重量的60。％。
本發(fā)明的方法一方面采用連續(xù)蒸汽爆破的方法對(duì)含纖維的原料進(jìn)行預(yù) 處理，能夠使所述置入蒸汽爆破裝置中的全部含纖維素的原料連續(xù)的在穩(wěn)定 的蒸汽爆破條件下，在保溫壓力裝置中充分吸收水氣，并使含纖維素的原料 內(nèi)部的水氣化成水蒸汽，在泄壓時(shí)水蒸氣由含纖維素的原料內(nèi)部沖出，充分 破壞含纖維素的原料中包埋纖維素和半纖維素的木質(zhì)素鞘，增加了含纖維素 的原料中能與酶接觸的纖維素比例，從而有效地提高了單糖的產(chǎn)率。并且， 本發(fā)明的蒸汽爆破含纖維素的原料的方法為連續(xù)的使含纖維素的原料在保 溫壓力裝置中保溫并維持壓力，然后連續(xù)的完成原料的蒸汽爆破，因此，本 發(fā)明的方法在單位時(shí)間內(nèi)處理的含纖維素的原料的處理量較多，有利于生產(chǎn) 效率的提高。另一方面，本發(fā)明的方法通過將蒸汽爆破產(chǎn)物分批與酶混合， 使每批加入的蒸汽爆破產(chǎn)物都能與酶混合均勻并充分接觸，并且在反應(yīng)過程 中，酶的濃度一直保持在較高的水平，因此，蒸汽爆破產(chǎn)物能與酶充分反應(yīng)； 此外，嚴(yán)格控制用于蒸汽爆破的含纖維素的原料的含水量為30-60重量Q/^， 又可以保證在蒸汽爆破條件下使含纖維素的原料內(nèi)部的水氣化成水蒸汽，在泄壓時(shí)水蒸氣由含纖維素的原料內(nèi)部沖出，充分破壞含纖維素的原料中包埋 纖維素和半纖維素的木質(zhì)素鞘，以增加了含纖維素的原料中能與酶接觸的纖 維素比例，從而有效地提高了原料的糖轉(zhuǎn)化率，因此大大提高了單糖的產(chǎn)率。 例如，在其它的酶解條件和蒸汽爆破條件都相同的情況下，實(shí)施例1的
單糖產(chǎn)率達(dá)45.8%，而對(duì)比例1的單糖產(chǎn)率僅為34.7%，對(duì)比例2的單糖產(chǎn) 率僅為35.0%，提高幅度高達(dá)30.8-32.0。％。且實(shí)施例1的連續(xù)蒸汽爆破方法 每小時(shí)可以處理含纖維素的原料400-500公斤，每小時(shí)酶解的纖維素的量為 12.6克，而對(duì)比例1的蒸汽爆破方法每小時(shí)只能處理含纖維素的原料180-260 公斤，每小時(shí)酶解的纖維素的量為2.7克。


圖1為天然玉米秸稈的掃描電子顯微鏡照片；
圖2為按照對(duì)比例1的方法蒸汽爆破后秸稈的掃描電子顯微鏡照片； 圖3為按照對(duì)比例2的方法蒸汽爆破后秸稈的掃描電子顯微鏡照片； 圖4為按照本發(fā)明實(shí)施例1的方法蒸汽爆破后秸稈的掃描電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式
按照本發(fā)明，該方法包括蒸汽爆破含纖維素的原料；將得到的蒸汽爆破 產(chǎn)物與酶混合、酶解，其中，所述蒸汽爆破含纖維素的原料的方法包括將含 纖維素的原料連續(xù)輸送至保溫壓力裝置中，使含纖維素的原料在該保溫壓力 裝置中保持3-10分鐘后，優(yōu)選為4-7分鐘后，每隔5-12秒，優(yōu)選為7-10秒 使所述保溫壓力裝置中的部分含纖維素的原料釋放到常壓；所述將蒸汽爆破 產(chǎn)物與酶混合的方法包括將蒸汽爆破產(chǎn)物分批與酶混合，所述分批次數(shù)至少 為2次，每批加入的蒸汽爆破產(chǎn)物的量至多為全部蒸汽爆破產(chǎn)物重量的60按照本發(fā)明，所述含纖維素的原料是被連續(xù)輸送至保溫壓力裝置中的， 并在該裝置中被繼續(xù)傳送，并在該保溫壓力裝置中進(jìn)行保溫和維持壓力。不 同的生產(chǎn)規(guī)模所采用的保溫壓力裝置的規(guī)格也不同，因此，不同規(guī)格的保溫 壓力裝置的傳送速度也不同，本發(fā)明對(duì)所述含纖維素的原料的輸送線速度沒 有特別限定，所述含纖維素的原料的輸送線速度只要保證所述含纖維素的原 料在該保溫壓力裝置中保持3-10分鐘即可，以使在該裝置的溫度、壓力下 形成的水氣能夠充分進(jìn)入含纖維素的原料中，以在泄壓時(shí)使水蒸氣由含纖維 素的原料內(nèi)部沖出，以充分破壞含纖維素的原料中包埋纖維素和半纖維素的 木質(zhì)素鞘。
所述保溫壓力裝置可以為各種保溫壓力裝置，只要能夠使連續(xù)輸送的含 纖維素的原料在該裝置中達(dá)到蒸汽爆破的條件即可。所述連續(xù)蒸汽爆破的條 件可以采用現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)的蒸汽爆破條件，如蒸汽爆破的溫度，即保溫壓力
裝置的溫度可以為180-200°C，更優(yōu)選為185-195°C;所述蒸汽爆破的壓力， 即保溫壓力裝置的壓力可以為1.4-2.0兆帕，更優(yōu)選為1.5-1.8兆帕。在上述
蒸汽爆破條件下都能充分破壞秸稈包埋纖維素和半纖維素的木質(zhì)素鞘，實(shí)現(xiàn) 本發(fā)明的目的。
所述將保溫壓力裝置中的部分含纖維素的原料釋放到常壓的方法可以 采用各種常規(guī)的方法，例如，可以通過控制設(shè)置在保溫壓力裝置上的壓力閥 門實(shí)現(xiàn)，所述壓力閥門設(shè)置在保溫壓力裝置的出口處，當(dāng)保溫壓力裝置中的 壓力達(dá)到所述蒸汽爆破的壓力時(shí)，閥門開啟，在閥門開啟的瞬間使保溫壓力 裝置中的部分含纖維素的原料噴出并釋放到常壓，所述開啟時(shí)間約為2-3秒 鐘，然后關(guān)閉壓力閥門，恢復(fù)保溫壓力裝置中的溫度和壓力，隨后，每隔5-12 秒，優(yōu)選為7-10秒，壓力閥門會(huì)自動(dòng)開啟以使在保溫壓力裝置中的部分含 纖維素的原料釋放到常壓，然后自動(dòng)關(guān)閉，以實(shí)現(xiàn)含纖維的原料的連續(xù)蒸汽爆破。
所述每次釋放到常壓的含纖維的原料的量沒有特別限定，不同的生產(chǎn)規(guī) 模所采用的保溫壓力裝置的規(guī)格不同，每次蒸汽爆破的處理能力也不同，因 此，可以根據(jù)生產(chǎn)需要選用不同規(guī)格的裝置，從而決定每次處理的含纖維素 原料的量。按照本發(fā)明，優(yōu)選情況下，每次釋放到常壓的含纖維素的原料為
保溫壓力裝置中含纖維素原料的6-15重量％,更優(yōu)選為8-12重量％。通常 情況下，每次釋放到常壓的含纖維素的原料為120-180克，優(yōu)選為120-150 克。 一般情況下，所述含纖維素的原料是以勻速輸送的，因此，含纖維素的 原料的輸送速度使在該保溫壓力裝置中的含纖維素的原料的量基本保持不 變。
優(yōu)選情況下，為了提高生產(chǎn)效率又同時(shí)能夠保證蒸汽爆破產(chǎn)物與酶的充 分混合、得到較高的蒸汽爆破產(chǎn)物濃度以及較高水平的酶作用速度，與酶混 合的第一批蒸汽爆破產(chǎn)物的量為全部蒸汽爆破產(chǎn)物重量的20-60%,更優(yōu)選 為20-40%;第一批以后加入的蒸汽爆破產(chǎn)物的量為全部蒸汽爆破產(chǎn)物重量 的40-80% ，更優(yōu)選為60-80% 。
更優(yōu)選情況下，所述分批次數(shù)為3次，與酶混合的第一批蒸汽爆破產(chǎn)物 的量為全部蒸汽爆破產(chǎn)物重量的20-60。％，更優(yōu)選為20-40%;第二批加入的 蒸汽爆破產(chǎn)物的量為全部蒸汽爆破產(chǎn)物重量的20-50%，更優(yōu)選為20-40。％; 第三批加入的蒸汽爆破產(chǎn)物的量為全部蒸汽爆破產(chǎn)物重量的20-40%，更優(yōu) 選為20-30%。
為了保證酶具有最佳的反應(yīng)活性，在將第一批蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合 前，調(diào)節(jié)蒸汽爆破產(chǎn)物的pH值為大于3小于7，優(yōu)選為4-5.5，以使得蒸汽 爆破產(chǎn)物與酶混合后，酶具有最佳的反應(yīng)活性。所述調(diào)節(jié)反應(yīng)物料pH值的 方法可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的各種方法，如根據(jù)所得蒸汽爆破產(chǎn)物的 pH值，在該蒸汽爆破產(chǎn)物中加入酸性物質(zhì)或堿性物質(zhì)。例如，所述酸性物質(zhì)可以是硫酸、鹽酸和磷酸中的一種或幾種；所述堿性物質(zhì)可以是氫氧化鈉 和/或氫氧化鉀。
優(yōu)選情況下，所述相鄰的兩個(gè)分批混合步驟之間還包括時(shí)間間隔。為了 使酶能充分水解蒸汽爆破產(chǎn)物，提高糖的轉(zhuǎn)化率，所述時(shí)間間隔優(yōu)選為
10-120分鐘，更優(yōu)選為30-60分鐘。
