一種edta預(yù)洗提高木質(zhì)纖維素酶解轉(zhuǎn)化率的處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種EDTA預(yù)洗提高木質(zhì)纖維素酶解轉(zhuǎn)化率的處理方法，屬于生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化利用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]木質(zhì)纖維素是地球上最豐富廉價(jià)的可再生資源，蘊(yùn)儲(chǔ)著巨大的生物質(zhì)能。主要來(lái)源于農(nóng)業(yè)廢棄物，森林廢棄物和城市廢棄物。隨著化石燃料的枯竭和環(huán)境的日益惡化，將木質(zhì)纖維素糖轉(zhuǎn)化成葡萄糖和木糖等，并進(jìn)一步用于生物基化學(xué)品如燃料乙醇等能源產(chǎn)物的生產(chǎn)，受到日益關(guān)注。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)作物秸桿資源相當(dāng)豐富，年產(chǎn)近8億噸，然而長(zhǎng)期以來(lái)，大部分秸桿被丟棄或焚燒，既浪費(fèi)了資源又污染了環(huán)境，秸桿資源的合理綜合利用對(duì)于保護(hù)環(huán)境、緩解能源危機(jī)和促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
[0003]利用木質(zhì)纖維素生產(chǎn)重要的生物基化學(xué)品如燃料乙醇等主要包括預(yù)處理、酶解轉(zhuǎn)化和發(fā)酵等步驟。其中預(yù)處理技術(shù)是木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵步驟，通過(guò)破壞纖維素-木質(zhì)素-半纖維素之間的連接，降低纖維素的結(jié)晶度，去除木質(zhì)素，以使纖維素酶及半纖維素酶有效接觸纖維素和半纖維素，從而提高酶解效率。
[0004]但是酸法預(yù)處理木質(zhì)纖維素容易產(chǎn)生抑制微生物生長(zhǎng)的糠醛和羥甲基糠醛等物質(zhì)；汽爆法成本高，產(chǎn)物復(fù)雜，有焦油形成。
[0005]中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)CN102758028A(申請(qǐng)?zhí)?01110104494.4)公開(kāi)了一種預(yù)處理木質(zhì)纖維素原料，再轉(zhuǎn)化為還原糖的方法。它采用液固比5-50，將木質(zhì)纖維素在質(zhì)量分?jǐn)?shù)0-5%氫氧化鈉和質(zhì)量分?jǐn)?shù)0-5%的雙氧水的混合溶液中處理1-10小時(shí)，處理后所得固體殘留物用水洗滌烘干。然后在酸解時(shí)間10-120min，酸解溫度30_150°C，硫酸質(zhì)量濃度0-10%，液固比5-50處理得固體殘留物，調(diào)節(jié)pH值至7，然后烘干。該處理工藝可使木質(zhì)素有效去除，而且半纖維素在稀酸條件下水解得五碳糖，經(jīng)進(jìn)一步反應(yīng)可得高附加值產(chǎn)品。
[0006]但上述方法用于木質(zhì)纖維素酶法水解的預(yù)處理過(guò)程中，酶解轉(zhuǎn)化率相對(duì)較低，無(wú)法滿(mǎn)足相關(guān)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種EDTA預(yù)洗提高木質(zhì)纖維素酶解轉(zhuǎn)化率的處理方法。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]一種EDTA預(yù)洗提高木質(zhì)纖維素酶解轉(zhuǎn)化率的處理方法，包括步驟如下:
[0010](I)將預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料與EDTA_2Na混合，然后加入去離子水?dāng)嚢杈鶆颍?5?35°C條件下，保溫?cái)嚢璺磻?yīng)I?3小時(shí)，反應(yīng)后固液分離，固體用去離子水洗滌、干燥，制得預(yù)洗后的木質(zhì)纖維素；
[0011]EDTA-2Na的添加量為0.001?0.003mol/g木質(zhì)纖維素原料，離子水的加入量使木質(zhì)纖維素原料的質(zhì)量濃度達(dá)到5-20% (g/100ml);
[0012](2)將預(yù)洗后的木質(zhì)纖維素與NaOH，然后加入H2O2，攪拌均勻，制得混合反應(yīng)液，混合反應(yīng)液于28?35°C下，保溫?cái)嚢璺磻?yīng)20?30小時(shí)，反應(yīng)后固液分離，固體用去離子水洗滌、干燥，得處理后的木質(zhì)纖維素；
[0013]所述混合反應(yīng)液中，NaOH加量為0.025-0.15g/g預(yù)洗后的木質(zhì)纖維素，H2O2加量為0.025?0.125g/g預(yù)洗后的木質(zhì)纖維素。
[0014]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(I)中預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料為原料清除雜物，然后將木質(zhì)素纖維素經(jīng)風(fēng)干、粉碎、過(guò)5_孔徑的篩子，得預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料。
[0015]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(I)中，木質(zhì)纖維素原料選自玉米秸桿、麥桿、棉桿、稻草、油菜桿、甜高粱莖桿、甘蔗渣、木肩、廢紙和/或柳枝稷。
[0016]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟⑴中，EDTA-2Na的添加量為0.0025mol/g木質(zhì)纖維素原料。
[0017]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟⑴、步驟⑵攪拌反應(yīng)的攪拌速度為100?200rpm。
[0018]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)中，NaOH加量為0.08-0.15g/g預(yù)洗后的木質(zhì)纖維素。
[0019]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)中，先將NaOH加入溶解量的去離子水中溶解后，再與預(yù)洗后的木質(zhì)纖維素混合。
[0020]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)中，在加入H2O2后，再加入激活劑氰胺，氰胺的加量為0.008?0.01g/g預(yù)洗后的木質(zhì)纖維素。
[0021]一種利用上述處理后的木質(zhì)纖維素生產(chǎn)木糖和葡萄糖的方法，包括如下:
[0022]a、向上述制得的處理后的木質(zhì)纖維素中加入四環(huán)素、環(huán)己酰亞胺和檸檬酸緩沖液，四環(huán)素的添加量為使四環(huán)素終濃度達(dá)到35?45 μ g/mL，環(huán)己酰亞胺的添加量為使環(huán)己酰亞胺終濃度達(dá)到25?35 μ g/mL，檸檬酸緩沖液的的添加量為使檸檬酸緩沖液終濃度達(dá)到 40 ?60ul/mL ；
[0023]b、然后加入復(fù)合酶，酶蛋白總加量為40?60mg/g纖維素，在45?50°C條件下，攪拌反應(yīng)65?75小時(shí)，經(jīng)離心，取上清，制得木糖和葡萄糖溶液。
[0024]本發(fā)明優(yōu)選的，檸檬酸緩沖液的濃度為lmol/L，pH為4.8。
[0025]本發(fā)明優(yōu)選的，所述復(fù)合酶組分為葡萄糖苷酶和纖維素酶Accelerase 1000，β -葡萄糖苷酶與纖維素酶Accelerase 1000的蛋白質(zhì)比為1:4。
[0026]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟b中攪拌速度為100?200rpm，離心為在4°C、12000rpm的條件下離心15min。
[0027]本發(fā)明人意外發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的處理方法，先經(jīng)過(guò)EDTA_2Na預(yù)洗，可大大提高木質(zhì)纖維素酶解轉(zhuǎn)化率；通過(guò)進(jìn)一步研究，經(jīng)過(guò)H)TA-2Na預(yù)洗消除了金屬離子對(duì)過(guò)氧化氫的催化裂解作用，盡可能減少過(guò)氧化氫的無(wú)謂消耗，同時(shí)體系中鎂離子/鋅離子和鐵離子等離子的存在，在一定濃度范圍內(nèi)對(duì)纖維素酶有抑制作用，EDTA-2Na的添加量是本領(lǐng)域的技術(shù)人員經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)摸索得到的，EDTA-2Na的添加量過(guò)小對(duì)轉(zhuǎn)化率的提高起不到作用，EDTA-2Na的添加量過(guò)大會(huì)影響酶的活性，EDTA預(yù)洗后不僅能消除金屬離子對(duì)H2O2的無(wú)效降解，還能解除其對(duì)纖維素酶活的抑制；然后用堿性過(guò)氧化氫預(yù)處理，使過(guò)氧化氫完全作用于木質(zhì)素，本發(fā)明的H)TA-2Na預(yù)洗起到雙重作用，最終促使轉(zhuǎn)化率提高。
[0028]本發(fā)明的有益效果如下:
[0029]經(jīng)過(guò)本發(fā)明的處理方法，可大大提高木質(zhì)纖維素酶解轉(zhuǎn)化率，促使纖維素的糖轉(zhuǎn)化率進(jìn)一步提高，該預(yù)處理過(guò)程簡(jiǎn)單易行，不產(chǎn)生難處理的廢水。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1、實(shí)施例1處理方法與對(duì)比例I處理方法不經(jīng)過(guò)EDTA_2Na預(yù)洗對(duì)葡萄糖和木糖的轉(zhuǎn)化率影響的柱狀圖；
[0031 ] 圖2、實(shí)施例2處理方法與對(duì)比例I處理方法不經(jīng)過(guò)EDTA_2Na預(yù)洗對(duì)葡萄糖和木糖的轉(zhuǎn)化率影響的柱狀圖；
[0032]圖3、本發(fā)明處理方法與對(duì)比例2處理方法不經(jīng)過(guò)EDTA_2Na預(yù)洗對(duì)葡萄糖和木糖的轉(zhuǎn)化率影響的柱狀圖；NaOH加量均為0.lg/g玉米秸桿；0.15g/g玉米秸桿。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面通過(guò)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但不限于此。
[0034]β -葡萄糖苷酶和纖維素酶Accelerase 1000購(gòu)自諾維信公司；
[0035]實(shí)施例1
[0036]一種EDTA預(yù)洗提高木質(zhì)纖維素酶解轉(zhuǎn)化率的處理方法，步驟如下:
[0037](I)清除玉米秸桿中的雜物，然后將木質(zhì)素纖維素經(jīng)風(fēng)干、粉碎、過(guò)5_孔徑的篩子篩分，得預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料；
[0038](2)將預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料與EDTA_2Na混合，然后加入去離子水?dāng)嚢杈?，?0°C條件下，以150rpm的轉(zhuǎn)速攪拌反應(yīng)2小時(shí)，反應(yīng)后固液分離，固體用5倍體積的去離子水洗、干燥，制得預(yù)洗后的木質(zhì)纖維素；
[0039]EDTA-2Na的添加量為0.0025mol/g預(yù)處理后的木質(zhì)纖維素原料，去離子水的加入量使木質(zhì)纖維素原料的質(zhì)量濃度達(dá)到10% (g/100ml)；
[0040](3)先將NaOH加入溶解量的去離子水中溶解，再將預(yù)洗后的木質(zhì)纖維素加入到NaOH溶液中，然后加入H2O2,攪拌均勻，制得混合反應(yīng)液，混合反應(yīng)液于30°C下，以ISOrpm的轉(zhuǎn)速攪拌反應(yīng)24小時(shí)，反應(yīng)后固液分離，固體用去離子水洗滌、干燥，得處理后的木質(zhì)纖維素；
[0041 ] 所述混