為了使酶與反應(yīng)原料混合的更均勻，所述蒸汽爆破產(chǎn)物的酶解優(yōu)選在水 存在的條件下進(jìn)行，更優(yōu)選在含有水與蒸汽爆破產(chǎn)物的懸浮液中進(jìn)行。也就 是說，本發(fā)明優(yōu)選將第一批蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合時(shí)，加入水，將第一批蒸 汽爆破產(chǎn)物與水混合制備懸浮液后，再將酶解所需全部酶與懸浮液混合，然 后再按照本發(fā)明的方法繼續(xù)分批加入蒸汽爆破產(chǎn)物。對(duì)所加入的水的量沒有 特別限定，優(yōu)選情況下，所述水的加入量與全部蒸汽爆破產(chǎn)物的重量比為 1-4:1。更優(yōu)選的情況下，以第一批蒸汽爆破產(chǎn)物、水和酶混合后得到的混合 物為基準(zhǔn)，以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計(jì)，第一批蒸汽爆破產(chǎn)物的含量至少為1 重量％，優(yōu)選為1-20重量％，更優(yōu)選為1.2-10重量％。在現(xiàn)有的由含纖維 素的原料制備乙醇的方法中，在酶解時(shí)，由于含纖維素的原料的濃度太稀， 導(dǎo)致生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)效率低。而本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在酶解時(shí)控制第一 批蒸汽爆破產(chǎn)物、水與酶混合后得到的混合物中蒸汽爆破產(chǎn)物的濃度，以第 一批蒸汽爆破產(chǎn)物、水與酶混合后得到的混合物為基準(zhǔn)，以蒸汽爆破產(chǎn)物的 干重計(jì)，使蒸汽爆破產(chǎn)物的含量至少為1重量％,優(yōu)選為1-20重量％，更 優(yōu)選為1.2-10重量％，既能夠保證酶解的周期短，同時(shí)保證具有高的生產(chǎn)效 率，即單糖的產(chǎn)率高。
此外，在采用現(xiàn)有技術(shù)蒸汽爆破含纖維素的原料時(shí)，通常認(rèn)為所述含纖 維素的原料例如玉米秸稈，必須充分水浸，才能夠得到更好的蒸汽爆破的效 果，因?yàn)槌浞炙梢允顾龊w維素的原料例如玉米秸稈內(nèi)部含有大量的 水，在蒸汽爆破時(shí)，所述含纖維素的原料例如玉米秸稈內(nèi)部的水可以氣化成水蒸汽，泄壓時(shí)由所述含纖維素的原料例如玉米秸稈內(nèi)部沖出，以由內(nèi)向外 充分破壞所述含纖維素的原料例如玉米秸稈包埋纖維素和半纖維素的木質(zhì) 素鞘，本發(fā)明的發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)，控制用于蒸汽爆破的含纖維素的原料的 含水量為30-60重量％，能夠進(jìn)一步保證在蒸汽爆破條件下使含纖維素的原 料內(nèi)部的水氣化成水蒸汽，有利于在泄壓時(shí)水蒸氣由含纖維素的原料內(nèi)部沖 出，以充分破壞含纖維素的原料中包埋纖維素和半纖維素的木質(zhì)素鞘，從而 進(jìn)一步提高乙醇的產(chǎn)率。根據(jù)本發(fā)明，任意含水量的含纖維素的原料都是可
用的，優(yōu)選情況下，本發(fā)明所用含纖維素的原料的含水量為30-60重量％， 更優(yōu)選為35-50重量％。
根據(jù)本發(fā)明，可以通過各種方式獲得含水量為30-60重量％的含纖維素 的原料。對(duì)于含水量存在差異的不同批次含纖維素的原料，可以進(jìn)行不同的 處理，比如對(duì)于含水量高的秸稈原料，可以在45-9(TC烘干部分水分，使其 含水量降低到30-60重量％;對(duì)于含水量低的秸稈原料，可以采用控制水浸 時(shí)間的方法，增加秸稈原料的含水量到30-60重量％;對(duì)于含水量正好在到 30-60重量％的秸稈原料，可以直接進(jìn)行蒸汽爆破。優(yōu)選所述用于蒸汽爆破 的含纖維素的原料的含水量為35-50重量％。除非特殊說明，本發(fā)明所述含 纖維素的原料的含水量均是指含纖維素原料的初始重量W1與在70-10(TC下 烘干至恒重的含纖維素原料的干計(jì)重量W2之差，與含纖維素原料的初始重 量W1的重量百分比，即含水量(重量％) = (Wl-W2) /W1X100%。
優(yōu)選情況下，為了實(shí)現(xiàn)含纖維素的原料的連續(xù)處理，可以將含纖維素的 原料在連續(xù)輸送至保溫壓力裝置中之前的連續(xù)輸送過程中進(jìn)行水淋，水淋的 水用量使含纖維素的原料的含水量保持在30-60重量％，優(yōu)選為35-50重量 %，然后再連續(xù)輸送至保溫壓力裝置中進(jìn)行蒸汽爆破。
由于本發(fā)明僅涉及對(duì)蒸汽爆破的方法以及由蒸汽爆破含纖維素的原料 得到的蒸汽爆破產(chǎn)物的加料方式的改進(jìn)，因此對(duì)用含纖維素的原料制備單糖的方法的其它步驟沒有特別的限制。
所述酶解使用的酶包括纖維素酶。所述纖維素酶可以通過各種方式獲 得，例如商購得到，或者通過使用產(chǎn)酶微生物分泌得到。
由于使用產(chǎn)酶微生物分泌得到的酶會(huì)含有各種副產(chǎn)物，因此優(yōu)選直接加 入酶。所述酶的用量越多越好，出于成本考慮，優(yōu)選以每克蒸汽爆破產(chǎn)物的
干重計(jì)，所述纖維素酶的用量為8-20酶活力單位，更優(yōu)選為10-15酶活力單 位。本發(fā)明所述纖維素酶的酶活力按照美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(National Renewable Energy Laboratory, NREL)提供的標(biāo)準(zhǔn)方法——纖維素酶活力測(cè) 定NRELLAP-006測(cè)定，所述纖維素酶的酶活力單位為在該標(biāo)準(zhǔn)方法規(guī)定的 測(cè)定條件下，1分鐘內(nèi)將1克Whatman No. 1濾紙轉(zhuǎn)化為葡萄糖所需酶的微 克數(shù)。
所述酶解的溫度可以為纖維素酶的任何最適作用溫度， 一般為45-55°C， 更優(yōu)選為48-52°C。所述酶解的時(shí)間理論上越長越好，考慮到設(shè)備利用率， 優(yōu)選所述酶解的時(shí)間為25-48小時(shí)，更優(yōu)選為30-40小時(shí)。所述酶解時(shí)間從 將酶與含纖維素的原料混合時(shí)開始計(jì)算，即，所述酶解時(shí)間指將含纖維素的 原料與酶混合開始至將含纖維素的原料轉(zhuǎn)化為糖后糖的含量不再增加所用 的時(shí)間。因此，按照本發(fā)明，所述相鄰的兩個(gè)分批混合步驟之間的時(shí)間間隔 也包括在所述酶解時(shí)間之內(nèi)。
所述纖維素酶為復(fù)合酶，至少包括d型纖維素酶、Cx型纖維素酶和纖 維二糖酶三種酶。
C,酶可以使結(jié)晶的纖維素轉(zhuǎn)變?yōu)榉墙Y(jié)晶的纖維素。
Cx型纖維素酶又分為Cx,型纖維素酶和Cx2型纖維素酶兩種。Cx,型纖
維素酶為內(nèi)切型纖維素酶，可以從水合非結(jié)晶纖維素分子內(nèi)部作用于P-l，4-
糖苷鍵，生成纖維糊精和纖維二糖。Cx2型纖維素酶是一種外切型纖維素酶，
可以從水合非纖維素分子的非還原端作用于P-1,4-糖苷鍵，逐一切斷(3-l，4-糖苷鍵生成葡萄糖。
纖維二糖酶則作用于纖維二糖，生成葡萄糖。
優(yōu)選情況下，所述酶解使用的酶還包括半纖維素酶。因?yàn)榘肜w維素酶可 以使半纖維素降解成為溶于水的木糖，所以酶解使用的酶包括半纖維素酶， 一方面可以更充分地暴露纖維素，增加纖維素與纖維素酶的接觸幾率，另一 方面半纖維素降解產(chǎn)物木糖也是重要的單糖產(chǎn)物。以每克蒸汽爆破產(chǎn)物的干 重計(jì)，所述半纖維素酶的用量為4.4-8.8酶活力單位。
本發(fā)明所述半纖維素酶的酶活力單位(U)為在5(TC、 pl^4.8條件下，
每分鐘分解濃度為1重量％木聚糖溶液產(chǎn)生1微克還原糖(以木糖計(jì))所需 的酶量。
本發(fā)明所述半纖維素酶的活力指每克半纖維素酶所具有的活力單位。所 述半纖維素酶的活力利用半纖維素酶在50°C、 pH為4.8的條件下水解1重 量％木聚糖產(chǎn)生還原糖(以木糖計(jì))，所得還原糖與過量3，5—二硝基水楊酸 (DNS)發(fā)生顏色反應(yīng)，用分光光度計(jì)測(cè)得反應(yīng)液550納米的光吸收值與還 原性糖(以木糖計(jì))的生成量成正比關(guān)系測(cè)定。具體測(cè)定方法如下
準(zhǔn)確稱取1.000克木聚糖，用0.5毫升pH=4.8的0.1摩爾/升乙酸-乙酸 鈉緩沖溶液溶解，然后用去離子水定容到IOO毫升，得到l重量Q/^木聚糖溶 液；
稱取30克四水合酒石酸鉀鈉放入500毫升錐形瓶內(nèi)，加16克NaOH后， 加50毫升去離子水，以5。C/分鐘的速度水浴加熱至固體物質(zhì)溶解，加入1 克3,5-二硝基水楊酸，至溶解，冷卻至室溫，用去離子水定容至IOO毫升， 可得3，5-二硝基水楊酸(DNS)溶液；
將木糖8(TC烘干至恒重，準(zhǔn)確稱取1.000克溶于1000毫升水中，加10 毫克疊氮化鈉防腐，得到1毫克/毫升的標(biāo)準(zhǔn)木糖溶液；
準(zhǔn)確稱取1.000克固體半纖維素酶或移取1毫升液體半纖維素酶原液，用0.5毫升pH=4.8的0.1摩爾乙酸-乙酸鈉緩沖溶液溶解，然后用去離子水
定容到100毫升，得到稀釋100倍的待測(cè)酶液；
分別將在5(TC水浴加熱60分鐘的2毫升木糖梯度標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.1毫克/ 毫升、0.2毫克/毫升、0.3毫克/毫升、0.4毫克/毫升和0..5毫克/毫升，所述 木糖梯度標(biāo)準(zhǔn)溶液用去離子水與1毫克/毫升的標(biāo)準(zhǔn)木糖溶液混合制備)或去 離子水(木糖空白對(duì)照)，與2毫升DNS混合沸水浴5分鐘，冷卻，去離子 水定容15毫升后，用分光光度計(jì)在550納米下分別測(cè)定反應(yīng)后木糖梯度標(biāo) 準(zhǔn)溶液的光吸收值，以光吸收值為橫坐標(biāo)，木糖濃度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。 由該標(biāo)準(zhǔn)曲線可得回歸方程y二bx+a，其中，x為光吸收值，y為木糖濃度， a為所得直線方程的截距，b為所得直線方程的斜率；
取0.2毫升待測(cè)酶液與1.8毫升所述1重量。/。木聚糖溶液或pH-4.8的O.l 摩爾/升乙酸一乙酸鈉緩沖溶液(木聚糖空白對(duì)照)，按照與上述木糖梯度標(biāo) 準(zhǔn)溶液相同的步驟測(cè)試光吸收值。并按照下式計(jì)算半纖維素酶的活力
半纖維素酶的活力=1——^-U/克(毫升)
式中x為待測(cè)酶液的光吸收值，b和a與木糖濃度對(duì)光吸收值的回歸方 程中的b和a—致，n為酶的稀釋倍數(shù)，60表示為酶促反應(yīng)的時(shí)間為60分 鐘，5為取樣倍數(shù)(這里從1毫升待測(cè)酶液中取出了 0.2毫升進(jìn)行測(cè)試)。
根據(jù)上述方法可以測(cè)定出具體的半纖維素酶的活力，進(jìn)而計(jì)算出半纖維 素酶的用量。
另外，蒸汽爆破的壓力和溫度可以滅菌，為防止在酶解過程中雜菌(主 要是細(xì)菌)污染產(chǎn)生影響酶活力的毒素，并防止在發(fā)酵過程中雜菌污染影響 酵母的生長，優(yōu)選在酶解之前加入諸如工業(yè)青霉素的細(xì)菌抗生素，所述抗生 素對(duì)酵母沒有作用但可以抑制雜菌的生長。以每毫升酶解液或發(fā)酵液為基 準(zhǔn)，所述抗生素的加入量為1-10單位。所述酶解液包括蒸汽爆破產(chǎn)物、酶 以及水。由于在蒸汽爆破的高溫高壓條件下，含纖維素的原料中的半纖維素會(huì)產(chǎn) 生諸如糠醛、呋喃之類的抑制物，所述抑制物會(huì)降低酶的活力和發(fā)酵菌的活 性，因此所述方法還包括在蒸汽爆破含纖維素的原料之后，酶解得到的蒸汽 爆破產(chǎn)物之前，水洗所述蒸汽爆破產(chǎn)物。所述水洗是將蒸汽爆破產(chǎn)物與水混 合，攪拌，使上述抑制物溶解在水中，然后離心分離蒸汽爆破產(chǎn)物，從而從 蒸汽爆破產(chǎn)物中除去抑制物。理論上所述水洗的溫度越高，能夠溶解的抑制
物越多，考慮到能耗，優(yōu)選所述水洗的溫度至少為6(TC，更優(yōu)選為60-8(TC。 由于水洗所加入的水越多，則溶解抑制物的溶劑越多，但是考慮到離心分離 的能耗，優(yōu)選以每克含纖維素的原料的干重計(jì)，所述水洗的加水量為2-10 克，更優(yōu)選為2-3克。
由于含纖維素的原料中可能會(huì)含有沙石雜質(zhì)以及鐵雜質(zhì)，對(duì)蒸汽爆破設(shè) 備會(huì)造成損害，因此本發(fā)明的制備單糖的方法，可以包括在蒸汽爆破之前對(duì) 含纖維素的原料進(jìn)行除石除鐵常規(guī)操作，比如以"風(fēng)送"含纖維素的原料并 磁鐵吸引的方法進(jìn)行除石除鐵。沙石由于質(zhì)量大，不能被風(fēng)送到蒸汽爆破設(shè) 備中，鐵雜質(zhì)由于磁鐵的吸引也不會(huì)隨原料進(jìn)入蒸汽爆破設(shè)備中，從而可以 完成除石除鐵。此外，由于含纖維素的原料本身容易纏結(jié)而堵塞設(shè)備管路， 因此，在進(jìn)入蒸汽爆破設(shè)備前，優(yōu)選使所述含纖維素的原料的大小為0.5-3 厘米x0.2-l厘米x0.2-l厘米，更優(yōu)選使所述含纖維素的原料的大小為1-2厘 米x0.4-0.6厘米x0.5-l厘米。
酶解產(chǎn)物中的單糖可以通過制糖工業(yè)常用的方法分離精制。例如通過過 濾、離心的方法將除去酶解產(chǎn)物中的固體物質(zhì)(例如未降解完的含纖維素的 原料)。收集濾液或上清液，蒸發(fā)除去部分水分得到單糖含量為60-65重量％ 的過飽和糖漿。在真空結(jié)晶罐中通過蒸發(fā)水分使單糖結(jié)晶析出，晶體與糖漿 形成糖膏；當(dāng)晶體體積符合要求時(shí)，將糖膏從真空結(jié)晶罐轉(zhuǎn)移至助晶機(jī)，逐 漸降溫，使未結(jié)晶的單糖進(jìn)一步析出。用離心機(jī)進(jìn)行固液分離，即得成品結(jié)晶單糖與糖蜜。將糖蜜重復(fù)上述過程結(jié)晶2-4次，可以充分提取單糖。結(jié)晶 過程可以采用自然起晶法、刺激起晶法和晶核起晶法起晶，優(yōu)選向糖漿中加 入結(jié)晶用種糊作為晶種的晶核起晶法起晶。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明。
實(shí)施例1
本實(shí)施例用于說明本發(fā)明的采用含纖維素的原料制備單糖的方法。
(1)連續(xù)蒸汽爆破 測(cè)試如圖1所示的玉米秸稈原料，按照上述的方法測(cè)得玉米秸稈的含水
量為20重量％，將原料切成1.5厘米X0.2厘米X0.5厘米的小段，將該含水 量為20重量％的玉米秸稈段連續(xù)從喂料器中送入，并在輸送至保溫壓力裝 置中之前進(jìn)行水淋，水淋使該玉米秸稈段的含水量為40重量％。然后連續(xù) 將2000克該含水量為40重量％的玉米秸稈輸送至保溫壓力裝置中，所述保 溫壓力裝置的壓力為1.6兆帕，溫度為195°C，所述玉米秸稈在該保溫壓力 裝置中連續(xù)傳送，傳送的線速度使得該玉米秸稈能夠在195。C、 1.6兆帕下維 持5分鐘，之后，每隔10秒鐘，使該保溫壓力裝置的閥門開啟一次，2秒鐘 后，閥門關(guān)閉，使部分玉米秸稈噴出、釋放到常壓，完成蒸汽爆破，并重復(fù) 上述過程進(jìn)行連續(xù)蒸汽爆破。每次釋放到常壓的含纖維素的原料為保溫壓力 裝置中含纖維素原料的11重量％，約165克。最后收集蒸汽爆破產(chǎn)物，并將 所得蒸汽爆破產(chǎn)物與7(TC的水按照重量比1:3攪拌混合30分鐘，然后用 LW400型臥螺離心機(jī)(張家港華大離心機(jī)制造有限公司)在900轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn) 速下進(jìn)行固液分離，共得到2700克固體蒸汽爆破產(chǎn)物(含水量為55.6重量 %)。
所得固體蒸汽爆破產(chǎn)物中纖維素總重量和半纖維素總重量的測(cè)定
取5克所述水洗后的蒸汽爆破產(chǎn)物在45。C下烘干至恒重2.22克，稱量300.0毫克該干燥后的蒸汽爆破產(chǎn)物，放置于重80克的IOO毫升干燥三角燒 瓶內(nèi)。向所述三角燒瓶加入3.00毫升濃度為72重量％的硫酸溶液，攪拌l 分鐘。然后將三角燒瓶在30。C水浴中加熱60分鐘，每隔5分鐘攪拌一次以 確保均勻水解。水浴結(jié)束后，用去離子水使硫酸的濃度稀釋到4重量％。用 布氏漏斗過濾所述稀釋后的蒸汽爆破產(chǎn)物酸水解液，共得到濾液84毫升。 將20毫升濾液轉(zhuǎn)移至干燥的50亳升的三角瓶中。使用2.5克碳酸鈣調(diào)節(jié)該 濾液的pH值至5.5，靜置5小時(shí)，收集上層清液。0.2微米濾膜過濾收集的 上層清液，所得上層清液的濾液用Biorad Aminex HPX-87P高效液相色譜 (HPLC)分析。HPLC條件進(jìn)樣量20微升；流動(dòng)相為0.2微米濾膜過濾， 并且超聲振蕩脫氣的HPLC超純水；流速為0.6毫升/分鐘；柱溫80-85"C; 檢測(cè)器溫度80-85°C;檢測(cè)器為折光率檢測(cè)器；運(yùn)行時(shí)間為35分鐘。以0.1-4.0 毫克Z毫升濃度范圍的D- ( + )葡萄糖和0.1-4.0毫克Z毫升濃度范圍D- ( + ) 木糖作為標(biāo)準(zhǔn)樣品。HPLC分析得到蒸汽爆破產(chǎn)物酸水解液中葡萄糖濃度為 2.59毫克/毫升，計(jì)算可得1克所述水洗后的蒸汽爆破產(chǎn)物酸水解能得到重量 為0.218克的葡萄糖，因?yàn)闈舛葹?2重量％的硫酸溶液可以將蒸汽爆破的產(chǎn) 物的纖維素全部水解成葡萄糖，因此所得葡萄糖的重量是蒸汽爆破產(chǎn)物中纖 維素的重量的1.11倍，即1克所述水洗后的蒸汽爆破產(chǎn)物中含纖維素0.196 克，則2700克蒸汽爆破產(chǎn)物中共含纖維素528克。HPLC分析得到蒸汽爆 破產(chǎn)物酸水解液中木糖濃度為0.73毫克/毫升，計(jì)算可得1克所述水洗后的 蒸汽爆破產(chǎn)物酸水解能得到重量為0.061克的木糖，因?yàn)闈舛葹?2重量％的 硫酸溶液可以將蒸汽爆破的產(chǎn)物中半纖維素全部水解成木糖，因此所得木糖 的重量是蒸汽爆破產(chǎn)物中半纖維素的重量的1.14倍，即1克蒸汽爆破產(chǎn)物中 含半纖維素0.054克，則2700克蒸汽爆破產(chǎn)物中共含半纖維素145克。 (2)酶解
向酶解罐中加入水，并在攪拌下，加入第一批步驟(1)取樣測(cè)試后剩余的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物，第一批加入的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物的量為步驟(1)
取樣測(cè)試后剩余的全部水洗蒸汽爆破產(chǎn)物重量的35%，然后調(diào)節(jié)pH值為4， 加熱至52。C后，以每克蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計(jì)，加入20酶活力單位的纖維 素酶計(jì)算，全部蒸汽爆破產(chǎn)物的干重為1200克，共加入24000酶活力單位 (酶的重量約為160克)的纖維素酶(和氏璧生物技術(shù)有限公司)，并在52 r下保溫混合30分鐘；然后加入第二批水洗蒸汽爆破產(chǎn)物，第二批加入的 水洗蒸汽爆破產(chǎn)物的量為步驟(1)取樣測(cè)試后剩余的全部水洗蒸汽爆破產(chǎn) 物重量的35%，并在52。C下保溫混合50分鐘；然后再加入第三批水洗蒸汽 爆破產(chǎn)物，第三批加入的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物的量為步驟(1)取樣測(cè)試后剩 余的全部水洗蒸汽爆破產(chǎn)物重量的30%，并在52'C下保溫酶解38小時(shí)后得 到酶解產(chǎn)物。所述水的加入量與全部水洗蒸汽爆破產(chǎn)物的重量比為2:1。將 酶解產(chǎn)物用布氏漏斗過濾，將20毫升濾液轉(zhuǎn)移至干燥的50毫升的三角瓶中， 靜置5小時(shí)，收集上層清液。0.2微米濾膜過濾收集的上層清液，按照上述 步驟(1)所述高效液相條件，測(cè)定并計(jì)算出酶解產(chǎn)物中的葡萄糖共549.7 克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽爆破產(chǎn)物中被酶解的纖維 素的重量共495.3克，按照下式計(jì)算纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計(jì)算結(jié)果見 表1。每小時(shí)酶解的纖維素的量為12.6克(酶解時(shí)間為39.3小時(shí))。(以蒸汽 爆破產(chǎn)物的干重計(jì)，以得到的混合物的重量為基準(zhǔn)，第一批蒸汽爆破產(chǎn)物的 含量為6.5重量％。)
纖維素轉(zhuǎn)化率-iooc/。x被酶解的纖維素的重量/纖維素的總重量
單糖產(chǎn)率=100%乂酶解得到的葡萄糖重量/秸稈干重 實(shí)施例2
本實(shí)施例用于說明本發(fā)明的采用含纖維素的原料制備單糖的方法。 按照實(shí)施例1的方法制備單糖，不同的是，在將含水量為20重量％的 玉米秸稈段連續(xù)從喂料器中送入，并在輸送至保溫壓力裝置中之前進(jìn)行水淋，水淋使該玉米秸稈段的含水量為75重量％。然后按照實(shí)施例1的條件
和方法連續(xù)將2000克該含水量為75重量％的玉米秸稈輸送至保溫壓力裝置 中進(jìn)行連續(xù)蒸汽爆破，收集蒸汽爆破產(chǎn)物并水洗后共得到3000克固體蒸汽 爆破產(chǎn)物(含水量為83.3重量％)。
按照實(shí)施例1所述HPLC分析硫酸水解的蒸汽爆破產(chǎn)物的方法，測(cè)得 3000克蒸汽爆破產(chǎn)物中共含纖維素210克，半纖維素60克。
按照實(shí)施例1的方法對(duì)上述蒸汽爆破產(chǎn)物進(jìn)行酶解和發(fā)酵，酶的用量約 為65克，在加入第三批蒸汽爆破產(chǎn)物后在52'C下保溫酶解25小時(shí)后得到酶 解產(chǎn)物。并按照實(shí)施例1步驟(1)所述高效液相條件，測(cè)定并計(jì)算出酶解 產(chǎn)物中的葡萄糖共218.2克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽 爆破產(chǎn)物中被酶解的纖維素的重量共196.6克。每小時(shí)酶解的纖維素的量為 7.5克(酶解時(shí)間為26.3小時(shí))。(以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計(jì)，以得到的混合 物的重量為基準(zhǔn)，第一批蒸汽爆破產(chǎn)物的含量為2.5重量％)。并按照實(shí)施例 1的方法和公式計(jì)算纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計(jì)算結(jié)果見表l。
實(shí)施例3
本實(shí)施例說明本發(fā)明用含纖維素的原料制備單糖的方法。
按照實(shí)施例1的方法制備單糖，不同的是，在將2000克含水量為20重 量％的玉米秸稈段連續(xù)從喂料器中送入后不進(jìn)行水淋直接輸送至保溫壓力 裝置中進(jìn)行連續(xù)蒸汽爆破，蒸汽爆破的條件同實(shí)施例1，收集蒸汽爆破產(chǎn)物 并水洗后共得到3556克固體蒸汽爆破產(chǎn)物(含水量為55重量°/。)。
按照實(shí)施例1所述HPLC分析硫酸水解的蒸汽爆破產(chǎn)物的方法，測(cè)得 3556克蒸汽爆破產(chǎn)物中共含纖維素680克，半纖維素193.8克。
按照實(shí)施例1的方法對(duì)上述蒸汽爆破產(chǎn)物進(jìn)行酶解和發(fā)酵，酶的用量約 為210克，在加入第三批蒸汽爆破產(chǎn)物后在52。C下保溫酶解40小時(shí)后得到 酶解產(chǎn)物。并按照實(shí)施例1步驟(1)所述高效液相條件，測(cè)定并計(jì)算出酶解產(chǎn)物中的葡萄糖共703.5克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以Ul，即蒸
汽爆破產(chǎn)物中被酶解的纖維素的重量共633.8克。每小時(shí)酶解的纖維素的量 為15.3克(酶解時(shí)間為41.3小時(shí))。(以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計(jì)，以得到的 混合物的重量為基準(zhǔn)，第一批蒸汽爆破產(chǎn)物的含量為6.5重量％)。并按照實(shí) 施例1的方法和公式計(jì)算纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計(jì)算結(jié)果見表1。
對(duì)比例1
本對(duì)比例說明采用含纖維素的原料制備單糖的參比方法。 按照實(shí)施例1的方法制備乙醇，不同的是，按照文獻(xiàn)"對(duì)植物秸稈酒精 生產(chǎn)工藝的介紹"(張學(xué)峰、蘭玉成，釀酒，第29巻第4期，第37-38頁， 2002年7月)所公開的方法，將秸稈原料在蒸汽爆破前先用水浸泡40分鐘， 測(cè)得浸泡后的玉米秸稈原料的含水量達(dá)到83重量。％，然后取2000克該含水 量為83重量％的玉米秸稈分兩批(每批1000克)進(jìn)行間歇式蒸汽爆破，所 述間歇式蒸汽爆破的方法為先將1000克所述玉米秸稈在195'C下以1.6兆帕 的壓力維持5分鐘，然后泄壓；然后再將剩余的1000克所述玉米秸稈在同 樣的條件下進(jìn)行蒸汽爆破，收集蒸汽爆破產(chǎn)物并水洗后共得到2300克蒸汽 爆破產(chǎn)物(含水量為85.2重量°/。)。按照實(shí)施例1所述HPLC分析硫酸水解 的蒸汽爆破產(chǎn)物的方法，測(cè)得2300克蒸汽爆破產(chǎn)物中共含纖維素142.8克， 半纖維素45克。
然后按照實(shí)施例1的方法進(jìn)行酶解，不同的是，在酶解步驟中將步驟(l) 取樣測(cè)試后剩余的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物一次全部加入到含水的酶解罐中，然后 與酶混合均勻(全部水洗蒸汽爆破產(chǎn)物與水的重量比為2:1)，酶解時(shí)間需要 40小時(shí)。將酶解產(chǎn)物用布氏漏斗過濾，將20毫升濾液轉(zhuǎn)移至干燥的50毫升 三角瓶中，靜置5小時(shí)，收集上層清液。0.2微米濾膜過濾收集的上層清液， 按照實(shí)施例1步驟(1)所述高效液相條件，測(cè)定并計(jì)算出酶解產(chǎn)物中的葡 萄糖共117.9克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽爆破產(chǎn)物中被酶解的纖維素的重量共106.2克。每小時(shí)酶解的纖維素的量為2.7克。并 按照實(shí)施例1的方法和公式計(jì)算纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計(jì)算結(jié)果見表1。
對(duì)比例2
本對(duì)比例說明采用含纖維素的原料制備單糖的參比方法。 按照實(shí)施例1的方法制備單糖，不同的是，將1500克含水量為20重量 %玉米秸稈直接在19(TC下以1.8兆帕的壓力下維持4分鐘，然后泄壓，完 成蒸汽爆破，收集蒸汽爆破產(chǎn)物并水洗后共得到3000克蒸汽爆破產(chǎn)物(含 水量為60重量％)。按照實(shí)施例1所述HPLC分析硫酸水解的蒸汽爆破產(chǎn)物 的方法，測(cè)得3000克蒸汽爆破產(chǎn)物中共含纖維素494克，半纖維素146.6 克。并按照上述對(duì)比例1的方法對(duì)蒸汽爆破產(chǎn)物進(jìn)行酶解，酶解時(shí)間需要46 小時(shí)，然后按照實(shí)施例1步驟(1)所述高效液相條件，測(cè)定并計(jì)算出酶解 產(chǎn)物中的葡萄糖共420.0克，所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽 爆破產(chǎn)物中被酶解的纖維素的重量共378.4克。并按照實(shí)施例1的方法和公 式計(jì)算纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計(jì)算結(jié)果見表l。
電鏡觀察結(jié)果
用JSM-35CF掃描電鏡放大1000倍觀察對(duì)比例1、對(duì)比例2和實(shí)施例1 的蒸汽爆破產(chǎn)物，結(jié)果分別如圖2、圖3和圖4所示。從圖2可以看出，由 于秸稈原料內(nèi)部沒有水分可以氣化成水蒸汽，因此蒸汽爆破不能由內(nèi)向外充 分破壞秸稈原料；從圖3可以看出，對(duì)比例2玉米秸稈蒸汽爆破的效果并不 好，纖維素仍然呈束狀，并且纖維素表面殘留有木質(zhì)素鞘；而如圖4所示的 實(shí)施例1的蒸汽爆破效果很好，可以看到游離的纖維素。
實(shí)施例4
本實(shí)施例用于說明本發(fā)明的采用含纖維素的原料制備單糖的方法。按照實(shí)施例1的方法對(duì)玉米秸稈進(jìn)行連續(xù)蒸汽爆破，不同的是，水淋使
進(jìn)入保溫壓力裝置之前的玉米秸稈的含水量為65重量％，并連續(xù)將該2000 克含水量為65重量％的玉米秸稈輸送至保溫壓力裝置中進(jìn)行連續(xù)蒸汽爆破。 每次釋放到常壓的含纖維素的原料為保溫壓力裝置中含纖維素原料的8.5重 量％，約127.5克。條件與實(shí)施例l相同，收集蒸汽爆破產(chǎn)物，并與6(TC的 水按照重量比1:3攪拌混合30分鐘，然后用LW400型臥螺離心機(jī)(張家港 華大離心機(jī)制造有限公司)在卯0轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速下進(jìn)行固液分離，共得到2500 克固體蒸汽爆破產(chǎn)物(含水量為72重量°/。)。
按照實(shí)施例1所述HPLC分析硫酸水解的蒸汽爆破產(chǎn)物的方法，測(cè)得 2500克蒸汽爆破產(chǎn)物中共含纖維素297.7克，半纖維素80.6克。
按照實(shí)施例1的方法對(duì)上述蒸汽爆破產(chǎn)物進(jìn)行酶解，酶的用量約為95 克，在加入第三批蒸汽爆破產(chǎn)物后在52r下保溫酶解27小時(shí)后得到酶解產(chǎn) 物。并按照實(shí)施例1步驟(1)所述高效液相條件，測(cè)定并計(jì)算出酶解產(chǎn)物 中的葡萄糖共308.7克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽爆破 產(chǎn)物中被酶解的纖維素的重量共278.1克。每小時(shí)酶解的纖維素的量為9.8 克(酶解時(shí)間為28.3小時(shí))。(以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計(jì)，以得到的混合物的 重量為基準(zhǔn)，第一批蒸汽爆破產(chǎn)物的含量為4.1重量％)。并按照實(shí)施例1 的方法和公式計(jì)算纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計(jì)算結(jié)果見表1。
實(shí)施例5
本實(shí)施例用于說明本發(fā)明的采用含纖維素的原料制備單糖的方法。 按照實(shí)施例1的方法對(duì)玉米秸稈進(jìn)行連續(xù)蒸汽爆破，不同的是，先將含 水量為20重量％的玉米秸稈切成2.5厘米X0.5厘米X0.5厘米的小段后，用 立式浸漬器(山東汶瑞機(jī)械有限公司)與重量為所述玉米秸稈原料重量的三 分之一的水混合后，可得含水量50重量％的玉米秸稈。然后連續(xù)將該2000 克含水量為50重量％的玉米秸稈輸送至保溫壓力裝置中，所述保溫壓力裝置的壓力為1.5兆帕，溫度為185°C，所述玉米秸稈在該保溫壓力裝置中連 續(xù)傳送，傳送的線速度使得該玉米秸稈能夠在185°C、1.5兆帕下維持7分鐘， 之后，每隔8秒鐘，使該保溫壓力裝置的閥門開啟一次，2秒鐘后，閥門關(guān) 閉，使部分玉米秸稈釋放到常壓噴出，完成蒸汽爆破，并重復(fù)上述過程進(jìn)行 連續(xù)蒸汽爆破。每次釋放到常壓的含纖維素的原料為保溫壓力裝置中含纖維 素原料的9.2重量％，約138克。最后收集蒸汽爆破產(chǎn)物，在將所述連續(xù)蒸 汽爆破后收集到未經(jīng)過水洗的共2250克蒸汽爆破產(chǎn)物(含水量為55.5重量 %)。
按照實(shí)施例1所述HPLC分析硫酸水解的蒸汽爆破產(chǎn)物的方法，測(cè)得 2250克蒸汽爆破產(chǎn)物中共含纖維素426克，半纖維素118.5克。
按照實(shí)施例1的方法對(duì)上述蒸汽爆破產(chǎn)物進(jìn)行酶解，酶的用量約為130 克，在加入第三批蒸汽爆破產(chǎn)物后在52'C下保溫酶解33小時(shí)后得到酶解產(chǎn) 物。并按照實(shí)施例1步驟(1)所述高效液相條件，測(cè)定并計(jì)算出酶解產(chǎn)物 中的葡萄糖共434克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽爆破產(chǎn) 物中被酶解的纖維素的重量共391克。每小時(shí)酶解的纖維素的量為11.4克(酶 解時(shí)間為34.3小時(shí))。(以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計(jì)，以得到的混合物的重量為 基準(zhǔn)，第一批蒸汽爆破產(chǎn)物的含量為6.5重量％)。并按照實(shí)施例1的方法和 公式計(jì)算纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計(jì)算結(jié)果見表l。
實(shí)施例6
本實(shí)施例用于說明本發(fā)明的采用含纖維素的原料制備單糖的方法。 取2000克含水量為35重量°/。的玉米秸稈，切成1.2厘米X0.4厘米X0.7 厘米的小段，然后連續(xù)將該2000克含水量為35重量％的玉米秸稈輸送至保 溫壓力裝置中，所述保溫壓力裝置的壓力為1.7兆帕，溫度為20(TC，所述 玉米秸稈在該保溫壓力裝置中連續(xù)傳送，傳送的線速度使得該玉米秸稈能夠 在20(TC、 1.7兆帕下維持4分鐘，之后，每隔8秒鐘，使該保溫壓力裝置的閥門開啟一次，2秒鐘后，閥門關(guān)閉，使部分玉米秸稈釋放到常壓噴出，完 成蒸汽爆破，并重復(fù)上述過程進(jìn)行連續(xù)蒸汽爆破。每次釋放到常壓的含纖維 素的原料為保溫壓力裝置中含纖維素原料的10重量％，約150克。最后收
集蒸汽爆破產(chǎn)物，將所得蒸汽爆破產(chǎn)物與75"C的水按照重量比1:2.5攪拌混 合50分鐘，然后用離心泵LW400型臥螺離心機(jī)(張家港華大離心機(jī)制造有 限公司)在900轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速下進(jìn)行固液分離，共得到5200克蒸汽爆破產(chǎn)物
(含水量為75重量°/0)。
按照實(shí)施例1所述HPLC分析硫酸水解的蒸汽爆破產(chǎn)物的方法，測(cè)得 5200克蒸汽爆破產(chǎn)物中共含纖維素559克，半纖維素150克。
按照實(shí)施例1的方法對(duì)上述蒸汽爆破產(chǎn)物進(jìn)行酶解，酶的用量約為170 克，在加入第三批蒸汽爆破產(chǎn)物后在52。C下保溫酶解40小時(shí)后得到酶解產(chǎn) 物。并按照實(shí)施例1步驟(1)所述高效液相條件，測(cè)定并計(jì)算出酶解產(chǎn)物 中的葡萄糖共572克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽爆破產(chǎn) 物中被酶解的纖維素的重量共515.3克。每小時(shí)酶解的纖維素的量為12.5克
(酶解時(shí)間41.3小時(shí))。(以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計(jì)，以得到的混合物的重量 為基準(zhǔn)，第一批蒸汽爆破產(chǎn)物的含量為3.7重量％)。并按照實(shí)施例1的方法 和公式計(jì)算纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計(jì)算結(jié)果見表l。
實(shí)施例7
本實(shí)施例用于說明本發(fā)明的采用含纖維素的原料制備單糖的方法。 (1)連續(xù)蒸汽爆破
取2000克含水量為55重量％的玉米秸稈，切成2.0厘米X 0.6厘米X 0.8 厘米的小段，然后連續(xù)將該2000克含水量為55重量％的玉米秸稈輸送至保 溫壓力裝置中，所述保溫壓力裝置的壓力為1.55兆帕，溫度為19(TC，所述 玉米秸稈在該保溫壓力裝置中連續(xù)傳送，傳送的線速度使得該玉米秸稈能夠 在19(TC、 1.55兆帕下維持6分鐘，之后，每隔7秒鐘，使該保溫壓力裝置的閥門開啟一次，2秒鐘后，閥門關(guān)閉，使部分玉米秸稈釋放到常壓噴出， 完成蒸汽爆破，并重復(fù)上述過程進(jìn)行連續(xù)蒸汽爆破。每次釋放到常壓的含纖
維素的原料為保溫壓力裝置中含纖維素原料的8重量％，約120克。最后收 集蒸汽爆破產(chǎn)物，將所得蒸汽爆破產(chǎn)物與65。C的水按照重量比l:2攪拌混合 40分鐘，然后用離心泵LW400型臥螺離心機(jī)(張家港華大離心機(jī)制造有限 公司)在900轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速下進(jìn)行固液分離，共得到2500克蒸汽爆破產(chǎn)物(含 水量為64重量％)。
按照實(shí)施例1所述HPLC分析硫酸水解的蒸汽爆破產(chǎn)物的方法，測(cè)得 2500克蒸汽爆破產(chǎn)物中共含纖維素388克，半纖維素99.5克。
按照實(shí)施例1的方法對(duì)上述蒸汽爆破產(chǎn)物進(jìn)行酶解，酶的用量約為120 克，在加入第三批蒸汽爆破產(chǎn)物后在52。C下保溫酶解39小時(shí)后得到酶解產(chǎn) 物。并按照實(shí)施例1步驟(1)所述高效液相條件，測(cè)定并計(jì)算出酶解產(chǎn)物 中的葡萄糖共403.2克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽爆破 產(chǎn)物中被酶解的纖維素的重量共363.2克。每小時(shí)酶解的纖維素的量為9.0 克(酶解時(shí)間40.3小時(shí))。(以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計(jì)，以得到的混合物的重 量為基準(zhǔn)，第一批蒸汽爆破產(chǎn)物的含量為5.3重量％)。并按照實(shí)施例1的方 法和公式計(jì)算纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計(jì)算結(jié)果見表1。。
實(shí)施例8
本實(shí)施例用于說明本發(fā)明的采用含纖維素的原料制備單糖的方法。 按照實(shí)施例1的方法對(duì)所述含水量為40重量％的1950克玉米秸稈進(jìn)行
連續(xù)蒸汽爆破，最后收集得到未經(jīng)過水洗的蒸汽爆破產(chǎn)物3050克(含水量
為61.6重量％)。
按照實(shí)施例1所述HPLC分析硫酸水解的蒸汽爆破產(chǎn)物的方法，測(cè)得 3050克蒸汽爆破產(chǎn)物中共含纖維素503克，半纖維素135克。
按照實(shí)施例1的方法酶解上述未經(jīng)過水洗的蒸汽爆破產(chǎn)物，不同的是，
28在向酶解罐中加入水后，并在攪拌下，將蒸汽爆破產(chǎn)物分三批與酶混合，第 一批加入的蒸汽爆破產(chǎn)物的量為取樣測(cè)試后剩余的全部蒸汽爆破產(chǎn)物重量 的60%，在5(TC下保溫混合100分鐘；然后加入第二批蒸汽爆破產(chǎn)物，第 二批加入的蒸汽爆破產(chǎn)物的量為取樣測(cè)試后剩余的全部蒸汽爆破產(chǎn)物重量
的20%，在5(TC下保溫混合30分鐘；然后再加入第三批蒸汽爆破產(chǎn)物，第
三批加入的蒸汽爆破產(chǎn)物的量為取樣測(cè)試后剩余的全部蒸汽爆破產(chǎn)物重量
的20%,在5(TC下保溫酶解37小時(shí)后得到酶解產(chǎn)物，酶的用量約為156克。 按照實(shí)施例1步驟(1)所述高效液相條件，測(cè)定并計(jì)算出酶解產(chǎn)物中的葡 萄糖共517.1克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽爆破產(chǎn)物中 被酶解的纖維素的重量共465.9克，每小時(shí)酶解的纖維素的量為11.9克(酶 解時(shí)間為39.2小時(shí))。(以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計(jì)，以得到的混合物的重量為 基準(zhǔn)，第一批蒸汽爆破產(chǎn)物的含量為8.7重量％。)并按照實(shí)施例1的方法和 公式計(jì)算纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計(jì)算結(jié)果見表l。
實(shí)施例9
本實(shí)施例用于說明本發(fā)明的釆用含纖維素的原料制備單糖的方法。
按照實(shí)施例1的方法對(duì)所述含水量為40重量％的1950克玉米秸稈進(jìn)行 連續(xù)蒸汽爆破，含纖維素的原料進(jìn)行連續(xù)蒸汽爆破，將所得蒸汽爆破產(chǎn)物與 75'C的水按照重量比1:2.5攪拌混合50分鐘，然后用離心泵LW400型臥螺 離心機(jī)(張家港華大離心機(jī)制造有限公司)在900轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速下進(jìn)行固液分 離，共得到2950克水洗固體蒸汽爆破產(chǎn)物(含水量為60.3重量％)。
按照實(shí)施例1所述HPLC分析硫酸水解的蒸汽爆破產(chǎn)物的方法，測(cè)得 2950克水洗蒸汽爆破產(chǎn)物中共含纖維素503克，半纖維素136克。
按照實(shí)施例1的方法酶解上述蒸汽爆破產(chǎn)物，不同的是，在向酶解罐中 加入水后，并在攪拌下，將水洗蒸汽爆破產(chǎn)物分三批與酶混合，第一批加入 的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物的量為取樣測(cè)試后剩余的全部水洗蒸汽爆破產(chǎn)物重量的20%，在52"C下保溫混合20分鐘；然后加入第二批水洗蒸汽爆破產(chǎn)物， 第二批加入的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物的量為取樣測(cè)試后剩余的全部水洗蒸汽爆
破產(chǎn)物重量的40%，在52匸下保溫混合40分鐘；然后再加入第三批水洗蒸
汽爆破產(chǎn)物，第三批加入的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物的量為取樣測(cè)試后剩余的全部
水洗蒸汽爆破產(chǎn)物重量的40%，在521:下保溫酶解40小時(shí)后得到酶解產(chǎn)物， 酶的用量約為156克。按照實(shí)施例1步驟(1)所述高效液相條件，測(cè)定并 計(jì)算出酶解產(chǎn)物中的葡萄糖共522.0克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以 1.11，即蒸汽爆破產(chǎn)物中被酶解的纖維素的重量共470.3克，每小時(shí)酶解的 纖維素的量為11.5克(酶解時(shí)間為41小時(shí))。(以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計(jì)， 以得到的混合物的重量為基準(zhǔn)，第一批蒸汽爆破產(chǎn)物的含量為3.5重量％。) 并按照實(shí)施例1的方法和公式計(jì)算纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計(jì)算結(jié)果見表 1。
實(shí)施例10
本實(shí)施例用于說明本發(fā)明的采用含纖維素的原料制備單糖的方法。
按照實(shí)施例1的方法對(duì)所述含水量為40重量％的1950克玉米秸稈進(jìn)行 連續(xù)蒸汽爆破，含纖維素的原料進(jìn)行連續(xù)蒸汽爆破，含纖維素的原料進(jìn)行連 續(xù)蒸汽爆破，將所得蒸汽爆破產(chǎn)物與65。C的水按照質(zhì)量比1:2攪拌混合40 分鐘，然后用離心泵LW400型臥螺離心機(jī)(張家港華大離心機(jī)制造有限公 司)在900轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速下進(jìn)行固液分離，共得到2950克固體蒸汽爆破產(chǎn)物 (含水量為60.3重量％)。
按照實(shí)施例1所述HPLC分析硫酸水解的蒸汽爆破產(chǎn)物的方法，測(cè)得 2950克蒸汽爆破產(chǎn)物中共含纖維素503克，半纖維素136克。
按照實(shí)施例1的方法酶解上述蒸汽爆破產(chǎn)物，不同的是，在向酶解罐中 加入水后，并在攪拌下，將水洗蒸汽爆破產(chǎn)物分三批與酶混合，第一批加入 的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物的量為取樣測(cè)試后剩余的全部水洗蒸汽爆破產(chǎn)物重量
3的10%，在52。C下保溫混合10分鐘；然后加入第二批水洗蒸汽爆破產(chǎn)物，第二批加入的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物的量為取樣測(cè)試后剩余的全部水洗蒸汽爆
破產(chǎn)物重量的40%，在52。C下保溫混合40分鐘；然后再加入第三批水洗蒸
汽爆破產(chǎn)物，第三批加入的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物的量為取樣測(cè)試后剩余的全部
水洗蒸汽爆破產(chǎn)物重量的50%，在52。C下保溫酶解40小時(shí)后得到酶解產(chǎn)物，酶的用量約為156克。所述水的加入量與全部水洗蒸汽爆破產(chǎn)物的重量比為4:1。按照實(shí)施例l步驟(1)所述高效液相條件，測(cè)定并計(jì)算出酶解產(chǎn)物中的葡萄糖共518.0克。所述酶解得到的葡萄糖重量除以1.11，即蒸汽爆破產(chǎn)物中被酶解的纖維素的重量共466.7克，每小時(shí)酶解的纖維素的量為11.4克(酶解時(shí)間為40.8小時(shí))。(以纖維素原料的干重計(jì)，第一批含纖維素的原料的含量為0.95重量Q/^)。并按照實(shí)施例1的方法和公式計(jì)算纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計(jì)算結(jié)果見表l。
實(shí)施例11
本實(shí)施例用于說明本發(fā)明的采用含纖維素的原料制備單糖的方法。
按照實(shí)施例1的方法對(duì)1950克含水量為40重量％的玉米秸稈進(jìn)行連續(xù)蒸汽爆破，將所得蒸汽爆破產(chǎn)物與65C的水按照質(zhì)量比1:2攪拌混合40分鐘，然后用離心泵LW400型臥螺離心機(jī)(張家港華大離心機(jī)制造有限公司)在900轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速下進(jìn)行固液分離，共得到2950克固體蒸汽爆破產(chǎn)物(含水量為60.3重量％)。
按照實(shí)施例1所述HPLC分析硫酸水解的蒸汽爆破產(chǎn)物的方法，測(cè)得2950克蒸汽爆破產(chǎn)物中共含纖維素503克，半纖維素136克。
按照實(shí)施例1的方法酶解上述經(jīng)過水洗的蒸汽爆破產(chǎn)物，不同的是，在向酶解罐中加入水后，并在攪拌下，加入第一批步驟(1)取樣測(cè)試后剩余的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物，第一批加入的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物的量為步驟(1)取樣測(cè)試后剩余的全部水洗蒸汽爆破產(chǎn)物重量的60。％，然后調(diào)節(jié)反應(yīng)物料的pH值為5，并加熱至5(TC后，以每克蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計(jì)，加入15酶活力單位的纖維素酶，5酶活力單位的半纖維素酶計(jì)算，全部蒸汽爆破產(chǎn)物的干重為1170克，共加入17550酶活力單位(約110克)的纖維素酶(和氏璧生物技術(shù)有限公司)和5850酶活力單位(約79克)的半纖維素酶(北京化學(xué)試劑公司)，所述水的加入量與全部水洗蒸汽爆破產(chǎn)物的重量比為2.5:1 ，并保溫混合80分鐘；然后加入第二批水洗蒸汽爆破產(chǎn)物，第二批加入的水洗蒸汽爆破產(chǎn)物的量為步驟(1)取樣測(cè)試后剩余的全部水洗蒸汽爆破產(chǎn)物重量的40%，保溫酶解38小時(shí)后得到酶解產(chǎn)物。并按照實(shí)施例l步驟(1)所述高效液相條件，測(cè)定并計(jì)算出酶解產(chǎn)物中的葡萄糖共521.5克，所述酶解得到的葡萄糖的重量除以1.11，即蒸汽爆破產(chǎn)物中被酶解的纖維素的重量共469.8克，測(cè)定并計(jì)算出酶解產(chǎn)物中的木糖共111.9克，所述酶解得到的木糖的重量除以1.14，即蒸汽爆破產(chǎn)物中被酶解的半纖維素的重量共98.2克，每小時(shí)酶解的纖維素和半纖維素的總重量為14.5克(酶解時(shí)間為39.3小時(shí))；并按照下述公式計(jì)算纖維素、半纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計(jì)算結(jié)果見表l。(以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計(jì)，以得到的混合的重量為基準(zhǔn)，所述第一批蒸汽爆破產(chǎn)物的含量為7.5重量％ 。)
纖維素轉(zhuǎn)化率-100。/。X被酶解的纖維素的重量/纖維素的總重量半纖維素轉(zhuǎn)化率二100。/。x被酶解的半纖維素的重量/半纖維素的總重量單糖產(chǎn)率=100%乂 (酶解得到的葡萄糖重量+酶解得到的木糖重量)/秸稈干重
實(shí)施例12
本實(shí)施例用于說明本發(fā)明的采用含纖維素的原料制備單糖的方法。按照實(shí)施例1的方法將2000克該含水量為40重量％的玉米秸稈輸送至
保溫壓力裝置中，對(duì)所述含纖維素的原料進(jìn)行連續(xù)蒸汽爆破，共得到3000
克固體蒸汽爆破產(chǎn)物(含水量為60重量％)。按照實(shí)施例1所述HPLC分析硫酸水解的蒸汽爆破產(chǎn)物的方法，測(cè)得
3000克蒸汽爆破產(chǎn)物中共含纖維素528克，半纖維素145克。
按照實(shí)施例11的方法對(duì)蒸汽爆破產(chǎn)物進(jìn)行酶解，不同的是，在向酶解罐中加入水后，并在攪拌下，將蒸汽爆破產(chǎn)物分三批與酶混合，第一批加入的蒸汽爆破產(chǎn)物的量為取樣測(cè)試后剩余的全部蒸汽爆破產(chǎn)物重量的40% ，在5(TC下保溫混合50分鐘；然后加入第二批蒸汽爆破產(chǎn)物，第二批加入的蒸汽爆破產(chǎn)物的量為取樣測(cè)試后剩余的全部蒸汽爆破產(chǎn)物重量的30%，在50。C下保溫混合30分鐘；然后再加入第三批蒸汽爆破產(chǎn)物，第三批加入的蒸汽爆破產(chǎn)物的量為取樣測(cè)試后剩余的全部蒸汽爆破產(chǎn)物重量的30%，在50。C下保溫酶解40小時(shí)后得到酶解產(chǎn)物。且，以每克蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計(jì)，加入20酶活力單位的纖維素酶、8酶活力單位的半纖維素酶計(jì)算，全部蒸汽爆破產(chǎn)物的干重為約1200克，共加入24000酶活力單位(約160克)的纖維素酶(和氏璧生物技術(shù)有限公司)和9600酶活力單位(約110克)的半纖維素酶(北京化學(xué)試劑公司)。并按照實(shí)施例1步驟(1)所述高效液相條件，測(cè)定并計(jì)算出酶解產(chǎn)物中的葡萄糖共550.9克，所述酶解得到的葡萄糖的重量除以l.ll，即蒸汽爆破產(chǎn)物中被酶解的纖維素的重量共496.3克，測(cè)定并計(jì)算出酶解產(chǎn)物中的木糖共119.8克，所述酶解得到的木糖的重量除以1.14，即蒸汽爆破產(chǎn)物中被酶解的半纖維素的重量共105.1克，每小時(shí)酶解的纖維素和半纖維素的總重量為14.6克(酶解時(shí)間為41.3小時(shí))。(以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計(jì)，以得到的混合物的重量為基準(zhǔn)，所述第一批蒸汽爆破產(chǎn)物的含量為5.4重量。^。)并按照實(shí)施例1的方法和公式計(jì)算纖維素轉(zhuǎn)化率和單糖產(chǎn)率，計(jì)算結(jié)果見表l。表l
實(shí)施例或 對(duì)比例纖維素轉(zhuǎn)化率 (%)半纖維素轉(zhuǎn)化率 (%)單糖產(chǎn)率(％)
實(shí)施例193.8-45.8
對(duì)比例174.4-34.7
對(duì)比例276.6-35.0
實(shí)施例293.6-43.6
實(shí)施例393.2-43.9
實(shí)施例493,4—44.1
實(shí)施例591.8-43.4
實(shí)施例692.2-44.0
實(shí)施例793.6-44.8
實(shí)施例892.6-44.2
實(shí)施例993.5-44.6
實(shí)施例1092.8-44.3
實(shí)施例1193.472.254.1
實(shí)施例1294.072.556.0
從上表1中的數(shù)據(jù)可以看出，采用本發(fā)明的含纖維素的原料制備單糖的
方法得到的單糖的產(chǎn)率與對(duì)比例1和對(duì)比例2的方法比較均有明顯的提高，且每小時(shí)酶解的纖維素的量也明顯高于對(duì)比例。
權(quán)利要求
1、一種采用含纖維素的原料制備單糖的方法，該方法包括蒸汽爆破含纖維素的原料；將得到的蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合、酶解，其特征在于，所述蒸汽爆破含纖維素的原料的方法包括將含纖維素的原料連續(xù)輸送至保溫壓力裝置中，使含纖維素的原料在該保溫壓力裝置中保持3-10分鐘后，每隔5-12秒使所述保溫壓力裝置中的部分含纖維素的原料釋放到常壓；所述將蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合的方法包括將蒸汽爆破產(chǎn)物分批與酶混合，所述分批次數(shù)至少為2次，每批加入的蒸汽爆破產(chǎn)物的量至多為全部蒸汽爆破產(chǎn)物重量的60％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，含纖維素的原料在該保溫壓力 裝置中保持4-7分鐘，每隔7-10秒使所述保溫壓力裝置中的部分含纖維素的 原料釋放到常壓。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，每次釋放到常壓的含纖維素的 原料為保溫壓力裝置中含纖維素的原料的6-15重量％。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的方法，其中，每次釋放到常壓 的含纖維素的原料為120-180克。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述保溫壓力裝置的溫度為 180-200°C，壓力為1.4-2.0兆帕。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述與酶混合的第一批蒸汽爆 破產(chǎn)物的量為全部蒸汽爆破產(chǎn)物重量的20-60%，第一批以后加入的蒸汽爆 破產(chǎn)物的量為全部蒸汽爆破產(chǎn)物重量的40-80%。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述分批次數(shù)為3次，與酶混 合的第一批蒸汽爆破產(chǎn)物的量為全部蒸汽爆破產(chǎn)物重量的20-60%;第二批 加入的蒸汽爆破產(chǎn)物的量為全部蒸汽爆破產(chǎn)物重量的20-50%;第三批加入 的蒸汽爆破產(chǎn)物的量為全部蒸汽爆破產(chǎn)物重量的20-40%。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l、 6或7所述的方法，其中，將第一批蒸汽爆破產(chǎn)物 與酶混合時(shí)，該方法還包括加入水，以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計(jì)，以得到的混 合物的重量為基準(zhǔn)，第一批蒸汽爆破產(chǎn)物的含量至少為1重量％。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，以蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計(jì)，以 得到的混合物的重量為基準(zhǔn)，第一批蒸汽爆破產(chǎn)物的含量為1.2-10重量％。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述含纖維素的原料的含水量 為30-60重量％。
11、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中，所述含纖維素的原料的含水 量為35-50重量％。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，相鄰的兩個(gè)分批混合步驟之間 還包括時(shí)間間隔。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述時(shí)間間隔為10-120分鐘。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述酶解使用的酶包括纖維素 酶，以每克蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計(jì)，所述纖維素酶的用量為8-20酶活力單 位；所述酶解的溫度為45-55°C，所述酶解的時(shí)間為25-48小時(shí)，所述酶解的pH值為3.0-7.0。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述酶解使用的酶還包括半 纖維素酶，以每克蒸汽爆破產(chǎn)物的干重計(jì)，所述半纖維素酶的用量為4.4-8.8酶活力單位。
16、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述含纖維素的原料為秸稈。
17、 根據(jù)權(quán)利要求1或16所述的方法，其中，所述含纖維素的原料的 大小為0.5-3厘米X0.2-1厘米X0.2-1厘米。
全文摘要
采用含纖維素的原料制備單糖的方法，該方法包括蒸汽爆破含纖維素的原料；將得到的蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合、酶解，其中，所述蒸汽爆破含纖維素的原料的方法包括將含纖維素的原料連續(xù)輸送至保溫壓力裝置中，使含纖維素的原料在該保溫壓力裝置中保持3-10分鐘后，每隔5-12秒使所述保溫壓力裝置中的部分含纖維素的原料釋放到常壓；所述將蒸汽爆破產(chǎn)物與酶混合的方法包括將蒸汽爆破產(chǎn)物分批與酶混合，所述分批次數(shù)至少為2次，每批加入的蒸汽爆破產(chǎn)物的量至多為全部蒸汽爆破產(chǎn)物重量的60％。本發(fā)明的方法能夠有效提高單糖的產(chǎn)率。
文檔編號(hào)C12P19/14GK101525644SQ20081010131
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2008年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月4日
發(fā)明者岳國君, 杰 李, 李春玲, 林海龍, 袁敬偉, 解成華 申請(qǐng)人:中糧集團(tuán)有限公司